WO2003100126A1 - Verfahren und vorrichtung zur plasmabehandlung von werkstücken - Google Patents

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WO2003100126A1 PCT/DE2003/001507 DE0301507W WO03100126A1 WO 2003100126 A1 WO2003100126 A1 WO 2003100126A1 DE 0301507 W DE0301507 W DE 0301507W WO 03100126 A1 WO03100126 A1 WO 03100126A1
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Klaus Vogel
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Andreas LÜTTRINGHAUS-HENKEL
Matthias Bicker
Jürgen Klein
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    • 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 workpieces are inserted into an at least partially evacuable plasma chamber of a treatment station and in which the workpieces are positioned within the treatment station by holding elements.
  • 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 bottom, a chamber lid and a side - Chen chamber wall is limited and has at least one holding element for positioning the workpieces.
  • 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-WO 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.
  • 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, for such an arrangement, describes a group assignment of vacuum pumps and plasma stations in order 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.
  • portions of carbon, hydrogen and nitrogen can also be contained in the barrier layers produced in this way.
  • Such barrier layers prevent penetration of oxygen into the packaged liquids and escape of carbon dioxide in the case of liquids containing CO 2 .
  • the previously known methods and devices are not yet sufficiently suitable to be used for mass production, in which both a low coating price per workpiece and a high production speed must be achieved.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method of the type mentioned in the introduction in such a way that a quantitative production output is increased with good product quality.
  • This object is achieved in that at least two holding elements are positioned relative to one another in the area of the treatment station by a common carrier.
  • Another object of the present invention is to construct a device of the type mentioned in the introduction in such a way that, with a compact structure, high production output and good product quality are supported.
  • This object is achieved in that at least two holding elements are held by a common carrier in the area of the plasma station.
  • the joint positioning of the holding elements from a common carrier in the area of the treatment station makes it possible to support an increased production output for each treatment station.
  • insertion of the workpieces to be processed into the treatment station and removal of the finished workpieces from the treatment station are supported.
  • the common carrier for the holding elements supports an exactly reproducible positioning of the containers within the plasma station as well as the implementation of input and output processes with little expenditure of time and high reliability.
  • at least two holding elements be moved together with the carrier in a direction offset by a movement that is at least temporarily carried out by the carrier during the execution of a treatment process.
  • Simultaneous treatment of a large number of workpieces with a compact construction of the treatment device is supported in that at least two holding elements are moved together with the support offset relative to one another transversely to the direction of a movement which is at least temporarily carried out by the support during the execution of a treatment process.
  • 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 workpieces can be achieved in that the process gas is fed through a lance into the interior of the workpieces.
  • the carrier is positioned relative to the treatment station.
  • the carrier loaded with at least one workpiece, is inserted into the treatment station.
  • the carrier loaded with at least one workpiece, is removed from the treatment station.
  • a continuous execution of transfer processes is supported in that the carrier carries out a rotational movement at least temporarily relative to the treatment station.
  • Simple kinematics when carrying out transfer operations can be achieved in that the carrier is equipped with workpieces to be treated by a rotating transfer element.
  • the transfer element is moved at the same speed as the carrier at least at the time of transfer of a workpiece to the carrier.
  • microwaves generated in the region of the chamber lid be introduced into the cavity by at least one microwave generator.
  • a typical application is that workpieces made of a thermoplastic are treated.
  • beverage bottles are treated as workpieces.
  • 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.
  • 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.
  • the plasma deposits a substance to improve the barrier properties of the workpieces.
  • an adhesion promoter is additionally deposited to improve the adherence of the substance to surfaces of the workpieces.
  • 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 workpieces is carried out as a plasma treatment.
  • finished workpieces be removed at least one unloading station is used from the area of the carrier.
  • the workpieces to be treated are fed in that at least one loading station is used to feed workpieces to be machined into the area of the carrier.
  • Very short transfer times can be achieved in that the loading station is designed to feed workpieces to be machined to a carrier separate from the plasma wheel.
  • Low weights to be transferred when carrying out the transfer processes can be achieved in that at least one carrier is arranged in the area of each plasma station.
  • a simple implementation of the transfer operations is supported in that at least two holding elements are arranged along a circumference of the carrier.
  • a kinematically simple implementation of the transfer processes is supported in that the input path runs centrally to a center point of the plasma wheel.
  • Locally changeable transfer points can be realized in that the input path is arranged in the area of a transfer element.
  • Simple kinematic boundary conditions when carrying out the transfer operations are provided in that a speed of movement of the transfer element is adapted to a speed of movement of the carrier carried by the plasma wheel.
  • an output section be provided for removing workpieces to be treated from the supports.
  • the output path runs centrally to a center of the plasma wheel.
  • the output path is arranged in the area of a transfer element.
  • a convenient material flow during unloading can be achieved in that the transfer element is driven in a rotating manner.
  • Optimal utilization of the process angle is achieved by arranging the loading station on the one hand and the unloading station on the other hand at two cycle positions with a stationary plasma wheel.
  • the loading station is designed as a loading wheel.
  • the unloading station is designed as an unloading wheel.
  • wheels have a peripheral speed corresponding to a transport speed of the carrier in the area of its current transfer area.
  • Another mode of operation is defined by the fact that at least two rotations of the plasma wheel are provided for the period between an input of the workpieces into the plasma station and an output of the workpieces.
  • a material flow at a substantially constant height can be achieved in that the plasma station is guided so that it can be positioned at least partially in the direction of the carrier.
  • Another embodiment variant is that the carrier is guided so that it can be positioned vertically into the plasma chamber from above.
  • the carrier is guided so that it can be positioned in the vertical direction from below into the plasma chamber.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a plurality of plasma chambers which are arranged on a rotating plasma wheel. net and in which the plasma wheel is coupled with 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,
  • FIG. 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,
  • 10 is a perspective view of a support ring of a plasma wheel, on which a plurality of carriers for positioning several holding elements for bottle-shaped workpieces are arranged
  • 11 shows a schematic representation of a plasma wheel, in which fully equipped carriers for the workpieces are inserted into the plasma wheel and are removed from the plasma wheel together with the treated workpieces after the treatment process has been carried out
  • Fig. 12 shows a modified embodiment compared to Fig. 11, in which on the. Plasma wheel rotatably mounted carriers are arranged, which cooperate with loading and unloading lines, which are arranged outside the plasma wheel,
  • FIG. 13 shows a further modified embodiment in which a pulsed operation of the plasma wheel and a pulsed operation of input wheels and output wheels is provided
  • Fig. 14 shows a plan view of a holding element for a single workpiece
  • FIGS. 14 and 14 are perspective views of a holding element according to FIGS. 14 and
  • FIG. 16 shows the holding element according to FIG. 15 with a bottle-shaped workpiece held.
  • 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.
  • Fig. 1 only one workpiece (5) per plasma station (3) is shown.
  • the feeds and discharges of the workpieces also only schematically show the handling of individual workpieces (5). In fact, at least two workpieces (5) are assigned to each plasma station (3).
  • the workpieces (5) to be treated are fed to the plasma module (1) in the area of an input (6) in accordance with the simplification of the illustration and are forwarded via a separating wheel (7) to a transfer wheel (8) which is equipped with positionable support arms (9). Is provided.
  • the support arms (9) are arranged such that they can be pivoted relative to a base (10) of the transfer wheel (8), so that the distance between the workpieces (5) can be changed relative to one another.
  • the workpieces (5) are transferred from the transfer wheel (8) to an input wheel (11) with a greater distance between the workpieces (5) relative to one another relative to the separating wheel (7).
  • (11) transfers the workpieces (5) to be treated to the plasma wheel (2). After the treatment has been carried out, the treated workpieces (5) are removed from an output wheel
  • the plasma stations (3) are each shown with two cavities (4) or plasma chambers (17) to further clarify the design principle.
  • 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). To simplify matters, only one workpiece (5) is shown here for each plasma station (3).
