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WO2003100117A1 - Verfahren und vorrichtung zur plasmabehandlung von werkstücken - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur plasmabehandlung von werkstücken Download PDF

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WO2003100117A1
WO2003100117A1 PCT/DE2003/001503 DE0301503W WO03100117A1 WO 2003100117 A1 WO2003100117 A1 WO 2003100117A1 DE 0301503 W DE0301503 W DE 0301503W WO 03100117 A1 WO03100117 A1 WO 03100117A1
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WO
WIPO (PCT)
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workpiece
plasma
chamber
holding arms
station
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2003/001503
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Litzenberg
Frank Lewin
Hartwig Müller
Klaus Vogel
Gregor Arnold
Stephan Behle
Andreas LÜTTRINGHAUS-HENKEL
Matthias Bicker
Jürgen Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SIG Services AG
Original Assignee
SIG Technology AG
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Publication date
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    • C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/14—Water soluble or water swellable polymers, e.g. aqueous gels

Definitions

  • the invention relates to a method for plasma treatment of workpieces, in which the workpiece is inserted into an at least partially evacuable plasma chamber of a treatment station and in which the workpiece is positioned within the treatment station by a holding element.
  • the invention further relates to a device for plasma treatment of workpieces, which has at least one evacuable plasma chamber for receiving the workpieces and in which the plasma chamber is arranged in the region of a treatment station, and in which the plasma chamber from a chamber floor, a chamber cover and a lateral one Chamber wall is limited and has at least one holding element for positioning the workpiece.
  • a device for plasma treatment of workpieces which has at least one evacuable plasma chamber for receiving the workpieces and in which the plasma chamber is arranged in the region of a treatment station, and in which the plasma chamber from a chamber floor, a chamber cover and a lateral one Chamber wall is limited and has at least one holding element for positioning the workpiece.
  • Such methods and devices are used, for example, to provide plastics with surface coatings.
  • such methods and devices are also already known for coating inner or outer surfaces of containers which are intended for packaging liquids.
  • Devices for plasma sterilization are also known.
  • PCT-O 95/22413 describes a plasma chamber for internally coating PET bottles.
  • the bottles to be coated are lifted into a plasma chamber by a movable base and connected to an adapter in the area of a bottle mouth.
  • the bottle interior can be evacuated through the adapter.
  • a hollow lance is inserted through the adapter into the interior of the bottles to supply process gas.
  • the plasma is ignited using a microwave.
  • EP-OS 10 10 773 a feed device is explained in order to evacuate a bottle interior and to supply it with process gas.
  • PCT-WO 01/31680 describes a plasma chamber into which the bottles are introduced from a movable lid which was previously connected to a mouth area of the bottles.
  • PCT-WO 00/58631 also already shows the arrangement of plasma stations on a rotating wheel and loading writes for such an arrangement a group assignment of vacuum pumps and plasma stations to support a favorable evacuation of the chambers and the interior of the bottles.
  • the coating of several containers in a common plasma station or a common cavity is mentioned.
  • container layers made of silicon oxides with the general chemical formula SiO x are used to improve the barrier properties of the thermoplastic material. Barrier layers of this type prevent oxygen from penetrating into the packaged liquids and escape of carbon dioxide in the case of liquids containing CO 2 .
  • the object of the present invention is therefore to provide a method of the type mentioned in the introduction in such a way that handling of the workpieces to be treated is supported at high speed and with great reliability.
  • This object is achieved in that the workpiece is acted upon by at least two clamping elements of the holding element that can be positioned relative to one another such that the workpiece is received by a clamping space between the clamping elements.
  • Another object of the present invention is to construct a device of the type mentioned in the introduction in such a way that simple movement kinematics of the workpieces to be treated are supported.
  • the holding element has at least two clamping elements which can be positioned relative to one another and which are arranged relative to one another with a distance providing a clamping space for receiving the workpiece.
  • the procedural sequence for handling the workpieces is such that the plasma chamber is initially opened at least to the extent that the workpieces can be transferred to the holding element for inserting the workpieces into the plasma chamber.
  • the sealing element is raised at a predeterminable point in time and thereby the interior of the workpiece is sealed relative to the interior of the plasma chamber.
  • a seal only after a partial evacuation has the advantage that an interior of the workpiece and the further interior of the plasma chamber can initially be evacuated together and that in a second evacuation step after sealing the interior of the workpiece, the negative pressure in the area of the interior of the workpiece is different Vacuum in the further interior of the plasma chamber can be specified.
  • the workpiece is transferred from the holding element to a further transfer element.
  • the transfer process is preferably carried out in such a way that the transfer element approaches the holding element, takes over the workpiece and then transports the workpiece away.
  • a favorable introduction of gravity is supported in that the positioning of the clamping elements is carried out in a horizontal direction.
  • a simple implementation of transfer operations is supported in that the workpiece is positioned by pliers-like holding arms.
  • a simple implementation in terms of device technology is also supported in that process gas is supplied through the chamber floor.
  • a quick and uniform distribution of the process gas in an interior of the workpiece can be achieved in that the process gas is fed through an lance into an interior of the workpiece.
  • a simple opening and closing of the holding element is supported in that the workpiece is positioned by pivotably mounted holding arms.
  • Inserting the workpiece into the holding element is supported in that the holding arms are pressed apart when the workpiece is inserted into the clamping space.
  • the holding arms be pulled apart when the workpiece is pulled out of the clamping space. be pressed. In particular, it is thought to cause the spreading apart by direct contact between the workpiece and the holding arms.
  • locking elements for fixing the holding arms be positioned together with the chamber wall.
  • a very secure fixation of the workpiece can be achieved by arranging a stop element for fixing the workpiece at approximately the same height level as the holding arms.
  • microwaves generated by a microwave generator be introduced into the cavity in the area of the chamber cover.
  • a typical application is that a workpiece is treated from a thermoplastic.
  • an interior of the workpiece is treated.
  • An extensive field of application is opened up by treating a container as a workpiece.
  • a high production rate with great reliability and high product quality can be achieved in that the at least one plasma station is transferred from a rotating plasma wheel from an input position to an output position.
  • An increase in production capacity with only a slightly increased expenditure on equipment can be achieved by providing several cavities from one plasma station.
  • the workpiece is fixed in a mouth area by the holding arms.
  • a typical application is defined in that a plasma coating is carried out as the plasma treatment.
  • the plasma treatment is carried out using a low pressure plasma.
  • Particularly advantageous usage properties for workpieces for packaging food can be achieved in that at least some inorganic substances are deposited by the plasma.
  • a plasma is used to deposit a substance to improve the barrier properties of the workpiece.
  • an adhesion promoter is additionally deposited to improve the adhesion of the substance on a surface of the workpiece.
  • High productivity can be supported by treating at least two workpieces simultaneously in a common cavity.
  • Another area of application is that plasma sterilization is carried out as the plasma treatment.
  • a surface activation of the workpiece is carried out as a plasma treatment.
  • a resilient provision of the spring forces can take place in that the spring tensions are provided by leg springs.
  • the spring forces can also be generated by compression springs.
  • the holding arms be provided with locking webs in the area of their extension facing away from the fixing projections.
  • a simple mechanical implementation can be achieved in that the locking webs of locking elements can be fixed.
  • the locking elements be made of a hardened material.
  • a further improvement in the positioning reliability of the workpiece can be brought about in that the holding element is provided with a stop element for the workpiece.
  • stop element and the fixing projections are arranged at a height level for loading a bottle-shaped workpiece between its support ring and its shoulder area.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a plurality of plasma chambers, which are arranged on a rotating plasma wheel and in which the plasma wheel is coupled to input and output wheels.
