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Title:
WORKPIECE CARRIER DEVICE, METHOD FOR COATING A WORKPIECE, AND WORKPIECE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/212582
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a workpiece carrier device (1) for holding and moving workpieces (15), having: a workpiece carrier (2) for receiving workpieces (15), which is mounted on a main frame (4) so as to rotate about an axis (3); a drive part, which can likewise rotate about the axis (3) relative to the workpiece carrier (2); and multiple workpiece holders (5), which are arranged on the workpiece carrier (2) in a ring around the drive axis and are mounted on the workpiece carrier (2) so as to rotate about holder axes (6) which are spaced from the drive axis. The holder axes (6) run in such a way in relation to the axis (3) that the workpiece holders (5) form a conical crown arrangement (7). The invention further relates to a coating method using the workpiece carrier device (1) according to the invention and to workpieces or substrates (15) coated by means of the coating method (e.g. pins, pen injectors, balls, ball pins, pistons, nozzle needles etc.).

Inventors:
MEILER RUDOLF (CH)
EBERLE HUBERT (LI)
NAEFF PETER (LI)
Application Number:
PCT/EP2020/060880
Publication Date:
October 22, 2020
Filing Date:
April 17, 2020
Export Citation:
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Assignee:
OERLIKON SURFACE SOLUTIONS AG PFAEFFIKON (CH)
International Classes:
C23C8/24; C23C8/26; C23C8/36; C23C8/38; C23C14/50; C23C28/04
Foreign References:
DE102004027989A12006-03-02
DE202004009256U12004-09-02
DE202006015522U12008-02-21
EP2545202B12014-09-03
EP2628817A12013-08-21
EP3186408A12017-07-05
EP1917380B12009-03-25
EP1153155A12001-11-14
US20140008857A12014-01-09
DE10803278A1
DE202004009256U12004-09-02
Attorney, Agent or Firm:
MFG PATENTANWÄLTE (DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Werkstückträgereinrichtung (1) zum Halten und Bewegen von Werkstücken (15) mit

einem Werkstückträger (2) zur Aufnahme von Werkstücken (15), der um eine Achse (3) drehbar an einem Grundgestell (4) gelagert ist,

einem dem Wetkstückträger (2) gegenüber ebenfalls um die Achse (3) drehbares Antriebsteil sowie

mehrere kranzartig um die Antriebsachse (3) am Werkstückträger (2) angeordnete und um von der Achse (3) beabstandete Halterachsen (6) drehbar am Werkstückträger (2) geleerte Werkstückhalter (5),

dadurch gekennzeichnet, dass die Halterachsen (6) so zur Achse (3) verlaufen, dass die Werkstückhalter (5) und/ oder die in den Werkstückhaltem (5) angeordneten Werkstücke (15) eine konische Kronenanordnung (7) bilden und

das Antriebsteil (la) eine Kurbelscheibe (8) mit am Umfang angeordneten Kulissenschlitzen (9) umfasst, in denen jeweils ein Antriebsabschnitt (10) der Werkstückhalter (5) verläuft, über die im Betrieb die Werkstückhalter (5) in eine Drehbewegung versetzt werden.

2. Werkstückträgereinricbtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Halterachsen (6) mit der

Achse (3) einen Winkel zwischen 5° und 45°, zwischen 15° und 35º oder von 25º bilden.

3. Werks tückträgercinriditung (1) nach Ansptuch 1 oder 2, wobei die Kulissenschlitze (9) ab längliche, radial zur Achse (3) orientierte Langlöcher (9) ausgebildet sind.

4. Welkstückträgereinrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei eine gegenüber der Kur¬ belscheibe (8) drehbare Antriebsnocke (12) in einer Antriebsöffnung (11) der Kurbelscheibe (8) um- laufend eingreift und im Betrieb die Kurbelscheibe (8) normal zur Achse (3) bewegt und so die

Drehbewegung der Werkstückhalter (5) über die Kulissenschlitze (9) ausführt

5. Werkstückträgercinriditung (1) nach Anspruch 4, wobei die Antriebsnocke (12) ihre An¬ triebswirkung über eine exzentrisch zur Achse (3) drehbar gelagerte Antriebsrolle (14) ausübt, die im Betrieb am Rand der Antriebsöffnung (11) abrollt

6. Werks tückträgcrcintichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Werkstückhalter (5) jeweils kurbelartig ausgebildet sind und einen Kurbelabschnitt 10 umfassen, der zwischen zwei koaxial verlaufenden Endabschnitten verläuft, von denen der eine als Lagerende (20) drehbar in einem Legerpunkt des Werkstückträgers (2) gelagert ist, und der andere als Aufnahmeende (21) drehbar in einer Lageröffhung des Werkstückträgers (2) angeordnet ist

7. Werkstückträgereinrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei der Lagerpunkt in einer Bodenscheibe (25) des Werkstüdeträgers (2) angeordnet ist

8. Werkstückträgereinrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Lagerung des Lagerendes

(20) über eine Werkstückaufhahmehülse (22) erfolgt, die am Aufhahmeende (21) angeordnet ist

9. Werkstückträgereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mehrere Werkstückträger (2) so zueinander angeordnet sind, dass die konischen Kronenanordnungen (7) der Werkstückhalter (5) eines Werkstückträgers (2) die Bodenscheibe (25) eines weiteren Werkstückhalters (5) umgreift, so dass der weitere Werkstückhalter (5) writgehend innerhalb einer Werkstückkrone angeordnet ist, die von in den Werkstückhaltem (5) angeordneten Werkstücken (15) gebildet wird.

10. Beschichtungsanordnung (17) mit einer Wetkstückträgereimichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

11. Verfahren zur Beschichtung von Substraten (15) mit

— Breitstellen einer Werkstückträgereinrichtung (1) nach einer der Ansprüche 1 bis 10

— Anordnen von Substraten (15) in Werkstückhaltem (5)

— Bewegen und Rotieren der Werkstückhalter (5) in einer Beschichtungsanordnung (17)

— Abscheiden einer Beschichtung (154) auf die Substrate (15)

— Entnehmen der beschichteten Substrate (15)

12. Substrat (15) mit einer Beschichtung (154), die gemäß dem Verfehlen nach Anspruch 11 aufgebracht ist, wobei das Substrat (15) einen Spitzenbereich (151) aufweist, der flächig, dach- oder kuppelartig, sphärisch und/oder kegelförmig ausgebildet ist

13. Substrat. (15) nach Anspruch 12, wobei die Beschichtung (154) zumindest eine erste Schicht aufweist, die ein Metallnitrid und/oder ein Metallkarbid umfasst, und die Beschichtung vorzugsweise zumindest eine zweite Schicht aufweist, wobei die zweite Schicht vorzugsweise eine amorphe Köhlens toffschicht ist, welche einen ta-C und/ oder einen a-C:H und/ oder einen a-C:H:Me und oder einen a-C;H:X und/ oder einen a-C:H:Me:X Werkstoff umfasst, wobei Me vorzugsweise Wolfram oder Kupfer ist oder umfasst, und X vorzugsweise Silizium oder Stickstoff oder Sauerstoff ist oder umfasst, wobei a:C:H:Me ein mit Me dotiertes amorphes Kohlenstoffschichtmaterial und a:C:H:X ein mit X dotiertes amorphes Kohlenstoffschichtmatcrial und a:C:H:MeX ein mit Me und X dotier¬ tes amorphes Kohlenstoffschichtmaterial bezeichnet

14. Substrat (15) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (154) sowohl eine erste Schicht als auch eine zweite Schicht umfasst, wobei die erste Schicht vorzugsweise CrN und/oder CtC umfasst und die zweite Schicht vorzugsweise ta-C und/ oder a-C:H und/oder a- C:H:Me und/ oder a-C:H:X und/oder a-C:H:Me:X umfasst

15. Substrat (15) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (154) sowohl eine erste Schicht als auch eine zweite Schicht umfasst, wobei die erste Schicht vorzugsweise UN und/ oder ΉN umfasst und die zweite Schicht vorzugsweise ta-C und/ oder a-Cdrl und/oder a- C:H:Me und/ oder a-C;H:X und/ oder a-C:H:Me :X umfasst.

16. Substrat (15) nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (154) als ein mehrlagiges Schichtsystem aufgebaut ist, welches zwei oder mehr Schichten umfasst wobei die Beschichtung sowohl eine erste Schicht als auch eine zweite Schicht umfasst und vorzugsweise die zweite Schicht als äußerste Schicht und die erste Schicht zwischen dem Substrat und der zweiten Schicht abgeschieden ist.

17. Substrat (15) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das als eines der folgenden Bauteile aus¬ gebildet ist; Pin, Injektionsstift, Kugel - Kugelstift, Kolben, Düsennadel.

