СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВАКУУМНЫХ УСТАНОВОК С ИЗМЕНЕНИЯМИ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК C23C14/56 C23C16/54 

Изобретение относится к способу эксплуатации вакуумных установок с изменениями давления между рабочим и окружающим, содержащих в вакуумной камере встроенные детали, такие как электронные элементы, трансформаторы, моторы, подшипники качения и направляющие валки, снабженные вентилируемыми оболочками, причем направляющие валки снабжены подшипниками качения, удерживаемыми внутри оболочек на опорных телах.

Изменение между рабочим давлением, которое в большинстве случаев лежит в области высокого вакуума и задано условиями способа, и окружающим или атмосферным давлением происходит, в частности, тогда, когда требуется замена подложки, добавление материала покрытия, техобслуживание, ремонт или переналадка. Рост давления происходит в результате процесса, называемого «заполнение», прежде чем можно будет открыть запорное устройство вакуумной камеры. Это заполнение через соответственно рассчитанный впускной клапан приводит, однако, к тому, что осажденная в вакуумной камере пыль или другие частицы взвихряются и приводятся во взвешенное состояние.

Как правило, в вакуумной камере находятся многочисленные встроенные детали, например, электронные элементы, трансформаторы, моторы, подшипники качения и направляющие валки, снабженные вентилируемыми оболочками, например корпуса, кожухи и т.п. Направляющие валки или их отрезки образуют даже сами оболочки для размещенных в них подшипников качения. Направляемые направляющими валками ленты, например бумага, металлическая фольга или полимерная пленка, образуют точно так же род «оболочки», которая мешает или замедляет газообмен.

Возрастание давления в упомянутых оболочках происходит поэтому, как правило, медленнее, чем в относительно быстро заполненной вакуумной камере, так что упомянутые плавающие частицы имеют тенденцию проникать через отверстия, щели, даже через несовершенные уплотнения в оболочки и вызывать там повреждения.

Из DE 2725331 С2 известно, что подшипники качения так называемых ширильных валков для транспортировки ленты смазывают внутри камер посредством установки для смазки под давлением масляным туманом, причем внутри дугообразно изогнутого валка расположены два канала для подвода и отвода масляного тумана или остатков воздуха. Описанный способ функционирует, однако, только тогда, когда ширильный валок герметизирован в сторону камеры, что достигается либо за счет эластомерного покрытия валка, либо за счет эластомерных соединительных деталей жестких цилиндрических валковых отрезков. Продувка окружающего валок пространства и удаление пыли и других частиц в процессе обработки ленты этим невозможны, в частности тогда, когда при заполнении или во время заполнения установки взвихряются пыль и другие частицы, имеющие во взвешенном состоянии тенденцию проникновения во все негерметизированные полости в результате обусловленного заполнением возрастания давления.

Из DE 3733448 А1 известно, что герметизированные с обеих сторон подшипники качения так называемых ширильных валков для транспортировки ленты смазывают по отдельности консистентными смазками или маслами посредством смазки под давлением, причем внутри дугообразно изогнутого валка расположены два канала для подвода и отвода смазочных средств. Подмешивание воздуха или другого газа, однако, не затрагивается, так что продувка окружающего пространства газами так же мало возможна, как и продувка газом внутреннего пространства валка или других компонентов.

Из DE 3919425 С2 известно, что отдельные подшипники качения изогнутых, закрытых на периферии ширильных валков дополнительно смазывают основным маслом, периодически управляя этим процессом. Подмешивание воздуха или другого газа, однако, не затрагивается, так что продувка окружающего пространства газами так же мало возможна, как и продувка газом внутреннего пространства валка или других компонентов.

Из книги Г.Ф.Ивановского и В.И.Петрова «Ионно-плазменная обработка материалов» за 1986 г. известен способ эксплуатации вакуумной установки, содержащей вакуумную камеру со встроенными деталями, имеющими оболочки, включающий изменения рабочего и окружающего давления.

Во всем уровне техники не учитывается, что в вакуумной камере при заполнении окружающим воздухом для замены ленты при атмосферном давлении взвихряются пыль и другие частицы, которые, например, могут происходить также из предшествующего процесса нанесения покрытия и которые за счет возрастания давления могут проникнуть во все оболочки, корпуса и т.п. встроенных деталей и серьезно нарушить их функцию. Это относится к внутренним пространствам ширильных валков с подшипниками качения, как и к внутренним пространствам электрических и электронных элементов. Особенно опасна при этом цинковая пыль, возникающая при покрытии пленок испарением цинка в вакууме. Цинк конденсируется внутри вакуумной камеры на любых поверхностях и вместе с кислородом воздуха образует оксид цинка, скопление которого в подшипниках качения может привести к их остановке.

