Anordnung zum Beschichten bandförmiger Foliensubstrate

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beschichten bandförmiger Foliensubstrate mit einer Abwickel- und einer Aufwickelrolle zwischen denen das Foliensubstrat unter einer Bandzugspannung geführt wird und einer dazwischen angeordneten Beschichtungsstation .

Zum Beschichten wird ein bandförmiges Foliensubstrat im Vakuum von einer Abwickelrolle über eine Beschichtungs- station geführt und durch eine Aufwickelrolle wieder aufgenommen .

Wie jedes im Vakuum zu beschichtende Substrat ist auch ein zu beschichtendes Foliensubstrat, die insbesondere eine Metallfolie, die eine Dicke von einigen lOμm bis einige lOOμm aufweisen kann, einer Wärmebelastung ausgesetzt. Infolge der geringen Dicke treten jedoch bei derartigen Foliensubstraten hierdurch schnell überhitzungserschein- ungen auf, die regelmäßig zu Strukturveränderungen des Substrats führen. Aus diesem Grunde ist zu gewährleisten, dass eine maximale Substrattemperatur während des Trans- portes und der Beschichtung des Substrates, sowie Gewährleistung einer anderen geringeren maximalen Substrattemperatur nicht überschritten wird, bevor das Substrat aufgewickelt wird

Andererseits darf die zu beschichtende Seite des Substrates auch keinen mechanischen Störungen unterzogen werden, wie sie etwa durch Stütz- oder Transportrollen hervorgerufen werden können. Aus diesem Grunde ist ein Kontakt der zu beschichtenden Substratseite „Frontseite" mit Rollen oder sonstigen Anlagenteilen während des Transportes, der

Beschichtung oder einer sonstigen Substratbehandlung (z.B. Kühlung) zu vermeiden.

Schließlich ist bei dem gesamten Beschichtungsvorgang ein Faltenfreies Transportieren, Beschichten und Wickeln des Substrates unter Beachtung der Substratdicke und der zulässigen Substrattemperaturen sicher zu stellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuum- beschichtung von Foliensubstraten zu ermöglichen, bei der ein überschreiten der maximalen Substrattemperatur verhindert wird und die einen hochqualitativen Substrattransport ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 16 zeigen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung.

In der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Abwickel- und eine Aufwickelrolle vorgesehen, zwischen denen das Foliensubstrat unter einer Bandzugspannung geführt wird. Dazwischen, d.h. zwischen Abwickel- und Aufwickelrolle ist eine Beschichtungsstation angeordnet. Dies Beschichtungs- Station weist in dem Bereich eines Bandbeschichtungslaufes, in dem das Band zwischen der Abwickelrolle und Aufwickelrollen durch die Beschichtungsstation geführt wird, mindestens zwei in Richtung des Bandlaufes hintereinander liegende Beschichtungsquellen auf. Diese liegen einer Beschichtungsseite des Foliensubstrates gegenüber, d.h. sie sind in einem Abstand zu der Beschichtungsseite angeordnet.

Auf der anderen Seite des Substrates, d.h. auf dessen Rückseite, d.h. der Seite die im Foliensubstrat der Beschichtungsseite gegenüberliegt, ist zwischen zwei benachbarten Beschichtungsquellen ein Stützelement angeordnet, das eine auf die Rückseite des Foliensubstrates als Kraftkomponente aus der Bandzugspannung resultierende Stützkraft erzeugt. über dieses Stützelement ist das Folien-

substrat frei gespannt. Werden mehrere Stützelemente vorgesehen, wie das in der Regel der Fall ist, dann ist das Foliensubstrat auch zwischen zwei Stützelementen frei gespannt. Gegenüber einer freiliegenden Oberfläche des Foliensubstrates und in einem Abstand zu dieser Oberfläche ist ein Wärme von dem Substrat absorbierendes Absorptionselement angeordnet. Durch dieses Absorptionselement wird die in das Foliensubstrat durch den Beschichtungsvorgang eingebrachte Wärme entzogen.

üblicherweise sind mehr als zwei Beschichtungsquellen und entsprechende Stützelemente angeordnet, wobei das Foliensubstrat im Bandbeschichtungslauf eine Fläche aufweist, die in Querschnitt einem Polygonzug folgt.

Das Absorptionselement kann beschichtungsseitig oder rückseitig angeordnet sein.

Bei der beschichtungsseitigen Anordnung ist vorgesehen, dass das Absorptionselement zwischen zwei benachbarten Beschichtungsquellen der Beschichtungsseite gegenüber liegend angeordnet ist.

Bei der rückseitigen Anordnung ist vorgesehen, dass das

Absorptionselement im Bereich einer Beschichtungsquelle der Rückseite gegenüber liegend angeordnet ist.

Es ist hierbei auch möglich, dass auf beiden Seiten je ein oder mehrere Absorptionselement angeordnet sind, wodurch die Kühlwirkung erheblich erhöht werden kann.

Es ist möglich, das Absorptionselement als ein von einem Kühlmittel durchströmtes Kühlelement auszubilden. Damit kann die von dem Absorptionselement aufgenommene Wärme kontrolliert abgeführt werden.

Es ist zweckmäßig, wenn zumindest ein Stützelement als mit ihrer Drehachse quer zur Bewegungsrichtung des Folien-

Substrates liegende Stützwalze ausgebildet ist.

Einer solchen Stützwalze kann eine zusätzliche Funktion zukommen, indem beispielweise die Stützwalze als Kühlwalze ausgebildet ist. Auch diese kann von einem Kühlmittel durch- flössen ausgebildet sein.

Foliensubstrate sind hinsichtlich der Bahnführung sehr sensibel. Sie können schnell weglaufen oder zu Verzerrungen neigen. Wenn die die Stützwalze als ballig geformte Breitstreckwalze ausgebildet ist, kann eine exakte Bahnführung unterstützt werden.

