DE102013210073A1 - Vacuum-tight bakeable rotary union for vacuum applications - Google Patents
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-
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- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3436—Pressing means
- F16J15/344—Pressing means the pressing force being applied by means of an elastic ring supporting the slip-ring
Abstract
Die Erfindung betrifft eine vakuumdichte ausheizbare Drehdurchführung, wie sie beispielsweise in Vakuumprozessanlagen zur Beschichtung von Substraten Anwendung findet. Die Aufgabe der Erfindung, eine geeignete robuste und ausheizbare Drehdurchführung zur Verfügung zu stellen, die Temperaturen in einem weiten Bereich von –20°C bis +200°C standhalten können, wird mit einer vakuumdichten ausheizbaren Drehdurchführung zur Aufnahme eines rotierenden Maschinenelementes, umfassend einen feststehenden oder beweglichen ersten Flansch und einen beweglichen zweiten Flansch, wobei der bewegliche zweite Flansch kraftschlüssig mit dem rotierenden Maschinenelemente vakuumdicht über einen O-Ring verbunden ist und die beiden Flansche über je ein primäres Dichtelement und ein sekundäres Dichtelement über einen Anpressdruck miteinander verbunden sind, gelöst.The invention relates to a vacuum-tight, heatable rotary leadthrough, such as is used, for example, in vacuum process plants for coating substrates. The object of the invention to provide a suitable robust and bakeable rotary leadthrough that can withstand temperatures in a wide range from −20 ° C. to + 200 ° C. is achieved with a vacuum-tight bendable rotary leadthrough for receiving a rotating machine element, comprising a fixed one or movable first flange and a movable second flange, wherein the movable second flange is non-positively connected to the rotating machine elements in a vacuum-tight manner via an O-ring and the two flanges are connected to one another via a primary sealing element and a secondary sealing element via a contact pressure.
Description
Die Erfindung betrifft eine vakuumdichte ausheizbare Drehdurchführung, wie sie beispielsweise in Vakuumprozessanlagen zur Beschichtung von Substraten Anwendung findet. The invention relates to a vacuum-tight bakeable rotating union, as used for example in vacuum process equipment for coating substrates.
Drehdurchführungen werden benötigt, um rotierende Teile, wie z.B. Wellen, durch Kammerwände und ähnliches hindurchzuführen, wenn das antreibende Maschinenelement, beispielsweise eine Antriebseinrichtung, auf der einen Seite der Kammerwand angeordnet ist und das anzutreibende Maschinenelement, beispielsweise eine rotierende Hohlwelle, auf der anderen Seite der Kammerwand angeordnet ist. Rotary feedthroughs are required to provide rotating parts, such as e.g. Shafts to pass through chamber walls and the like, when the driving machine element, such as a drive means, is arranged on one side of the chamber wall and the driven machine element, such as a rotating hollow shaft, is arranged on the other side of the chamber wall.
Wenn zwischen den beiden Seiten der Kammerwand eine Druckdifferenz aufrechterhalten werden muss (z.B. atmosphärischer Druck auf der einen Seite, Hochvakuum auf der anderen Seite) oder/und die Atmosphären auf beiden Seiten der Kammerwand unterschiedlich zusammengesetzt sind (z.B. Luft auf der einen Seite, Inertgas auf der anderen Seite) oder/und sich verschiedene Medien auf beiden Seiten der Kammerwand befinden (z.B. Wasser auf der einen Seite, Vakuum auf der anderen Seite), dann ist es erforderlich, die Drehdurchführung so zu gestalten, dass ein ungewollter Druckausgleich bzw. ein Gasaustausch zwischen beiden Seiten der Kammerwand, die durch Leckagen der Drehdurchführung verursacht werden, verhindert werden. If a pressure difference must be maintained between the two sides of the chamber wall (eg atmospheric pressure on one side, high vacuum on the other side) or / and the atmospheres on both sides of the chamber wall are differently composed (eg air on one side, inert gas on the other side) or / and different media are on both sides of the chamber wall (eg water on one side, vacuum on the other side), then it is necessary to make the rotary feedthrough so that an unintentional pressure equalization or gas exchange between both sides of the chamber wall, which are caused by leakage of the rotary feedthrough prevented.
