Gegenständen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung von

Oberflächen von Gegenständen unter von einem Vakuumsystem bereitgestellten Vakuum mittels eines Gasabscheideverfahrens, aufweisend Prozessräume, einschließlich einer Behandlungskammer zur Aufnahme der zu beschichtenden Gegenstände, insb. den inneren Oberflächen von Hohlkörpern, wie

Getränkebehälter, und mit der Behandlungskammer verbundene Prozessräume zum Bereitstellen abzuscheidender Gase/Gasgemische. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Überwachung von

Beschichtungsvorrichtungen und insb. deren inneren Gasraum- /Rohrleitungsoberflächen.

Als Gasabscheideverfahren für die Beschichtungsvorrichtung kommen

beispielsweise PVD, CVD, PCVD in Betracht.

Im Beschichtungsprozess werden nicht alle reaktiven Bestandteile in der

Beschichtungskammer und auf der zu beschichtenden Oberfläche der für die Beschichtung vorgesehenen Gegenstände umgesetzt. Diese aktivierte

Restgasmischung beschichtet innerhalb des Vakuumsystems ungewollt

Komponenten der Beschichtungsvorrichtung, wie etwa Pumpen, Verrohrungen, Flapper usw. Der Grad der ungewollten Beschichtung ist dabei von der

Oberflächengeometrie und der Behälterform (Flasche) des zu beschichtenden Gegenstands und dem eingesetzten Rezept abhängig.

Bislang werden Wartungsintervalle, in denen die Oberflächen der Komponenten und Prozessräume der Beschichtungsvorrichtung gereinigt werden, aus

Erfahrungswerten abgeleitet, ohne die tatsächliche Verschmutzung durch ungewollte Beschichtung zu berücksichtigen. Im Zweifel ist eine Vorhersage gar nicht möglich und die Anlage muss sehr frühzeitig gewartet und gereinigt oder bis zu einem unerwarteten Stillstand betrieben werden.

Dies ist insbesondere bei Beschichtungsanlagen mit stark bzw. häufig wechselnden Rezepten für Gasgemische ein großer Nachteil und Unsicherheitsfaktor. Es besteht deshalb ein Bedarf an der Ermittlung der Notwendigkeit von mit der Abtragung ungewollter Beschichtungen einhergehender Wartung von

Beschichtungsvorrichtungen der eingangs genannten Art ohne die Notwendigkeit, die gesamte Vorrichtung deaktivieren und inspizieren zu müssen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, eine

Beschichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die

Ermittlung der Notwendigkeit von mit der Abtragung ungewollter Beschichtungen einhergehender Wartung der Beschichtungsvorrichtung gewährleitstet, ohne die Notwendigkeit, die gesamte Vorrichtung deaktivieren zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen unter von einem Vakuumsystem bereitgestelltem Vakuum mittels eines Gasabscheideverfahrens zur Verfügung, aufweisend Prozessräume, einschließlich mindestens einer Behandlungskammer zur Aufnahme der zu beschichtenden Gegenstände und mit der mindestens einen Behandlungskammer verbundenen mindestens einen weiteren Prozessraum zur Durchleitung

abzuscheidender Gase und/oder Ableitung von Anteilen nicht abgeschiedener Gasteilmengen. In zumindest einem weiteren Prozessraum ist eine Messeinheit zur Erfassung der Beschichtungsstärke auf einer Oberfläche oder auf Abschnitten der Oberfläche der Prozessräume angeordnet, wobei die Messeinheit mit einer Steuer- und Auswerteeinheit verbindbar ist. Bevorzugt ist die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet, die Notwendigkeit und/oder den Zeitpunkt zu ermitteln, die Oberflächen des zumindest einen weiteren Prozessraums oder der Behandlungskammer durch Entfernen ungewollter Beschichtung zu reinigen. Besonders bevorzugt ist die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet, einen IST-Belegungsgrad oder Verlauf eines IST-Belegungsgrades auszuwerten, insb. gegenüber einem SOLL- Belegungsgrad oder SOLL-Verlauf eines Belegungsgrades.

Vorliegend soll als Prozess raum jeglicher Innenraum der Vorrichtung gelten, der im bestimmungsgemäßen Betrieb mindestens zeitweise mit einem Vakuum

beaufschlagt wird und in welchen das abzuscheidende Gas geleitet wird. Als Prozessraum gilt somit bevorzugt insbesondere die eigentliche

Behandlungskammer, in der mindestens ein Gegenstand beschichtet werden kann, und die hieran angeschlossenen Vakuumleitungen, die mit einer oder mehreren Vakuumpumpen verbunden sind, um den nötigen Prozessdruck (Vakuum) einzustellen und/oder Gase durchzuleiten.