Description:
WERKSTÜCKTRÄGEREINRICHTUNG, VERFAHREN ZUR

BESCHICHTUNG EINES WERKSTÜCKS UND WERKSTÜCK

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Werkstückträgereinrichtung zum Bewegen von Werks tü- cken (Substraten) mit: einem Werkstückträger zur Aufnahme von Werkstücken, der um eine Achse drehbar an einem Grundgestell gelagert ist, einem dem Werkstückträger gegenüber ebenfalls um die Achse drehbares Antriebsteil sowie mehrere, kranzartig um die Antriebsachse am Werkstückträger angeordnete und um von der Antriebsachse beabstandete Halterachsen drehbar am Werkstückträger gelagerte Werkstückhalter. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks in einer solche Werkstückträgereinrichtung und ein Werkstück.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Solche Weikstückträgcrcinrichtungen weiden zur Bearbeitung von Werkstücken vor allem in Vakuumanlagen und insbesondere zur Beschichtung der Werkstücke in Vakuumanlagen genutzt Sie dienen dazu, die Werkstücke an einer Werkstückträgereinheit in einem Beschichtungsraum zu bewegen, um eine gleichmäßige Beschichtung aller freiliegenden Flachen der Werkstücke in dem Beschichtungsraum zu gewährleisten. Die Werkstückträgereinheiten sind dabei besonders geeignet, zylindrische oder stiftförmige Werkstücke (beispielsweise Bohrer, Düsennadeln oder Ähnliches) in einem Beschichtungstaum zu bewegen. Dabei sind die Werkstücke krönen- bzw. ktanzartigum eine Drehachse angeordnet und werden um die Drehachse herum im Beschichtungsraum bewegt. Um eine gleichmäßige Beschichtung aller Flächen zu erreichen, insbesondere der zylindrischen Umfangsflä ¬ chen, sind die Werkstücke dazu in drehbaren Halterungen angeordnet, die sich um ihre eigene, die Halterachse drehen. Beim Beschichten bewegen sich die Werkstücke so um die Drehachse und um ihre eigene mit der Halterachse im Wesentlichen koaxialen Längsachse. Damit werden alle Flächen gleichmäßig beschichtet

Eine solche Werkstückträgereinrichtung ist beispielsweise aus der EP 1 917 380 Bl gezeigt Bei dieser Anordnung verlaufen die Halterachsen parallel zur Antriebsachse. Ähnliche Werkstückträgerein ¬ richtungen sind aus der EP 1 153 155 Al, aus der US 2014/0008857 Al sowie aus der DE 108 03 278 Al bekannt

Bei den bekannten Werkstückträgereinrichtungen, bei denen die Halterachse parallel zur An- triebsachse verlaufen besteht jedoch die Schwierigkeit, dass sich bei Werkstücken mit einer ausgeprägten Spitze oder einem ausgeprägten Scheitelpunkt in diesen Bereichen eine zu geringe Beschichtung aufgetragen werden kann, da sich diese Scheitelpunkte bei der Drehung um die Halterachse nicht bewegen bzw. an einem Punkt bleiben. Dies kann zu einer unzureichenden Beschichtung in diesem Bereich fuhren. Bin weiteres Problem bei den bekannten

Werkstickträgereinrichtungen besteht darin, dass bei langen Werkstücken die Anzahl der übereinan- der angeordneten Werkstücksätze (Werkstickkronen) bei vergleichsweise langen Werkstücken die

Anzahl der Werkstückträger, die in einem Beschichtungsraum angeotdnet werden können, begrenzt ist und nur eine vergleichsweise geringe Anzahl von Werkstücken in einer Charge bearbeitet bzw. beschichtet werden kann.

Aus der DE 202004009 256 Ul ist eine konische Kronenanordnung der Werkstücke bekannt, bei der die Werkstücke schrittweise um ihre Halterachsen verdreht werden. Dies kann eine gleichmäßige

Beschichtung in kritischen Bereichen erschweren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, eine verbesserte Werkstückträgerein ¬ richtung zur Verfügung zu stellen, bei der diese Nachteile wenigstens teilweise verringert sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Werkstückträgereinrichtung zum

Bewegen von Werkstücken bereit, die aufweist: Einen Werkstückträger zur Aufnahme von Werkstü ¬ cken, der um eine Achse drehbar an einem Grundgestell gelagert ist, ein dem Werkstückträger gegenüber ebenfalls um die Achse drehbares Antriebs teil sowie mehrere kranzartig um die

Antriebsachse am Werkstückträger angeordnete, und um von der Antriebsachse beabstandete Ha!· terachsen drehbar am Werkstückträger gelagerte Werks tückhaltcr, dadurch gekennzeichnet, dass die

Halterachsen so zur Achse verlaufen, dass die Werks tückhaltcr eine konische Kronenanordnung bil ¬ den und das Antriebs teil eine Kurbelscheibe mit am Umfang angeordneten Kulissenschlitzen umfasst, in denen jeweils ein Antriebsabschnitt der W erkstückhalter verläuft, über die im Betrieb die Werkstückhalter in eine Drehbewegung versetzt werden.

Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh- rungsformen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beige- fügte Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische axiale Schnittdarstellung durch eine Werks tückträger- einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Werkstückträgereinrichtung gemäß einet ersten Ausfiihrungsform;

Fig. 2a eine schematische Darstellung eines oberen Endes eines Werkstücks im Werkstückhalter,

Fig. 3 eine Seitenansicht einet erfindungsgemäßen Werkstückträgereinrichtung mit mehreren Werkstückträgem;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Werkstückhalters;

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung der in Fig. 2 dargestellten Werkstückträgereinrichtung;

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Bereichs A aus der Fig. 2;

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs B aus der Fig. 2 und

Fig. 8 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Fig. 1 ist eine Ausfuhrungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veran ¬ schaulicht. Vor einer detaillierten Beschreibung folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Aus fuhrungsformen.

Die vorliegende Offenbarung betrifft auch eine Werkstückträgereinrichtung mit einem Werkstück- träger aufweisend ein um eine Antriebsachse drehbar an einem Grundgestell gelagertes Drehgestell, ein ebenfalls um die Antriebsachse dem Drehgestell gegenüber drehbares Antriebsteil, sowie mehrere von der Antriebsachse beabstandete und um Halterachsen drehbar am Drehgestell gelagerte Werks tückhaltcr.

Bei einer Werkstückträgereinrichtung mit einem Werkstückträger, bei dem die Halterachsen so zur Achse verlaufen, dass die Werkstückhalter -und die darin angeordneten Werkstücke - konische Kronen- bzw. Kranzanordnungen bilden, wird das Beschichtungsverhalten verbessert

Ein längliches, kompaktes oder stiftformiges Werkstück oder Substrat (z.B. Pin, Injektionsstift, Kugel, Kugelstift, Kolben oder eine Düscnnadel), das in dem Werks tückhaltcr angeordnet ist und das einen ausgeprägten (z. B. flächig, dach- oder kuppelartig} Scheitelbereich aufweist, ragt schräg zur Achse nach außen weisend in den Beschichtungsraum. Durch die Eigendrehung des Werkstückhal ¬ ters um seine Drehachse bzw. um seine Halterachse bewegen sich die absolut am höchsten liegen ¬ den Scheitelpunkte entlang eines Ringes um die Halterachse im Scheitelbereich des Werkstücks durch den Beschichtungsraum, so dass kein ausgeprägter Scheitelpunkt vorhanden ist und eine gjkichmäßigere Beschichtung des Scheitelbereichs erfolgen kann. Bei einem kuppelartigen Scheitel ¬ bereich liegt der relative Scheitelpunkt dabei seitlich unterhalb des absoluten Scheitelpunktes an dem Punkt, an dem die schräg zur Antriebsachse verlaufenden Halter- bzw. die Drehachsen jeweils das Werkstückende durchstoßen. Beim Beschichten mit einer oder mehreren Schichten ist so eine homogene Beschichtung des Scheitelbereichs im Umlauf des Zylinders eines Kolbens oder Stiftes durch dir permanente Rotation sichergestellt Bei einet herkömmlichen Werkstückträgereinrichtung, bei der die Halterachsen parallel zur Drehachse des Werkstückträgers verlaufen, bleibt dagegen der

Scheitelpunkt bzw. der Scheitelbereich immer an der gleichen höchsten Position (als Punkt oder Fläche) und wird daher u.U. nur ungleichmäßig bzw. unzureichend beschichtet. Auch dann, wenn die Halterachsen zwar schräg verlaufen, aber keine gleichförmige Drehung um die Halterachsen realisiert wird, ist die Beschichtung insbesondere im Scheitelbereich u. U. nicht homogen.

Weiter erlaubt die konische Kronenanordnung der Halterachsen eine dichtere Anordnung mehrerer Werkstückträger zueinander. Die Werkstückträger können nämlich so ineinander gestapelt werden, so dass bei einem Stapel von mehreren Werkstückträgern die Kronenanordnung jeweils einen kegel ¬ stumpfförmigen Rand bilden, in den der nächste Werkstückträger mit seinen Werkstücken hineinpasst. So können die Werkstückträger weitgehend unabhängig von der Länge der darin

anzuordnenden Werkstücke kompakt ineinander bzw. übereinander angeordnet werden und es kann auf engstem Raum eine hohe Anzahl von Werkstücken angeordnet werden und in einem relativ kompakten Beschichtungsraum beschichtet werden.

