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WO2009121324A1 - Vorrichtung zur plasmabehandlung von werkstücken - Google Patents

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WO2009121324A1
WO2009121324A1 PCT/DE2009/000370 DE2009000370W WO2009121324A1 WO 2009121324 A1 WO2009121324 A1 WO 2009121324A1 DE 2009000370 W DE2009000370 W DE 2009000370W WO 2009121324 A1 WO2009121324 A1 WO 2009121324A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
seal
plasma
chamber
workpiece
workpieces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2009/000370
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sönke SIEBELS
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.)
KHS GmbH
Original Assignee
KHS Corpoplast GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KHS Corpoplast GmbH filed Critical KHS Corpoplast GmbH
Priority to DE112009001341T priority Critical patent/DE112009001341A5/de
Publication of WO2009121324A1 publication Critical patent/WO2009121324A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45578—Elongated nozzles, tubes with holes
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating

Definitions

  • the invention relates to a device for plasma treatment of workpieces, which has at least one evacuatable 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 is bounded by a chamber bottom, a chamber lid and a lateral chamber wall and a seal for acting on a mouth edge of the inserted into the plasma chamber workpiece.
  • Such devices are used, for example, to provide plastics with surface coatings.
  • such devices are already known to coat inner or outer surfaces of containers intended for packaging liquids.
  • facilities for plasma sterilization are known.
  • PCT WO 95/22413 describes a plasma chamber for the internal coating of PET bottles.
  • the bottles to be coated are raised by a movable floor in a plasma chamber and brought in the area of a bottle mouth with an adapter in combination. Through the adapter, an evacuation of the bottle interior can take place.
  • a hollow gas lance is inserted through the adapter into the interior of the bottles to supply process gas. Ignition of the plasma occurs using a microwave.
  • EP-OS 10 10 773 a feeder is described to evacuate a bottle interior and to supply with process gas.
  • PCT-WO 01/31680 a plasma chamber is described in which the bottles are introduced by a movable lid which has been previously connected to a mouth region of the bottles.
  • PCT-WO 00/58631 likewise already shows the arrangement of plasma stations on a rotating wheel and, for such an arrangement, describes a group-wise assignment of vacuum pumps and plasma stations in order to assist a favorable evacuation of the chambers as well as the interior spaces of the bottles.
  • the coating of several containers in a common plasma station or a common cavity is mentioned.
  • the hitherto known devices are not yet sufficiently adapted to be used for mass production, in which both a low coating price per workpiece and a high production speed must be achieved.
  • a negative pressure is generally generated in the interior of the container than in a region surrounding the container of the plasma chamber. It is therefore necessary to seal the container in the mouth area.
  • a seal is typically used in a support member for the container, against which an edge surrounding the mouth of the container is clamped.
  • a material for this seal usually a silicone is used.
  • seal is formed at least in the region of the workpiece zuwendbaren expansion of metal and arranged resiliently.
  • the metallic gasket according to the invention has considerable resistance to exposure to plasma and reactive gases. A wear-related replacement can be avoided thereby. It is only necessary to carry out a cleaning of the seal at certain time intervals, with such cleaning work also having to be made anyway with regard to the further components. Due to the resilient properties sufficient sealing is ensured at a substantially smooth-surfaced edge of the mouth portion.
  • Permanently elastic resilient properties can be provided by the fact that the seal is at least partially formed of a spring steel.
  • a coating of bottle-like workpieces is supported by the fact that the seal is formed like a ring.
  • the metallic seal is arranged in a metallic holding element.
  • Sufficient mobility of the seal can be assisted in that a spacer element is arranged between a contact surface of the retaining element and the seal.
  • Resulting elastic properties can be increased by the fact that the spacer element is made of plastic.
  • a high material resistance can be achieved in that the spacer element is formed of metal.
  • a resilient mobility of the seal is supported by the fact that, starting from a lateral boundary of the retaining recess, the seal extends further in the direction of a recess of the retaining element than the spacer element.