Die zu beschichtenden Oberflächen von Gegenständen sind bevorzugt innere Oberflächen von Hohlkörpern, wie beispielsweise Behälter, insbesondere Flaschen, bevorzugt Plastikflaschen. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung eingerichtet, Innenwandungen von Flaschen, insb. PET-Flaschen zu beschichten.

Ein Gasabscheideverfahren ist bspw. ein PVD- (Physical Vapor Deposition), ein CVD- (Chemical Vapor Deposition = chemische Gasphasenabscheidung) oder ein PCVD-Verfahren (Plasma (assisted) Chemical Vapor Deposition). Diese Verfahren werden unter Vakuum durchgeführt.

Die in den verbundenen Prozessräumen bereitstellbaren Gase können Gase oder Gasgemische sein. Unter Gasen werden hier Gase aus einer chemischen

Verbindung oder einem chemischen Element verstanden. Gasgemische sind Gase aus mindestens zwei verschiedenen chemischen Elementen oder chemischen Verbindungen. Eine Dampfphase wird vorliegend auch synonym als Gas

bezeichnet, es sei denn, etwas Abweichendes wird ausdrücklich erwähnt. Bevorzugt sind auch Gasgemische homogene Stoffgemische.

Die Abscheidungsrate wird bevorzugt im laufenden Prozess gemessen und erlaubt dadurch Vorhersagen über den Verschmutzungsgrad einzelner Komponenten ohne das Vakuumsystem zu öffnen.

Ferner gewährleistet die vorliegende Erfindung eine Langzeit- Inline- Messung ungewollter Beschichtung. Dadurch wird eine aussagekräftige Vorhersage der Wartungsintervalle von Prozesspumpen, Flappern (Regelklappen),

Vakuumverrohrung usw. gewährleistet. Dadurch kann die Restlaufzeit (bis zur Wartung) permanent mit der geplanten Laufzeit abgeglichen werden und ggf. sogar momentan unnötige Wartungstätigkeiten identifiziert und übersprungen oder verzögert werden.

Schließlich wird durch die erfindungsgemäße Überwachung der Abscheidungsrate der ungewollten Abscheidung die Effizienz der Beschichtungsvorrichtung gesteigert, da das Erreichen des maximal tolerierbaren Beanspruchungszustands vorhergesagt werden kann. Dadurch wird auch gewährleistet, dass ungeplante Ausfälle

vermieden werden können. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, die Messeinheit in einem Bereich der weiteren Prozessräume anzuordnen, der zugänglich ist, ohne das gesamte Vakuumsystem der Beschichtungsvorrichtung öffnen zu müssen.

Bevorzugt ist dabei eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Messeinheit in einem Bypass, in einem abtrennbaren Raum oder Leitungsabschnitt, in einer

Vakuumleitung des Vakuumsystems, in einer Zuleitung zur Behandlungskammer oder in eine Ableitung von der Behandlungskammer angeordnet ist.

Bevorzugt ist dieser Ort, an dem die Messeinheit angeordnet ist, absperrbar, so dass die Messeinheit bzw. das Sensorelement im laufenden Betrieb ausgetauscht werden kann. Dies wird bevorzugt erreicht durch beidendige bzw. beidseitige Ventile und geeignete Öffnungs-/Entnahmemaßnahmen, die gewährleisten, dass nicht das gesamte Vakuumsystem geöffnet werden muss.

Andere für diesen Zweck geeignete Orte der Beschichtungsanlage können in Betracht gezogen werden, solange bevorzugt gewährleistet ist, dass die

Messeinheit dort zugänglich ist, ohne das gesamte Vakuumsystem der

Beschichtungsvorrichtung öffnen zu müssen.