  • 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. To simplify matters, only one workpiece (5) is shown here for each plasma station (3). It can be seen that the station frame (16) is provided with guide rods (23) on which a slide (24) is guided to hold the cylindrical chamber wall (18). 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 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.
  • the workpiece (5) is positioned in the area of a sealing element (28) which is arranged in the area of a chamber base (29).
  • the chamber base (29) is designed as part of a chamber base (30). To facilitate adjustment, it is possible to fix the chamber base (30) in the area of the guide rods (23). Another variant is to attach the chamber base (30) directly to the station frame (16). With such an arrangement, it is also possible, for example, to design the guide rods (23) in two parts in the vertical direction.
  • FIG. 5 shows a simplified 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 interior spaces of the workpieces (5) can be evacuated.
  • hollow lances (36) are arranged in the area of the chamber base (30) and can be moved into the interior of the workpieces (5).
  • the lances (36) are 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). This arrangement avoids hose-like connecting elements on the lance slide (37).
  • FIGS. 7 and 8 show the arrangement according to FIGS.
  • 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 sealing element (28).
  • Fig. 10 shows a support ring (14) of a further embodiment of the plasma wheel (2).
  • a plurality of supports (41) are arranged on the support ring (14), each of which positions holding elements (42) for the workpieces (5).
  • the carriers (41) are essentially circularly limited and six holding elements (42) are arranged in the vicinity of a circumference of the carriers (41).
  • the holding elements (42) are designed for positioning bottle-shaped workpieces (5), the Workpieces (5) are each arranged with mouth openings in the vertical direction downwards.
  • the carriers (41) with the holding elements (42) and the workpieces (5) can be used in differently designed plasma stations (3).
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a plasma wheel (2) with a plurality of carriers (41).
  • the carriers (41) are completely loaded with the workpieces (5) to be treated in the area of a loading station (43) and a carrier (41) equipped with the workpieces (5) is transferred to the plasma wheel (2).
  • the carrier (41) equipped with the workpieces (5) is removed from the plasma wheel (2) and transferred to the area of an unloading station (44).
  • the carrier (41) can again be loaded with workpieces (5) in the area of the loading station (43) and transferred back to the plasma wheel (2).
  • at least one carrier (41) more than can be arranged simultaneously in the region of the plasma wheel (2).
  • a carrier fully equipped with workpieces (5) can be transferred back to the plasma wheel (2).
  • different variants are conceivable. For example, it is possible to always convey the workpieces (5) on an essentially horizontal transport path.
  • machining of the workpieces (5) in the area of the plasma wheel (2) and unloading of the carriers (41) in the area of the unloading station (44) would be carried out at an essentially constant height level.
  • the carrier (41) with the workpieces (5) or also without the workpieces (5) being positioned in an upward or downward direction.
  • Such a procedure is particularly advantageous if the support (41) is to be lifted into the plasma chamber (17) or lowered into the plasma chamber (17) together with the workpieces (5) to be machined.
  • FIG. 12 shows an embodiment modified from the representation in FIG. 11.
  • the carriers (41) are arranged stationary in the area of the plasma wheel (2) and rotatably supported relative to the plasma wheel (2) by means of rotary bearings (45).
  • rotary bearings (45) it is contemplated to mount the carriers (41) in the region of the plasma wheel (42) in such a way that rotational movements can be carried out.
  • the plasma wheel (2) carries out a continuous rotational movement with a constant rotational speed.
  • the loading station (43) is formed from a transfer element (46) and a loading wheel (47).
  • the workpieces (5) to be machined reach the area of the loading wheel (47) via an input path (48) and are transferred from there to the transfer element
  • the transfer element (46) has a circumferential transfer element (49), which can be implemented in a chain-like manner, for example.
  • the loading wheel (47) initially transfers the workpieces (5) to be machined to the transfer element (49) in the area of a transfer position (50). Expediently the loading wheel
  • a transfer path (51) is provided, which essentially has a curvature corresponding to the movement path of a part of the carrier (2) facing away from a center point (52) of the plasma wheel (2). 41) runs. This takes into account the fact that there is no fixed transfer position between the carrier (41) and the transfer element (49), but that the transfer position changes due to the rotation of the plasma wheel (2).
  • the carrier (41) After completion of the treatment process of the workpieces (5) and a corresponding rotational movement of the plasma wheel (2) the carrier (41) reaches the area of a transfer element (53) which, together with an unloading wheel (54), forms the unloading station (44). Similar to the transfer element (46), the transfer element (53) also has. Transfer element (55), which can be chain-like, for example, and driven in rotation.
  • Transfer element (55) which can be chain-like, for example, and driven in rotation.
  • the transfer of the coated workpieces (5) from the carrier (41) to the transfer element (55) and from the transfer element (55) to the unloading wheel (54) and from this to an output path (56) is carried out in a manner analogous to that for the input, only in reverse Sequence of the transfer processes to be carried out.
  • a transfer section (57) of the transfer element (55) also runs with a curvature corresponding to the transfer section (51) of the transfer element (49).
  • FIG. 13 shows a variant in which the plasma wheel (2) is operated in cycles. This enables direct loading of the carriers (41) using the loading wheel (47) and direct unloading of the carriers (41) using the unloading wheel (54), since there are fixed input and output positions.
  • the loading wheels (47) and unloading wheels (54) shown as an alternative to the loading wheels (47) and unloading wheels (54) shown, other rotating transfer elements (49, 55) that are moved back and forth alternately can also be used.
  • the wheels shown have advantages both in terms of mechanical stability and in terms of the exact reproducibility of the movements carried out.
  • the holding element (42) for positioning a workpiece (5) (not shown) within the plasma chamber (17).
  • the holding element (42) is designed like pliers and has two pivotably mounted holding arms (58, 59).
  • the holding arms (58, 59) can be pivoted relative to axes of rotation (60, 61).
  • the holding arms (58, 59) of springs (62, 63) are pressed into a respective holding position.
  • leg springs (62, 63) is preferred.
  • the holding element (42) is arranged above the carrier (41), so that after lifting the chamber wall (18) there is lateral accessibility of the holding element (42).
  • the workpiece (5) can hereby be transferred from a positioning element to the holding element (42) without a lifting movement of the workpiece (5) in the direction of a longitudinal axis (64) of the cavity.
  • a clamping space (65) for receiving the workpiece (5) is arranged between the holding arms (58, 59).
  • the holding arms (58, 59) protrude into the clamping space (65) with fixing projections (66, 67).
  • the holding arms (58, 59) have locking webs (68, 69) which face away from the fixing projections (66, 67) and which are arranged in one by locking elements (70, 71) which can preferably be positioned together with the chamber wall (18) Locking position can be fixed.
  • the holding element (42) has a stop element (72).
  • the stop element (72) limits maximum insertion of the workpiece (5) into the clamping space (65).
  • the workpiece (5) is pressed against the stop element (72) by the fixing projections (66, 67).
  • the stop element (72) and the fixing projections (66, 67) are thereby arranged at approximately the same height level.
  • 14 additionally shows the sealing element (28) and the lance (36) at a lower height level than the holding element (42) due to the selected viewing direction with respect to the plane of the drawing.
  • FIG. 15 shows the holding element (42) according to FIG. 14 in a perspective illustration and without depicting the locking elements (70, 71). It can be seen in particular that the holding element (42) has a base plate (73) from which the holding arms (58, 59) and the further components are carried.
  • the base plate (73) can be mounted in the area of the carrier (41) via spacer elements (74, 75) and connecting elements (76, 77).
  • the fixing projections (66, 67) are each provided with insertion bevels (78) and outlet bevels (79).
  • the workpiece (5) first comes into contact with the insertion bevels (78) and presses the holding arms (58, 59) apart against the forces of the springs (62, 63).
  • the holding arms (58, 59) automatically return to the locking position due to the forces of the springs (62, 63) and press the workpiece (5) against the stop element (72 ).
  • 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 (79).
  • the outlet bevel (79) 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 (58, 59) are thereby brought apart 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 (78) and the outlet bevels (79).
