DE10116365C1 - Tragarm für zu beschichtende Teile in einer Vakuumbeschichtungskammer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Haltevorrichtung für zu beschichtende Teile in einer Vakuumbeschichtungskammer. Die zu beschichtenden Teile, z. B. eine Turbinenschaufel, werden vor und während der Beschichtung extrem aufgeheizt, so dass besondere Anforderungen hinsichtlich der Temperaturverträglichkeit an die Haltevorrichtung zu stellen sind. Diese muss bei jeder Temperatur leichtgängig bleiben und eine gute Wärmeabfuhr gewährleisten. DOLLAR A Daher wird vorgeschlagen, die Welle als Hohlwelle (6) auszuführen, in die ein Träger (5) für Wälzlager (12, 13, 14) eingesteckt ist. Hierbei handelt es sich um zwei Zylinderrollenlager (12, 13) zur Abstützung der Radialkräfte und um ein Schrägkugellager (14) zur Abstützung von Axialkräften. Das Zahnrad (31) zum Antrieb der Hohlwelle (6) befindet sich bezogen auf der vorderen Befestigung für das zu beschichtende Teil hinter den Zylinderrollenlagern (12, 13), wo die Hohlwelle (6) schon eine deutlich geringere Temperatur aufweist. Ein Temperaturgefälle besteht auch zwischen der Hohlwelle (6) und dem Träger (5), so dass die Außenringe der Wälzlager (12, 13, 14) sich stärker thermisch dehnen als die Innenringe, so dass ein Festfressen sicher vermieden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tragarm mit einer umlaufend antreibbaren Haltevorrichtung für zu beschich­ tende Teile in einer Vakuumbeschichtungskammer, insbeson­ dere für Turbinenschaufeln, welcher einen die Haltevor­ richtung lagernden, gegenüber einem Schaft knieförmig ab­ gewinkelten Träger hat.

Ein Tragarm der vorstehenden Art ist Gegenstand der DE 197 30 993 A1. Der in dieser Schrift erläuterte Tragarm ist als Hohlkörper ausgebildet, durch den hindurch ein Antriebsstrang nach vorn zu einem Planetengetriebe führt. Der Antriebsstrang treibt im vorderen Bereich des Hohl­ körpers ein Sonnenrad an, in welches Planetenräder ein­ greifen, die ihrerseits jeweils eine Substrataufnahme tragen.

Ein weiterer Tragarm mit einer Haltevorrichtung für Tur­ binenschaufeln ist in der DE 44 44 537 A1 beschrieben. Die dort dargestellte Vorrichtung weist mehrere Hohlwel­ len auf, die um eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Zentralwelle mit einem Zahnrad angeordnet sind, das als Sonnenrad eines Planetengetriebes fungiert. Die Zahnräder an den Hohlwellen kämmen im Sonnenrad und bilden damit die Planetenräder des Getriebes. Die Hohlwellen sind zweifach gelagert. Eine erste Lagerstelle befindet sich an ihrem hinteren, von den Turbinenschaufeln abgewandten Ende. Dazu ist zwischen einer als Träger ausgebildeten Schraube und der Innenseite der Hohlwelle ein als Ra­ diallager bezeichnetes Wälzlager angeordnet, dessen Au­ ßenring mit der Hohlwelle und dessen Innenring von der Schraube am Gehäuse gehalten ist. Zur Bildung der zweiten Lagerstelle weist das vordere Ende der Hohlwelle einen Bund auf, der einerseits an einem Bund an der Zen­ tralwelle anliegt und andererseits von zwei drehbar am Gehäuse gelagerten Ringen gegen den Bund an der Zentral­ welle gehalten wird, wobei die Ringe von den Außenringen eines ebenfalls als Radiallager bezeichneten Wälzlagers gebildet sind, deren Innenringe von jeweils einer Schraube am Gehäuse gehalten sind. Das Planetengetriebe ist zwischen diesen beiden Lagerstellen angeordnet.

