DE202014100496U1

DE202014100496U1 - Magnetron-Endblock und Vakuumdrehdurchführung

Info

Publication number: DE202014100496U1
Application number: DE202014100496.3U
Authority: DE
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2024-02-06

Abstract

Vakuumdrehdurchführung einer Welle (1) durch eine Gehäusewand (2), umfassend eine Gleitringdichtung mit einem mit der Welle (1) synchron umlaufenden Gleitdichtring (3), einem Rotorring (7), der an der Welle (1) befestigt und gegenüber dem Gleitdichtring (3) durch eine erste Nebendichtung (5) abgedichtet ist, einen an der Gehäusewand (2) stationär angeordneten Statorring (8), der gegenüber dem Gegendichtring (4) durch eine zweite Nebendichtung (6) abgedichtet ist, und eine Befederung zur Erzeugung einer zwischen Gleitdichtring (3) und Gegendichtring (4) wirkenden Axialkraft, wobei einander berührende Dichtungsflächen von Gleitdichtring (3) und Gegendichtring (4) relativ zueinander rotieren und einen primären Dichtspalt bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitdichtring (3) mit dem Rotorring (7) sowie der Gegendichtring (4) mit dem Statorring (8) wärmeleitend verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine einstufige Vakuumdrehdurchführung, d.h. eine Rotationsdichtung, die besonders zur Trennung eines Vakuums vom Atmosphärendruck und damit zum Einsatz in kombinierten Dreh- und Stromdurchführungen geeignet ist, sowie einen Magnetron-Endblock, beispielsweise einen Medienendblock für eine Vakuumbeschichtungsanlage, mit einer derartigen Vakuumdrehdurchführung.
Laufwerkdichtungen im Allgemeinen trennen zwei Medien (z.B. Kühlwasser oder Öl gegen Schlamm von außen, üblicherweise bis zu einer Druckdifferenz von etwa 6 bar) in rauen Umgebungen. Standardanwendungen sind z.B. das Abdichten von Pumpen, Getrieben und Fahrwerkskomponenten von Land- und Baumaschinen. Laufwerkdichtungen sind generell sehr robuste einstufige Dichtungen ohne Zwischenabsaugung, Drainage oder ähnliche Verfahren. Zwei rotierend aufeinander gleitende Dichtringe werden dazu ihrerseits durch statische O-Ringe zum jeweiligen Gehäuseteil hin abgedichtet. Die Schmierstoffzufuhr geschieht durch Kapillarwirkung in einem Schmierspalt zwischen den Dichtflächen der beiden Dichtringe von der „sauberen“ Seite aus.
Dieser Typ von Laufwerkdichtungen wird allgemein auch als Gleitringdichtung (englisch: Mechanical Face Seal) bezeichnet. Es handelt sich dabei um ein Maschinenelement zur Abdichtung der Durchtrittsstelle eines rotierenden Teiles (zumeist eine Welle) durch eine Wand (zumeist ein Maschinengehäuse). Kennzeichen der Gleitringdichtung sind zwei aufeinander gleitende – zumeist rechtwinklig zur Rotationsachse angeordnete – Flächen, die durch axiale Kräfte gegeneinander gedrückt werden. Zwischen den Gleitflächen befindet sich ein flüssiger oder gasförmiger Schmierfilm.
Gleitringdichtungen werden als Katalogteil u.a. von Goetze (Federal Mogul) und TSS (Trelleborg) in verschiedenen Materialqualitäten und Ausführungen angeboten. Das Material richtet sich nach der geforderten Korrosionsbeständigkeit. Die geometrische Ausführung hängt hauptsächlich vom Bauraum und der Druckdifferenz ab. Es wird grundsätzlich eine Schmierung durch Öl oder Fett benötigt.
Bekannte Gleitringdichtungen enthalten beispielsweise folgende Grundelemente, wie in 1 dargestellt:
einen an einem rotierenden Teil (beispielsweise einer Welle) befestigten, mit der Welle synchron umlaufenden Rotorring 7 und einen ebenfalls mit der Welle synchron umlaufenden Gleitdichtring 3, der durch eine erste Nebendichtung 5 gegenüber dem Rotorring 7 abgedichtet ist, so dass der Rotorring 7, die erste Nebendichtung 5 und der Gleitdichtring 3 mit der Welle umlaufen,
einen in einem stationären Teil (beispielsweise einer Gehäusewand) stationär angeordneten, d.h. stillstehenden Statorring 8 und einen Gegendichtring 4, der durch eine zweite Nebendichtung 6 gegenüber dem Statorring 8 abgedichtet ist, so dass der Statorring 8, die zweite Nebendichtung 6 und der Gegendichtring 4 stillstehen, sowie