  • 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 stations are each equipped with two plasma chambers, 3 is a perspective view of a plasma bath with a plurality of plasma chambers,
  • FIG. 4 is a perspective view of a plasma station with a cavity
  • FIG. 5 is a front view of the apparatus of FIG. 4 with the plasma chamber closed
  • FIG. 6 shows a cross section according to section line VI-VI in Fig. 5,
  • Fig. 7 is an enlarged sectional view of a connecting element for supporting the workpiece in the plasma chamber and an insertable into the workpiece gas lance and
  • Fig. 8 is a sectional enlarged view of a seal with associated container mouth.
  • FIG. 1 shows a plasma module (1), which is provided with a rotating plasma wheel (2). Along a circumference of the plasma wheel (2) a plurality of plasma stations (3) are arranged. The plasma stations (3) are provided with cavities (4) or plasma chambers (17) for receiving workpieces (5) to be treated.
  • the workpieces (5) to be treated are supplied to the plasma module (1) in the region of an input (6) and forwarded via a separating wheel (7) to a transfer wheel (8) equipped with positionable support arms (9).
  • the support arms (9) are arranged pivotable relative to a base (10) of the transfer wheel (8), so that a change in the distance of the workpieces (5) relative to each other can be performed.
  • the input wheel (11) transfers the workpieces (5) to be treated to the plasma wheel (2).
  • the treated workpieces (5) are removed from the area of the plasma wheel (2) by an output wheel (12) and transferred to the area of an output line (13).
  • the plasma stations (3) are each equipped with two cavities (4) or plasma chambers (17).
  • two workpieces (5) can be treated simultaneously.
  • this is thought to delimit the partial cavities at least by separate Mikrowelleneinkopplept against each other.
  • Fig. 3 shows a perspective view of a plasma module (1) with partially constructed plasma wheel (2).
  • the plasma stations (3) are arranged on a support ring (14), which as part of a
  • Rotary connection is formed and stored in the region of a machine base (15).
  • the plasma stations (3) each have one
  • Plasma chambers (17) have cylindrical chamber walls (18) and microwave generators (19).
  • a rotary distributor (20) is arranged, via which the plasma stations (3) are supplied with resources and energy.
  • ring lines (21) can be used.
  • Fig. 4 shows a plasma station (3) in a perspective view. It can be seen that the station frame (16) is provided with guide rods (23) on which a carriage (24) for holding the cylindrical chamber wall (18) is guided. Fig. 4 shows the carriage (24) with chamber wall (18) in a raised state, so that the workpiece (5) is released.
  • 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) coupled both directly in the region 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) ,
  • the adapter (26) has the function of a transition element and the coupling channel (27) is formed as a coaxial conductor.
  • a quartz glass window is arranged in the region of an opening of the coupling channel (27) in the chamber lid (31) .
  • the deflection (25) is designed as a waveguide.
  • the workpiece (5) is positioned by a holding element (28), which is arranged in the region of a chamber bottom (29).
  • the chamber bottom (29) is formed as part of a chamber base (30).
  • Another variant is to attach the chamber base (30) directly to the station frame (16). In such an arrangement, it is also possible, for example, to make the guide rods (23) in two parts in the vertical direction.
  • 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 in this case lowered relative to the positioning in Fig. 4, so that the chamber wall (18) has moved against the chamber bottom (29). In this positioning state, the plasma coating can be performed.
  • the coupling channel (27) opens into a chamber lid (31) having a laterally projecting flange (32).
  • a seal (33) is arranged, which is acted upon by an inner flange (34) of the chamber wall (18).
  • a further seal (35) is arranged in a lower region of the chamber wall (18), in order to ensure a seal here relative to the chamber bottom (29).
  • the chamber wall (18) surrounds the cavity (4), so that both an interior of the cavity (4) and an interior of the workpiece (5) can be evacuated.