Bei der Beschichtung werden nicht nur die Turbinenschau­ feln, sondern auch die Haltevorrichtung auf Temperaturen von über 1.000°C aufgeheizt und damit erheblichen thermi­ schen Belastungen ausgesetzt, wobei ein Temperaturgefälle zwischen der Hohlwelle und dem Gehäuse auftritt. Um ein Festfressen der Wälzlager zu vermeiden, stehen die Innen­ ringe mit dem kühleren Gehäuse und die Außenringe mit der heißeren Hohlwelle in Kontakt, so dass sich bei einer thermischen Belastung das Lagerspiel vergrößert. Die Wärmeabfuhr ist aber bei der Ausführung gemäß dem Stand der Technik insgesamt sehr schlecht. An der vorderen La­ gerstelle bestehen nur Punktkontakte zu den Außenringen des Wälzlagers und zum Bund an der Zentralwelle, so dass die Wärme hier nur schlecht abfließen kann und daher bis zur hinteren Lagerstelle gelangt, die aber wegen ihrer relativen Kleinheit eine Wärmebarriere bildet. Die Hohl­ welle heizt sich damit insgesamt stark auf und dehnt sich radial aus. Dies wiederum hat zur Folge, dass der Druck auf den Bund an der Zentralwelle und die Wälzlager der vorderen Lagerstelle ansteigt, wodurch diese schwergängig wird. Entsprechendes gilt für das Getriebe: Das Zahnrad an der Hohlwelle dehnt sich aus und drückt in die Verzahnung des antreibenden Zahnrades, wodurch auch das Getriebe schwergängig wird.

Die Erfindung beruht damit auf dem Problem, einen Tragarm mit einer Haltevorrichtung für zu beschichtende Teile in einer Vakuumbeschichtungskammer zu schaffen, der auch bei hoher thermischer Belastung leichtgängig bleibt und die Wärme gut abführt.

Zur Lösung des Problems wird ein Tragarm gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1 so weitergebildet, dass die Hal­ tevorrichtung eine an ihrem vorderen Ende mit dem zu be­ schichtenden Teil verbindbare Hohlwelle hat, dass die Hohlwelle auf dem Träger mit einem ersten Wälzlager und einem davon beabstandeten zweiten Wälzlager gelagert und mit einem Zahnrad versehenen ist, wobei der das erste Wälzlager tragende Abschnitt des Trägers in die Hohlwelle hineinragt und an seinem vorderen freien Ende das zweite Wälzlager trägt, und dass das Zahnrad am hinteren Ende der Hohlwelle hinter dem ersten Wälzlager ausgebildet ist und mit einem von einer Welle in dem Schaft angetriebenen Zahnrad kämmt.

Damit sind beide Wälzlager nach dem gleichen Prinzip auf­ gebaut, so dass alle Lagerstellen bei einer thermischen Belastung mit einem ausreichenden Spiel versehen bleiben. Außerdem wird der Wärmeübertrag auf den Träger verbes­ sert, so dass das Ende der Hohlwelle mit dem Getriebe in einem Bereich liegt, wo schon eine deutlich niedrigere Temperatur vorliegt als am vorderen Ende, wodurch die Dehnung des Zahnrades klein bleibt und keine Verzwängun­ gen mit dem antreibenden Zahnrad hervorgerufen werden.

Die Wälzlager sind vorzugsweise als Zylinderrollenlager ausgebildet, die hohe radiale Kräfte aufnehmen. Die Hal­ tevorrichtung muss aber auch axiale Kräfte aufnehmen kön­ nen, da die Hohlwelle zur Verbesserung der Beschichtung während eines Beschichtungsvorganges von einer horizonta­ len abweichenden in unterschiedliche Ausrichtungen ge­ schwenkt wird. Dabei treten durch das Gewicht der Turbi­ nenschaufeln in axialer Richtung wirkende Zug- bzw. Druckkräfte auf. Es wird daher ein drittes, hinter dem ersten Wälzlager angeordnetes zweireihiges Wälzlager mit schräg gestellten Laufflächen vorgesehen. Durch die An­ ordnung dieses Wälzlagers im hinteren kühleren Bereich kann ein dafür zweireihiges Schrägkugellager eingesetzt werden, das hinsichtlich einer thermischen Belastung nicht zu robust zu sein braucht.

