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Dokumentenidentifikation DE102004027722A1 12.01.2006
Titel Schleusenvorrichtung mit Schwenkeinrichtung
Anmelder Leybold Optics GmbH, 63755 Alzenau, DE
Erfinder Röder, Mario, Dipl.-Wirtsch.-Ing., 63571 Gelnhausen, DE;
Müller, Alexander, 63594 Hasselroth, DE;
Caspari, Andreas, Dipl.-Ing., 63500 Seligenstadt, DE;
Vogt, Thomas, Dipl.-Ing., 63538 Großkrotzenburg, DE
Vertreter Reinhardt & Pohlmann Partnerschaft, 60316 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 07.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004027722
Offenlegungstag 12.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.01.2006
IPC-Hauptklasse B01J 3/02(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse C23C 14/56(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Schleusenvorrichtung für eine in einer Wandung zwischen einem ersten und einem zweiten Rezipienten angeordnete Schleusenöffnung mit einem Absperrorgan, welches in einem Befestigungsbereich mit einer vorgegebenen Länge L an der Schwenkwelle einer Schwenkeinrichtung angeordnet ist, wobei zur Betätigung des Absperrorgans zumindest ein Motor zur Einleitung eines Drehmoments in die Schwenkwelle an zumindest einer in dem Befestigungsbereich des Absperrorgans liegenden Einleitungsstelle vorgesehen ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schleusenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Bei Schleusenventilen von Vakuumkammern, insbesondere für sogenannte Inline-Anlagen zur Substratbeschichtung, treten häufig Probleme bei dem Abdichten der Schleusenventilklappe gegenüber dem Rezipienten auf. Ein wesentlicher Einflussfaktor bei Schleusenventilen mit schwenkbaren Schleusenventilklappen ist dabei eine Verdrehung der Schwenkwelle sowie der Schleusenventilklappe beim Andrücken der Klappe gegen den Rezipienten im Verschlusszustand des Schleusenventils. Die Folge der daraus resultierenden Verformungen ist ein ungleichmäßiger Anpressdruck der Schleusenventilklappe an ein die Schleusenöffnung umfassendes elastisches Dichtungselement, was dazu führt, dass entlang des Verlaufs des Dichtungselements nicht an allen Stellen die zur zuverlässigen Abdichtung notwendige Mindestanpresskraft sichergestellt ist. Ein gängiges, jedoch aufwändiges und kostentreibendes Konzept, um dennoch eine ausreichende Abdichtung zu gewährleisten, besteht darin, sehr groß dimensionierte Bauteile einzusetzen, mit denen ein ausreichend hohes Drehmoment und ein entsprechender Anpressdruck aufgebracht werden kann.

Aus der DE-OS 3941 502 ist eine Vorrichtung mit einer Unterdruckkammer und einem beiderseits der Unterdruckkammer vorgesehenen Schleusenventil bekannt. Die Ventilplatte weist eine längliche parallel epipede Form auf, wobei die Ventilplatte mit jeweils drei Lagerböcken fest verbunden ist. Durch die Lagerböcke ist eine Achse hindurchgeführt, die ihrerseits wiederum mit Schwenkhebeln in Verbindung steht und von einem Zahnstangentrieb mit Motor verschwenkbar ist. Die Ventilplatte ist gegenüber dem um ortsfeste Lager bewegbaren Hebel kippbar gehalten, so dass die Dichtflächen der Ventilplatte auf die Dichtfläche am Gehäuse der Unterdruckkammer anpressbar ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit diesem bekannten Schleusenventil höchste Anforderungen an die Dichtheit nicht erreicht werden können, weil der erforderliche Dichtring im Verschlusszustand zu ungleichmäßig beansprucht wird und sich die Dichtplatte bzw. die Antriebsachse im Verschlusszustand in einem zu großen Maße durchbiegen. Dieses Problem tritt insbesondere auf, falls die Ventilplatte ein extremes Breiten-/Längenverhältnis aufweist, wie es typisch bei Inline-Anlagen für flache Großflächensubstrate erforderlich ist.

Aus der DE 4203 473 A1 ist ferner bereits eine Drehschleuse zum Ein- und/oder Ausbringen eines Substrats von der einen in eine benachbarte Behandlungskammer oder aus dem atmosphärischen Raum in eine Kammer geringeren Drucks bekannt mit einer torartigen, in ortsfesten Lagern gehaltenen Ventilplatte und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden Schließmotor und mit einem die Schleusenöffnung umschließenden rahmenförmigen Dichtelement. Die Ventilplatte ist in einem sich etwa parallel zu ihr erstreckenden Ventilbalken über mindestens ein elastisch verformbares Zwischenglied angelenkt, wobei der Ventilbalken seinerseits zwei zueinander diametral gegenüberliegende Lagerzapfen aufweist, die drehfest mit außerhalb der Kammer vorgesehenen Antriebsmotoren gekoppelt sind. Der Ventilbalken ist als biegesteifes Profil ausgebildet. Ein Nachteil dieser Schleuse ist der hohe konstruktive Aufwand und die Schwierigkeit, eine Partikelkontamination aufgrund einer Torsion der Ventilplatte auszuschließen.