Dabei bilden die Halteachsen mit der Achse einen Winkel zwischen 5° und 45°, zwischen 15° und 35° und insbesondere von 25°. Damit ergibt sich ein Konuswinkel zwischen 10° und 90 ® , zwischen 30 und 70° bzw. von 50°. Ein Winkel von 50° hat sich dabei besonders bewährt, da er einen guten

Kompromiss zwischen der notwendigen Neigung der Halterachse zur Verbesserung des Beschichtungsergebnisses und der möglichen Neigung der Halterachse, bei der die Drehung der Werkstückhalter um die Halterachse möglich ist.

Der Antrieb der Werkzeughalter, um diese um ihre eigene Halterachse in Drehung zu versetzen, er- folgt über eine Kurbelscheibe mit am Umfang angeordneten Kulissenschlitzen, die jeweils an einem Antriebsabschnitt der Werkstückhalter angreifen, welche innerhalb der Kulissenschlitze verlaufen. Im Betrieb der Werkstückträgereinrichtung drehen sich der oder die Werkstückhalter relativ zu einem Antriebselement, welches die Kurbelscheibe in eine exzentrische Schwingbewegung relativ zum Werkstückträger versetzt und dabei über die Kulissenschlitze die Antriebsabschnitte der Werkstück- haltet so ansteuert, dass diese die Werkstückhalter in eine Eigendrehung versetzen. Die Kurbelscheibe fuhrt dabei in einer Ebene senkrecht zur Achse eine T aumelbewegung innerhalb des Werkstückträgers aus und bewegt dabei gleichzeitig alle Antriebsabschnitte der Werkstückhalter in den jeweiligen Kulissenschlitzen. Die Kulisscnschlitzc sind dabei als längliche, radial zur Achse orientierte Langlöcher ausgebildet. Im Betrieb fuhren dabei die Antriebsabschnitte der Werks tückhalter eine gleitend rollende Bewegung entlang den Innenrändcrn der Langlöchcr aus.

Der Antrieb erfolgt über eine gegenüber der Kurbelscheibc drehbare Antriebsnocke, die in eine An- triebsöffnung der Kurbelscheibc eingreift, so dass diese im Betrieb normal zur Achse bewegt wird und die Drehbewegung der Werksttickhalter über die Kulisscnschlitzc auffuhrt. Die Antriebsnocke beschreibt dabei eine kreisförmige Bewegung, wobei der Außenrand der Antriebsnocke dabei einen Kreis definiert, der größer ist als die ebenfalls kreisförmige Antriebsöffhung der Kurbelscheibc. Die Taumel- oder Kurbelbewegung der Kurbelscheibc bei Betrieb der umlaufenden Antriebsnocke ent- spricht genau dem Betrag der Differenz zwischen dem Nockenradius und dem Öffhungsradius der Antriebsöffhung.

In einer Ausführung, bei der die Antriebsnocke ihre Antriebswirkung über eine exzentrisch zur Achse drehbar gelagerte Antriebsrolle ausübt, die im Betrieb am Rand der Antriebsöffhung der Kurbelscheibc umläuft, wird die Taumelbewegung auf die Kurbelscheibc besonders reibungsatm über- tragen.

Es gibt Ausführungen, bei denen die Werkstückhalter jeweils kurbelartig ausgebildet sind und einen Kurbelabschnitt umfassen, der zwischen zwei koaxial verlaufenden Endabschnitten verläuft, von denen der eine als Lagerende drehbar in einem Lagerpunkt des Werkstückträgers gelagert ist und der andere als Aufhahmeende drehbar in einer Lageröffhung des Werkstückträgers angeordnet ist. Der Kurbelabschnitt bildet dabei den Antriebsabschnitt, der mit den Kulissenschlitzen bzw. den Langlö- chem zusammenwirkt und der sich im Betrieb, also bei Antrieb der Kurbelscheibc, in diesen Kulissenschlitzen hin und her bewegt und dabei die Drehbewegung um die Halterachse ausübt. Durch die doppelte Lagerung sind die Werkstückhalter jedoch stabil im Werkstückträger drehbar gelagert