  • a hollow gas lance (36) is arranged in the region of the chamber base (30) and can be moved into the interior of the workpiece (5).
  • this is supported by a lance carriage (37) which can be positioned along the guide rods (23).
  • a process gas channel (38) Within the lance carriage (37) extends a process gas channel (38), which is coupled in the raised position shown in Fig. 6 with a gas port (39) of the chamber base (30).
  • a thrust plate (45) mounted on the gas lance (36) is guided against the outer flange (44) and pushes the retainer (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) the holding element (28) shifts the compression spring (43) the holding element (28) relative to the guide sleeve (41) such that a connection between the interior of the workpiece (5) and the interior of the cavity (4) is provided.
  • the workpiece (5) into a plasma chamber (17) immovable relative to the associated support structure. It is also possible, as an alternative to the illustrated coating of the workpieces (5) with their mouths in the vertical direction down to perform a coating of the workpieces with their mouths in the vertical direction upwards. In particular, it is intended to perform a coating of bottle-shaped workpieces (5).
  • Such bottles are also preferably formed from a thermoplastic material. Preferably, the use of PET or PP is intended. According to a further preferred embodiment, the coated bottles serve to receive drinks.
  • a typical treatment process is explained below using the example of a coating process and carried out such that first the workpiece (5) using the input wheel (11) is transported to the plasma wheel (2) and that in a pushed-up state of the sleeve-like chamber wall (18) the insertion of the workpiece (5) into the plasma station (3). After completion of the insertion process, the chamber wall (18) is lowered into its sealed positioning and initially carried out simultaneously an evacuation of both the cavity (4) and an interior of the workpiece (5).
  • the lance (36) is retracted into the interior of the workpiece (5) and by a displacement of the holding element (28) a foreclosure of the interior of the workpiece (5) relative to the interior of the cavity ( 4).
  • the gas lance (36) already in sync with the beginning eva ku réelle the interior of the cavity in the workpiece (5) to move into.
  • the pressure in the interior of the workpiece (5) is then further lowered.
  • it is also intended to carry out the positioning movement of the gas lance (36) at least partially already parallel to the positioning of the chamber wall (18).
  • gas is introduced into the interior of the workpiece (5) and ignited with the aid of the microwave generator (19) the plasma.
  • the gas lance (36) is again removed from the interior of the workpiece (5) and the plasma chamber (17) and the interior of the workpiece (5) are vented. After reaching the ambient pressure within the cavity (4), the chamber wall (18) is raised again to perform a removal of the coated workpiece (5) and an input of a new workpiece to be coated (5).
  • a positioning of the chamber wall (18), the sealing element (28) and / or the gas lance (36) can be carried out using different drive units.
  • the cam control may for example be designed such that along a circumference of the plasma wheel (2) control cams are arranged along which cam rollers are guided. The cam rollers are coupled to the respective components to be positioned.
  • FIG. 7 shows a seal (47) in a transition region, from the holding element (28) to an opening region (46) of the workpiece (5).
  • the mouth region (46) of the container-like workpiece (5) protrudes into a holder recess (48) of the holding element (48) into which the seal (47) is inserted.
  • the mouth region (46) adjoins the seal (47) with a mouth edge (49).
  • the seal (47) is formed at least in the region of its the mouth edge (49) facing extension of metal, preferably made of stainless steel.
  • Fig. 8 shows an enlarged view of a cross section through the seal (47) with associated mouth region (46).
  • the seal (47) is designed to be relatively thin and in the direction of a longitudinal axis (50) which extends through the recess (40) in the region of the retaining element (28).
  • the seal (47) protrudes into the recess (40) in a bearing area acted upon by the mouth section (46) in such a way that when the seal (47) is acted upon by the mouth region (46) in the direction of the longitudinal axis (50) Bending deformation of the seal (47) is possible.
  • the spacer (51) ensures that the seal to a support surface (52) of the Halterausaus- (48) has a sufficient distance to allow the elastic deformation of the seal (47).