Aus der US 5379 984 ist ein Schleusenventil mit einem Ventilkörper, durch den sich ein langer enger Schlitz erstreckt, bekannt. Auf einer Öffnungsseite des Schlitzes ist eine Ventilplatte angeordnet, die sich zu einer schmalen Dichtungskontaktfläche verjüngt. Ein bewegbares Dichtungselement ist vorgesehen, um einen gespreizten Schlauch als dichtende Membran auf die Kontaktfläche aufzulegen. Da das Dichtelement an eine Schwenkachse angelenkt ist, ist es bei dieser vorbekannten Ventilvorrichtung schwierig, einen uniformen Druck entlang des Öffnungsverlaufs zu gewährleisten. So kann dieses Schleusenventil dem Druckunterschied zwischen Vakuum und Atmosphärendruck nur widerstehen, wenn das Ventil so angeordnet ist, dass der Atmosphärendruck schließkraftunterstützend in die Schließrichtung der Ventilklappe wirkt.

Aus der US 6263 542 B1 ist ferner eine Klappenanordnung mit einer Schwenklagerung für eine Vakuumkammer bekannt. Der Klappenkörper wird von der Schwenklagerung durch eine aufwändige flexible, beispielsweise federnde Verbindung, entkoppelt. Damit soll ein ungleichmäßiger Andruck der Dichtung, der zu Undichtigkeiten führen könnte, vermieden werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer gattungsgemäßen Schleusenvorrichtung, bei der eine Verwindung der Schwenkachse vermieden oder reduziert werden und eine einfache und sichere Abdichtung einer in einer Wandung angeordneten Schleusenöffnung erreicht werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist bei einer Schleusenvorrichtung für eine in einer Wandung zwischen einem ersten und zweiten Rezipienten angeordnete Schleusenöffnung mit einem klappenartigen Absperrorgan, welches in einem Befestigungsbereich mit einer vorgegebenen Länge L an der Schwenkwelle einer Schwenkeinrichtung angeordnet ist, vorgesehen, dass zur Betätigung des Absperrorgans zumindest ein Motor zur Einleitung eines Drehmoments in die Schwenkwelle an zumindest einer in dem Befestigungsbereich des Absperrorgans liegenden Einleitungsstelle vorgesehen ist. Da die Einleitung des Drehmoments in dem Bereich der Befestigung des Absperrorgans erfolgt, wird die wirksame Länge für eine Verdrehung der Welle gegenüber einer endseitigen Einleitung von Drehmoment beträchtlich reduziert. Insbesondere bei langen Schwenkwellen schließt das Absperrorgan mit erhöhter Zuverlässigkeit.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Einleitungsstelle an oder in der Nähe der Position ½ L der Schwenkwelle vorgesehen ist, da eine Reduktion der Verwindung mit geringem konstruktiven Aufwand erreicht werden kann.

Wenn eine Mehrzahl von Einleitungsstellen vorgesehen ist, die gleichmäßig entlang der Länge L der Schwenkwelle verteilt, wird das Drehmoment gleichmäßig in das Absperrorgan eingeleitet, so dass keine wesentliche oder nur eine geringe Verdrehung der Schwenkwelle auftritt.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Schwenkwelle als Hohlwelle mit einer feststehenden Achse ausgebildet, wobei der oder die Motoren in der Hohlwelle angeordnet sind. Dies ist platzsparend und im Hinblick auf einen Betrieb der Vorrichtung in einem Vakuum zweckmäßig. Vorzugsweise ist der Motor ein Torque-Motor, der auf hohe Momente und niedrige Drehzahlen ausgelegt ist. Übertragungselemente wie Getriebe können entfallen. Ferner sind bei diesem Motortyp bei stehendem Motor dauerhaft hohe Haltemomente erreichbar.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind in einem Innenbereich der Schwenkwelle Kühlkanäle zur Zirkulation eines Kühlmediums vorgesehen. Bei einer feststehenden Achse ist es vorteilhaft, die Kühlkanäle in der Achse zu führen.