Um alle drei Wälzlager in der Hohlwelle plazieren zu kön­ nen, wird diese zweiteilig ausgeführt ist, wobei der vor­ dere Teil von den beiden ersten Wälzlagern und der hin­ tere Teil vom dritten Wälzlager getragen ist.

Vorzugsweise ist an dem hinteren Teil der Hohlwelle das Zahnrad ausgebildet, so dass, wenn der vordere Teil durch die thermische Belastung beschädigt ausgetauscht werden muss, der aufwendig herzustellende Teil mit dem Zahnrad weitergenutzt werden kann.

Um die Lager axial verspannen zu können, sieht die Erfin­ dung vor, dass die Außen- und die Innenringe der Wälzla­ ger durch Abstandsstücke voneinander getrennt zwischen Absätzen am Träger bzw. der Hohlwelle gehalten sind, wo­ bei die hinteren Absätze aus am Träger bzw. an der Hohl­ welle ausgebildeten Stufen bestehen und die vorderen Ab­ sätze aus in den Träger bzw. in die Hohlwelle einsetzba­ ren und dort gesicherten Keilen bestehen. Solche massiven Keile sind notwendig, um die durch die thermisch bedingte axiale Dehnung der Wälzlager und der Abstandsstücke hervorgerufenen Kräfte sicher abstützen zu können. Üblicherweise eingesetzte Sprengringe würden bei den wirkenden hohen Temperaturen leicht verspröden und bre­ chen.

Vorzugsweise werden die Keile zur Sicherung der Außen­ ringe von außen in dafür vorgesehene Öffnungen in der Hohlwelle eingesetzt, wobei die Sicherung durch eine von außen auf die Hohlwelle aufgesetzte Kappe erfolgt, die eine Befestigungsstelle für das zu beschichtende Teil aufweist.

Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel - dargestellt in einer Schnittzeichnung (einzige Figur) - näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt einen gewinkelten Tragarm 1 in einer hier nicht näher dargestellten Beschichtungskammer. An dessen einem, rechts im Bild dargestellten Ende kann eine zu beschichtende Turbinenschaufel angebracht werden. Der Tragarm 1 besteht aus einem Schaft 2, an dem unter einem Winkel von kleiner als 90° eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung 3 angebracht ist. Dazu ist am Kopf 4 des Schaftes 2 ein stabförmiger Träger 5, auf dessen vom Kopf 4 unter einem Winkel zum Schaft 2 abstehendem Ende eine Hohlwelle 6 drehbar gelagert ist. Diese besteht aus einem vorderen hülsenförmigen Teil 7 und einem hinteren konus­ förmigen, sich nach hinten verjüngenden Teil 8. Die bei­ den Teile 7, 8 verfügen über aneinander liegende Flansche 9, 10, die über mehrere Bolzen 11 miteinander verschraubt sind. Im vorderen und hinteren Abschnitt des hülsenförmi­ gen Teiles 7 befinden sich als Zylinderrollenlager ausge­ bildete Wälzlager, nämlich ein erstes Wälzlager 12 und ein zweites Wälzlager 13, deren Innenringe auf dem Träger 5 sitzen und deren Außenringe an der Innenwand des hül­ senförmigen Teiles 7 anliegen. Im hinteren konusförmigen Teil 8 befindet sich in einer ringförmigen Ausnehmung ein drittes Wälzlager 14, das ein zweireihiges Schrägku­ gellager ist, das mit seinem Innenring ebenfalls auf dem Träger 5 aufsitzt und mit seinem Außenring gegen die In­ nenwand des konusförmigen Teiles 8 anliegt. Das dritte Wälzlager 14 fungiert bei dieser Ausführung als Festlager und die beiden ersten Wälzlager 12, 13 als Loslager.