  • FIG. 2 shows an arrangement similar to FIG. 1, in which the plasma station is each equipped with two plasma chambers, 3 is a perspective view of a plasma wheel with a plurality of plasma chambers,
  • FIG. 4 is a perspective view of a plasma station with a cavity
  • FIG. 5 shows a front view of the device according to FIG. 4 with the plasma chamber closed
  • FIG. 7 shows a representation corresponding to FIG. 5 with the plasma chamber open
  • FIG. 9 is an enlarged view of the plasma chamber with the bottle to be coated according to FIG. 6,
  • connection element 10 is a further enlarged view of a connection element for holding the workpiece in the plasma chamber
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a positioning of a bottle-shaped workpiece within the plasma chamber using a forceps-like holding element
  • FIG. 12 is a plan view of the holding element according to FIG. 11 without showing the workpiece
  • 13 is a perspective view of the holding element according to FIG. 12 and
  • FIG. 14 shows a perspective illustration of the holding element according to FIG. 13 with inserted bottle-like workpiece and positioned locking elements.
  • FIG. 1 shows a plasma module (1), which is provided with a rotating plasma wheel (2).
  • a plurality of plasma stations (3) are arranged along a circumference of the plasma wheel (2).
  • the plasma stations (3) are provided with cavities (4) or plasma chambers (17) for receiving workpieces (5) to be treated.
  • the workpieces to be treated (5) are the plasma module
  • the plasma stations (3) each have two cavities (4) or plasma chambers (17).
  • two workpieces (5) can be treated simultaneously.
  • Fig. 3 shows a perspective view of a plasma module (1) with a partially constructed plasma wheel (2).
  • the plasma stations (3) are arranged on a support ring (14) which is designed as part of a rotary connection and is mounted in the area of a machine base (15).
  • the plasma stations (3) each have a station frame (16) which holds plasma chambers (17).
  • the plasma chambers (17) have cylindrical chamber walls (18) and microwave generators (19).
  • a rotary distributor (20) is arranged in a center of the plasma wheel (2), via which the plasma stations (3) are supplied with operating resources and energy. Ring lines (21) in particular can be used for the distribution of operating resources.
  • the workpieces (5) to be treated are shown below the cylindrical chamber walls (18). Lower parts of the plasma chambers (17) are not shown for the sake of simplicity.
  • Fig. 4 shows a plasma station (3) in perspective. It can be seen that the station frame (16) is provided with guide rods (23) on which a slide (24) for holding the cylindrical chamber wall (18) is guided. Fig. 4 shows the carriage (24) with the chamber wall (18) in a raised state, so that the workpiece (5) is released.
  • the microwave generator (19) is arranged in the upper region of the plasma station (3).
  • the microwave generator (19) is connected via a deflection (25) and an adapter (26) to a coupling channel (27) which opens into the plasma chamber (17).
  • the microwave generator (19) can be coupled both directly in the area of the chamber lid (31) and via a spacer element to the chamber lid (31) with a predeterminable distance to the chamber lid (31) and thus in a larger surrounding area of the chamber lid (31). to be ordered.
  • the adapter (26) has the function of a transition element and the coupling channel (27) is designed as a coaxial conductor.
  • a quartz glass window is arranged in the region of a junction of the coupling channel (27) in the chamber cover (31).
  • the deflection (25) is designed as a waveguide.
  • FIG. 5 shows a front view of the plasma station (3) according to FIG. 3 in a closed state of the plasma chamber (17).
  • the carriage (24) with the cylindrical chamber wall (18) is lowered compared to the positioning in FIG. 4, so that the chamber wall (18) has moved against the chamber bottom (29).
  • the plasma coating can be carried out in this positioning state.
  • FIG. 6 shows the arrangement according to FIG. 5 in a vertical sectional view.
  • the coupling channel (27) opens into a chamber cover (31) which has a laterally projecting flange (32).
  • a seal (33) is arranged in the area of the flange (32) and is acted upon by an inner flange (34) of the chamber wall (18).
  • the chamber wall (18) is thereby sealed relative to the chamber cover (31).
  • Another seal (35) is arranged in a lower region of the chamber wall (18) in order to ensure a seal relative to the chamber bottom (29) here too.
  • the chamber wall (18) encloses the cavity (4), so that both an interior of the cavity (4) and an interior of the workpiece (5) can be evacuated.
  • a hollow lance (36) is arranged in the area of the chamber base (30) and can be moved into the interior of the workpiece (5).
  • the lance (36) is positioned by a lance slide (37) which can be positioned along the guide rods (23).
  • a process gas channel (38) runs inside the lance slide (37) and, in the raised position shown in FIG. 6, is coupled to a gas connection (39) of the chamber base (30) is. This arrangement avoids hose-like connecting elements on the lance slide (37).
  • FIGS. 7 and 8 show the arrangement according to FIGS. 5 and 6 in a raised state of the chamber wall (18). In this position of the chamber wall (18), it is possible to remove the treated workpiece (5) from the area of the plasma station (3) and to insert a new workpiece (5) to be treated.
  • the chamber wall (18) shown in the drawings in an open state of the plasma chamber (17) achieved by displacement upwards it is also possible to carry out the opening process by displacing a structurally modified sleeve-shaped chamber wall in the vertical direction downwards.
  • the coupling channel (27) has a cylindrical design and is arranged essentially coaxially with the chamber wall (18).
  • FIG. 9 shows the vertical section according to FIG. 6 in an enlarged partial illustration in the vicinity of the chamber wall (18).
  • the lance (36) is guided through a recess (40) in the holding element (28).
  • the positioning of the workpiece (5) in the area of the sealing element (28) can be seen in the enlarged illustration in FIG. 10.
  • the sealing element (28) is inserted into a guide sleeve (41) which is provided with a spring chamber (42).
  • a Compression spring (43) used, which braces an outer flange (44) of the sealing element (28) relative to the guide sleeve (41).
  • a thrust plate (45) mounted on the lance (36) is guided against the outer flange (44) and presses the sealing element (28) into its upper end position.
  • an interior of the workpiece (5) is insulated from the interior of the cavity (4).
  • the compression spring (43) displaces the sealing element (28) relative to the guide sleeve (41) in such a way that a connection between the interior of the workpiece (5) and the interior of the cavity (4) is created.
  • Fig. 11 shows the positioning of the workpiece (5) within the plasma chamber (17) with the aid of a holding element (46).
  • the holding element (46) is designed like pliers and has two pivotably mounted holding arms (47, 48).
  • the holding arms (47, 48) are pivotable relative to axes of rotation (49, 50).
  • the holding arms (47, 48) of springs (51, 52) are pressed into a respective holding position.
  • leg springs (51, 52) is preferably considered.
  • FIG. 12 shows a top view of the holding element (46) according to FIG. 11 after removal of the workpiece (5). It can be seen in particular that a clamping space (54) for receiving the workpiece (5) is arranged between the holding arms (47, 48). The holding arms (47, 48) protrude into the clamping space (54) with fixing projections (55, 56).
  • the holding arms (47, 48) have locking webs (57, 58) which face away from the fixing projections (55, 56) and which are arranged in one by locking elements (59, 60), which can preferably be positioned together with the chamber wall (18) Locking position can be fixed.
  • the holding element (46) has a stop element (61).
  • the stop element (6) limits maximum insertion of the workpiece (5) into the clamping space (54).
  • the workpiece (5) is pressed against the stop element (61) by the fixing projections (55, 56).
  • the stop element (61) and the fixing projections (55, 56) are thereby arranged at approximately the same height level.
  • Fig. 12 additionally shows the sealing element (28) and the lance (36) at a lower level than the holding element (46) due to the selected viewing direction with respect to the plane of the drawing.
  • FIG. 13 shows the holding element (46) according to FIG. 12 in a perspective illustration and without depicting the locking elements (59, 60). It can be seen in particular that the holding element (46) has a base plate (62) from which the holding arms (47, 48) and the further components are carried.
  • the base plate (62) can be elements (63, 64) and connecting elements (65, 66) in the area of the station frame (16). In particular, it is intended to be mounted on the chamber base (30).
  • Fig. 13 also shows that the fixing projections (55, 56) are each provided with insertion bevels (67) and outlet bevels (68).
  • the workpiece (5) When the workpieces (5) are inserted into the clamping space (54), the workpiece (5) first comes into contact with the insertion bevels (67) and presses the holding arms (47, 48) apart against the forces of the springs (51, 52). After the workpiece (5) has been completely inserted into the clamping space (54), the holding arms (47, 48) automatically return to the locking position due to the forces of the springs (51, 52) and press the workpiece (5) against the stop element (61 ). The workpiece (5) is thereby fixed within the plasma chamber (17).