In einer Ausführung ist dabei der Lagerpunkt in einer Bodenscheibe des Werkstückträgers angeord- net - bspw. in Form einer kegelartigen Vertiefung oder einer runden Vertiefung, in der das Lagerende an definiertem Ort im Werkstückträger aufgelagert ist

Es gibt Ausführungen, bei denen das Aufhahmeende selbst drehbar in einer Öffnung des Werk ¬ stückträgers angeordnet ist und es gibt Ausführungen, bei denen am Lagerende eine Werkstückauf ¬ nahmehülse vorgesehen ist, über die die Aufnahme des Lagerendes erfolgt Auf diese Weise ist es möglich, günstige für die dort erforderliche Gleitlagerung zwischen dem Lagerende und dem Werk ¬ stückträger Werkstoffpaarungen vorzusehen. Z.B. kann die Werks tückaufnahmehülse eine Gleitpaa ¬ rung mit der Lageröffhung des Werkstückträgers bilden, die den Gleitwiderstand in diesem

Lagerbereich reduziert Bei einer Wcrkstückträgercinrichtung, bei der mehrere Werkstückträger so zueinander angeordnet sind, dass die konischen Kronenanordnungen der Werkstückhalter eines Werkstückträgers die Bodenscheibe eines weiteren Werkstückträgers umgreift, so dass der weitere Werkstückhalter weitgehend innerhalb einer Werkstückkrone angeordnet ist, die von dem in den Werkstückhalterungen angeordneten Werkstücken gebildet wird, lässt sich die oben bereits erwähnte besonders platzsparende Anordnung einer großen Anzahl von Werkstücken realisieren.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Beschichtungsanordnung mit einer Werkstückanordnung nach einem der vorliegenden Ansprüche. Sie erlaubt die chargenweise Beschichtung mit einer großen Anzahlt von Werkstücken, bei denen insbesondere Beschichtungseigenschaften in einem Scheitelbe- reich der einzelnen Werkstücke verbessert werden.

Zurückkommend zu Fig. 1, zeigt diese in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Ausfiih- rungsform der Wcrkstückträgercinrichtung 1. Die Wcrkstückträgercinrichtung 1 umfasst einen (oder auch mehrere) Werkstückträger 2 mit einem Antriebsteil la, der um eine Achse 3 drehbar an einem Grundgestell 4 gelagert ist Dabei sind mehrere kranzartig um die Achse 3 angeordnete Werkstück- haltet 5 vorgesehen und zwar entlang von Halterachsen 6, die konzentrisch in einem Abstand zur Antriebsachse / Achse 3 angeordnet sind. Dabei sind die Halterachsen 6 so zur Achse 3 geneigt, dass die Werks tückhalter 5 eine konische Kronenanordnung bilden. Die in Figur 1 dargestellte Anordnung zeigt eine nach oben erweiterte konischen Kronenanordnung 7. Der Winkel oeder Halter ¬ achsen 6 zur Achse 3 wird in der Regel zwischen 5° und 45° ausgebildet. Die

Werkstückträgereinrichtung 1 ist dabei im Beschichtungsraum einer Beschichtungsanordnung 17 angeordnet Hier kann ein Vakuumbeschichtungsverfahren durchgefuhrt werden.

Zum Antrieb umfasst das Antriebsteil la eine Kurbelscheibe 8, die an ihrem Umfang angeordnete Kulissenschlitze aufweist, die als Langlöcher 9 ausgebildet sind. Die Kulissenschlitze 9 werden von den Werks tückhaltem 5 durchsetzt und greifen an einem Kurbelartigen Antriebsabschnitt 10 des Werkstückhalters 5 an. In der Mitte der Kurbelscheibe 8 ist eine kreisförmige Antriebsöffnung 11 vorgesehen, in die eine exzentrisch um die Achse umlaufende Antriebsnocke 12 eingreift. Die Antriebsnocke 12 sitzt drehfest auf einer Nockenwelle 13, die sich im Betrieb also bei Drehung des Werkstückträger um die Achse 3 relativ zum Werkstückträger verdreht. Sic kann dabei drehfest zum Grundgestell ausgebildet sein oder eine Eigendrehung um ihre Achse relativ zum Grundgestell aus- fuhren. Dabei können gegebenenfalls Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle 13 einstellbar sein. Die Antriebsnocke ist mit einer drehbaren Antriebsrolle 14 versehen, die sich abrollend innerhalb der Antriebsöffnung 11 bewegt und dabei eine Taumelbewegung auf die Kurbelscheibe 8 überträgt, welche die Kulissenschlitze 9 in eine entsprechende Bewegung versetzt, die dabei an den Antriebsabschnitten 10 bzw. dem Kurbeln der Werks tückhalter 5 angreifen und diese in eine entsprechen Drehbewegung um die Halterachse versetzen. Gleichzeitig bewegen sich die Halterachsen in einer Kreisbewegung um die Achse 3, so dass in den Werkstückhaltem angeordnete Werkstücke sich um die Halterachse drehend um die Achse 3 herumbewegen und dabei einen Weg durch einen Beschichtungsraum der Beschichtungseinrichtung 17 beschreiben.