Die erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Messeinheit umfasst bevorzugt ein Beschichtungsstärke-Erfassungselement, das einen Sensorabschnitt aufweist und der Sensorabschnitt einen Dehnungsmessstreifen und/ oder

Widerstandsmessstreifen und/ oder kapazitiven Sensormessstreifen und/ oder Magnetinduktionsmessstreifen umfasst. Bevorzugt sind für dieses Element alle Sensoren unterschiedlicher Bauart geeignet, insbesondere wenn diese soweit miniaturisiert sind, dass sie ohne größeren Platzbedarf an geeigneten Stellen bzw. Bereichen der Beschichtungsvorrichtung zum Einsatz kommen können. Dazu gehören bevorzugt Sensoren zur Messung von Schichtdicken nichtmetallischer Beschichtungen auf metallischem Untergrund gemäß dem magnet-induktiven Prinzip und Sensoren, die das Wirbelstromprinzip zur Messung isolierender

Schichten auf Nicht-Eisen-Metallen (Beschichtung auf metallischem Trägermaterial) verwenden. Besonders geeignet sind vorliegend Beschichtungsstärke-Sensoren bzw. -Erfassungselemente, die in Streifenform realisierbar sind, wie etwa

Dehnungsmessstreifen, Widerstandsmessstreifen , kapazitive Sensormessstreifen und/oder Magnetinduktionsmessstreifen. Besonders bevorzugt ist die Messeinheit eine gravimetrische Messeinheit, d.h. eine Messeinheit, die die Gewichtsdifferenz der Ablagerung, insbesondere auf dem Sensor der Messeinheit, berücksichtigt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Messeinheit einen Träger- und Verschlussabschnitt und einen Sensorabschnitt, wobei der Sensorabschnitt mit dem T räger- und Verschlussabschnitt zerstörungsfrei verbind- und lösbar kombinierbar ist. Bevorzugt ist der Sensorabschnitt einsteckbar ausgebildet. Dadurch ist es möglich, den Sensorabschnitt allein zur Auswertung zu entnehmen und durch einen neuen zu ersetzen, ohne die gesamte Messeinheit austauschen zu müssen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Sensorabschnitt eine Messzunge und einen I nterface-Absch n itt auf, über den die Verbindung zum Träger- und Verschlussabschnitt herstellbar ist. So ist es möglich, bei Entnahme des

Sensorabschnitts lediglich einen mit der Messzunge verbundenen Interface- Abschnitt entnehmen zu müssen und keine weiteren Elemente der Messeinheit.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Messeinheit einen Transponder aufweist, mit dem Daten und/oder Signale aus der Steuer- und Auswerteeinheit drahtlos an eine Empfangsstation übertragbar sind. Ein solcher Transponder kann bevorzugt ein Funksender sein oder auf RFID- Technologie basieren.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Messeinheit in eine Rohrleitung des Vakuumsystems hineinragt. Durch die Messung in einer Rohrleitung des Vakuumsystems wird ein kritischer Teil der

Beschichtungsvorrichtung überwacht.

Besonders vorteilhaft ist eine Messeinheit, die einen Träger für das bevorzugt streifenförmige Beschichtungsstärke-Erfassungselement umfasst, das an einer Vakuumdurchführung angebracht ist, wobei die Vakuumdurchführung mit einem Flanschrohr verbindbar ist, der in eine Bohrung in der Wandung des zumindest einen weiteren Prozessraums ausmündet, und wobei das Beschichtungsstärke- Erfassungselement im Bereich der Bohrung zu liegen kommt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung von Oberflächen in Leitungswegen einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen, bei dem die Messeinheit als Messwert IST-Daten der Beschichtungsstärke auf einer Oberfläche des zumindest einen weiteren Prozessraums erfasst und diese IST-Daten an eine Auswerteeinrichtung weitergegeben werden, in der diese IST-Daten mit SOLL- Daten verglichen werden.

Die Messeinheit erfasst hierbei als Messwerte IST-Daten in Abhängigkeit des eingesetzten Sensors. Diese Messwerte lassen einen Rückschluss auf die

Beschichtungsdicke in dem Bereich, in dem die Messeinheit eingesetzt ist und damit den benachbarten Leitungen bzw. Prozessräumen zu.

Die SOLL-Daten werden bevorzugt vorgegeben und entsprechen den Messwerten bzw. den daraus abgeleiteten Beschichtungsdicken. Die SOLL-Daten sind bevorzugt vorgebbar und können bevorzugt auch angepasst werden. Eine

Anpassung kann bevorzugt in Abhängigkeit von gewählten Rezepturen,

Standzeiten, Einsatzzeiten oder Erfahrungswerten aus parallel betriebenen

Messeinheiten, entweder in derselben Vorrichtung oder in einer parallel betriebenen Vorrichtung, erfolgen.