  • the workpiece (5) is gripped by a transfer element and pulled against the outlet bevels (68).
  • the outlet bevel (68) is preferably curved and is designed with a curvature course corresponding to an outer contour of the workpiece (5) in the contact area.
  • the holding arms (47, 48) are thereby brought apart again and release the workpiece (5).
  • the controlled pliers arms enable the workpieces (5) to be gripped actively and support the application of compressive and tensile forces to the insertion bevels (67) and the outlet bevels (68).
  • the controlled pliers of the transfer elements at a substantially same height level to act as the holding arms (47, 48) or at a slightly lower or higher level on the workpiece (5).
  • the introduction of tilting forces into the workpiece (5) is avoided or greatly reduced.
  • FIG. 14 shows the arrangement according to FIG. 13 after inserting a bottle-like workpiece (5) which is acted upon by the holding arms (47, 48) between a support ring (69) and a shoulder region (70). Holding such a bottle-like workpiece (5) in the neck region shown leads to a very stable fixation of the workpiece (5).
  • the locking elements (59, 60) are also shown in FIG. 14. The locking elements (59, 60) are positioned together with the chamber wall (18). In the arrangement shown, the locking elements (59, 60) block a movement of the holding arms (47, 48), so that an uncontrolled opening of the holding element (46) is reliably prevented.
  • a typical treatment process is explained below using the example of a coating process and carried out in such a way that the workpiece (5) is first transported to the plasma wheel (2) using the input wheel (11) and that the sleeve-like chamber wall (18) is inserted in a pushed-up state of the workpiece (5) into the plasma station (3).
  • the workpiece (5) is first inserted into the clamping space (54) by a transfer element.
  • the controlled holding pliers of the transfer element open and release the workpiece (5).
  • the chamber wall (18) is lowered into its sealed position and initially simultaneously an evacuation of both the cavity (4) and an interior of the workpiece (5) is carried out.
  • the lance (36) is moved into the interior of the workpiece (5) and the sealing of the interior of the workpiece (5) from the interior of the workpiece (5) is sealed off by a displacement of the sealing element (28). 4) performed. It is also possible to move the lance (36) into the workpiece (5) synchronously with the beginning of the evacuation of the interior of the cavity. The pressure inside the workpiece (5) is then further reduced. In addition, the positioning movement of the lance (36) is at least partially already carried out parallel to the positioning of the chamber wall (18). After reaching a sufficiently low vacuum, process gas is introduced into the interior of the workpiece (5) and the plasma is ignited with the aid of the microwave generator (19). In particular, it is intended to use the plasma to deposit both an adhesion promoter on an inner surface of the workpiece (5) and the actual barrier layer made of silicon oxides.
  • the lance (36) is removed from the interior of the workpiece (5) and the plasma chamber (17) and the interior of the workpiece (5) are ventilated.
  • the chamber wall (18) is raised again in order to remove the coated workpiece (5) and to enter a new workpiece (5) to be coated.
  • the sealing element (28) is replaced at least in some areas move into the chamber base (3).
  • a transfer element with a controlled pliers is again positioned in the area of the holding element (46) and the controlled pliers of the transfer element access the workpiece (5).
  • the workpiece held in this way is then pulled out of the holding element (46), the holding arms (47, 48) being pressed apart against the forces of the springs (51, 52).
  • the holding element (46) in the case of bottle-like workpieces (5) grips the workpiece (5) preferably in the threaded area or at a short distance from the mouth opening.
  • the chamber wall (18), the sealing element (28) and / or the lance (36) can be positioned using different drive units.
  • the use of pneumatic drives and / or electrical drives, in particular in one embodiment as a linear motor, is conceivable.
  • the curve control can be designed, for example, in such a way that control curves are arranged along a circumference of the plasma wheel (2), along which curve rollers are guided.
  • the cam rollers are coupled to the components to be positioned.

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Abstract

Das verfahren und die Vorrichtung dienen zur Plasmabehand­lung von Werkstücken (5). Das Werkstück wird in eine zumindest teilweise evakuierbare Kammer (17) einer Behandlungsstation (3) ein­gesetzt und das Werkstück wird innerhalb der Behandlungs­station von einem Halteelement (46) positioniert. Das Werkstück wird durch mindestens zwei relativ zueinander positionier­bare Klemmelemente (47,48) des Halteelementes derart beaufschlagt, dass das Werkstück von einem Klemmraum (54) zwischen den Klemm­elementen aufgenommen wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Plasmabehandlung von
Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plasmabehandlung von Werkstücken, bei dem das Werkstück in eine zumindest teilweise evakuierbare Plasmakammer einer Behandlungsstation eingesetzt wird und bei dem das Werkstück innerhalb der BehandlungsStation von einem Halteelement positioniert wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Werkstücken, die mindestens eine evakuierbare Plasmakammer zur Aufnahme der Werkstücke aufweist und bei der die Plasmakammer im Bereich einer Behandlungs- Station angeordnet ist, sowie bei der die Plasmakammer von einem Kammerboden, einem Kammerdeckel sowie einer seitlichen Kammerwandung begrenzt ist und mindestens ein Halteelement zur Positionierung des Werkstückes aufweist. Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um Kunststoffe mit OberflachenbeSchichtungen zu versehen. Insbesondere sind auch bereits derartige Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um innere oder äußere Oberflächen von Behältern zu beschichten, die zur Verpackung von Flüssigkeiten vorgesehen sind. Darüber hinaus sind Einrichtungen zur Plasmasterilisation bekannt.
In der PCT- O 95/22413 wird eine Plasmakammer zur Innenbe- schichtung von Flaschen aus PET beschrieben. Die zu beschichtenden Flaschen werden durch einen beweglichen Boden in eine Plasmakammer hineingehoben und im Bereich einer Flaschenmündung mit einem Adapter in Verbindung gebracht . Durch den Adapter hindurch kann eine Evakuierung des Fla- scheninnenraumes erfolgen. Darüber hinaus wird durch den Adapter hindurch eine hohle Lanze in den Innenraum der Flaschen eingeführt, um Prozeßgas zuzuführen. Eine Zündung des Plasmas erfolgt unter Verwendung einer Mikrowelle .
Aus dieser Veröffentlichung ist es auch bereits bekannt, eine Mehrzahl von Plasmakammern auf einem rotierenden Rad anzuordnen. Hierdurch wird eine hohe Produktionsrate von Flaschen je Zeiteinheit unterstützt.
In der EP-OS 10 10 773 wird eine Zuführeinrichtung erläutert, um einen Flascheninnenraum zu evakuieren und mit Prozeßgas zu versorgen. In der PCT-WO 01/31680 wird eine Plasmakammer beschrieben, in die die Flaschen von einem beweglichen Deckel eingeführt werden, der zuvor mit einem Mündungsbereich der Flaschen verbunden wurde .
Die PCT-WO 00/58631 zeigt ebenfalls bereits die Anordnung von Plasmastationen auf einem rotierenden Rad und be- schreibt für eine derartige Anordnung eine gruppenweise Zuordnung von Unterdruckpumpen und Plasmastationen, um eine günstige Evakuierung der Kammern sowie der Innenräume der Flaschen zu unterstützen. Darüber hinaus wird die Beschichtung von mehreren Behältern in einer gemeinsamen Plasmastation bzw. einer gemeinsamen Kavität erwähnt.
Eine weitere Anordnung zur Durchführung einer Innenbe- schichtung von Flaschen wird in der PCT-WO 99/17334 beschrieben. Es wird hier insbesondere eine Anordnung eines Mikrowellengenerators oberhalb der Plasmakammer sowie eine Vakuum- und Betriebsmittelzuleitung durch einen Boden der Plasmakammer hindurch beschrieben.
Bei der überwiegenden Anzahl der bekannten Verfahren werden zur Verbesserung von Barriereeigenschaften des thermoplastischen Kunststoffmaterials durch das Plasma erzeugte Behälterschichten aus Siliziumoxiden mit der allgemeinen chemischen Formel SiOx verwendet . Derartige Barriereschichten verhindern ein Eindringen von Sauerstoff in die verpackten Flüssigkeiten sowie ein Austreten von Kohlendioxid bei C02- haltigen Flüssigkeiten.