  • the controlled pliers of the transfer elements act on the workpiece (5) at an essentially same height level as the holding arms (58, 59) or at a somewhat lower or higher level. As a result, the introduction of tilting forces into the workpiece (5) is avoided or greatly reduced.
  • FIG. 16 shows the arrangement according to FIG. 15 after inserting a bottle-like workpiece (5) which is acted upon by the holding arms (58, 59) between a support ring (80) and a shoulder region (81). 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 (70, 71) are also shown in FIG. 16. The locking elements (70, 71) are positioned together with the chamber wall (18). In the arrangement shown, the locking elements (70, 71) block a movement of the holding arms (58, 59), so that an uncontrolled opening of the holding element (42) 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 workpieces (5) are first transported to the plasma wheel (2) using the loading station (43) and that the sleeve-like chamber wall (18) is inserted in a pushed-up state the workpieces (5) into the plasma station (3). After the insertion process has been completed, the chamber wall (18) is removed into its sealed positioning lowered and at the same time an evacuation of both the cavity (4) and the interior of the workpieces (5).
  • the lances (36) are moved into the interior of the workpieces (5) and, by moving the sealing elements (28), the interior of the workpieces (5) is sealed off from the interior of the cavity (5). 4) performed. It is also possible to move the lances (36) into the workpieces (5) synchronously with the beginning of the evacuation of the interior of the cavity. The pressure inside the workpieces (5) is then further reduced. In addition, the positioning movement of the lances (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 workpieces (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 and the actual barrier layer made of silicon oxides on the inner surfaces of the workpieces (5).
  • the adhesion promoter can be applied, for example, in a two-stage process as the first stage before the barrier layer is applied in the second stage, but it is also conceivable, in a continuous process, to use at least a part of the barrier layer facing the workpiece (5) as a gradient layer - To generate at least part of the adhesion promoter immediately.
  • a gradient layer can easily be changed during the duration of an already ignited plasma by changing the composition of the product. Zeßgases are generated.
  • Such a change in the composition of the process gas can be achieved abruptly by changing valve controls or continuously by changing the mixing ratio of components of the process gas.
  • a typical structure of a gradient layer is such that a part of the gradient layer facing the workpiece (5) contains at least a predominant proportion of the adhesion promoter and at least a predominant part of the barrier material in a part of the gradient layer facing away from the workpiece (5).
  • a transition of the respective components takes place continuously in at least part of the gradient layer in accordance with a predeterminable gradient curve.
  • the interior of the plasma chamber (17) and the interior of the workpieces (5) are first evacuated together to a pressure level of approximately 20 mbar to 50 mbar.
  • the pressure in the interior of the workpieces (5) is then further reduced to approximately 0.1 mbar.
  • a vacuum of about 0.3 mbar is maintained while the treatment process is being carried out.
  • the lances (36) are removed from the interior of the workpieces (5) and the plasma chamber (17) and the interior of the workpieces (5) are ventilated.
  • the chamber wall (18) is raised again in order to remove the coated workpieces (5) and to enter new workpieces (5) to be coated.
  • the sealing elements (28) are moved back into the chamber base (30) at least in regions.
  • the chamber wall (18), the sealing elements (28) and / or the lances (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.
  • the supports (41) can be constructed in a manner dependent on the specified structural boundary conditions. For example, it is possible to design the carrier (41) like a plate and to provide it with suitable recesses, for example for the lances (36) and the sealing elements (28). It is also conceivable to construct the carrier (41) like a ring or to construct a to choose that starting from a central area outward-pointing spoke-like support segments are used.
  • channel branches can be arranged in the area of the chamber base (30), which make it possible to supply several plasma chambers (17) or cavities (4) with common control valves.
  • pumps which are used to generate the required negative pressure

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Abstract

Das verfahren und die Vorrichtung dienen zur Plasmabehandlung von Werkstücken. Die Werkstücke werden in eine zumindest teilweise evakuierbare Kammer einer Behandlungsstation eingesetzt und die Werkstücke (5) werden innerhalb der Behandlungsstation von Halteelementen (42) positioniert. Im Bereich der Behandlungsstation werden mindestens zwei Halteelemente von einem gemeinsamen Träger (41) relativ zueinander positioniert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Plasmabehandlung von
Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plasmabehandlung von Werkstücken, bei dem die Werkstücke in eine zumindest teilweise evakuierbare Plasmakammer einer BehandlungsStation eingesetzt werden und bei dem die Werkstücke innerhalb der Behandlungsstation von Halteelementen positioniert werden.
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 seitli- chen Kammerwandung begrenzt ist und mindestens ein Halteelement zur Positionierung der Werkstücke aufweist.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um Kunststoffe mit Oberflächenbeschichtungen 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-WO 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 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 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. Zusätzlich können in den hierdurch erzeugten Barriereschichten auch Anteile von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthalten sein. 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 mengenmäßige Produktionsleistung bei guter Produktqualität erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Halteelemente im Bereich der BehandlungsStation von einem gemeinsamen Träger relativ zueinander positioniert werden.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß bei kompaktem Aufbau eine hohe Produktionsleistung sowie eine gute Produktqualität unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Halteelemente im Bereich der Plasmastation von einem gemeinsamen Träger gehaltert sind.
Durch die gemeinsame Positionierung der Halteelemente von einem gemeinsamen Träger im Bereich der BehandlungsStation ist es möglich, je Behandlungsstation eine erhöhte Produktionsleistung zu unterstützen. Insbesondere wird ein Einsetzen der zu verarbeitenden Werkstücke in die Behandlungsstation sowie eine Entnahme der fertig bearbeiteten Werkstücke aus der Behandlungsstation unterstützt. Der gemeinsame Träger für die Halteelemente unterstützt eine exakt reproduzierbare Positionierung der Behälter innerhalb der Plasmastation sowie die Durchführung von Eingabe- und Ausgabevorgängen mit geringem Zeitaufwand und hoher Zuverlässigkeit . Zur Unterstützung einer schnellen Durchführung von Übergabevorgängen wird vorgeschlagen, daß mindestens zwei Halte- elemente in Richtung einer vom Träger während der Durchführung eines Behandlungsvorganges mindestens zeitweilig durchgeführten Bewegung relativ zueinander versetzt gemeinsam mit dem Träger bewegt werden.
Eine gleichzeitige Behandlung einer größeren Anzahl von Werkstücken bei kompaktem Aufbau der Behandlungsvorrichtung wird dadurch unterstützt, daß mindestens zwei Halteelemente quer zur Richtung einer vom Träger während der Durchführung eines Behandlungsvorganges mindestens zeitweilig durchgeführten Bewegung relativ zueinander versetzt gemeinsam mit dem Träger bewegt werden.
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 der Werkstücke kann dadurch erreicht werden, daß das Prozeßgas durch eine Lanze hindurch in innenräume der Werkstücke zugeführt wird.
Ein gleichzeitiges Einsetzen und Entnehmen einer größeren Anzahl von Werkstücken in die Behandlungsstation bzw. aus der BehandlungsStation wird dadurch ermöglicht, daß der Träger relativ zur Behandlungsstation positioniert wird. insbesondere ist hierbei daran gedacht, daß der Träger mit mindestens einem Werkstück beladen in die BehandlungsStation eingesetzt wird.
Ebenfalls erweist es sich zur Verkürzung von Übergabezeiten als vorteilhaft, daß der Träger mit mindestens einem Werkstück beladen aus der BehandlungsStation entnommen wird.
Eine kontinuierliche Durchführung von Übergabevorgängen wird dadurch unterstützt, daß der Träger mindestens zeitweilig relativ zur BehandlungsStation eine Rotationsbewegung durchführt .
Eine einfache Kinematik bei der Durchführung von Übergabe- Vorgängen kann dadurch erreicht werden, daß der Träger von einem umlaufenden Transferelement mit zu behandelnden Werkstücken bestückt wird.