Drehdurchführungen für Vakuumanlagen können beispielsweise zwei hintereinander wirkende Dichtungen aufweisen, wobei eine Dichtung so angeordnet ist, dass sie zur Atmosphäre hin dichtet und die andere Dichtung so angeordnet ist, dass sie zum Vakuum oder zur Prozessatmosphäre hin dichtet. Zwischen diesen beiden Dichtungen kann beispielsweise mit einem Sperrmedium, d.h. einem Sperrgas oder einer Sperrflüssigkeit, eine vollständige Trennung der Medien erreicht werden. Alternativ kann mit einem zwischen beiden Dichtungen erzeugten Zwischenvakuum eine Trennung von Atmosphäre und Prozessraum erreicht werden. Rotary feedthroughs for vacuum systems may, for example, have two successive seals, one seal being arranged to seal to the atmosphere and the other seal to seal to the vacuum or process atmosphere. For example, between these two seals may be provided with a barrier medium, i. a barrier gas or a barrier liquid, a complete separation of the media can be achieved. Alternatively, a separation of atmosphere and process space can be achieved with an intermediate vacuum generated between the two seals.
Um eine ausreichende Dichtwirkung zu erreichen, können Dichtelemente der Dichtungseinrichtung beispielsweise mit einer Dichtlippe versehen sein. Solche Dichtlippen können beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass als Dichtelement ein Wellendichtring verwendet wird, dessen Innendurchmesser geringer ist als der Außendurchmesser des rotierenden Maschinenelements, das durch die Drehdurchführung hindurchragt. Dabei entsteht ein unter Eigenspannung stehender Dichtspalt zwischen der Dichtlippe und dem rotierenden Maschinenelement. In order to achieve a sufficient sealing effect, sealing elements of the sealing device can be provided, for example, with a sealing lip. Such sealing lips can be produced, for example, by using a shaft sealing ring as the sealing element, the inner diameter of which is smaller than the outer diameter of the rotating machine element, which protrudes through the rotary leadthrough. This results in a self-stressing sealing gap between the sealing lip and the rotating machine element.
Beispielsweise können auch Ferrofluide als Dichtelement eingesetzt werden, die auf magnetische Felder reagieren, ohne zu verfestigen. For example, ferrofluids can also be used as a sealing element that react to magnetic fields without solidifying.
Ein Nachteil der bisher verwendeten Materialien in vakuumdichten Drehdurchführungen ist, dass diese grundsätzlich nicht wärmestabil sind, sondern nur für Temperaturen bis etwa 80°C ausgelegt sind. A disadvantage of the previously used materials in vacuum-tight rotary joints is that they are basically not thermally stable, but are designed only for temperatures up to about 80 ° C.
Bei vielen Anwendungen müssen diese Drehdurchführungen prozessbedingt großen Temperaturschwankungen zuverlässig standhalten und vakuumdicht bleiben. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine geeignete robuste und ausheizbare Drehdurchführung zur Verfügung zu stellen, die Temperaturen in einem weiten Bereich von –20°C bis +200°C standhalten kann. In many applications, these rotary joints must reliably withstand large temperature fluctuations and remain vacuum-tight due to the process. It is therefore an object of the invention to provide a suitable robust and heatable rotary feedthrough which can withstand temperatures in a wide range of -20 ° C to + 200 ° C.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer vakuumdichten ausheizbaren Drehdurchführung zur Aufnahme eines rotierenden Maschinenelementes gelöst, die einen ersten Flansch und einen zweiten Flansch, die relativ zueinander beweglich sind, umfasst, wobei der zweite Flansch kraftschlüssig mit dem rotierenden Maschinenelement vakuumdicht über einen O-Ring verbunden ist, und die beiden Flansche über je ein primäres Dichtelement und ein sekundäres Dichtelement über einen Anpressdruck miteinander verbunden sind. The object of the invention is achieved with a vacuum-tight bakeable rotary feedthrough for receiving a rotating machine element comprising a first flange and a second flange, which are movable relative to each other, wherein the second flange non-positively connected to the rotating machine element vacuum-tight over an O-ring is, and the two flanges are connected to each other via a respective primary sealing element and a secondary sealing element via a contact pressure.
Relativ zueinander beweglich kann beispielsweise bedeuten, dass ein erster Flansch feststehend oder beweglich und ein zweiten Flansch beweglich ausgebildet ist. Weiterhin können der erste und der zweite Flansch gegenläufig oder/und im gleiche Drehsinn, aber mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten rotierend ausgebildet sein. Movable relative to each other may mean, for example, that a first flange is fixed or movable and a second flange is designed to be movable. Furthermore, the first and the second flange can be designed to rotate in opposite directions and / or in the same direction of rotation, but at different angular speeds.