Die bislang bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind noch nicht in ausreichender Weise dafür geeignet, für eine Massenproduktion eingesetzt zu werden, bei der sowohl ein geringer Beschichtungspreis je Werkstück als auch eine hohe Produktionsgeschwindigkeit erreicht werden muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart anzugeben, daß eine Handhabung der zu behandelnden Werkstücke mit hoher Geschwindigkeit und großer Zuverlässigkeit unterstützt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück durch mindestens zwei relativ zueinander positionierbare Klemmelemente des Halteelementes derart beaufschlagt wird, daß das Werkstück von einem Klemmraum zwischen den Klemmelementen aufgenommen wird.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine einfache Bewegungskinematik der zu behandelnden Werkstücke unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Halteelement mindestens zwei relativ zueinander positionierbare Klemmelemente aufweist, die relativ zueinander mit einem einen Klemmraum bereitstellenden Abstand zur Aufnahme des Werkstückes angeordnet sind.
Durch die Fixierung der Werkstücke zwischen den positionierbaren Klemmelementen des Halteelementes ist es möglich, die zu behandelnden Werkstücke auf einem im wesentlichen gleichbleibenden Höhenniveau zu transportieren. Es wird hierdurch die Zeit für eine gemäß dem Stand der Technik durchzuführende Höhenpositionierung der Werkstücke sowie der hierfür erforderliche konstruktive Aufwand eingespart .
Der verfahrenstechnische Ablauf bei der Handhabung der Werkstücke erfolgt derart, daß zunächst für ein Einsetzen der Werkstücke in die Plasmakammer eine Öffnung der Plasmakammer zumindest soweit erfolgt, daß die Werkstücke an das Halteelement übergeben werden können. Insbesondere ist daran gedacht, die Übergabe derart durchzuführen, daß die Werkstücke von einem Transferelement an das Halteelement übergeben werden, so daß kein eigenständiger Bewegungsan- trieb für das Halteelement erforderlich ist. Nach einer Positionierung der Werkstücke durch das Halteelement innerhalb der Plasmakammer erfolgt zu einem vorgebbaren Zeitpunkt ein Hochfahren des Dichtelementes und hierdurch eine Abdichtung des Innenraumes des Werkstückes relativ zum Innenraum der Plasmakammer.
Eine derartige Abdichtung kann sowohl bereits zu einem Beginn des Evakuierungsvorganges als auch nach einer bereits durchgeführten Teilevakuierung erfolgen. Eine Abdichtung erst nach einer Teilevakuierung weist den Vorteil auf, daß ein Innenraum des Werkstückes und der weitere Innenraum der Plasmakammer zunächst gemeinsam evakuiert werden können und daß in einem zweiten Evakuierungsschritt nach einer Abdichtung des Innenraumes des Werkstückes der Unterdruck im Bereich des Innenraumes des Werkstückes unterschiedlich zum Unterdruck im weiteren Innenraum der Plasmakammer vorgegeben werden kann. Insbesondere ist hierbei daran gedacht, den Unterdruck im Innenraum des Werkstückes tiefer als im weiteren Innenraum der Plasmakammer vorzugeben.
Nach einer Durchführung des Bearbeitungsvorganges und einem Wiedererreichen des Umgebungsdruckes innerhalb der Plasmakammer sowie innerhalb des Werkstückes erfolgt eine Übergabe des Werkstückes vom Halteelement an ein weiteres Transferelement . Der Übergabevorgang wird vorzugsweise derart durchgeführt, daß sich das Transferelement an das Halteelement annähert, das Werkstück übernimmt und dann das Werkstück abtransportiert.
Eine günstige Schwerkrafteinleitung wird dadurch unterstützt, daß die Positionierung der Klemmelemente in einer horizontalen Richtung durchgeführt wird. Eine einfache Durchführung von Übergabevorgängen wird dadurch unterstützt, daß das Werkstück von zangenartigen Haltearmen positioniert wird.
Bei einer Beschichtung von hohlen Werkstücken, die mit ihrer Mündung nach unten angeordnet sind, erweist es sich als vorteilhaft, daß eine Evakuierung einer Kavität der Plasmastation durch den Kammerboden hindurch erfolgt .
Eine gerätetechnisch einfache Realisierung wird ebenfalls dadurch unterstützt, daß durch den Kammerboden hindurch Prozeßgas zugeführt wird.
Eine schnelle und gleichmäßige Verteilung des Prozeßgases in einem Innenraum des Werkstückes kann dadurch erreicht werden, daß das Prozeßgas durch eine Lanze hindurch in einen Innenraum des Werkstückes zugeführt wird.
Ein einfaches Öffnen und Schließen des Halteelementes wird dadurch unterstützt, daß das Werkstück von verschwenkbar gelagerten Haltearmen positioniert wird.
Zur Vorgabe einer automatischen Einnahme einer Halterungspositionierung wird vorgeschlagen, daß die Haltearme von Federn in eine Arretierungspositionierung gedrückt werden.
Ein Einsetzen des Werkstückes in das Halteelement wird dadurch unterstützt, daß die Haltearme bei einem Einführen des Werkstückes in den Klemmraum auseinander gedrückt werden.
Zur Erleichterung einer Entnahme des Werkstückes aus dem Halteelement wird vorgeschlagen, daß die Haltearme bei einem Herausziehen des Werkstückes aus dem Klemmraum ausein- ander gedrückt werden. Insbesondere ist daran gedacht, das Auseinanderdrücken durch einen unmittelbaren Kontakt zwischen dem Werkstück und den Haltearmen hervorzurufen.
Zur Vermeidung einer ungesteuerten Bewegung des Halteelementes in einem geschlossenen Zustand der Plasmakammer wird vorgeschlagen, daß Arretierungselemente zur Fixierung der Haltearme gemeinsam mit der Kammerwandung positioniert werden.
Eine sehr sichere Fixierung des Werkstückes kann dadurch erreicht werden, daß etwa auf einem gleichen Höhenniveau wie die Haltearme ein Anschlagelement zur Fixierung des Werkstückes angeordnet wird.
Zur Unterstützung einer steuerbaren Zündung des Plasmas wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Kammerdeckels von einem Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen in die Kavität eingeleitet werden.
Eine typische Anwendung besteht darin, daß ein Werkstück aus einem thermoplastischen Kunststoff behandelt wird.
Insbesondere ist daran gedacht daß ein Innenraum des Werkstückes behandelt wird.
Ein umfangreiches Anwendungsgebiet wird dadurch erschlossen, daß als Werkstück ein Behälter behandelt wird.
Insbesondere ist dabei daran gedacht, daß als Werkstück eine( Getränkeflasche behandelt wird.
Eine hohe Produktionsrate bei großer Zuverlässigkeit und hoher Produktqualität kann dadurch erreicht werden, daß die mindestens eine Plasmastation von einem rotierenden Plasmarad von einer Eingabepositionierung in eine Ausgabepositionierung überführt wird.
Eine Vergrößerung der Produktionskapazität bei nur geringfügig gesteigertem gerätetechnischen Aufwand kann dadurch erreicht werden, daß von einer Plasmastation mehrere Kavi- täten bereitgestellt werden.
Für Anwendungen im Bereich der Herstellung von Verpackungen für Flüssigkeiten erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß das Werkstück in einem Mündungsbereich von den Haltearmen fixiert wird.
Eine typische Anwendung wird dadurch definiert, daß als Plasmabehandlung eine Plasmabeschichtung durchgeführt wird.
Insbesondere ist daran gedacht, daß die Plasmabehandlung unter Verwendung eines Niederdruckplasmas durchgeführt wird.
Bei einer Beschichtung von Werkstücken aus Kunststoff erweist es sich als vorteilhaft, daß eine Plasmapolymerisation durchgeführt wird.
Eine gute Oberflächenhaftung wird dadurch unterstützt, daß durch das Plasma mindestens zum Teil organische Substanzen abgeschieden werden.