Die Auswerteeinheit umfasst bevorzugt einen Komparator, mit dem die IST-Daten und die SOLL-Daten miteinander verglichen werden. Bevorzugt umfassen die IST- Daten auch einen Zeitstempel, so dass aus der Anzahl von ermittelten IST-Daten ein Gradient über die Zeit ermittelt werden kann. Dieser kann herangezogen werden, um zukünftige Beschichtungsszenarien zu prognostizieren.

Bevorzugt erfolgt der Vergleich der IST-Daten mit den SOLL-Daten kontinuierlich oder sequentiell. Zur Messung der Beschichtungsdicke in laufenden Anlagen kann es bevorzugt ausreichen einen Vergleich täglich durchzuführen. Bevorzugt wird das Intervall, in dem der Vergleich erfolgt, in Abhängigkeit des Gradienten der in der Vergangenheit ermittelten IST-Daten vorbestimmt. So ist es möglich, bei einer frisch gereinigten Vorrichtung einen Vergleich in drei Tagen vorzunehmen, während bei einem Gradienten, der ein baldiges Erreichen der SOLL-Daten möglich erscheinen lässt, ein engeres Intervall vorgegeben wird.

Besonders bevorzugt erfolgt der Vergleich der IST-Daten mit den SOLL-Daten kontinuierlich und wird drahtlos an eine Auswerteeinheit übergeben und dort kontinuierlich ausgewertet. Besonders bevorzugt wird die Entwicklung der IST- Daten über die Zeit in Korrelation mit den auf der Vorrichtung gefahrenen

Beschichtungsprozessen gebracht. Dadurch ist es möglich, besonders kritische Verfahren zu identifizieren, bei denen ein höherer Gradient der IST-Daten auftritt als bei anderen Verfahren. Diese Erkenntnisse können bei Berücksichtigung der zukünftig auf der Vorrichtung zu fahrenden Beschichtungsprozesse für eine

Prognose der Beschichtungsstärke genutzt werden.

Bevorzugt wird bei vorbestimmten Konstellationen beim Vergleich der IST-Daten mit den SOLL-Daten ein Signal erzeugt, mit dem eine Meldung, insbesondere eine Fehlermeldung oder eine Warnmeldung generiert wird. Diese Konstellation kann bevorzugt frei definiert werden und für vorbestimmte Beschichtungsdicken wie beispielsweise 80% der als maximal erreichbaren Beschichtungsdicke vor einer Reinigung für eine Warnmeldung oder bei 95% für eine Fehlermeldung gewählt werden.

Bevorzugt werden in Abhängigkeit vom Gradienten des Messwertes über die Zeit Wartungs- und/oder Abschaltzeitpunkte prognostiziert und bevorzugt auch gemeldet.

Bevorzugt wird an mehreren Orten gemessen und abschnittsweise werden

Meldungen zum Wartungs- und/oder Reinigungsbedarf gemeldet und/oder es wird eine Abschaltung prognostiziert. Durch das Messen an mehreren Orten in der Vorrichtung ist es möglich, die Beschichtungssituation an mehreren ausgewählten Orten zu berücksichtigen und miteinander zu vergleichen. So wird ein genaueres Bild von der Beschichtungssituation ermittelt und es werden einzelne (teil-)defekte Messeinheiten oder Sensorelemente durch Redundanz kompensiert sowie auch identifiziert. Außerdem kann die Anfälligkeit für Beschichtungen an den

verschiedenen Orten unterschiedlich sein und dieser Unterschied auch ermittelt und für die Prognose genutzt werden.

Bevorzugt wird die Messeinheit, insbesondere der Sensorabschnitt, entnommen und außerhalb der Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen von

Gegenständen ausgewertet. Durch das einfache Ein- und Ausstecken des

Sensorelements ist es möglich, dieses zu wechseln und das beladene

Sensorelement extern auszulesen. Besonders bevorzugt wird das alte, beladene Sensorelement anschließend aufgearbeitet, um wieder verwendet werden zu können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Doppelbeschichtungskammer für Behälter sowie die zu- und ableitenden Vakuum- und Gasleitungen,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Rohrleitungsabschnitts der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung, in der eine Messeinheit angeordnet ist, und

Fig. 3 eine Draufsicht einer Ausführungsform der Messeinheit in dem

Rohrleitungsabschnitt von Fig. 2.

Die in Fig. 1 gezeigte Beschichtungsvorrichtung 1 zeigt eine

Doppelbeschichtungskammer 6 für Behälter 2 sowie zu- und ableitende Vakuum- und Gasleitungen 7.1 bis 7.6. In der ableitenden Leitung 7.1 ist ein

Rohrleitungsabschnitt 10 vor einer Vakuumpumpe 5 gezeigt, in dem eine

Messeinheit 14 angeordnet ist.