  • the seal (47) and the spacer element (51) in one piece.
  • the spacer element (51) is also thought to realize the spacer element (51) as a bent flange of the seal (47) or to provide no annular formation of the spacer element (51), but to bend only individual segment regions of the seal (47).
  • a material for the spacer element (51) is for example silicone in question. But it is also possible to form the spacer element (51) made of metal, in particular is also intended here to a use of stainless steel.
  • the above-described metallic configuration of the seal (47) at least in the region of its workable extension comprises both an unprotected metallic surface of the seal (47) and the use of coatings in the region of at least part of the surface of the seal (47). It is intended in particular to the use of a ceramic coating.
  • the seal (47) made of a resilient metallic material
  • this is intended to the use of elastomeric or elastic base elements.
  • the base member is formed as an O-ring of an elastomeric material, preferably rubber.
  • an O-ring of an elastomeric material preferably of rubber, can thus be positioned both below and above the seal (47).
  • the dimensioning and arrangement of the base or elements is such that they are not in the direct plasma stream. Material impairments caused by plasma exposure can be minimized.

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Abstract

Die Vorrichtung dient zur Plasmabehandlung von Werkstücken (5). Das Werkstück (5) wird in eine zumindest teilweise evakuierbare Kammer (17) einer Behandlungsstation (3) eingesetzt. Die Plasmakammer (17) ist von einem Kammerboden (29), einem Kammerdeckel (31) sowie einer seitlichen Kammerwandung (18) begrenzt. Im Bereich der Plasmakammer (17) ist eine Dichtung (47) zur Beaufschlagung eines Mündungsrandes (49) des in die Plasmakammer (17) eingesetzten Werkstückes (5) angeordnet. Die Dichtung (47) ist mindestens im Bereich ihrer dem Werkstück (5) zuwendbaren Ausdehnung aus Metall ausgebildet und federnd angeordnet.

Description

A
Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Werkstücken
Die Erfindung betrifft eine 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 eine Dichtung zur Beaufschlagung eines Mündungsrandes des in die Plasmakammer eingesetzten Werkstückes aufweist.
Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um Kunststoffe mit Oberflächenbeschichtungen zu versehen. Insbesondere sind auch bereits derartige 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-WO 95/22413 wird eine Plasmakammer zur Innenbeschich- tung 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 Flascheninnenraumes erfolgen. Darüber hin- aus wird durch den Adapter hindurch eine hohle Gaslanze 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 beschreibt 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 Innenbeschichtung 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.
In der DE 10 2004 020 185 Al wird bereits eine Gaslanze beschrieben, die in den Innenraum eines zu beschichtenden Vorform- lings einfahrbar ist und zur Zuleitung von Prozeßgasen dient. Die Gaslanze ist in der Längsrichtung des Behälters positionierbar. Bei der überwiegenden Anzahl der bekannten Vorrichtungen 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 CO2-haltigen Flüssigkeiten.
Die bislang bekannten 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.
Bei einer Beschichtung einer Innenseite von flaschenartigen Behältern wird in der Regel im Innenraum des Behälters ein anderer Unterdruck als in einem den Behälter umgebenden Bereich der Plasmakammer erzeugt. Es ist deshalb erforderlich, den Behälter im Mündungsbereich abzudichten. Hierzu wird typischerweise in ein Halterungselement für den Behälter eine Dichtung eingesetzt, gegenüber der ein die Mündung des Behälters umgebender Rand verspannt wird. Als Material für diese Dichtung wird üblicherweise ein Silikon verwendet.