При этом следует особенно учесть то, что ширильные валки, как правило, не имеют собственного привода, а должны «тянуться» расправляемой пленкой, что особенно негативно сказывается у восприимчивых полимерных пленок в диапазоне толщин 0,002 мм.

В основе изобретения поэтому поставлена задача усовершенствования способа описанного выше типа настолько, чтобы все заключенные в вакуумную камеру или установку и окруженные воздухопроницаемой оболочкой или корпусом встроенные детали, например, электронные элементы, трансформаторы, моторы, подшипники качения и направляющие валки, были защищены от проникновения взвихренной и взвешенной пыли и других частиц при заполнении с рабочего давления (вакуум) до окружающего давления.

Решение поставленной задачи осуществляется в указанном способе, согласно изобретению, за счет того, что перед заполнением вакуумной камеры в оболочки впускают газ, посредством которого твердые тела, такие как пыль и частицы, выдувают из оболочек и предотвращают проникновение твердых тел в оболочки.

Благодаря этой мере поставленная задача решается в полном объеме, т.е. все заключенные в вакуумную камеру или установку и окруженные воздухопроницаемой оболочкой или корпусом встроенные детали, такие как электронные элементы, трансформаторы, моторы, подшипники качения и направляющие валки, защищены от проникновения взвихренной и взвешенной пыли и других частиц при заполнении с рабочего давления (вакуум) до окружающего давления. Вакуум во встроенных деталях, медленнее уменьшающийся за счет прохождения газа, является в определенной степени на некоторое время чистящим средством и буфером против проникновения посторонних веществ.

В ходе дальнейших усовершенствований изобретения особенно предпочтительно, если либо по отдельности, либо в комбинации

- оболочки состоят из полых валков или валковых отрезков, в которых находятся подшипники качения с внутренними и наружными кольцами, и если газ продувают сквозь кольцевые зазоры между внутренними и наружными кольцами и/или если

- газ пропускают во время всего процесса заполнения вакуумной камеры через упомянутые оболочки.

Пример выполнения объекта изобретения, принцип его действия и преимущества более подробно поясняются ниже с помощью чертежей, на которых изображают:

фиг.1: осевой разрез ширильного устройства, расположенного между двумя боковыми стенками вакуумной камеры;

фиг.2: фрагмент рамки II на фиг.1 в сильно увеличенном виде.

На фиг.1 изображено ширильное устройство 1, удерживаемое посредством двух кронштейнов 2, 3 на внутренних сторонах двух параллельных вертикальных стенок 4, 5 лишь обозначенной вакуумной камеры V. Изменение положения, которое может возникнуть из-за изменений температуры валкового устройства и/или изменений давления на стенках 4, 5, компенсируется передвижной направляющей 6.

Ширильное устройство 1 содержит два трубчатых опорных тела 7, 8, которые на своих удаленных от стенок концах жестко соединены между собой в средней плоскости Е-Е посредством соединительной детали 9. На этих опорных телах 7, 8 установлены две группы 10, 11 по семь валковых отрезков 12 с вращательно-симметричными наружными поверхностями 12а, которые выполнены в виде поверхностей усеченного кругового конуса и бесступенчато примыкают друг к другу. Соответственно меньшие периферийные окружности верхних оснований ориентированы у каждой группы 10, 11 на среднюю плоскость Е-Е, а соответственно бóльшие периферийные окружности нижних оснований - на стенки 4, 5 камеры. Самые верхние на фиг.1 образующие М1, М2 линейно соосны и образуют общую линию оттягивания ленты (не показана). Это предполагает, что оси А1, А2 обеих групп 10,11 расположены под острым углом друг к другу, например 0,8°.

Опорные тела 7, 8 имеют концентрические продольные отверстия 14, 15, от которых к отдельным подшипникам качения ведут радиальные отверстия 16, что более подробно показано на фиг.2 только для правой группы 11 валковых отрезков 12, однако относится и к левой группе 10. Правое продольное отверстие 15 ведет к также полому патрубку 17, имеющему боковую присоединительную деталь 17а. Дело заключается в следующем.