Dieser Rohrleitungsabschnitt 10 aus Fig. 1 ist in Fig. 2 nochmals detaillierter gezeigt. Der Rohrleitungsabschnitt 10 der Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen unter von einem Vakuumsystem bereit gestellten Vakuum mittels eines Gasabscheideverfahrens weist einen weiteren Prozessraum 12 in Form einer Rohrleitung mit Messstutzen zur Aufnahme einer Messeinheit 14 auf. In Verbindung mit diesem weiteren Prozessraum 12 steht ein Klappenventil bzw. Flapper 9 (links von dem weiteren Prozess raum 12 dargestellt). Auf der anderen Seite schließt sich die Vakuumpumpe 5 an (rechts von dem weiteren Prozessraum 12 - hier nicht gezeigt).

An einer Wandung des weiteren Prozessraums 12 ist eine mit dessen Innenraum über eine Bohrung 13 kommunizierende Messeinheit 14 angebracht, die in Fig. 3 in größerem Detail gezeigt ist. Diese Messeinheit 14 ist bevorzugt eine gravimetrische Messeinheit. Die Messeinheit 14 dient zur (bevorzugt gravimetrischen) Erfassung der Beschichtungsstärke auf der Oberfläche des Prozessraums 12 im Bereich der Bohrung 13. In Fig. 2 nicht gezeigter Weise ist die Messeinheit 14 mit einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Ermittlung der Notwendigkeit verbunden, die Oberflächen der Prozessräume oder Teile hiervon durch Entfernen ungewollter Beschichtung zu reinigen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, umfasst die Messeinheit 14 ein streifenförmiges

Beschichtungsstärke-Erfassungselement 15 in Gestalt eines

Dehnungsmessstreifens, der zwei Sensorenfelder 16 und 17 aufweist, deren Ausgangssignale über jeweils zwei Messleitungspaare 18 und 19 mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden sind. Der Dehnungsmesstreifen 15 ist auf einem flachen Blechelement 20 angebracht, das über eine Basisplatte 21 aus isolierendem Material gehaltert ist, die auf einem axial aufgeschnitten Rohrendteil 22 eines rohrförmigen T rägers 23 festgelegt ist. Die beiden Messleitungspaare 16 und 17 durchsetzen den rohrförmigen Träger 23 und sind aus diesem über eine

Vakuumdurchführung 24 herausgeführt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Messeinheit 14 über ein mit der Wandung des weiteren Prozessraums 12 vakuumdicht verbundenes Flanschrohr 25 an den weiteren Prozessraum 12 so angekoppelt, dass sein Erfassungselement 15 im Bereich der Bohrung 13, jedoch zurückgesetzt von der Wandung des weiteren Prozessraums 12 zu liegen kommt, um an dieser Stelle die Stärke einer

ungewollten Beschichtung auf der Oberfläche des weiteren Prozessraums 12 zu ermitteln.

Durch die Messung der Beschichtungsdicke kann der Zustand der

Vakuumkomponenten permanent bzw. im laufenden Wartungsintervall kontinuierlich (dynamisch) überwacht werden. Damit kann die Restlaufzeit (bis zur Wartung) permanent mit der geplanten Laufzeit abgeglichen werden und ggf. sogar momentan unnötige Wartungstätigkeiten identifiziert und übersprungen oder verzögert werden.

Die Effizienz der Anlagen wird durch die vorliegende Erfindung gesteigert, da dadurch das Erreichen des maximal tolerierbaren Beanspruchungszustands vorhergesagt werden kann und damit ungeplante Ausfälle vermieden werden.

Bezugszeichenliste

1 Beschichtungsvorrichtung

2 Flasche, Hohlkörper

5 Vakuumpumpe

6 Doppelbeschichtungskammer für Behälter

7 zu- und ableitende Vakuum- und Gasleitungen

9 Klappenventil bzw. Flapper (Regelklappe)

10 Rohrleitungsabschnitt

12 weiterer Prozessraum (bspw. Rohrabschnitt mit Messstutzen)

13 Bohrung

14 Messeinheit

15 Beschichtungsstärke-Erfassungselement

16 Sensorenfeld

17 Sensorenfeld

18 Messleitungspaar

19 Messleitungspaar

20 Blechelement

21 Basisplatte

22 Rohrendteil

23 Träger

24 Vakuumdurchführung

25 Flanschrohr