Zu erwähnen ist noch ein Kragen 15 am Flanschende des hülsenförmigen Teiles 7, der in die ringförmige Ausneh­ mung des konusförmigen Teiles 8 passend eingesteckt ist, so dass die beiden Teile 7, 8 der Hohlwelle 6 koaxial ausgerichtet sind.

Um die erwähnten Wälzlager 12, 13, 14 voneinander zu be­ abstanden, befindet sich zwischen dem dritten Wälzlager 14 und dem ersten Wälzlager 12 ein schmaler innerer Ring 16 und ein ebenso schmaler äußerer Ring 17 und zwischen dem ersten und dem zweiten Wälzlager 12, 13 eine innere Hülse 18 und eine äußere Hülse 19. Die Ringe 16, 17 bzw. die Hülsen 18, 19 befinden sich jeweils zwischen den In­ nenringen bzw. zwischen den Außenringen der Wälzlager. Die Wälzlager 12, 13, 14 werden wie folgt axial zwischen vorderen und hinteren Anschlägen verspannt. Am hinteren Ende liegen der Innenring und der Außenring des dritten Wälzlagers 14 an den hintere Anschläge bildenden Stufen 20, 21 am Träger 5 bzw. an der Hohlwelle 6 an. Die vorde­ ren Anschläge bestehen aus Keilen 22, 23. Hierbei handelt es sich jeweils um Klötze in Form eines Kreisabschnittes, die in einer tangentialen Nut im Träger 5 bzw. in der Hohlwelle 6 liegen und dabei über die Mantelfläche des Trägers 5 hinausragen bzw. in die Hohlwelle 6 hineinra­ gen.

Damit die inneren Keile 22 am Träger 5 nicht aus den Nu­ ten herausfallen, sind sie mittels eines kappenartigen Bügels 24 gehalten, der sich über die Stirnfläche 25 des Trägers 5 erstreckt und dort gesichert ist.

Die tangentialen Nuten an der Hohlwelle 6 sind so tief, dass sie einen Schlitz bilden, so dass die äußeren Keile 23 von außen eingesetzt durch die Hohlwelle 6 hindurch­ greifen und mit ihrem inneren Ende an der Seitenfläche des Außenringes des zweiten Wälzlagers 13 anliegen. Der Kreisbogen des Keils 23 verläuft dabei in der äußeren Mantelfläche des hülsenförmigen Teils 7 der Hohlwelle 6.

Die äußeren Keile 23 sind wie folgt gesichert. Eine hül­ senförmige Kappe 26 ist auf dem vorderen Ende der Hohl­ welle 6 aufgesteckt. Am Boden 27 der einen Rand 29 aufweisenden Kappe 26 befindet sich ein Fortsatz 28, an dem die zu beschichtende Turbinenschaufel befestigt wird. Der Rand 29 der Kappe 26 erstreckt sich über die äußeren Keile 23, so dass diese nicht aus den tangentialen Nuten herausfallen können.

Die Kappe 26 ist an der Hohlwelle 6 mittels eines Quer­ stiftes 30 drehfest gesichert, der sich durch entspre­ chende Öffnungen im Rand 29 der Kappe 26 und in der Hohl­ welle 6 erstreckt und mit nicht dargestellten Splinten gesichert ist.

Das äußerste hintere Ende des konusförmigen Teiles 8 weist ein Zahnrad 31 auf, das in dem Ausführungsbeispiel als Kegelrad ausgebildet ist, das in der Verzahnung eines weiteren Kegelrades 32 an dem einen Ende einer Welle 33 im Schaft 2 kämmt. Die Welle 33 ist in dem Schaft 2 dreh­ bar gelagert. An ihrem anderen Ende befindet sich ein drittes Kegelrad 34, das von einem nicht dargestellten Drehantrieb angetrieben wird. Durch den Drehantrieb wird die Hohlwelle 6 in eine Drehung um ihre Längsachse ver­ setzt, so dass sich die an der Hohlwelle 6 befestigte Turbinenschaufel in der Beschichtungskammer um ihre Längsachse dreht. Außerdem kann der dargestellte Tragarm 1 in der Zeichnungsebene geschwenkt und um eine horizon­ tal in der Zeichnungsebene verlaufende, den Fortsatz 28 schneidende Achse gedreht werden. Die Turbinenschaufel kann damit in unterschiedliche Richtungen orientiert in den Beschichtungspartikelstrom gebracht werden, was die Gleichmäßigkeit der Beschichtung erhöht.