Besonders vorteilhafte Verwendungseigenschaften bei Werkstücken zur Verpackung von Lebensmitteln können dadurch erreicht werden, daß durch das Plasma mindestens zum Teil anorganische Substanzen abgeschieden werden. Bei der Behandlung von Verpackungen ist insbesondere daran gedacht, daß durch das Plasma eine Substanz zur Verbesserung von Barriereeigenschaften des Werkstückes abgeschieden wird.
Zur Unterstützung einer hohen Gebrauchsqualität wird vorgeschlagen, daß zusätzlich ein Haftvermittler zur Verbesserung eines Anhaftens der Substanz auf einer Oberfläche des Werkstückes abgeschieden wird.
Eine hohe Produktivität kann dadurch unterstützt werden, daß in einer gemeinsamen Kavität mindestens zwei Werkstücke gleichzeitig behandelt werden.
Ein weiteres Anwendungsgebiet besteht darin, daß als Plasmabehandlung eine Plasmasterilisation durchgeführt wird.
Ebenfalls ist daran gedacht, daß als Plasmabehandlung eine Oberflächenaktivierung des Werkstückes durchgeführt wird.
Eine belastungsfähige Bereitstellung der Federkräfte kann dadurch erfolgen, daß die Federverspannungen von Schenkel- federn bereitgestellt sind. Alternativ können die Federkräfte auch von Druckfedern erzeugt werden.
Zur Verhinderung einer ungewollten Veränderung einer Positionierung des Werkstückes innerhalb der Plasmakammer wird vorgeschlagen, daß die Haltearme im Bereich ihrer den Fixierungsvorsprüngen abgewandten Ausdehnung mit Arretierstegen versehen sind. Eine einfache mechanische Realisierung kann dadurch erfolgen, daß die Arretierstege von Arretierelementen festsetzbar sind.
Zur Unterstützung einer dauerhaften Betriebsfähigkeit auch unter Berücksichtigung konstruktiver Toleranzen wird vorgeschlagen, daß die Arretierelemente aus einem gehärteten Material ausgebildet sind.
Eine weitere Verbesserung der Positioniersicherheit des Werkstückes kann dadurch hervorgerufen werden, daß das Halteelement mit einem Anschlagelement für das Werkstück versehen ist .
Für eine Plasmabehandlung von flaschenartigen Werkstücken erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß das Anschlagelement und die Fixierungsvorsprünge auf einem Höhenniveau zur Beaufschlagung eines flaschenförmigen Werkstük- kes zwischen dessen Stützring und dessen Schulterbereich angeordnet sind.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Eine Prinzipskizze einer Mehrzahl von Plasmakammern, die auf einem rotierenden Plasmarad angeordnet sind und bei der das Plasmarad mit Eingabe- und Ausgaberädern gekoppelt ist .
Fig. 2 eine Anordnung ähnlich zu Fig. 1, bei der die Plasmastation jeweils mit zwei Plasmakammern ausgestattet sind, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Plasmarades mit einer Vielzahl von Plasmakammern,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Plasmastation mit einer Kavität,
Fig. 5 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 4 mit geschlossener Plasmakammer,
Fig. 6 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie VI-VI in Fig. 5,
Fig. 7 eine Darstellung entsprechend Fig. 5 mit geöffneter Plasmakammer,
Fig. 8 einen Vertikalschnitt gemäß Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 7,
Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung der Plasmakammer mit zu beschichtender Flasche gemäß Fig. 6,
Fig. 10 eine nochmals vergrößerte Darstellung eines Anschlußelementes zur Halterung des Werkstückes in der Plasmakammer,
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Positionierung eines flaschenförmigen Werkstückes innerhalb der Plasmakammer unter Verwendung eines zangenartigen Halteelementes,
Fig. 12 eine Draufsicht auf das Halteelement gemäß Fig. 11 ohne Darstellung des Werkstückes, Fig. 13 eine perspektivische Darstellung des Halteelementes gemäß Fig. 12 und
Fig. 14 eine perspektivische Darstellung des Halteelementes gemäß Fig. 13 mit eingesetztem flaschenartigem Werkstück sowie positionierten Arretierelementen.
Aus der Darstellung in Fig. 1 ist ein Plasmamodul (1) zu erkennen, das mit einem rotierenden Plasmarad (2) versehen ist. Entlang eines Umfanges des Plasmarades (2) sind eine Mehrzahl von Plasmastationen (3) angeordnet. Die Plasmastationen (3) sind mit Kavitäten (4) bzw. Plasmakammern (17) zur Aufnahme von zu behandelnden Werkstücken (5) versehen.
Die zu behandelnden Werkstücke (5) werden dem Plasmamodul
(I) im Bereich einer Eingabe (6) zugeführt und über ein Vereinzelungsrad (7) an ein Übergaberad (8) weitergeleitet, das mit positionierbaren Tragarmen (9) ausgestattet ist. Die Tragarme (9) sind relativ zu einem Sockel (10) des Übergaberades (8) verschwenkbar angeordnet, so daß eine Abstandsveränderung der Werkstücke (5) relativ zueinander durchgeführt werden kann. Hierdurch erfolgt eine Übergabe der Werkstücke (5) vom Übergaberad (8) an ein Eingaberad
(II) mit einem relativ zum Vereinzelungsrad (7) vergrößerten Abstand der Werkstücke (5) relativ zueinander. Das Eingaberad (11) übergibt die zu behandelnden Werkstücke (5) an das Plasmarad (2) . Nach einer Durchführung der Behandlung werden die behandelten Werkstücke (5) von einem Ausgaberad
(12) aus dem Bereich des Plasmarades (2) entfernt und in den Bereich einer Ausgabestrecke (13) überführt.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die Plasmastationen (3) jeweils mit zwei Kavitäten (4) bzw. Plasmakammern (17) ausgestattet. Hierdurch können jeweils zwei Werkstücke (5) gleichzeitig behandelt werden. Grundsätzlich ist es hierbei möglich, die Kavitäten (4) vollständig voneinander getrennt auszubilden, grundsätzlich ist es aber auch möglich, in einem gemeinsamen Kavitätenraum lediglich Teilbereiche derart gegeneinander abzugrenzen, daß eine optimale Beschichtung aller Werkstücke (5) gewährleistet ist. Insbesondere ist hierbei daran gedacht, die Teilkavitäten zumindest durch separate Mikrowelleneinkopplungen gegeneinander abzugrenzen.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Plasmamoduls (1) mit teilweise aufgebautem Plasmarad (2) . Die Plasmastationen (3) sind auf einem Tragring (14) angeordnet, der als Teil einer Drehverbindung ausgebildet und im Bereich eines Maschinensockels (15) gelagert ist. Die Plasmastationen (3) weisen jeweils einen Stationsrahmen (16) auf, der Plasmakammern (17) haltert. Die Plasmakammern (17) weisen zylinderförmige Kammerwandungen (18) sowie Mikrowellengeneratoren (19) auf.
In einem Zentrum des Plasmarades (2) ist ein Drehverteiler (20) angeordnet, über den die Plasmastationen (3) mit Betriebsmitteln sowie Energie versorgt werden. Zur Betriebs- mittelverteilung können insbesondere Ringleitungen (21) eingesetzt werden.
Die zu behandelnden Werkstücke (5) sind unterhalb der zylinderförmigen Kammerwandungen (18) dargestellt. Unterteile der Plasmakammern (17) sind zur Vereinfachung jeweils nicht eingezeichnet .
Fig. 4 zeigt eine Plasmastation (3) in perspektivischer Darstellung. Es ist zu erkennen, daß der Stationsrahmen (16) mit FührungsStangen (23) versehen ist, auf denen ein Schlitten (24) zur Halterung der zylinderförmigen Kammerwandung (18) geführt ist. Fig. 4 zeigt den Schlitten (24) mit Kammerwandung (18) in einem angehobenen Zustand, so daß das Werkstück (5) freigegeben ist.