Figur 2 zeigt den in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Werkzeugträger 2 in einer Schnittdarstellung, die Einzelheiten des Antriebsabschnitts 10 mit den Wälzlagern 19, der Antriebsnocke 12, mit der Antriebsrolle 14 sowie den Zwischenstütztelleranordnungen 28 zur Führung der Kurbelscheibe 8. Der mit einer Nockenwelle 13 gekoppelte Antriebsnocken 12, ist über die Wälzlager 19 drehbar zum jeweiligen Werkstückträger 2 gelagert sind.

Figur 2a zeigt den oberen Bereich oder Spitzenbereich (hier ein Dichtkopf 151) des Werkstücks oder Substrats 15 (hier eine Düsennadel), dessen Beschichtung besonders kritisch ist Beim Beschichten rotieren alle Werkstücke 15 um die Achse 3 und jeweils um die durch das Werkstück 15 verlaufenden Halteachsen 6. Durch die Neigung der Halterachsen 6 zur Achsel 3 um den Winkel « gibt cs eine Scheitelzone 152 die entlang einem konzentrisch zur Halterachse 6 verlaufenden Ring angeord- net ist, so dass sich ein relativer Scheitelpunkt bei Drehung um die Haltcrachsel 6 entlang der Scheitelzone 152 (Ring) zyklisch aus dem obersten Punkt entlang des Kreises auf und ab bewegt beziehungsweise um die Halterachse 6. Der absolute Scheitelpunkt 153 oder Pol bezüglich der Halterachse 6 liegt seitlich unterhalb des höchsten Scheitelpunktes. Die um den Winkel « geneigte Anordnung bewirkt beim Beschichten, dass die gesamte Scheitelzone 152 einschließlich des absoluten Scheitelpunktes 153 sehr gleichmäßig beschichtet werden kann, was für die Dichtfunktion das

Dichtkopfes 151 besonders wichtig ist

Das gleiche gilt für eine Ausbildung, bei der anstelle eines sphärischen Dichtkopfes 151 am Ende des Werkstücks ein Dichtkegel ausgebildet ist, dessen Spitze ebenfalls sphärisch abgerundet ausgebildet sein kann. Auch bei so einer Ausführung wird eine besonders gleichmäßige Beschichtung der Kegelflanken und das Kegelspitzenbereiches gewährleistet

Dank des Neigungswinkels a und der Rotation sowohl um die Achsel 3 als auch um die jeweiligen Halterachsen 6 können solche Düsennadeln oder Injektionsetifte 15 homogen beschichtet werden. Insbesondere die Pole beziehungsweise die Scheitelpunkte oder -Zonen 151 und <fie Umfangsflächen beziehungsweise der Äquatorbereich von einer solchen Kugel werden gleichmäßig vom Beschich- tungsmaterial benetzt. Im Gegensatz dazu werden bei senkrecht verlaufenden Halterachsen nur die Äquatorzonen akzeptabel beschichtet Typisch Beschichtungsmaterialien einer Beschichtung 154 für Werkstücke oder Substrate 15, wie solche Injektion sstiftc oder Düsennadcln(z.B. Pin, Injektionsstift, Kugel, Kugelstift, Kolben, Düsennadel etc.) umfassen typischerweise CrN/CrC als Funktionsschicht oder in einer mehrlagigen Schicht in einer Schichtstärke von 0.1mm - 10mm und eine zweite diamantartige Kohlenstoffschicht, die als Deckschicht aufgetragen wird und eine Stärke von 0.1— 10mm aufweist Dabei werden amorphe Kohlenstoffschichten a-C:H / a-C:H:Me / a-C;H:X (Wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoff- Schichten) oder ta-C (Tettaedrisch -edel Wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschicht) realisiert a-C:H:Me [Mctalldoticrt: Wolfram; Cu; oder anderes]

a-C:H:X [Dotierung durch Silizium, Sauerstoff, Stickstoff oder anderes]

Im generellen können mit dieser Vorrichtung alle FVD Schichten und Gas- und Plasmanitrieran- wendungen bis 450°C angewandt werden.