Die Verwendung derartiger Dichtungen aus Silikon weist den Vorteil auf, daß auch bei Riefen oder anderen Vertiefungen oder Erhebungen im Bereich des Mündungsrandes eine zuverlässige Abdichtung erreicht werden kann. Die Silikondichtungen besitzen jedoch den Nachteil, daß durch eine Einwirkung des Plasmas und der verwendeten reaktiven Gase sehr schnell eine Erosion der Oberfläche der Dichtung stattfindet und hierdurch ein häufiges Auswechseln erforderlich ist. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsbedingungen kann es hierdurch erforderlich sein, täglich die betreffenden Dichtungen auszuwechseln, was zu Produktionsunterbrechungen und damit verbundenen Kosten führt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß ein störungsarmer Betrieb bei vermindertem Wartungsaufwand unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtung mindestens im Bereich ihrer dem Werkstück zuwendbaren Ausdehnung aus Metall ausgebildet und federnd angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße metallische Dichtung besitzt eine erhebliche Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Einwirkung des Plasmas und von reaktiven Gasen. Ein verschleißbedingter Austausch kann hierdurch vermieden werden. Es ist lediglich erforderlich, in gewissen zeitlichen Abständen eine Reinigung der Dichtung vorzunehmen, wobei derartige Reinigungsarbeiten ohnehin hinsichtlich der weiteren Bauelemente auch erfolgen müssen. Durch die elastisch federnden Eigenschaften wird eine ausreichende Abdichtung bei einem im wesentlichen glattflächigen Rand des Mündungsabschnittes gewährleistet.
Ein dichtender Ausgleich von größeren Riefen oder anderen Unebenheiten im Rand des Mündungsabschnittes kann durch die metallische Dichtung zwar nicht erfolgen, dies ist aber auch nicht erforderlich, da entsprechende Behälter vor einer Befüllung ohnehin aussortiert werden, da kein ausreichend dichtes späteres Verschließen gewährleistet werden kann. Für derartige Behälter ist somit auch keine ordnungsgemäße Beschichtung erforderlich, so daß die gemäß dem Stand der Technik für erforderlich gehaltenen nachgiebigen Eigenschaften von Silikondichtungen entbehrlich sind.
Dauerelastische federnde Eigenschaften können dadurch bereitgestellt werden, daß die Dichtung mindestens bereichsweise aus einem Federstahl ausgebildet ist.
Eine Beschichtung von flaschenartigen Werkstücken wird dadurch unterstützt, daß die Dichtung ringartig ausgebildet ist. Zur Vermeidung eines Aufbaues unterschiedlicher elektrischer Potentiale wird vorgeschlagen, daß die metallische Dichtung in einem metallischen Haltelement angeordnet ist.
Eine ausreichende Beweglichkeit der Dichtung kann dadurch unterstützt werden, daß zwischen einer Auflagefläche des Halteelementes und der Dichtung ein Distanzelement angeordnet ist.
Eine preiswerte Fertigung der Bauteile wird dadurch unterstützt, daß das Distanzelement ringartig ausgebildet ist.
Resultierende elastische Eigenschaften können dadurch gesteigert werden, daß das Distanzelement aus Kunststoff ausgebildet ist.
Eine hohe Materialbeständigkeit kann dadurch erreicht werden, daß das Distanzelement aus Metall ausgebildet ist.
Eine zuverlässige Positionierung der verwendeten Bauteile wird dadurch unterstützt, daß die Dichtung in eine Halterungsausneh- mung des Halteelementes eingesetzt ist.
Eine federnde Beweglichkeit der Dichtung wird dadurch unterstützt, daß sich die Dichtung ausgehend von einer seitlichen Begrenzung der Halterungsausnehmung weiter in Richtung einer Ausnehmung des Halteelementes erstreckt als das Distanzelement .
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. l, 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 vergrößerte geschnittene Darstellung eines Anschlußelementes zur Halterung des Werkstückes in der Plasmakammer sowie einer in das Werkstück einführbaren Gaslanze und
Fig. 8 eine geschnittene vergrößerte Darstellung einer Dichtung mit zugeordneter Behältermündung.