Dabei fixiert das sekundäre Dichtelement das primäre Dichtelement. In this case, the secondary sealing element fixes the primary sealing element.
Das primäre Dichtelement besteht aus gehärtetem und geläpptem Kohlenstoffstahl, wodurch hohe Temperaturen von +200°C unkritisch sind. The primary sealing element consists of hardened and lapped carbon steel, which makes high temperatures of + 200 ° C uncritical.
Um einen Winkel- sowie axialen Versatz in geringen Maßen ausgleichen zu können ist das sekundäre Dichtelement elastisch ausgebildet. Damit kann eine einheitliche axiale Anpressung ausgebildet werden und beispielsweise Fertigungstoleranzen des aufzunehmenden Maschinenelementes können ausgeglichen und die Vakuumdichtheit gewährleistet werden. In order to compensate for an angular and axial offset in small dimensions, the secondary sealing element is elastic. Thus, a uniform axial contact pressure can be formed and, for example, manufacturing tolerances of the male machine element can be compensated and the vacuum tightness can be ensured.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das primäre Dichtelement als ein Metallgleitring und das sekundäre Dichtelement als ein O-Ring ausgebildet sein. In one embodiment of the invention, the primary sealing element may be formed as a metal sliding ring and the secondary sealing element as an O-ring.
Zur Erzeugung eines permanenten Anpressdrucks weist die Erfindung ein Federelement auf, wobei das Federelement atmosphärenseitig an dem Maschinenelement und dem beweglichen Flansch angeordnet ist. To produce a permanent contact pressure, the invention has a spring element, wherein the spring element is arranged on the atmosphere side on the machine element and the movable flange.
Das primäre und sekundäre Dichtelement sind für Temperaturen von wenigstens –20°C bis mindestens +150°C einsetzbar. The primary and secondary sealing element can be used for temperatures of at least -20 ° C to at least + 150 ° C.
Optional können das primäre und sekundäre Dichtelement atmosphärenseitig mit einem Vakuumfett über einen Schmiernippel geschmiert werden. Dabei wird eine Dichtscheibe zwischen beweglichem und feststehendem Flansch derart angeordnet, dass atmosphärenseitig ein Austritt von Vakuumfett verhindert wird. Optionally, the primary and secondary sealing elements can be lubricated on the atmosphere side with a vacuum grease via a grease nipple. In this case, a sealing disc between the movable and fixed flange is arranged such that the atmosphere side, a leakage of vacuum grease is prevented.
Wird die Drehdurchführung in einer Kammerwand einer Vakuumprozessanlage angebracht, so ist der bewegliche Flansch atmosphärenseitig und der feststehende Flansch vakuumseitig der Kammerwand angeordnet und der Anpressdruck wird durch den Differenzdruck zwischen Atmosphäre und Vakuum erzeugt. If the rotary feedthrough is mounted in a chamber wall of a vacuum processing system, the movable flange is on the atmosphere side and the fixed flange is arranged on the vacuum side of the chamber wall and the contact pressure is generated by the pressure difference between the atmosphere and vacuum.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die nachfolgende Zeichnung zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen vakuumdichten Drehdurchführung mit einem beweglichen Flansch und einem feststehenden Flansch, wobei die Dichtung durch eine Laufwerksdichtung gewährleistet wird. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The drawing below shows an embodiment of the vacuum-tight rotary feedthrough according to the invention with a movable flange and a fixed flange, wherein the seal is ensured by a drive seal.
In einer Ausführung der erfindungsgemäßen Drehdurchführung wird die Vakuumdichtheit durch eine Laufwerksdichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- feststehender Flansch fixed flange
- 22
- beweglicher Flansch movable flange
- 33
- Maschinenelement, z.B. eine Hohlwelle Machine element, e.g. a hollow shaft
- 4141
- erste Teillaufwerksdichtung first partial drive seal
- 4242
- zweite Teillaufwerksdichtung second partial drive seal
- 55
- Dichtscheibe, z.B. NILOS-Ring Sealing washer, e.g. NILOS ring
- 66
- Federelement spring element
- 77
- O-Ring O-ring
- 88th
- Schmiernippel grease nipple
- 99
- Verschlussschraube Screw
- 1010
- primäres Dichtelement primary sealing element
- 1111
- sekundäres Dichtelement secondary sealing element
- 1212
- Kammerwand chamber wall
- AA
- atmosphärenseitig atmosphere side
- VV
- vakuumseitigvacuum side
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