Bei einer Verwendung von streckenartigen Übergabeeinrichtungen erweist es sich als vorteilhaft, daß das Transferelement mindestens zum Zeitpunkt einer Übergabe eines Werkstückes an den Träger mit einer gleichen Geschwindigkeit wie der Träger bewegt wird.
Zur Unterstützung einer steuerbaren Zündung des Plasmas wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Kammerdeckels von mindestens einem Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen in die Kavität eingeleitet werden.
Eine typische Anwendung besteht darin, daß Werkstücke aus einem thermoplastischen Kunststoff behandelt werden.
Insbesondere ist daran gedacht daß Innenräume der Werkstük- ke behandelt werden. Ein umfangreiches Anwendungsgebiet wird dadurch erschlossen, daß als Werkstücke Behälter behandelt werden.
Insbesondere ist dabei daran gedacht, daß als Werkstücke Getränkeflaschen behandelt werden.
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.
Eine Verwendung konventioneller Übergaberäder zur Durchführung von Übergabevorgängen auch bei Plasmastationen zur Behandlung von mehreren Werkstücken wird dadurch ermöglicht, daß die Behandlungsstation von einem getaktet bewegten Plasmarad positioniert 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 der Werkstücke abgeschieden wird.
Zur Unterstützung einer hohen Gebrauchsqualität wird vorgeschlagen, daß zusätzlich ein Haftvermittler zur Verbesserung eines Anhaftens der Substanz auf Oberflächen der Werkstücke 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 der Werkstücke durchgeführt wird.
Zur Ableitung der fertig behandelten Werkstücke wird vorgeschlagen, daß zur Abführung fertig bearbeiteter Werkstücke aus dem Bereich des Trägers mindestens eine Entladestation verwendet ist.
Eine Zuführung der zu behandelnden Werkstücke erfolgt dadurch, daß zur Zuführung von zu bearbeitenden Werkstücken in den Bereich des Trägers mindestens eine Beladestation verwendet ist.
Sehr kurze Übergabezeiten können dadurch erreicht werden, daß die Beladestation zur Zuführung von zu bearbeitenden Werkstücken zu einem vom Plasmarad getrennten Träger ausgebildet ist.
Geringe zu übergebende Gewichte bei der Durchführung der Übergabevorgänge können dadurch erreicht werden, daß jeweils mindestens ein Träger im Bereich jeder Plasmastation angeordnet ist.
Eine einfache Durchführung der Übergabevorgänge wird dadurch unterstützt, daß mindestens zwei Halteelemente entlang eines Umfanges des Trägers angeordnet sind.
Für die Zuführung von Werkstücken zu gemeinsam mit einem Plasmarad rotierenden Trägern erweist es sich als vorteilhaft, daß zur Übergabe von zu behandelnden Werkstücken an die Träger eine Eingabestrecke vorgesehen ist.
Eine kinematisch einfache Durchführung der Übergabevorgänge wird dadurch unterstützt, daß die Eingabestrecke zentrisch zu einem Mittelpunkt des Plasmarades verläuft .
Örtlich veränderliche Übergabepunkte können dadurch realisiert werden, daß die Eingabestrecke im Bereich eines Transferelementes angeordnet ist. Einfache kinematische Randbedingungen bei der Durchführung der Übergabevorgänge werden dadurch bereitgestellt, daß eine Bewegungsgeschwindigkeit des Transferelementes an eine Bewegungsgeschwindigkeit des vom Plasmarad getragenen Trägers angepaßt ist .
Zur Ableitung fertig behandelter Werkstücke wird vorgeschlagen, daß zur Entnahme von zu behandelnden Werkstücken von den Trägen eine Ausgabestrecke vorgesehen ist.
Auch bei der Entladung der Werkstücke erweist es sich als vorteilhaft, daß die Ausgabestrecke zentrisch zu einem Mittelpunkt des Plasmarades verläuft .
Darüber hinaus ist auch für den Entladevorgang daran gedacht, daß die Ausgabestrecke im Bereich eines Transferelementes angeordnet ist .
Ein zweckmäßiger Materialfluß bei der Entladung kann dadurch erreicht werden, daß das Transferelement umlaufend angetrieben ist .
Eine optimale Prozeßwinkelausnutzung wird dadurch erreicht, daß an zwei Taktpositionen mit stillstehendem Plasmarad einerseits die Beladestation und andererseits die Entladestation angeordnet sind.
Bei einer getakteten Betriebsweise wird eine einfache konstruktive Realisierung dadurch erreicht, daß die Beladestation als ein Beladerad ausgebildet ist. Insbesondere ist bei einer getakteten Betriebsweise auch daran gedacht, daß die Entladestation als ein Entladerad ausgebildet ist.
Eine vorteilhafte Kinematik bei Übergabevorgängen wird dadurch erreicht, daß die Räder eine Umfangsgeschwindigkeit entsprechend einer Transportgeschwindigkeit des Trägers im Bereich dessen aktuellen Übergabebereiches aufweisen.
Eine weitere Betriebsweise wird dadurch definiert, daß für den Zeitraum zwischen einer Eingabe der Werkstücke in die Plasmastation und einer Ausgabe der Werkstücke mindestens zwei Rotationsumläufe des Plasmarades vorgesehen sind.
Ein Materialfluß auf einer im wesentlichen gleichbleibenden Höhe kann dadurch erreicht werden, daß die Plasmastation mindestens teilweise in Richtung auf den Träger positionierbar geführt ist.
Eine andere Ausführungsvariante besteht darin, daß der Träger in lotrechter Richtung von oben in die Plasmakammer hinein positionierbar geführt ist.
Schließlich ist auch daran gedacht, daß der Träger in lotrechter Richtung von unten in die Plasmakammer hinein positionierbar geführt ist .
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. l Eine Prinzipskizze einer Mehrzahl von Plasmakammern, die auf einem rotierenden Plasmarad angeord- net 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 Kavitat,
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 perspektivische Darstellung eines Tragringes eines Plasmarades, auf dem eine Vielzahl von Trägern zur Positionierung jeweils mehrerer Halteelemente für flaschenförmige Werkstücke angeordnet sind, Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Plasmarades, bei dem fertig bestückte Träger für die Werkstücke in das Plasmarad eingesetzt und nach einer Durchführung des Behandlungsvorganges gemeinsam mit den behandelten Werkstücken wieder aus dem Plasmarad entnommen werden,
Fig. 12 eine gegenüber Fig. 11 abgewandelte Ausführungsform, bei der auf dem. Plasmarad rotationsfähig gelagerte Träger angeordnet sind, die mit Belade- strecken und Entladestrecken zusammenwirken, die außerhalb des Plasmarades angeordnet sind,
Fig. 13 eine nochmals abgewandelte Ausführungsform, bei der ein taktweiser Betrieb des Plasmarades und ein taktweiser Betrieb von Eingaberädern und Ausgaberädern vorgesehen ist,
Fig . 14 eine Draufsicht auf ein Halteelement für ein einzelnes Werkstück,
Fig. 15 eine perspektivische Darstellung eines Haltelementes gemäß Fig. 14 und
Fig. 16 das Halteelement gemäß Fig. 15 mit einem gehalterten flaschenförmigen Werkstück.
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. Zur Erläuterung des konstruktiven Grundprinzips ist in Fig. 1 jeweils nur ein Werkstück (5) je Plasmastation (3) dargestellt . Auch die Zuführungen und Ableitungen der Werkstücke zeigen lediglich schematisch die Handhabung von einzelnen Werkstücken (5) . Tatsächlich sind jedoch jeder Plasmastation (3) mindestens zwei Werkstücke (5) zugeordnet.