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 (1) im Bereich einer Eingabe (6) zugeführt und über ein Vereinzelungs- rad (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 (11) mit einem relativ zum Vereinzelungsrad (7) vergrö- ßerten 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 Ka- vitätenraum 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 Betriebsmittelverteilung 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 Kammerdeckels (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 von einem Halteelement (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 Kammer- deckel (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 Kammersockels (30) eine hohle Gaslanze (36) angeordnet, die in den Innenraum des Werkstückes (5) hi- neinverfahrbar ist. Zur Durchführung einer Positionierung der Gaslanze (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.
In der in Fig. 7 dargestellten Positionierung ist ein an der Gaslanze (36) montierter Schubteller (45) gegen den Außenflansch (44) geführt und drückt das Halteelement (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 Halteelement (28) relativ zur Führungs- hülse (41) derart, daß eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Werkstückes (5) und dem Innenraum der Kavität (4) geschaffen ist.
Alternativ zur vorstehend erläuterten Konstruktion der Plasmastation ist es aber erfindungsgemäß aber auch möglich, das Werkstück (5) in eine relativ zur zugeordneten Tragstruktur unbewegliche Plasmakammer (17) einzuführen. Ebenfalls ist es möglich, alternativ zur dargestellten Beschichtung der Werkstücke (5) mit ihren Mündungen in lotrechter Richtung nach unten eine Beschichtung der Werkstücke mit ihren Mündungen in lotrechter Richtung nach oben durchzuführen. Insbesondere ist daran gedacht, eine Beschichtung von flaschenförmigen Werkstücken (5) durchzuführen. Derartige Flaschen sind ebenfalls bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet. Vorzugsweise ist an die Verwendung von PET oder PP gedacht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dienen die beschichteten Flaschen zur Aufnahme von Getränken.
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. 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 Halteelementes (28) eine Abschottung des Innenraumes des Werkstückes (5) gegenüber dem Innenraum der Kavität (4) durchgeführt. Ebenfalls ist es möglich, die Gaslanze (36) bereits synchron zur beginnenden Eva- kuierung 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 Gaslanze (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 Gaslanze (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.
Eine Positionierung der Kammerwandung (18) , des Dichtelementes (28) und / oder der Gaslanze (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 Umfanges des Plasmarades (2) Steuerkurven angeordnet sind, entlang derer Kurvenrollen geführt werden. Die Kurvenrollen sind mit den jeweils zu positionierenden Bauelementen gekoppelt . Fig. 7 zeigt in einem Übergangsbereich, vom Halteelement (28) zu einem Mündungsbereich (46) des Werkstückes (5) eine Dichtung (47) . Der Mündungsbereich (46) des behälterartigen Werkstückes (5) ragt ausgehend von der Kavität (4) in eine Halterungsausneh- mung (48) des Halteelementes (48) hinein, in die auch die Dichtung (47) eingesetzt ist. Der Mündungsbereich (46) grenzt mit einem Mündungsrand (49) gegen die Dichtung (47) . Die Dichtung (47) ist mindestens im Bereich ihrer dem Mündungsrand (49) zugewandten Ausdehnung aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, ausgebildet .
Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Querschnittes durch die Dichtung (47) mit zugeordnetem Mündungsbereich (46) . Es ist zu erkennen, daß die Dichtung (47) ringartig und in Richtung einer Längsachse (50) , die sich durch die Ausnehmung (40) im Bereich des Halteelementes (28) hindurch erstreckt, relativ dünn ausgebildet ist. Darüber hinaus ragt die Dichtung (47) in einem vom Mündungsabschnitt (46) beaufschlagten Auflagebereich in die Ausnehmung (40) derart hinein, daß bei einer Kraftbeaufschlagung der Dichtung (47) durch den Mündungsbereich (46) in Richtung der Längsachse (50) eine elastische Biegeverformung der Dichtung (47) möglich ist.