Da sich das oder die Stützelemente auf der Rückseite des Foliensubstrates befinden, ist es möglich, dass zumindest ein Stützelement als ein quer zur Bewegungsrichtung des Foliensubstrates liegender Gleitstein ausgebildet ist.

Grundsätzlich ist es auch möglich, dass zumindest ein Stützelement als ein die Stützkraft auf die Rückseite berührungslos aufbringendes Stützelement ausgebildet ist. Dies kann durch ein ein Luftkissen zwischen der Rückseite und dem Stützelement erzeugendes Gasströmungselement realisiert werden, insbesondere dann, wenn sich das

Stützelement außerhalb des Vakuums der Beschichtungsstation befindet .

Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Magnetkissen zu erzeugen, indem das Stützelement als ein einen Abstand zwischen der Rückseite einer ferromagnetischen Metallfolie als Foliensubstrat und dem Stützelement erzeugendes Magnet- element ausbildet ist.

Es ist darüber hinaus auch möglich, dass das Stützelement als ein einen Abstand zwischen der Rückseite und dem Stützelement erzeugendes elektrostatisches Element ausbildet ist.

Grundsätzlich erfolgt die Anordnung von Bandwickeleinrichtungen, Bandumlenkrollen und Bandkühlrollen so, dass immer nur die Bandrückseite von Rollen berührt wird. Dies wird erreicht, indem die Lage aller Rollen so gewählt ist, dass der durch Dichte und Bandzugspannung des Bandmateriales definierte theoretische Durchhang des Bandes in vertikaler Richtung immer oberhalb der jeweiligen Rollenposition liegt.

Die Beschichtungsrate wird so gesteuert, dass in Abhängigkeit von Substratdicke, spezifischer Wärmekapazität und Substratgeschwindigkeit eine maximal zulässige Substrattemperatur nicht überschritten wir. Benachbarte Beschichtungsquellen werden dabei so angeordnet, dass sich das Substrat vor Erreichen der der ersten folgenden Beschichtungsquelle mittels geeigneter Absorptionsflächen bzw. Absorptionselemente um den zu erwartenden Temperaturanstieg der der ersten Beschichtungsquelle folgenden weiteren Beschichtungsquelle ausreichend abkühlen kann.

Durch die Erfindung wird eine Anordnung, ein Antrieb und eine Steuerung der Oberflächentemperatur von aktiven Band- kühleinrichtungen (Kühlwalzen) so realisiert, dass störende Relativbewegungen zwischen Kühleinrichtung und Substrat ausgeschlossen sind. Außerdem wird durch die Gestaltung der Substratführung erreicht, dass über dem Bereich der Beschichtungsquelle oder der Beschichtungsquellen die Beschichtungsseite frei liegt. Auch bei der Rückseite des Substrats liegen große Oberflächenteile frei. Die freien Oberflächenteile auf der Beschichtungsseite und/oder der Rückseite erlauben die Anordnung von Absorptionselementen in einer solchen Nähe zu den Oberflächen, dass das Substrat durch Absorption der Strahlungswärme gekühlt wird. Eine

Berührung und damit eine mögliche Oberflächenbeeinflussung oder gar -Schädigung kann dadurch bei Gewährleistung einer Kühlung ausgeschlossen werden. Andererseits ist es durch den großen Anteil freiliegender Oberflächenbereiche möglich, große Oberflächenteile zu kühlen. Dies wiederum ermöglicht

den Einsatz höherer Beschichtungsleistung, bzw. die Anwendung physikalischer Beschichtungsprozesse, wie z.B. PVD (Physical Vapor Depositon) , die per se eine hohe thermische Substratbelastung mit sich bringen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird insbesondere die PVD-BeSchichtung von dünnen Metallfolien ermöglicht. Dünne Metallfolien haben eine Dicke von kleiner 500μm.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Ein Foliensubstrat 1 wird von einer Bandwickeleinrichtung 2 zwischen einer Abwickelrolle 7 und einer Aufwickelrolle mit einer Bandzugspannung F _z bewegt.

Gegenüber dem Foliensubstrat 1, d.h. gegenüber seiner Beschichtungsseite 9 sind Beschichtungsquellen 5 angeordnet .

Jeweils zwischen zwei benachbarten Beschichtungsquellen 5 sind Wärme absorbierende Absorptionselemente 6 angeordnet. Durch diese Absorptionselemente 6 wird ein Großteil der von jeder Beschichtungsquelle 5 in das Foliensubstrat 1 eingebrachten Wärme über Wärmestrahlung aufgenommen. Zur abschließenden Abkühlung ist am Ende des Bandbeschichtungs- laufs 9 eine Bandkühlrolle 4 vorgesehen.

Auf der Rückseite 11 des Foliensubstrates 1 sind Stützrollen 3 angeordnet und zwar immer in einem Abstand von der direkten Verbindungslinie zweier benachbarter Rollen , der aus einem Kraftdreieck über die Bandzugspannung F _z eine Stützkraft F ₃ entstehen lässt, die das Foliensubstrat 1 leicht auf die Stützrollen 3 drückt.

Grundsätzlich ist es möglich, auch auf die Rückseite weitere Absorptionselemente 6 anzuordnen.

Anordnung zum Beschichten bandförmiger Foliensubstrate

Bezugszeichenliste

I Foliensubstrat 2 Bandwickeleinrichtung

3 Stützrolle

4 Bandkühlrolle

5 Beschichtungsquelle

6 Absorptionselement 7 Abwickelrolle

8 Aufwickelrolle

9 Beschichtungsseite

10 Bandbeschichtungslauf

II Rückseite F _z Bandzugspannung

F _s Stützkraft