Die zu behandelnden .Werkstücke (5) werden gemäß der vorgenommenen Vereinfachung der Darstellung dem Plasmamodul (1) 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 Abstands- veränderung 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) 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 zur weiteren Verdeutlichung des Konstruktionsprinzips die Plasmastationen (3) jeweils mit zwei Kavitäten (4) bzw. Plasmakammern (17) dargestellt. 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 Teilkavitaten zumindest durch separate Mikrowelleneinkopplungen gegeneinander abzugrenzen.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Plasmamoduls (1) mit teilweise aufgebautem Plasmarad (2) . Auch hier ist zur Vereinfachung wieder nur ein Werkstück (5) je Plasmastation (3) abgebildet. 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 zy- linderförmigen Kammerwandungen (18) dargestellt. Unterteile der Plasmakammern (17) sind zur Vereinfachung jeweils nicht eingezeichnet .
Fig. 4 zeigt eine Plasmastation (3) in perspektivischer Darstellung. Auch hier ist zur Vereinfachung wieder nur ein Werkstück (5) je Plasmastation (3) abgebildet. Es ist zu erkennen, daß der Stationsrahmen (16) mit FührungsStangen (23) versehen ist, auf denen ein Schlitten (24) zur Halte- rurϊg 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 vereinfachte Vorderansicht der Plasmastation (3) gemäß Fig. 3 in einem geschlossenen Zustand der Plasmakammer (17) . Auch hier ist zur Vereinfachung wieder nur ein Werkstück (5) abgebildet. 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 Innenräume der Werkstük- ke (5) evakuiert werden können. Zur Unterstützung einer Zuleitung von Prozeßgas sind im Bereich des Kammersockels (30) hohle Lanzen (36) angeordnet, die in den Innenraum der Werkstücke (5) hineinverfahrbar sind. Zur Durchführung einer Positionierung der Lanzen (36) werden 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, die behandelten Werkstücke (5) aus dem Bereich der Plasmastation (3) zu entfernen neue zu behandelnde Werkstücke (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 hulsenformigen 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 der Werkstücke (5) durch die Dichtelemente (28) . Darüber hinaus ist zu erkennen, daß die Lanze (36) durch eine Ausnehmung (40) des Dichtelementes (28) hindurchgeführt ist.
Fig. 10 zeigt einen Tragring (14) einer weiteren Ausführungsform des Plasmarades (2) . Auf dem Tragring (14) sind eine Mehrzahl von Trägern (41) angeordnet, die jeweils Halteelemente (42) für die Werkstücke (5) positionieren. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Träger (41) im wesentlichen kreisförmig begrenzt und sechs Halteelemente (42) sind in der Nähe eines Umfanges der Träger (41) angeordnet. Die Halteelemente (42) sind hier zur Positionierung von flaschenförmigen Werkstücken (5) ausgebildet, wobei die Werkstücke (5) jeweils mit Mündungsöffnungen in lotrechter Richtung nach unten angeordnet sind.
Die Träger (41) mit den Halteelementen (42) und den Werkstücken (5) können in unterschiedlich ausgebildete Plasmastationen (3) eingesetzt werden. Beispielsweise ist es möglich, die Plasmastation (3) mit lediglich einer Plasmakammer (17) auszustatten und alle Werkstücke (5) gemeinsam in diese Plasmakammer (17) einzusetzen. Es ist ebenfalls denkbar, eine entsprechende gemeinsame Plasmakammer (17) in einzelne Kavitäten (4) zu unterteilen oder im Bereich der Plasmastation (3) separate Plasmakammern (17) für jedes der Werkstücke (5) bzw. für Teilgruppen der vom Träger (41) positionierten Werkstücke (5) zu verwenden.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Plasmarades (2) mit einer Mehrzahl von Trägern (41) . Die Träger (41) werden im Bereich einer Beladestation (43) vollständig mit den zu behandelnden Werkstücken (5) bestückt und ein entsprechend mit den Werkstücken (5) bestückter Träger (41) wird an das Plasmarad (2) übergeben. Nach einem Abschluß des Behandlungsvorganges und einer entsprechenden Rotationsbewegung des Plasmarades (2) wird der mit den Werkstük- ken (5) bestückte Träger (41) vom Plasmarad (2) entnommen und in den Bereich einer Entladestation (44) überführt.
Nach einer Entnahme der fertig behandelten Werkstücke (5) kann der Träger (41) erneut im Bereich der Beladestation (43) mit Werkstücken (5) bestückt und wieder an das Plasmarad (2) übergeben werden. Insbesondere ist bei einer derartigen Ausführungsform daran gedacht, mindestens einen Träger (41) mehr zu verwenden, als jeweils gleichzeitig im Bereich des Plasmarades (2) angeordnet werden kann. Hierdurch kann unmittelbar nach einer Entnahme eines zu entladenden Trägers (41) ein fertig mit Werkstücken (5) bestückter Träger wieder an das Plasmarad (2) übergeben werden. Im Hinblick auf einen Materialfluß der Werkstücke (5) sind unterschiedliche Varianten denkbar. Beispielsweise ist es möglich, die Werkstücke (5) stets auf einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Transportweg zu fördern. Sowohl eine Beladung der Träger (41) im Bereich der Beladestation
(43) , eine Bearbeitung der Werkstücke (5) im Bereich des Plasmarades (2) und ein Entladen der Träger (41) im Bereich der Entladestation (44) würde hierbei auf einem im wesentlichen gleichenbleibenden Höhenniveau durchgeführt werden. Ebenfalls ist es aber möglich, beispielsweise auf dem Plasmarad (2) , im Bereich der Beladestation (43) und / oder im Bereich der Entladestation (44) Hubbewegungen des Trägers
(41) durchzuführen, wobei der Träger (41) mit den Werkstük- ken (5) oder auch ohne die Werkstücke (5) in einer nach oben weisenden oder nach unten weisenden Richtung positioniert wird. Eine derartige Verfahrensweise ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Träger (41) gemeinsam mit den zu bearbeitenden Werkstücken (5) in die Plasmakammer (17) hineingehoben oder in diese abgesenkt werden soll.
Fig. 12 zeigt eine gegenüber der Darstellung in Fig. 11 abgewandelte Ausführungsform. Die Träger (41) sind hier stationär im Bereich des Plasmarades (2) angeordnet und relativ zum Plasmarad (2) über Drehlager (45) drehbeweglich gelagert. Insbesondere ist daran gedacht, die Träger (41) derart im Bereich des Plasmarades (42) zu lagern, daß die Durchführung von Rotationsbewegungen möglich ist.
Wie bei der Ausführungsform in Fig. 11 ist auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 insbesondere daran gedacht, daß das Plasmarad (2) eine kontinuierliche Rotationsbewegung mit gleichbleibender Rotationsgeschwindigkeit durchführt. Zur Unterstützung einer derartigen Betriebsweise ist die Beladestation (43) aus einem Übergabeelement (46) sowie einem Beladerad (47) ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform gelangen die zu bearbeitenden Werkstücke (5) über eine Eingabestrecke (48) in den Bereich des Beladerades (47) und werden von diesem an das Übergabeelement
(46) übergeben.
Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Übergabeelement (46) ein umlaufendes Transferelement (49) auf, das beispielsweise kettenartig realisiert sein kann. Das Beladerad (47) übergibt die zu bearbeitenden Werkstücke (5) zunächst im Bereich einer Übergabeposition (50) an das Transferelement (49) . Zweckmäßiger Weise werden das Beladerad
(47) und das Transferelement (49) im Bereich der Übergabe- position (50) gleichsinnig und mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit bewegt, um den Übergabevorgang kontinuierlich durchführen zu können.
Zur Übergabe der Werkstücke (5) vom Transferelement (49) zum Träger (41) ist eine Übergabestrecke (51) vorgesehen, die im wesentlichen mit einer Krümmung entsprechend der Bewegungsbahn eines einem Mittelpunkt (52) des Plasmarades (2) abgewandten Teiles des Trägers (41) verläuft. Hierdurch wird berücksichtigt, daß zwischen dem Träger (41) und dem Transferelement (49) keine feste Übergabeposition vorliegt, sondern daß sich die Übergabeposition aufgrund der Rotation des Plasmarades (2) verändert.