Bezugszeichenliste

1

Tragarm

2

Schaft

3

Haltevorrichtung

4

Kopf

5

Träger

6

Hohlwelle

7

hülsenförmiges Teil

8

konisches Teil

9

Flansch

10

Flansch

11

Bolzen

12

erstes Wälzlager (Zylinderrollenlager)

13

zweites Wälzlager (Zylinderrollenlager)

14

drittes Wälzlager (Schrägkugellager)

15

Kragen

16

innerer Ring

17

äußerer Ring

18

innere Hülse

19

äußere Hülse

20

Stufe

21

Stufe

22

Keil

23

Keil

24

Bügel

25

Stirnfläche

26

Kappe

27

Boden

28

Fortsatz

29

Rand

30

Querstift

31

Zahnrad

32

Kegelrad

33

Welle

34

Kegelrad

Claims (7)

1. Tragarm (1) mit einer umlaufend antreibbaren Halte­ vorrichtung (3) für zu beschichtende Teile in einer Vaku­ umbeschichtungskammer, insbesondere für Turbinenschau­ feln, welcher einen die Haltevorrichtung (3) lagernden, gegenüber einem Schaft (2) knieförmig abgewinkelten Trä­ ger (5) hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevor­ richtung (3) eine an ihrem vorderen Ende mit dem zu be­ schichtenden Teil verbindbare Hohlwelle (6) hat, dass die Hohlwelle (6) auf dem Träger (5) mit einem ersten Wälzla­ ger (12) und einem davon beabstandeten zweiten Wälzlager (13) gelagert und mit einem Zahnrad (31) versehenen ist, wobei der das erste Wälzlager (12) tragende Abschnitt des Trägers (5) in die Hohlwelle (6) hineinragt und an seinem vorderen freien Ende das zweite Wälzlager (13) trägt, und dass das Zahnrad (31) am hinteren Ende der Hohlwelle (6) hinter dem ersten Wälzlager (12) ausgebildet ist und mit einem von einer Welle (33) in dem Schaft (2) angetriebe­ nen Zahnrad (32) kämmt.

2. Tragarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (6) zusätzlich von einem dritten, hin­ ter dem ersten Wälzlager (12) angeordneten Wälzlager (14) mit schräg verlaufenden Laufflächen getragen ist.

3. Tragarm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Wälzlager (14) ein zweireihiges Schrägku­ gellager ist.

4. Tragarm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Hohlwelle (6) zweiteilig ausgeführt ist, wobei der vordere Teil (7) von den beiden ersten Wälzlagern (12, 13) und der hintere Teil (8) vom dritten Wälzlager (14) getragen ist.

5. Tragarm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem hinteren Teil (8) der Hohlwelle (6) das Zahn­ rad (31) ausgebildet ist.

6. Tragarm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und die Innen­ ringe der Wälzlager (12, 13, 14) durch Abstandsstücke voneinander getrennt zwischen Absätzen am Träger (5) bzw. der Hohlwelle (6) gehalten sind, wobei die hinteren Absätze aus am Träger (5) bzw. an der Hohlwelle (6) aus­ gebildeten Stufen (20, 21) bestehen und die vorderen Ab­ sätze aus in den Träger (5) bzw. in die Hohlwelle (6) einsetzbaren und dort gesicherten Keile (22, 23) beste­ hen.

7. Tragarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keile (22, 23) zur Sicherung der Außenringe von außen in dafür vorgesehene Öffnungen in der Hohlwelle (6) einsetzbar sind, wobei ihre Sicherung durch eine von au­ ßen auf die Hohlwelle (6) aufgesetzte Kappe (26) erfolgt, die einen Fortsatz (28) für die Befestigung des zu beschichtenden Teiles aufweist.