In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung sind der oder die Motoren in einem vorgegebenen Abstand von der Schwenkwelle angeordnet und koppeln mittels einer Kopplungseinrichtung an. Die Kopplungseinrichtung ist vorzugsweise ein Zahnrad- oder Zahnriemengetriebe. Bei einer Weiterbildung der Erfindung, die vorzugsweise für den Einsatz bei Inline-Systemen mit großflächigen flachen Substraten geeignet ist, ist die Schleusenöffnung als Spaltöffnung ausgebildet. Zweckmäßigerweise kann das Absperrorgan als Rechteckklappe ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einer Schwenkwelle von einer Länge von zumindest 150 mm bis zu mehr als 2000 mm ausgestattet sein.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Patentansprüchen im folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit anhand von Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen in stark schematischer Darstellung:

1 eine erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung in einem Horizontalschnitt

2 eine erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung in einem Vertikalschnitt.

In den 1 und 2 sind jeweils ein Horizontalschnitt A-A bzw. ein Vertikalschnitt senkrecht zu A-A einer erfindungsgemäßen Schleusenvorrichtung für eine in einer Wandung zwischen einem ersten und einem zweiten Rezipienten angeordneten Schleusenöffnung dargestellt. Bei den Rezipienten handelt es sich um Vakuumkammern. Eine derartige Schleusenvorrichtung wird vorteilhaft bei sogenannten Inline-Systemen zur Herstellung von Substraten für flache Displays eingesetzt. Typischerweise sind derartige Substrate ca. 1 mm dick, rechteckig und haben eine Größe von 1000 × 1200 mm oder mehr. Die Substrate werden hängend in dem Inline-System entlang eines linearen oder U-förmigen Pfades durch eine Anzahl von Vakuumkammern geführt, die durch die Schleusen voneinander separierbar sind. Bedingt durch die Substratdimensionen sind die typischen Schleusenöffnungen charakterisiert durch ein extremes Längen-/Breitenverhältnis. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung auch für andere Schleusenöffnungsprofile eingesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung ist aus dünnwandigen und leichten Bauelementen ausführbar und daher besonders geeignet für automatisiertes Substrat-Handling mit einer hohen Durchsatzrate und dementsprechend schneller Taktung der Schleusenventile, da nur geringe Massen bewegt werden müssen.

In 1 ist zwischen einer ersten Vakuumkammer VK1 und einer zweiten Vakuumkammer VK2 eine als Rechteckspalt ausgebildete Schleusenöffnung angeordnet, die im vorliegenden Fall einen ersten Spaltbereich 15, der der Vakuumkammer VK1 und einen zweiten Spaltbereich 10, der der Vakkumkammer VK2 zugeordnet ist, umfasst. Zwischen den Vakuumkammern VK1 und VK2 erstreckt sich eine Wandung, die aus einem Verbindungsflansch 1a der Vakuumkammer VK1 und einem Verbindungsflansch 9a der Vakuumkammer VK2 gebildet ist, die jeweils mit einer Kammerwand 1 bzw. 9 der Vakuumkammer VK1 bzw. VK2 verbunden sind. Die Schleusenöffnung kann durch ein als rechteckige Klappe 6 ausgebildetes Absperrorgan im Zusammenwirken mit einer Gegenplatte 6a verschlossen werden. Die Schleusenöffnung wird in dem von dem Spaltbereich 15 gebildeten Bereich von der Gegenplatte 6a umfasst. Die Gegenplatte 6a weist ein verformbares Dichtungselement 7 auf, vorzugsweise einen gummielastischen Rundschnurring, der im Verschlusszustand deformiert wird und eine drucksichere Abdichtung gewährleistet. Die Klappe 6 ist an einer als Hohlwelle ausgebildeten Schwenkwelle 5 angeordnet. Wie aus der 2 zu erkennen ist, weist die Hohlwelle 5 einen Befestigungsbereich mit einer Länge L auf, der sich peripher als Anschlussflansch 5a erstreckt. Die Übertragung von Drehmoment bei einer Bewegung der Klappe 6 von der Hohlwelle 5 erfolgt in diesem Bereich. In der Hohlwelle 5 ist eine starre Achse 2 angeordnet, um die die Hohlwelle 5 eine Rotationsbewegung ausführen kann.

Zur Betätigung der Klappe 6 sind Motoren M1 und M2 zur Einleitung eines Drehmoments in die Hohlwelle an in dem Befestigungsbereich des Absperrorgans liegenden Einleitungsstellen vorgesehen. Die Motoren M1 bzw. M2 sind jeweils in der Hohlwelle angeordnet. Der Motor M1 ist ein Innenläufermotor mit einem Stator 3 und einem Läufer bzw. Permanentmagneten 3a, der an der starren Achse 2 befestigt ist. Der Motor M2 ist als Außenläufer mit einem Stator 4 und einem Läufer bzw. Permanentmagneten 4a ausgebildet. Bevorzugt sind die Motoren M1 und M2 als Torque-Motoren ausgebildete bürstenlose Synchronmotoren mit Permanentmagneterregung. Kopplungseinrichtungen wie beispielsweise Getriebe können entfallen, auch wenn hohe Momente und niedrige Drehzahlen erforderlich sind. Die Motoren können wassergekühlt ausgeführt sein. Zur Abdichtung gegen Verschmutzung weist die Hohlwelle 5 Abdichtungen 8 auf, womit eine besonders hohe Funktionssicherheit der Motoren M1 und M2 erreicht werden kann. Da Torque-Motoren ihr größtes Drehmoment bei stehendem Motor aufweisen und dieses auch für längere Zeit halten können, ist eine besonders einfache und sichere Funktion des Absperrorgans bzw. des Schließzustandes der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei dieser Ausführungsform gewährleistet.