В целях замены ленты вакуумную камеру заполняют до окружающего давления, что для экономии времени осуществляют через впускной клапан большого сечения. Даже если этому клапану придан пылевой фильтр, из-за сильного воздушного потока взвихряется пыль, которая где-то осела. Эта пыль имеет тенденцию проникать также в ширильное устройство и блокировать его подшипники, так что необходимы более частые разборка и очистка ширильного устройства. Особенно опасна возникающая при покрытии лент цинком цинковая пыль, которая с кислородом воздуха образует оксид цинка, осаждающийся как в подшипниках, так и в щелях и корпусах встроенных деталей.

Этому можно воспрепятствовать с помощью изобретения следующим образом. Перед фазой остановки, т.е. перед началом заполнения воздухом и открыванием вакуумной камеры, окружающий воздух 18 через фильтр 19, источник 20 смазочного средства (например, маслораспылитель) и регулировочный или дозирующий клапан 21, а также по магистрали 22 подают к присоединительной детали 17а в небольшом количестве, которого как раз достаточно для следующего цикла обработки ленты. Один из этих путей прохождения масляного тумана обозначен на фиг.2 линией 23. При этом давление и дозирование согласованы между собой так, что, по меньшей мере, наибольшая часть масла остается в подшипниках качения.

Это имеет то дополнительное преимущество, что подаваемый к ширильному устройству во время заполнения камеры воздух препятствует проникновению пыли и других частиц в ширильное устройство. При этом можно также прервать подачу смазочного средства или обойти источник смазочного средства.

За фильтром 19 присоединено ответвление 22а, которое ведет к двум встроенным деталям 13, 13а внутри вакуумной камеры V. Регулирование количества воздуха может осуществляться насосом (не показан) и/или регулируемыми дросселями или дроссельными заслонками (также не показаны).

Из фиг.2 с использованием прежних ссылочных позиций видно следующее. Соединительная деталь 9 состоит из кольцевого фланца 9а с двумя плоскими боковыми поверхностями 9b, 9с, от каждой из которых в направлении нормали отстоит резьбовой патрубок 9d, 9e. Боковые поверхности 9b, 9с расположены друг к другу по тем же острым углом, например 0,8°, что и оси А1, А2. На резьбовые патрубки 9d, 9e трубчатые опорные тела 7, 8 навинчены до упора в боковые поверхности 9b, 9с. В результате узел из соединительной детали 9 и опорных тел 7, 8 образует неподвижный и прочный на изгиб несущий блок для обеих групп 10, 11 валковых отрезков 12 и линейной ориентации образующих М1, М2. Соединительная деталь 9 имеет сквозное отверстие 9f для сообщения продольных отверстий 14, 15.

На упомянутый узел из соединительной детали 9 и опорных тел 7, 8 с обоих концов последовательно надеты подшипники 24 качения с внутренними 24а и наружными 24b кольцами, перфорированные распорные кольца 25 маленького наружного диаметра и неперфорированные распорные кольца 26 большего наружного диаметра, которые стянуты между собой гайками 27, 28 (фиг.1). В соответственно обоих подшипниках 24 качения без смещения установлены отрезки валковые 12, а именно соответственно посредством направленных радиально внутрь внутренних фланцев 12b, прилегающих сбоку к наружным кольцам 24b подшипников 24 качения. За исключением внутренних диаметров распорных колец 26, их боковые стенки ступенчато смещены назад наружу, а наружный диаметр меньше, чем наружных колец 24b, так что на внешней периферии неподвижных распорных колец 26 невозможно соприкосновение с соседними вращающимися деталями, в частности валковыми отрезками 12.

Осевые размеры рассчитаны при этом так, что между отрезками 12 валка образуются кольцевые зазоры 29 шириной s, например 0,2 мм, что обеспечивает относительные вращательные движения между отдельными отрезками 12 валка. По отношению к противоположным воображаемым фиксированным точкам обоих соседних валковых отрезков 12 обеих групп 10, 11 в зоне соединительной детали 9 упомянутые фиксированные точки движутся таким образом, что ширина зазора 30 в зоне соединительной детали 9 при вращении, например, периодически колеблется между 0,89 мм (фиг.2 внизу) и 1,53 мм (вверху). Линейная ориентация образующих М1, М2 остается при вращении валковых отрезков неизменной. Важно при этом, что за счет этой мостообразной конструкции окружная скорость валковых отрезков 12 в зоне их образующих М1, М2 одинакова с обеих сторон соединительной детали 9.