Im oberen Bereich der Plasmastation (3) ist der Mikrowellengenerator (19) angeordnet. Der Mikrowellengenerator (19) ist über eine Umlenkung (25) und einen Adapter (26) an einen Kopplungskanal (27) angeschlossen, der in die Plasmakammer (17) einmündet. Grundsätzlich kann der Mikrowellengenerator (19) sowohl unmittelbar im Bereich des Kammerdek- kels (31) als auch über ein Distanzelement an den Kammerdeckel (31) angekoppelt mit einer vorgebbaren Entfernung zum Kammerdeckel (31) und somit in einem größeren Umgebungsbereich des Kammerdeckels (31) angeordnet werden. Der Adapter (26) hat die Funktion eines Übergangselementes und der Kopplungskanal (27) ist als ein Koaxialleiter ausgebildet. Im Bereich einer Einmündung des Kopplungskanals (27) in den Kammerdeckel (31) ist ein Quarzglasfenster angeordnet. Die Umlenkung (25) ist als ein Hohlleiter ausgebildet.
Das Werkstück (5) wird im Bereich eines Dichtelementes (28) positioniert, das im Bereich eines Kammerbodens (29) angeordnet ist. Der Kammerboden (29) ist als Teil eines Kammersockels (30) ausgebildet. Zur Erleichterung einer Justage ist es möglich, den Kammersockel (30) im Bereich der Führungsstangen (23) zu fixieren. Eine andere Variante besteht darin, den Kammersockel (30) direkt am Stationsrahmen (16) zu befestigen. Bei einer derartigen Anordnung ist es beispielsweise auch möglich, die Führungsstangen (23) in vertikaler Richtung zweiteilig auszuführen. Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht der Plasmastation (3) gemäß Fig. 3 in einem geschlossenen Zustand der Plasmakammer (17) . Der Schlitten (24) mit der zylinderförmigen Kammerwandung (18) ist hierbei gegenüber der Positionierung in Fig. 4 abgesenkt, so daß die Kammerwandung (18) gegen den Kammerboden (29) gefahren ist. In diesem Positionierzustand kann die Plasmabeschichtung durchgeführt werden.
Fig. 6 zeigt in einer Vertikalschnittdarstellung die Anordnung gemäß Fig. 5. Es ist insbesondere zu erkennen, daß der Kopplungskanal (27) in einen Kammerdeckel (31) einmündet, der einen seitlich überstehenden Flansch (32) aufweist. Im Bereich des Flansches (32) ist eine Dichtung (33) angeordnet, die von einem Innenflansch (34) der Kammerwandung (18) beaufschlagt wird. In einem abgesenkten Zustand der Kammerwandung (18) erfolgt hierdurch eine Abdichtung der Kammerwandung (18) relativ zum Kammerdeckel (31) . Eine weitere Dichtung (35) ist in einem unteren Bereich der Kammerwandung (18) angeordnet, um auch hier eine Abdichtung relativ zum Kammerboden (29) zu gewährleisten.
In der in Fig. 6 dargestellten Positionierung umschließt die Kammerwandung (18) die Kavität (4) , so daß sowohl ein Innenraum der Kavität (4) als auch ein Innenraum des Werkstückes (5) evakuiert werden können. Zur Unterstützung einer Zuleitung von Prozeßgas ist im Bereich des Kammersok- kels (30) eine hohle Lanze (36) angeordnet, die in den Innenraum des Werkstückes (5) hineinverfahrbar ist. Zur Durchführung einer Positionierung der Lanze (36) wird diese von einem Lanzenschlitten (37) gehaltert, der entlang der FührungsStangen (23) positionierbar ist. Innerhalb des Lanzenschlittens (37) verläuft ein Prozeßgaskanal (38) , der in der in Fig. 6 dargestellten angehobenen Positionierung mit einem Gasanschluß (39) des Kammersockels (30) gekoppelt ist. Durch diese Anordnung werden schlauchartige Verbindungselemente am Lanzenschlitten (37) vermieden.
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen die Anordnung gemäß Fig. 5 und Fig. 6 in einem angehobenen Zustand der Kammerwandung (18) . In diesem Positionierungszustand der Kammerwandung (18) ist es problemlos möglich, das behandelte Werkstück (5) aus dem Bereich der Plasmastation (3) zu entfernen und ein neues zu behandelndes Werkstück (5) einzusetzen. Alternativ zu der in den Zeichnungen dargestellten Positionierung der Kammerwandung (18) in einem durch Verschiebung nach oben erreichten geöffneten Zustand der Plasmakammer (17) ist es auch möglich, den Öffnungsvorgang durch eine Verschiebung einer konstruktiv modifizierten hülsenförmigen Kammerwandung in vertikaler Richtung nach unten durchzuführen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Kopplungs- kanal (27) eine zylinderförmige Gestaltung und ist im wesentlichen koaxial zur Kammerwandung (18) angeordnet.
Fig. 9 zeigt den Vertikalschnitt gemäß Fig. 6 in einer vergrößerten teilweisen Darstellung in einer Umgebung der Kammerwandung (18) . Zu erkennen ist insbesondere das Übergreifen des Innenflansches (34) der Kammerwandung (18) über den Flansch (32) des Kammerdeckels (31) und die Halterung des Werkstückes (5) durch das Halteelement (28) . Darüber hinaus ist zu erkennen, daß die Lanze (36) durch eine Ausnehmung (40) des Halteelementes (28) hindurchgeführt ist.
Die Positionierung des Werkstückes (5) im Bereich des Dichtelementes (28) ist in der nochmals vergrößerten Darstellung in Fig. 10 zu erkennen. Das Dichtelement (28) ist in eine Führungshülse (41) eingesetzt, die mit einer Federkammer (42) versehen ist. In die Federkammer (42) ist eine Druckfeder (43) eingesetzt, die einen Außenflansch (44) des Dichtelementes (28) relativ zur Führungshülse (41) verspannt .
In der in Fig. 10 dargestellten Positionierung ist ein an der Lanze (36) montierter Schubteller (45) gegen den Außenflansch (44) geführt und drückt das Dichtelement (28) in seine obere Endpositionierung. In dieser Positionierung ist ein Innenraum des Werkstückes (5) gegenüber dem Innenraum der Kavität (4) isoliert. In einem abgesenkten Zustand der Lanze (36) verschiebt die Druckfeder (43) das Dichtelement (28) relativ zur Führungshülse (41) derart, daß eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Werkstückes (5) und dem Innenraum der Kavität (4) geschaffen ist.
Fig. 11 zeigt die Positionierung des Werkstückes (5) innerhalb der Plasmakammer (17) mit Hilfe eines Halteelementes (46) . Das Halteelement (46) ist zangenartig ausgebildet und besitzt zwei verschwenkbar gelagerte Haltearme (47, 48) . Die Haltearme (47, 48) sind relativ zu Drehachsen (49, 50) ve schwenkbar. Zur Gewährleistung einer automatischen Fixierung des Werkstückes (5) durch das Halteelement (46) werden die Haltearme (47, 48) von Federn (51, 52) in eine jeweilige Haltepositionierung gedrückt. Vorzugsweise ist an die Verwendung von Schenkelfedern (51, 52) gedacht.
Das Halteelement (46) ist oberhalb des Kammersockels (30) angeordnet, so daß nach einem Anheben der Kammerwandung (18) eine seitliche Zugänglichkeit des Halteelements (46) gegeben ist. Das Werkstück (5) kann hierdurch von einem Positionierelement an das Halteelement (46) übergeben werden, ohne daß eine Hubbewegung des Werkstückes (5) in Richtung einer Kavitätenlängsachse (53) erfolgen muß. Fig. 12 zeigt in einer Draufsicht das Halteelement (46) gemäß Fig. 11 nach einer Entfernung des Werkstückes (5) . Es ist insbesondere zu erkennen, daß zwischen den Haltearmen (47, 48) ein Klemmraum (54) zur Aufnahme des Werkstückes (5) angeordnet ist. Die Haltearme (47, 48) ragen mit Fixierungsvorsprüngen (55, 56) in den Klemmraum (54) hinein. Darüber hinaus weisen die Haltearme (47, 48) den Fixierungsvorsprüngen (55, 56) abgewandt angeordnete Arretierstege (57, 58) auf, die von Arretierelementen (59, 60) , die vorzugsweise gemeinsam mit der Kammerwandung (18) positionierbar sind, in einer Arretierungsposition fixiert werden könne .