In einer alternativen Ausbildungsform der Erfindung ist entweder nur eine Einleitungsstelle in den Befestigungsbereich des Absperrorgans oder eine Mehrzahl von Einleitungsstellen vorgesehen. Bevorzugt ist eine Einleitungsstelle an oder in der Nähe der Position ½ L der Schwenkwelle. In einer Weiterbildung der Erfindung sind eine Mehrzahl von Einleitungsstellen vorgesehen, deren Positionierung vorgegebenen Werten des vom Absperrorgan auf das Dichtungselement ausgeübten Anpressdrucks angepasst ist. Dies ist insbesondere bei einem unregelmäßigen Schleusenöffnungsprofil zweckmäßig. Für den Fall einer Mehrzahl von Einleitungsstellen ist es insbesondere bei einem linear gleichmäßigen Öffnungsprofil günstig, diese gleichmäßig entlang der Länge L der Schwenkwelle zu verteilen.

In einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung sind der oder die Motoren in einem vorgegebenen Abstand von der Schwenkwelle angeordnet und koppeln mittels einer Kopplungseinrichtung an die Schwenkwelle an. Bei dem oder den Motoren kann es sich um pneumatische, hydraulische oder elektrische Antriebe handeln. Bevorzugt ist die Kopplungseinrichtung als Zahnrad- oder Zahnriemengetriebe ausgebildet.

M1Motor M2Motor VK1Vakuumkammer 1 VK2Vakuumkammer 2 1Kammerwand Vakuumkammer 1 1aVerbindungsflansch Vakuumkammer 1 2starre Achse 3Stator 3aLäufer/Permanentmagnet 4Läufer/Permanentmagnet 4aStator 5Hohlwelle 5aAnschlussflansch 6Klappe 6aGegenplatte 7Dichtungselement 8Dichtung 9Kammerwand 9aVerbindungsflansch 10Spaltöffnung 12Halterung für Achse 13Kühlwasserdurchführung 15Spaltöffnung

Anspruch[de]
  1. Schleusenvorrichtung für eine in einer Wandung zwischen einem ersten und einem zweiten Rezipienten angeordnete Schleusenöffnung mit einem Absperrorgan, welches in einem Befestigungsbereich mit einer vorgegebenen Länge L an der Schwenkwelle einer Schwenkeinrichtung angeordnet ist und mit einer mit einem Dichtungselement versehenen Gegenplatte, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung des Absperrorgans zumindest ein Motor zur Einleitung eines Drehmoments in die Schwenkwelle an zumindest einer in dem Befestigungsbereich des Absperrorgans liegenden Einleitungsstelle vorgesehen ist.
  2. Schleusenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einleitungsstelle an oder in der Nähe der Position ½ L der Schwenkwelle vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von vorzugsweise gleichmäßig entlang der Länge L der Schwenkwelle verteilten Einleitungsstellen vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkwelle als Hohlwelle mit einer feststehenden Achse und der oder die Motoren in der Hohlwelle angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein elektrischer Innenläufertyp ist.
  6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein elektrischer Außenläufertyp ist.
  7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Innenbereich der Schwenkwelle, gegebenenfalls in der feststehenden Achse, Kühlkanäle zur Zirkulation eines Kühlmediums vorgesehen sind.
  8. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Motoren in einem vorgegebenen Abstand von der Schwenkwelle angeordnet sind und mittels einer Kopplungseinrichtung, vorzugsweise eines Zahnrad- oder Zahnriemengetriebes, an die Schwenkwelle ankoppeln.
  9. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenöffnung als Spaltöffnung, vorzugsweise mit einem Längen-/Breitenverhältnis von 10 : 1 oder größer, ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Absperrorgans dem Öffnungsprofil der Schwenköffnung angepasst ist.
  11. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan als Rechteckklappe ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Einleitungsstellen vorgesehen ist, deren Positionierung vorgegebenen Werten des vom Absperrorgan auf das Dichtungselement ausgeübten Anpressdrucks angepasst ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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