Bei einer ausreichend schnellen Rotationsbewegung des Trägers (41) und einer entsprechenden Umlaufgeschwindigkeit des Transferelementes (49) kann eine relativ kurze Dimensionierung der Übergabestrecke (51) vorgenommen werden und hierdurch für die Durchführung des Ubergabevorganges ein relativ kleiner Zeitraum realisiert werden.
Nach einem Abschluß des Behandlungsvorganges der Werkstücke (5) und einer entsprechenden Rotationsbewegung des Plasma- rades (2) gelangt der Träger (41) in den Bereich eines Übergabeelementes (53) , das gemeinsam mit einem Entladerad (54) die Entladestation (44) ausbildet. Ähnlich wie das Übergabeelement (46) weist auch das Übergabeelement (53) ein. Transferelement (55) auf, das beispielsweise kettenartig ausgebildet und umlaufend angetrieben sein kann. Die Durchführung des Ubergabevorganges der beschichteten Werkstücke (5) vom Träger (41) zum Transferelement (55) und vom Transferelement (55) zum Entladerad (54) sowie von diesem zu einer Ausgabestrecke (56) erfolgt sinngemäß wie bei der Eingabe, nur in umgekehrter Reihenfolge der durchzuführenden Übergabevorgänge . Auch eine Übergäbestrecke (57) des Transferelementes (55) verläuft mit einer Krümmung entsprechend der Übergabestrecke (51) des Transferelementes (49) .
Fig. 13 zeigt eine Variante, bei der ein taktweiser Betrieb des Plasmarades (2) vorgesehen ist. Hierdurch ist eine direkte Beladung der Träger (41) unter Verwendung des Belade- rades (47) sowie eine direkte Entladung der Träger (41) unter Verwendung des Entladerades (54) möglich, da feste Eingabe- und Ausgabepositionen vorliegen. Bei allen Ausführungsformen können alternativ zu den dargestellten Beladerädern (47) und Entladerädern (54) auch andere umlaufende oder auch nur alternierend hin- und zurückbewegte Transferelemente (49, 55) verwendet werden. Die dargestellten Räder weisen aber sowohl im Hinblick auf die mechanische Stabilität als auch im Hinblick auf die exakte Reproduzierbarkeit der durchgeführten Bewegungen Vorteile auf .
Fig. 14 zeigt zur Positionierung eines nicht dargestellten Werkstückes (5) innerhalb der Plasmakammer (17) das Halteelement (42) . Das Halteelement (42) ist zangenartig ausgebildet und besitzt zwei verschwenkbar gelagerte Haltearme (58, 59) . Die Haltearme (58, 59) sind relativ zu Drehachsen (60, 61) verschwenkbar. Zur Gewährleistung einer automati- sehen Fixierung des Werkstückes (5) durch das Halteelement (42) werden die Haltearme (58, 59) von Federn (62, 63) in eine jeweilige Haltepositionierung gedrückt. Vorzugsweise ist an die Verwendung von Schenkelfedern (62, 63) gedacht.
Das Halteelement (42) ist oberhalb des Trägers (41) angeordnet, so daß nach einem Anheben der Kammerwandung (18) eine seitliche Zugänglichkeit des Halteelements (42) gegeben ist. Das Werkstück (5) kann hierdurch von einem Positionierelement an das Halteelement (42) übergeben werden, ohne daß eine Hubbewegung des Werkstückes (5) in Richtung einer Kavitätenlängsachse (64) erfolgen muß.
In Fig. 14 ist insbesondere zu erkennen, daß zwischen den Haltearmen (58, 59) ein Klemmraum (65) zur Aufnahme des Werkstückes (5) angeordnet ist. Die Haltearme (58, 59) ragen mit FixierungsvorSprüngen (66, 67) in den Klemmraum (65) hinein. Darüber hinaus weisen die Haltearme (58, 59) den Fixierungsvorsprüngen (66, 67) abgewandt angeordnete Arretierstege (68, 69) auf, die von Arretierelementen (70, 71) , die vorzugsweise gemeinsam mit der Kammerwandung (18) positionierbar sind, in einer Arretierungsposition fixiert werden können.
Zur weiteren Abstützung und Fixierung des Werkstückes (5) weist das Halteelement (42) ein Anschlagelement (72) auf. Das Anschlagelement (72) begrenzt ein maximales Einführen des Werkstückes (5) in den Klemmraum (65) . In der Arretierungspositionierung wird das Werkstück (5) von den Fixierungsvorsprüngen (66, 67) gegen das Anschlagelement (72) gedrückt. Das Anschlagelement (72) und die Fixierungsvorsprünge (66, 67) sind hierdurch auf einem etwa gleichen Höhenniveau angeordnet . Fig. 14 zeigt zusätzlich das Dichtelement (28) sowie die Lanze (36) auf einem aufgrund der gewählten Blickrichtung bezüglich der Zeichnungsebene niedrigeren Höhenniveau als das Halteelement (42) .
Fig. 15 zeigt das Halteelement (42) gemäß Fig. 14 in einer perspektivischen Darstellung und ohne Abbildung der Arretierelemente (70, 71) . Es ist insbesondere zu erkennen, daß das Halteelement (42) eine Grundplatte (73) aufweist, von der die Haltearme (58, 59) sowie die weiteren Bauelemente getragen sind. Die Grundplatte (73) kann über Distanzelemente (74, 75) sowie Verbindungselemente (76, 77) im Bereich des Trägers (41) montiert werden.
Fig. 15 zeigt ebenfalls, daß die Fixierungsvorsprünge (66, 67) jeweils mit Einführanschrägungen (78) und Auslaßan- schrägungen (79) versehen sind. Bei einem Einführen der Werkstücke (5) in den Klemmraum (65) kommt das Werkstück (5) zunächst in Kontakt mit den Einführanschrägungen (78) und drückt die Haltearme (58, 59) entgegen der Kräfte der Federn (62, 63) auseinander. Nach einem vollständigem Einführen des Werkstückes (5) in den Klemmraum (65) kehren die Haltearme (58, 59) aufgrund der Kräfte der Federn (62, 63) automatisch in die Arretierungspositionierung zurück und drücken das Werkstück (5) gegen das Anschlagelement (72) . 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 (79) gezogen. Die Auslaßanschrägung (79) ist vorzugsweise gekrümmt und mit einem Krümmungsverlauf entsprechend einer Außenkontur des Werkstückes (5) im Kontaktbereich ausgebildet. Die Haltearme (58, 59) 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 (78) bzw. die Auslaßanschrägungen (79) . Insbesondere ist daran gedacht, die gesteuerten Zangen der Transferelemente auf einem im wesentlichen gleichen Höhenniveau wie die Haltearme (58, 59) 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. 16 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 15 nach einem Einsetzen eines flaschenartigen Werkstückes (5) , das zwischen einem Stützring (80) und einem Schulterbereich (81) von den Haltearmen (58, 59) beaufschlagt ist. Eine Halterung eines derartigen flaschenartigen Werkstückes (5) im dargestellten Halsbereich führt zu einer sehr stabilen Fixierung des Werkstückes (5) . In Fig. 16 sind zusätzlich die Arretierelemente (70, 71) dargestellt. Die Arretierelemente (70, 71) werden gemeinsam mit der Kammerwandung (18) positioniert. In der dargestellten Anordnung blockieren die Arretierelemente (70, 71) eine Bewegung der Haltearme (58, 59), so daß ein unkontrolliertes Öffnen des Halteelementes (42) sicher unterbunden ist.
Ein typischer Behandlungsvorgang wird im folgenden am Beispiel eines Beschichtungsvorganges erläutert und derart durchgeführt, daß zunächst die Werkstücke (5) unter Verwendung der Beladestation (43) zum Plasmarad (2) transportiert werden und daß in einem hochgeschobenen Zustand der hülsenartigen Kammerwandung (18) das Einsetzen der Werkstücke (5) in die Plasmastation (3) erfolgt. Nach einem Abschluß des Einsetzvorganges wird die Kammerwandung (18) in ihre abge- dichtete Positionierung abgesenkt und zunächst gleichzeitig eine Evakuierung sowohl der Kavität (4) als auch von Innenräumen der Werkstücke (5) durchgeführt.