Figur 3 zeigt eine Werkstückträgereinrichtung, bei der mehrere Werkstückträger 2 ineinander gestapelt angeordnet sind, bei denen die konischen Kronenanordnungen 7 eines unteren Werkstückhalters, einen darüber angeordneten Werkstückhalter 5 umgreifen. Die Werkstückhalter werden dabei über einen Antriebs fuß 18 in Drehung versetzt.

Der Aufbau der Werkstückhalter ist in Figur 4 gezeigt Er umfasst einen als Antriebsabschnitt 10 dienenden Kurbelabschnitt, der zwischen einem Lagerende 20 und einem Aufhahmeende 21 kurbelartig ausgekröpft angeordnet ist Auf dem Aufhahmeende 21 sitzt eine Werkstückaufnahmehülse 22, in deren Aufnahmeöffhung Werkstücke eingesetzt werden können. In den Figuren 2, 2a und 3 sind stiftartige Wakstücke 24 dargestellt, z.B. Düsennadeln oder Injektionsstifte.

Figur 6 (Detail A aus Figur 3) zeigt eine Ausführung der Antriebsnocke 12, die übet Radiallager 19 zwischen der Lagerscheibe 26 und der Deckscheibe 27 drehbar zum Werkstückträger 2 angeordnet ist An einem Exzenterbereich 30 ist über einen Stift 31 eine Antriebsrolle 32 angeordnet, die in der Antriebsöffhung 11 der Kurbelscheibe 8 umläuft und diese in entsprechende Kurbelbewegungen um die Achse 3 versetzt über welche die Werkstückhalter 5 in Drehung versetzt werden. Dabei dreht sich der Werkstückträger 2 relativ zur Antriebsnocke 12, die über die Nockenwelle 13 relativ zum Werkstückhalter 5 fixiert oder verdreht wird.

Figur 7 (Detail B aus Figur 2) zeigt die Wirkung der Kur beischeibe 8 auf den Werkstückhalter 5. Die Taumelbewegung der Kurbelscheibe 8 relativ zum Werkzeughalter 5 verursacht eine entsprechende Bewegung der Kulissenschlitze 9, die an dem Antriebsabschnitt 10 des Werkstückhalters 5 angreifen und der dadurch der Taumelbewegung folgend in eine Drehbewegung um die Halterachse 6 versetzt wird. Dabei ist das Lagerende 20 in einer Bodenscheibe 25 des Werkstückträgers 2 gelagert und das Aufhahmeende 21 über die Wetkstückaufnahme 22 in einet Lagerscheibe 26, die zusätzlich von einer Deckscheibe 27 abgedeckt ist

Zur Stabilisierung der Kurbelscheibe 8 in ihrer Bewegungsdiene (senkrecht zur Achse 3) sind Stütztelleranordnungen 28 vorgesehen, die Führungsschlitze 29 definieren, in denen Führungsöflf- nungen 30 der Kurbelscheibe 8 verlaufen. Die Führungsöffhung 29 und die Stütztelleranordnung 28 sind in Ihrem Durchmesser auf die Taumelbewegung der Kurbelscheibe 8 abgestimmt, so dass sichergestellt ist, dass die Stütztelleranordnungen 28 immer den Rand der Führungsöffhung 29 erfas ¬ sen. Die Stütz teücranordnungen 28 sind mittels den Werkstückträger 2 und die Führungsöffhung 29 durchsetzende Schrauben 32 fixiert.

Diese Relativbewegung kann über die Welle 13 gesteuert werden, welche die Antriebsnocke 12 drehfest durchsetzt Die Antriebsnocke kann bspw. drehfest zum Grundgestell eingestellt werden. Sic kann aber auch in entgegengesetzter Richtung zur Drehbewegung des Werkstückträgers 2 verdreht werden und so die Drehzahl der Werkstückhalter eihöhen.

Das in Figur 8 dargestellte Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung von beispielsweise als Düsennadeln ausgebildeten Werkstücken oder Substraten 15 umfasst die Schritte:

A Bereitstellen ein« Wakstückträgaeinrichtung 1,

B Anordnen von Substraten 15 in Werks tückhaltem 22

C Bewegen und Rotieren d« W«ksstückhalter 22 beziehungsweise der Substrate 15 in ein« Beschichtungsanordnung 17

D Beschichten der Substrate 15 und

E Entnehmen der beschichteten Substrate 15.

Weitere Einzelheiten und Varianten der Erfindung ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Ansprüche.