Gemäß der Ausführungsform in Fig. 8 liegt die Dichtung (47) auf einem Distanzelement (51) auf, das vorzugsweise ringartig ausgebildet ist. Durch das Distanzelement (51) wird gewährleistet, daß die Dichtung zu einer Auflagefläche (52) der Halterungsaus- nehmung (48) einen ausreichenden Abstand aufweist, um die elastische Verformung der Dichtung (47) zu ermöglichen. Grundsätzlich ist es denkbar, die Dichtung (47) und das Distanzelement (51) einteilig auszubilden. Beispielsweise ist auch daran gedacht, das Distanzelement (51) als umgebogenen Flansch der Dichtung (47) zu realisieren oder keine ringartige Ausbildung des Distanzelementes (51) vorzusehen, sondern lediglich einzelne Segmentbereiche der Dichtung (47) umzubiegen. Als Material für das Distanzelement (51) kommt beispielsweise Silikon in Frage. Es ist aber auch möglich, das Distanzelement (51) aus Metall auszubilden, insbesondere ist auch hier an eine Verwendung von Edelstahl gedacht.
Die vorstehend beschriebene metallische Ausbildung der Dichtung (47) mindestens im Bereich ihrer dem Werkstück zuwendbaren Ausdehnung umfaßt sowohl eine ungeschützte metallische Oberfläche der Dichtung (47) als auch die Verwendung von Beschichtungen im Bereich mindestens eines Teiles der Oberfläche der Dichtung (47) . Gedacht ist hierbei insbesondere an die Verwendung einer keramischen Beschichtung.
Alternativ zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Dichtung (47) aus einem federnden metallischen Material ist es auch möglich, die Dichtung (47) starr oder nur mit geringen eigenen federnden Eigenschaften auszubilden und die gewünschten federnden Eigenschaften durch eine geeignete Lagerung der Dichtung (47) auf einem zugeordneten Basiselement zu erreichen. Insbesondere ist hierbei an die Verwendung von elastomeren bzw. elastischen Basiselementen gedacht. Gemäß einer Ausführungsform wird das Basiselement als ein O-Ring aus einem elastomeren Material, vorzugsweise aus Gummi, ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, die metallische Dichtung (47) beidseitig von entsprechenden federnden oder elastischen Basiselementen zu beaufschlagen. Die metallische Dichtung (47) ist hierbei somit zwischen zwei entsprechenden Basiselementen angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können somit sowohl unterhalb als auch oberhalb der Dichtung (47) jeweils ein O-Ring aus einem elastomeren Material, vorzugsweise aus Gummi, positioniert werden.
Die Dimensionierung und Anordnung des oder der Basiselemente erfolgt derart, daß diese nicht im direkten Plasmastrom liegen. Materialbeeinträchtigungen durch eine Plasmaeinwirkung können hierdurch minimiert werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. 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 eine Dichtung zur Beaufschlagung eines Mündungsrandes (49) des in die Plasmakammer (17) eingesetzten Werkstückes • (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (47) mindestens im Bereich ihrer dem Werkstück (5) zuwendbaren Ausdehnung aus Metall ausgebildet und federnd angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (47) mindestens bereichsweise aus einem Federstahl ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (47) ringartig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Dichtung (47) in einem metallischen Haltelement (28) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Auflagefläche (52) des Halteelementes (28) und der Dichtung (47) ein Distanzele- ment (51) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (51) ringartig ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (51) aus Kunststoff ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (51) aus Metall ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (47) in eine Halterungsaus- nehmung (48) des Halteelementes (28) eingesetzt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dichtung (47) ausgehend von einer seitlichen Begrenzung (53) der Halterungsausnehmung (48) weiter in Richtung einer Ausnehmung (40) des Halteelementes (28) erstreckt als das Distanzelement (51) .
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (47) mindestens in einem vom Werkstück (5) beaufschlagbaren Bereich als ein elastisch federndes Blech ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (47) auf einem federnden Basiselement angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (47) zwischen zwei federnden Basiselementen angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Basiselemente aus einem ela- stomeren Material ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (47) mindestens bereichsweise beschichtet ist.
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