Zur weiteren Abstützung und Fixierung des Werkstückes (5) weist das Halteelement (46) ein Anschlagelement (61) auf. Das Anschlagelement (6) begrenzt ein maximales Einführen des Werkstückes (5) in den Klemmraum (54) . In der Arretierungspositionierung wird das Werkstück (5) von den Fixierungsvorsprüngen (55, 56) gegen das Anschlagelement (61) gedrückt. Das Anschlagelement (61) und die Fixierungsvorsprünge (55, 56) sind hierdurch auf einem etwa gleichen Höhenniveau angeordnet .
Fig. 12 zeigt zusätzlich das Dichtelement (28) sowie die Lanze (36) auf einem aufgrund der gewählten Blickrichtung bezüglich der Zeichnungsebene niedrigeren Höhenniveau als das Halteelement (46) .
Fig. 13 zeigt das Halteelement (46) gemäß Fig. 12 in einer perspektivischen Darstellung und ohne Abbildung der Arretierelemente (59, 60) . Es ist insbesondere zu erkennen, daß das Halteelement (46) eine Grundplatte (62) aufweist, von der die Haltearme (47, 48) sowie die weiteren Bauelemente getragen sind. Die Grundplatte (62) kann über Distanzele- mente (63, 64) sowie Verbindungselemente (65, 66) im Bereich des Stationsrahmens (16) montiert werden. Insbesondere ist daran gedacht, eine Montage auf dem Kammersockel (30) durchzuführen.
Fig. 13 zeigt ebenfalls, daß die Fixierungsvorsprünge (55, 56) jeweils mit Einführanschrägungen (67) und Auslaßan- schrägungen (68) versehen sind. Bei einem Einführen der Werkstücke (5) in den Klemmraum (54) kommt das Werkstück (5) zunächst in Kontakt mit den Einführanschrägungen (67) und drückt die Haltearme (47, 48) entgegen der Kräfte der Federn (51, 52) auseinander. Nach einem vollständigem Einführen des Werkstückes (5) in den Klemmraum (54) kehren die Haltearme (47, 48) aufgrund der Kräfte der Federn (51, 52) automatisch in die Arretierungspositionierung zurück und drücken das Werkstück (5) gegen das Anschlagelement (61) . Das Werkstück (5) ist hierdurch innerhalb der Plasmakammer (17) fixiert.
Nach einer Fertigstellung der Behandlung des Werkstückes (5) wird das Werkstück (5) von einem Transferelement ergriffen und gegen die Auslaßanschrägungen (68) gezogen. Die Auslaßanschrägung (68) ist vorzugsweise gekrümmt und mit einem Krümmungsverlauf entsprechend einer Außenkontur des Werkstückes (5) im Kontaktbereich ausgebildet. Die Haltearme (47, 48) werden hierdurch wieder auseinandergeführt und geben das Werkstück (5) frei. Insbesondere ist daran gedacht, das Transferelement mit gesteuerten Zangenarmen zu versehen. Die gesteuerten Zangenarme ermöglichen ein aktives Greifen der Werkstücke (5) und unterstützen die Aufbringung von Druckkräften und Zugkräften auf die Einführanschrägungen (67) bzw. die Auslaßanschrägungen (68) . Insbesondere ist daran gedacht, die gesteuerten Zangen der Transferelemente auf einem im wesentlichen gleichen Höhen- niveau wie die Haltearme (47, 48) bzw. auf einem etwas tieferen oder höheren Niveau auf das Werkstück (5) einwirken zu lassen. Hierdurch wird die Einleitung von Kippkräften in das Werkstück (5) vermieden bzw. stark vermindert.
Fig. 14 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 13 nach einem Einsetzen eines flaschenartigen Werkstückes (5) , das zwischen einem Stützring (69) und einem Schulterbereich (70) von den Haltearmen (47, 48) beaufschlagt ist. Eine Halterung eines derartigen flaschenartigen Werkstückes (5) im dargestellten Halsbereich führt zu einer sehr stabilen Fixierung des Werkstückes (5) . In Fig. 14 sind zusätzlich die Arretierelemente (59, 60) dargestellt. Die Arretierelemente (59, 60) werden gemeinsam mit der Kammerwandung (18) positioniert. In der dargestellten Anordnung blockieren die Arretierelemente (59, 60) eine Bewegung der Haltearme (47, 48) , so daß ein unkontrolliertes Öffnen des Halteelementes (46) sicher unterbunden ist.
Ein typischer Behandlungsvorgang wird im folgenden am Beispiel eines BeSchichtungsvorganges erläutert und derart durchgeführt, daß zunächst das Werkstück (5) unter Verwendung des Eingaberades (11) zum Plasmarad (2) transportiert wird und daß in einem hochgeschobenen Zustand der hülsenartigen Kammerwandung (18) das Einsetzen des Werkstückes (5) in die Plasmastation (3) erfolgt. Zum Einsetzen des Werkstückes (5) wird das Werkstück (5) zunächst von einem Transferelement in den Klemmraum (54) eingesetzt. Nach einer Fixierung des Werkstückes (5) durch die Haltearme (47, 48) öffnet die gesteuerte Haltezange des Transferelementes und gibt das Werkstück (5) frei. Nach einem Abschluß des Einsetzvorganges wird die Kammerwandung (18) in ihre abgedichtete Positionierung abgesenkt und zunächst gleichzeitig eine Evakuierung sowohl der Kavität (4) als auch eines Innenraumes des Werkstückes (5) durchgeführt.
Nach einer ausreichenden Evakuierung des Innenraumes der Kavität (4) wird die Lanze (36) in den Innenraum des Werkstückes (5) eingefahren und durch eine Verschiebung des Dichtelementes (28) eine Abschottung des Innenraumes des Werkstückes (5) gegenüber dem Innenraum der Kavität (4) durchgeführt. Ebenfalls ist es möglich, die Lanze (36) bereits synchron zur beginnenden Evakuierung des Innenraumes der Kavität in das Werkstück (5) hinein zu verfahren. Der Druck im Innenraum des Werkstückes (5) wird anschließend noch weiter abgesenkt. Darüber hinaus ist auch daran gedacht, die Positionierbewegung der Lanze (36) wenigstens teilweise bereits parallel zur Positionierung der Kammerwandung (18) durchzuführen. Nach Erreichen eines ausreichend tiefen Unterdruckes wird Prozeßgas in den Innenraum des Werkstückes (5) eingeleitet und mit Hilfe des Mikrowellengenerators (19) das Plasma gezündet. Insbesondere ist daran gedacht, mit Hilfe des Plasmas sowohl einen Haftvermittler auf eine innere Oberfläche des Werkstückes (5) als auch die eigentliche Barriereschicht aus Siliziumoxiden abzuscheiden.
Nach einem Abschluß des BeschichtungsVorganges wird die Lanze (36) wieder aus dem Innenraum des Werkstückes (5) entfernt und die Plasmakammer (17) sowie der Innenraum des Werkstückes (5) werden belüftet. Nach Erreichen des Umgebungsdruckes innerhalb der Kavität (4) wird die Kammerwandung (18) wieder angehoben, um eine Entnahme des beschichteten Werkstückes (5) sowie eine Eingabe eines neuen zu beschichtenden Werkstückes (5) durchzuführen. Zur Ermöglichung einer seitlichen Positionierung des Werkstückes (5) wird das Dichtelement (28) mindestens bereichsweise wieder in den Kammersockel (3) hinein verfahren. Zur Durchführung der Entnahme des Werkstückes wird erneut ein Transferelement mit einer gesteuerten Zange im Bereich des Halteelementes (46) positioniert und die gesteuerte Zange des Transferelementes greift auf das Werkstück (5) zu. Das derart gehalterte Werkstück wird dann aus dem Halteelement (46) herausgezogen, wobei die Haltearme (47, 48) entgegen der Kräfte der Federn (51, 52) auseinander gedrückt werden.