Nach einer ausreichenden Evakuierung des Innenraumes der Kavität (4) werden die Lanzen (36) in die Innenräume der Werkstücke (5) eingefahren und durch eine Verschiebung der Dichtelemente (28) eine Abschottung der Innenräume der Werkstücke (5) gegenüber dem Innenraum der Kavität (4) durchgeführt. Ebenfalls ist es möglich, die Lanzen (36) bereits synchron zur beginnenden Evakuierung des Innenraumes der Kavität in die Werkstücke (5) hinein zu verfahren. Der Druck im Innenraum der Werkstücke (5) wird anschließend noch weiter abgesenkt. Darüber hinaus ist auch daran gedacht, die Positionierbewegung der Lanzen (36) wenigstens teilweise bereits parallel zur Positionierung der Kammerwandung (18) durchzuführen. Nach Erreichen eines ausreichend tiefen Unterdruckes wird Prozeßgas in die Innenräume der Werkstücke (5) eingeleitet und mit Hilfe des Mikrowellengenerators (19) das Plasma gezündet. Insbesondere ist daran gedacht, mit Hilfe des Plasmas sowohl einen Haftvermittler als auch die eigentliche Barriereschicht aus Siliziumoxiden auf den inneren Oberflächen der Werkstücke (5) abzuscheiden.
Die Aufbringung des Haftvermittlers kann beispielsweise in einem zweistufigen Verfahren als erste Stufe vor der Aufbringung der Barriereschicht in der zweiten Stufe erfolgen, es ist aber auch denkbar, in einem kontinuierlichen Verfahren wenigstens einen dem Werkstück (5) zugewandten Teil der Barriereschicht als Gradientenschicht auch bereits zeit- gleich zum Aufbringen mindestens eines Teiles des Haftvermittlers zu erzeugen. Eine derartige Gradientenschicht kann in einfacher weise während der Dauer eines bereits gezündeten Plasmas durch Veränderung der Zusammensetzung des Pro- zeßgases erzeugt werden. Eine derartige Änderung der Zusammensetzung des Prozeßgases kann abrupt durch Änderung von Ventilsteuerungen oder kontinuierlich durch Veränderung des Mischungsverhältnisses von Bestandteilen des Prozeßgases erreicht werden. Ein typischer Aufbau einer Gradientenschicht erfolgt derart, daß in einem dem Werkstück (5) zugewandten Teil der Gradientenschicht ein zumindest überwiegender Anteil des Haftvermittlers und in einem dem Werkstück (5) abgewandten Teil der Gradientenschicht zumindest überwiegend ein Anteil des Barrierematerials enthalten ist. Ein • Übergang der jeweiligen Bestandteile erfolgt zumindest in einem Teil der Gradientenschicht kontinuierlich entsprechend einem vorgebbaren Gradientenverlauf .
Der Innenraum der Plasmakammer (17) und die Innenräume der Werkstücke (5) werden zunächst gemeinsam auf ein Druckniveau von etwa 20 mbar bis 50 mbar evakuiert. Anschließend wird der Druck in den Innenräumen der Werkstücke (5) weiter auf etwa 0 , 1 mbar abgesenkt . Während der Durchführung des Behandlungsvorganges wird ein Unterdruck von etwa 0,3 mbar aufrechterhalten .
Nach einem Abschluß des Beschichtungsvorganges werden die Lanzen (36) wieder aus den Innenräumen der Werkstücke (5) entfernt und die Plasmakammer (17) sowie die Innenräume der Werkstücke (5) werden belüftet. Nach Erreichen des Umgebungsdruckes innerhalb der Kavität (4) wird die Kammerwandung (18) wieder angehoben, um eine Entnahme der beschichteten Werkstücke (5) sowie eine Eingabe von neuen zu beschichtenden Werkstücken (5) durchzuführen. Zur Ermöglichung einer seitlichen Positionierung der Werkstücke (5) bzw. der Träger (41) werden die Dichtelemente (28) mindestens bereichsweise wieder in den Kammersockel (30) hinein verfahren. Alternativ zur erläuterten Innenbeschichtung von Werkstük- ken (5) können auch AußenbeSchichtungen, Sterilisationen oder Oberflächenaktivierungen durchgeführt werden.
Eine Positionierung der Kammerwandung (18) , der Dichtelemente (28) und / oder der Lanzen (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 .
Gemäß einer von den in den Zeichnungen dargestellten Aus- führungsformen abweichenden weiteren Ausführungsform ist es möglich, je Plasmastation (3) mindestens zwei Träger (41) zu verwenden. Beispielsweise ist es für eine Plasmastation
(3) zur Behandlung von sechs Werkstücken (5) denkbar, jeweils drei Werkstücke (5) durch einen gemeinsamen Träger
(41) zu positionieren und somit zwei Träger (41) je Plasmastation (3) einzusetzen.
Ein konstruktiver Aufbau der Träger (41) kann in Abhängigkeit von den vorgegebenen konstruktiven Randbedingungen erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, den Träger (41) plattenartig auszuführen und mit geeigneten Ausnehmungen beispielsweise für die Lanzen (36) und die Dichtelemente (28) auszustatten. Ebenfalls ist es denkbar, den Träger (41) ringartig zu konstruieren oder eine Konstruktion der- art zu wählen, daß ausgehend von einem Zentralbereich nach außen weisende speichenartige Tragsegmente verwendet werden.
Zur Zuführung von benötigten Betriebsmitteln, insbesondere von Unterdruck und von Prozeßgas, können im Bereich des Kammersockels (30) Kanalverzweigungen angeordnet werden, die es ermöglichen, mit gemeinsamen Steuerventilen mehrere Plasmakammern (17) oder Kavitäten (4) zu versorgen.
Durch die in den Ausfuhrungsbeispielen erläuterte Anordnung mehrerer Werkstücke (5) im Bereich einer gemeinsamen Plasmastation (3) ist es zum einen möglich, einen erhöhten Produktionsausstoß zu erreichen. Eine andere Variante besteht darin, auf einer gemeinsamen Maschine gleichzeitig unterschiedliche Werkstücke (5) zu behandeln. Beispielsweise ist es möglich, in Bewegungsrichtung aufeinander folgende Träger (41) jeweils mit unterschiedlichen Werkstücken (5) zu versehen und in entsprechend angepaßte Plasmastationen (3) einzusetzen. Im Bereich von zugeordneten Eingabeeinrichtungen und Ausgabeeinrichtungen würden dabei dann die unterschiedlichen zu behandelnden Werkstücke (5) jeweils abwechselnd gruppenweise eingespeist und im Bereich der Ausgabeeinrichtung wieder voneinander getrennt werden. Ebenfalls ist es prinzipiell möglich, eine entsprechend gemischte Anordnung unterschiedlicher Werkstücke (5) auch auf einem gemeinsamen Träger (41) vorzusehen, wenn geeignete Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen bereitgestellt werden. Ein Anwender benötigt somit nicht mehrere Maschinen, um unterschiedliche Produkte zu bearbeiten bzw. wird von aufwendigen Maschinenumrüstungen entlastet .
Ebenfalls ist daran gedacht, eine funktioneile gruppenweise Zuordnung von Pumpen vorzunehmen, die zur Erzeugung der er- forderlichen Unterdrücke verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, gleichartige Pumpen zu verwenden, und in Bewegungsrichtung aufeinander folgende Plasmastationen (3) abwechselnd mit den jeweiligen Pumpen zu verbinden. Hierdurch bleibt die einzelne Plasmastation (3) länger an eine jeweils zugeordnete Pumpe angeschlossen und es werden Umschaltzeiten eingespart . Bei einer gleichzeitigen Behandlung von unterschiedlich geformten Werkstücken (5) oder Werkstücken (5) mit relativ zueinander unterschiedlicher Größe ist es auch möglich, die jeweiligen Plasmastationen (3) bzw. die zugeordneten Plasmakammern (17) mit unterschiedlichen Pumpen zu verbinden, um jeweils an die konkrete Geometrie des Werkstückes (5) angepaßte optimale Prozeßbedingungen bereitzustellen. Aufeinander folgende Plasmastationen (3) können hierdurch schaltungstechnisch mit unterschiedlichen Pumpen verbunden werden.