Валковые отрезки 12 обеих групп 10, 11 вращаются при работе за счет образования мостообразного узла из соединительной детали 9 и опорных тел 7, 8 абсолютно с одинаковой окружной скоростью, благодаря чему движения проскальзывания и трения ленты на конусообразных валковых отрезках 12 в направлении периферии сведены к минимуму. Эти локальные движения проскальзывания и трения дополнительно уменьшаются с увеличением числа валковых отрезков 12 на единицу длины ширильного устройства 1.

За счет последовательного расположения валковых отрезков 12, их подшипников 24 качения и распорных колец 25,26 напротив опорных тел 7, 8 образуется по одному сквозному промежутку 34, свободно продуваемому за счет газоподвода и поддерживаемому свободным.

Перечень ссылочных позиций

1 - ширильное устройство

2 - кронштейн

3 - кронштейн

4 - стенка камеры

5 - стенка камеры

6 - передвижная направляющая

7 - опорное тело

8 - опорное тело

9 - соединительная деталь

9а - кольцевой фланец

9b - боковая поверхность

9с - боковая поверхность

9d - резьбовой патрубок

9е - резьбовой патрубок

9f - сквозное отверстие

10 - группа

11 - группа

12 - валковые отрезки

12а - наружные поверхности

12b - внутренние поверхности

13 - встроенная деталь

13а - встроенная деталь

14 - продольное отверстие

15 - продольное отверстие

16 - отверстия

17 - патрубок

17а - присоединительная деталь

18 - окружающий воздух

19 - фильтр

20 - источник смазочного средства

21 - регулировочный или дозирующий клапан

22 - магистраль

22а - ответвление

23 - линия

24 - подшипник качения

24а - внутренние кольца

24b - наружные кольца

25 - распорные кольца

26 - распорные кольца

27 - гайка

28 - гайка

29 - кольцевые зазоры

30 - зазор

34 - промежутки

А1 - ось

А2 - ось

Е-Е - средняя плоскость

L - линия оттягивания

M1 - образующие

М2 - образующие

s - ширина зазора

V - вакуумная камера

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу эксплуатации вакуумной установки с изменениями давления между рабочим и окружающим пространством. Вакуумная камера содержит встроенные детали (12, 13, 13а, 24), например, электронные элементы, трансформаторы, моторы, подшипники качения и направляющие валки, снабженные вентилируемыми оболочками. Направляющие валки (12) снабжены подшипниками (24) качения, удерживаемыми внутри оболочек на опорных телах (7, 8). Для того чтобы эти встроенные детали (13, 13а), включая направляющие валки (12) и их подшипники качения, при заполнении вакуумной камеры (V) защитить от проникновения пыли и других частиц, перед заполнением вакуумной камеры (V) в оболочки впускают газ, посредством которого твердые тела, такие как пыль и частицы, выдувают из оболочек и предотвращают проникновение твердых тел в оболочки. Газ пропускают во время всего процесса заполнения вакуумной камеры (V) через оболочки с регулированием. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ эксплуатации вакуумной установки, содержащей вакуумную камеру со встроенными деталями, имеющими вентилируемые оболочки, включающий изменение рабочего давления в камере до окружающего давления путем заполнения камеры газом, отличающийся тем, что перед заполнением вакуумной камеры газ впускают в вентилируемые оболочки, выдувая из них твердые тела, такие как пыль и частицы, и предотвращая проникновение в них твердых тел.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для встроенных деталей, представляющих собой направляющие валки с подшипниками качения, имеющими внутренние и наружные кольца, и оболочки, состоящие из полых валков или валковых отрезков, в которых расположены упомянутые подшипники качения, впускаемый газ продувают сквозь кольцевые зазоры между внутренними и наружными кольцами подшипников качения.3. Способ по одному из п.1 или 2, отличающийся тем, что газ пропускают через оболочки во время всего процесса заполнения вакуумной камеры.4. Способ по одному из п.1 или 2, отличающийся тем, что подаваемое количество газа регулируют.5. Способ по п.3, отличающийся тем, что подаваемое количество газа регулируют.