Alternativ zur erläuterten InnenbeSchichtung von Werkstük- ken (5) können auch Außenbeschichtungen, Sterilisationen oder Ober lächenaktivierungen durchgeführt werden. Bei derartigen Ausführungsformen ergreift das Halteelement (46) bei flaschenartigen Werkstücken (5) das Werkstück (5) vorzugsweise im Gewindebereich bzw. mit geringem Abstand zur Mündungsöffnung .
Eine Positionierung der Kammerwandung (18) , des Dichtelementes (28) und / oder der Lanze (36) kann unter Verwendung unterschiedlicher Antriebsaggregate erfolgen. Grundsätzlich ist die Verwendung pneumatischer Antriebe und / oder elektrischer Antriebe, insbesondere in einer Ausführungsform als Linearmotor, denkbar. Insbesondere ist aber daran gedacht, zur Unterstützung einer exakten Bewegungskoordinierung mit einer Rotation des Plasmarades (2) eine Kurvensteuerung zu realisieren. Die Kurvensteuerung kann beispielsweise derart ausgeführt sein, daß entlang eines Um- fanges des Plasmarades (2) Steuerkurven angeordnet sind, entlang derer Kurvenrollen geführt werden. Die Kurvenrollen sind mit den jeweils zu positionierenden Bauelementen gekoppelt .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Plasmabehandlung von Werkstücken, bei dem das Werkstück in eine zumindest teilweise evakuierbare Kammer einer BehandlungsStation eingesetzt wird und bei dem das Werkstück innerhalb der Behandlungsstation von einem Halteelement positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (5) durch mindestens zwei relativ zueinander positionierbare Klemmelemente des Halteelementes (46) derart beaufschlagt wird, daß das Werkstück (5) von einem Klemmraum (54) zwischen den Klemmelementen aufgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung der Klemmelemente in einer horizontalen Richtung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (5) von zangenartigen Haltearmen (47, 48) positioniert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Evakuierung einer Kavität (4) der Plasmastation (3) durch den Kammerboden (29) hindurch erfolgt .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Kammerboden (29) hindurch Prozeßgas zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßgas durch eine Lanze (36) hindurch in einen Innenraum des Werkstückes (5) zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (5) von verschwenkbar gelagerten Haltearmen (47, 48) positioniert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (47, 48) von Federn in eine Arretierungspositionierung gedrückt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (47, 48) bei einem Einführen des Werkstückes (5) in den Klemmraum (54) auseinander gedrückt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (47, 48) bei einem Heraus- ziehen des Werkstückes (5) aus dem Klemmraum (54) auseinander gedrückt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Arretierungselemente (59, 60 ) zur Fixierung der Haltearme (47, 48) gemeinsam mit der Kammerwandung (18) positioniert werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß etwa auf einem gleichen Höhenniveau wie die Haltearme (47, 48) ein Anschlagelement (61) zur Fixierung des Werkstückes (5) angeordnet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kammerdeckels (31) von einem Mikrowellengenerator (19) erzeugte Mikrowellen in die Kavität (4) eingeleitet werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück (5) aus einem thermoplastischen Kunststoff behandelt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innenraum eines hohlkörperartigen Werkstückes (5) behandelt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstück (5) ein Behälter behandelt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstück (5) eine Getränkeflasche behandelt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Plasmastation (3) von einem rotierenden Plasmarad (2) von einer Eingabepositionierung in eine Ausgabepositionierung überführt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Plasmastation (3) mehrere Kavitäten (4) bereitgestellt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (5) in einem Mündungsbereich von den Haltearmen (47, 48) fixiert wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasmabehandlung eine Plasmabe- schichtung durchgeführt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmabehandlung unter Verwendung eines Niederdruckplasmas durchgeführt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Plasmapolymerisation durchgeführt wird,
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Plasma mindestens zum Teil organische Substanzen abgeschieden werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Plasma mindestens zum Teil anorganische Substanzen abgeschieden werden.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Plasma eine Substanz zur Verbesserung von Barriereeigenschaften des Werkstückes (5) abgeschieden wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Haftvermittler zur Verbesserung eines Anhaf- tens der Substanz auf einer Oberfläche des Werkstückes (5) abgeschieden wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß in einer gemeinsamen Kavität mindestens zwei Werkstücke (5) gleichzeitig behandelt werden.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasmabehandlung eine Plasmasterilisation durchgeführt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasmabehandlung eine Oberflächenaktivierung des Werkstückes (5) durchgeführt wird.
31. Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Werkstücken, die mindestens eine evakuierbare Plasmakammer zur Aufnahme der Werkstücke aufweist und bei der die Plasmakammer im Bereich einer BehandlungsStation angeordnet ist, sowie bei der die Plasmakammer von einem Kammerboden, einem Kammerdeckel sowie einer seitlichen Kammerwandung begrenzt ist und mindestens ein Halteelement zur Positionierung des Werkstückes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (46) mindestens zwei relativ zueinander positionierbare Klemmelemente aufweist, die relativ zueinander mit einem einen Klemmraum (54) bereitstellenden Abstand zur Aufnahme des Werkstückes (5) angeordnet sind.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente in einer horizontalen Richtung positionierbar sind.
33. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente von zangenartig angeordneten Haltearmen (47, 48) bereitgestellt sind.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Evakuierung einer Kavität (4) der Plasmastation (3) im Kammerboden (29) mindestens ein Vakuumkanal angeordnet ist .
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß im Kammerboden (29) mindestens ein Kanal zur Zuführung von Prozeßgas angeordnet ist .
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung von Prozeßgas in einen Innenraum des Werkstückes (5) hinein eine Lanze (36) relativ zum Kammerboden (29) positionierbar angeordnet ist.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (47, 48) relativ zu Drehachsen (49, 50) verschwenkbar angeordnet sind.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (47, 48) mit einer Federverspannung in Richtung einer Arretierungspositionierung versehen sind.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die FederverSpannungen von Schenkelfedern (51, 52) bereitgestellt sind.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (47, 48) Fixierungsvorsprünge (55, 56) aufweisen, die jeweils mit einer Einführ- anschrägung (67) versehen sind.
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (47, 48) Fixierungsvorsprünge (55, 56) aufweisen, die jeweils mit einer Auslaßan- schrägung (68) versehen sind.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (47, 48) im Bereich ihrer den Fixierungsvorsprüngen (55, 56) abgewandten Ausdehnung mit Arretierstegen (57, 58) versehen sind.
43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kammerdeckels (31) ein Mikrowellengenerator (19) angeordnet ist.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung eines Werkstückes (5) aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist.
45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung eines behälterartigen Werkstückes (5) ausgebildet ist.
46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung eines Innenraumes eines hohlkörperartigen Werkstückes (5) ausgebildet ist .
47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung eines Werkstückes (5) in Form einer Getränkeflasche ausgebildet ist.
48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Plasmastation (3) von einem rotierenden Plasmarad (2) getragen ist.
49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Plasmastation (3) mehrere Kavitäten (4) angeordnet sind.
50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Bereitstellung von mindestens zwei Kavitäten (4) vorgesehene Kammerwandung (18) positionierbar angeordnet ist.
51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierstege (57, 58) von Arretierelementen (59, 60) festsetzbar sind.
52. Vorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierelemente (59, 60) aus einem gehärteten Material ausgebildet sind.
53. Vorrichtung nach Anspruch 51 oder 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierelemente (59, 60) von der Kammerwandung (18) positionierbar sind.
54. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (46) mit einem Anschlagelement (61) für das Werkstück (5) versehen ist.
55. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierungsvorsprünge (55, 56) und das Anschlagelement (61) auf einem etwa gleichen Höhenniveau angeordnet sind.
56. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (61) und die Fixierungsvorsprünge (55, 56) auf einem Höhenniveau zur Beaufschlagung eines Mündungsbereiches eines flaschenförmigen Werkstückes (5) angeordnet sind.
57. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (61) und die Fixierungsvorsprünge (55, 56) auf einem Höhenniveau zur Beaufschlagung eines flaschenförmigen Werkstückes (5) zwischen dessen Stützring (69) und dessen Schulterbereich (70) angeordnet sind.
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