Claims

P a t e n t a n s p rü c h e
1. Verfahren zur Plasmabehandlung von Werkstücken, bei dem die Werkstücke in mindestens eine zumindest teilweise evakuierbare Kammer einer Behandlungsstation eingesetzt werden und bei dem die Werkstücke innerhalb der Behandlungsstation von Halteelementen positioniert werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halteelemente (42) im Bereich der Behandlungsstation von einem gemeinsamen Träger (41) relativ zueinander positioniert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halteelemente (42) in Richtung einer vom Träger (41) während der Durchführung eines Behandlungsvorganges mindestens zeitweilig durchgeführten Bewegung relativ zueinander versetzt gemeinsam mit dem Träger (41) bewegt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halteelemente (42) quer zur Richtung einer vom Träger (41) während der Durchführung eines Behandlungs- Vorganges mindestens zeitweilig durchgeführten Bewegung relativ zueinander versetzt gemeinsam mit dem Träger (41) bewegt werden.
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 Lanzen (36) hindurch in Innenräume der Werkstücke (5) zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (41) relativ zur Behandlungsstation positioniert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (41) mit mindestens einem Werkstück (5) beladen in die BehandlungsStation eingesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (41) mit mindestens einem Werkstück (5) beladen aus der Behandlungsstation entnommen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (41) mindestens zeitweilig relativ zur Behandlungsstation eine Rotationsbewegung durchführt .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (41) von einem umlaufenden Transferelement (49) mit zu behandelnden Werkstücken (5) bestückt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Transferelement (49) mindestens zum Zeitpunkt einer Übergabe eines Werkstückes (5) an den Träger (41) mit einer gleichen Geschwindigkeit wie der Träger
(41) bewegt wird.
13. Verf hren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kammerdeckels (31) von mindestens einem Mikrowellengenerator (19) erzeugte Mikrowellen in die Kavität (4) eingeleitet werden.
1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, daß Werkstücke (5) aus einem thermoplastischen Kunststoff behandelt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Innenräume von hohlkörperartigen Werkstücken (5) behandelt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstücke (5) Behälter behandelt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstücke (5) Getrankeflaschen behandelt werden.
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 die Behandlungsstation von einem getaktet bewegten Plasmarad (2) positioniert 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 der Werkstücke (5) abgeschieden wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Haftvermittler zur Verbesserung eines Anhaf- tens der Substanz auf einer Oberfläche der Werkstücke (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 der Werkstücke (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 Halteelemente zur Positionierung der Werkstücke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halteelemente (42) im Bereich der Plasmakammer (17) von einem gemeinsamen Träger (41) gehaltert sind.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Haltelemente (42) in Richtung einer Bewegungsorientierung der Behandlungsstation relativ zueinander versetzt angeordnet sind.
33. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Haltelemente (42) quer zur Richtung einer Bewegungsorientierung der Behandlungsstation relativ zueinander versetzt angeordnet 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 Innenräume der Werkstücke (5) hinein Lanzen (36) relativ zum Kammerboden (29) positionierbar angeordnet sind.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (41) relativ zur Behandlungsstation positionierbar geführt ist.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abführung fertig bearbeiteter Werkstücke (5) aus dem Bereich des Trägers (41) mindestens eine Entladestation (44) verwendet ist.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung von zu bearbeitenden Werkstücken (5) in den Bereich des Trägers (41) mindestens eine Beladestation (43) verwendet ist.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladestation (43) zur Zuführung von zu bearbeitenden Werkstücken (5) zu einem vom Plasmarad
(2) getrennten Träger (41) ausgebildet ist.
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergabeeinrichtung zur Zuführung von mit Werkstücken (5) beladener Träger (41) in den Bereich der Behandlungsstation verwendet ist.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ubergabestation zur Entnahme von Trägern (41) mit fertig behandelten Werkstücken (5) aus dem Bereich der BehandlungsStation verwendet ist.
43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kammerdeckels (31) mindestens ein Mikrowellengenerator (19) angeordnet ist.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung von Werkstücken (5) aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist .
45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung von behälterartigen Werkstücken (5) ausgebildet ist.
46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung von Innenräumen von hohlkörperartigen Werkstücken (5) ausgebildet ist.
47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung von in Form von Getrankeflaschen gestalteten Werkstücken
(5) 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 jeweils mindestens ein Träger (41) im Bereich jeder Plasmastation (3) angeordnet ist.
52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (41) im Bereich der Plasmastation (3) rotationsfähig gelagert ist.
53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halteelemente (42) entlang eines Umfanges des Trägers (41) angeordnet sind.
54. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übergabe von zu behandelnden Werkstücken (5) an die Träger (41) eine Eingabestrecke (48) vorgesehen ist.
55. Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabestrecke (48) zentrisch zu einem Mittelpunkt (52) des Plasmarades (2) verläuft.
56. Vorrichtung nach Anspruch 54 oder 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabestrecke (48) im Bereich eines Transferelementes (49) angeordnet ist.
57. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 54 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß das Transferelement (49) umlaufend angetrieben ist.
58. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 54 bis 57, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewegungsgeschwindigkeit des Transferelementes (49) an eine Bewegungsgeschwindigkeit des vom Plasmarad (2) getragenen Trägers (41) angepaßt ist.
59. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 58, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entnahme von zu behandelnden Werkstücken (5) von den Trägern (41) eine Ausgabestrecke
(56) vorgesehen ist.
60. Vorrichtung nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabestrecke (56) zentrisch zu einem Mittelpunkt (52) des Plasmarades (2) verläuft.
61. Vorrichtung nach Anspruch 59 oder 60, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabestrecke (56) im Bereich eines Transferelementes (55) angeordnet ist.
62. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 59 bis 61, dadurch gekennzeichnet, daß das Transferelement (55) umlaufend angetrieben ist.
63. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 59 bis 62, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewegungsgeschwindigkeit des Transferelementes (55) an eine Bewegungsgeschwindigkeit des vom Plasmarad (2) getragenen Trägers (41) angepaßt ist.
64. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 63, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmarad (2) taktweise mit Bewegungsphasen und Ruhephasen angetrieben ist.
65. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 64, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei Taktpositionen mit stillstehendem Plasmarad (2) einerseits die Beladestation (43) und andererseits die Entladestation (44) angeordnet sind.
66. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladestation (43) als ein Beladerad (47) ausgebildet ist .
67. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladestation (44) als ein Entladerad (54) ausgebildet ist.
68. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 65 bis 67, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (47, 54) eine Umfangsgeschwindigkeit entsprechend einer Transportgeschwindigkeit des Trägers (41) im Bereich dessen aktuellen Übergabebereiches aufweisen.
69. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 68, dadurch gekennzeichnet, daß für den Zeitraum zwischen einer Eingabe der Werkstücke (5) in die Plasmastation (3) und einer Ausgabe der Werkstücke (5) mindestens zwei Rotationsumläufe des Plasmarades (2) vorgesehen sind.
70. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 69, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) mindestens teilweise in Richtung auf den Träger (41) positionierbar geführt ist.
71. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 70, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (41) in lotrechter Richtung von oben in die Plasmakammer (17) hinein positionierbar geführt ist.
72. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 70, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (41) in lotrechter Richtung von unten in die Plasmakammer (17) hinein positionierbar geführt ist.
73. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 72, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines Kammersockels (30) der Plasmastation (3) mindestens eine Verzweigung für die Zuführung mindestens eines von einer Betriebsmittelquelle bereitgestellten Betriebsmittels angeordnet ist .
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