eine Befederung für den Gleitdichtring 3 zur Erzeugung einer Axialkraft.
Der Gleitdichtring 3 läuft mit der Welle um, während der Gegendichtring 4 stillsteht, so dass der Gleitdichtring 3 auf dem Gegendichtring 4 gleitet. Dabei wird der Gleitdichtring 3 durch die von der Befederung erzeugte Axialkraft auf den Gegendichtring 4 gepresst, um den Dichtspalt zwischen Gleitdichtring 3 und Gegendichtring 4 geschlossen zu halten und dadurch eine gute Dichtwirkung zu erzielen.
Die erste Nebendichtung 5 und die zweite Nebendichtung 6 wirken bei der in 1 dargestellten Gleitringdichtung gleichzeitig als Befederung für den Gleitdichtring 3 und den Gegendichtring 4, so dass diese in axialer Richtung aufeinandergepresst werden. Bei der gezeigten Gleitringdichtung wird dies dadurch erreicht, dass die erste Nebendichtung 5 und die zweite Nebendichtung 6 jeweils durch einen O-Ring aus einem Elastomerwerkstoff gebildet sind.
Die immer auftretende thermische Belastung durch die Rotationsbewegung der beiden Dichtflächen aufeinander wird bei Standardanwendungen beherrscht. Bei Ölschmierung oder Einsatz als Wasserdichtung wird die Reibungswärme effektiv abgeführt. Beim Einsatz von Fett als Schmiermittel treten unter Umständen höhere Temperaturen auf, die einen beständigeren statischen Dichtring notwendig machen. Im Allgemeinen ist die auftretende Reibungswärme jedoch unproblematisch.
Bei der Verwendung von Gleitringdichtungen als Vakuumdichtung für Vakuumbeschichtungsanlagen tritt hingegen eine zusätzliche Temperaturlast wegen der Durchführung von Thermoöl auf. Die Vakuumdichtheit wurde erprobt, wobei mit verschiedenen Fetten eine durchschnittliche dynamische Leckrate von 3 × 10^–7 mbar·l/s erreicht wurde. Die statische Leckage liegt im Bereich von 10^–8 mbar·l/s.
Das Ziel der Erfindung ist nun die Erweiterung der Einsatzgrenzen einer Gleitringdichtung als Vakuumdichtung auch unter hohen thermischen Lasten. Diese können entweder von außen eingeleitet werden oder durch Induktion in den in Umfangsrichtung geschlossenen Metallringen (d.h. den thermisch vom Gehäuse isolierten Dichtringen) entstehen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vakuumdrehdurchführung einer Welle durch eine Gehäusewand vorgeschlagen, von der ein Ausführungsbeispiel in 2 und 3 dargestellt ist, wobei 2 die Gleitringdichtung in vergrößerter Darstellung zeigt und 3 eine typische Einbausituation für die Gleitringdichtung gemäß 2 in einer Vakuumdrehdurchführung zeigt. Die Vakuumdrehdurchführung kann beispielsweise innerhalb eines Magnetron-Endblockes für die Trennung zwischen subatmosphärischen (Vakuum) und atmosphärischen Druck Verwendung finden.
Diese Vakuumdrehdurchführung umfasst eine Gleitringdichtung mit einem mit der Welle 1 synchron umlaufenden Gleitdichtring 3, einem Rotorring 7, der an der Welle 1 befestigt und gegenüber dem Gleitdichtring 3 durch eine erste Nebendichtung 5 abgedichtet ist, einen an der Gehäusewand 2 stationär angeordneten Statorring 8, der gegenüber dem Gegendichtring 4 durch eine zweite Nebendichtung 6 abgedichtet ist, und eine Befederung zur Erzeugung einer zwischen Gleitdichtring 3 und Gegendichtring 4 wirkenden Axialkraft, wobei einander berührende Dichtungsflächen von Gleitdichtring 3 und Gegendichtring 4 relativ zueinander rotieren und einen primären Dichtspalt bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitdichtring 3 mit dem Rotorring 7 sowie der Gegendichtring 4 mit dem Statorring 8 wärmeleitend verbunden sind.
Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zwischen dem Gleitdichtring 3 und dem Rotorring 7 sowie dem Gegendichtring 4 und dem Statorring 8 je ein Wärmeleitelement 9 angeordnet ist.
Dieses Wärmeleitelement 9 kann beispielsweise ringförmig sein oder/und aus Flachmaterial bestehen oder/und aus dauereleastischem Material bestehen oder/und aus Wärmeleitfolie, z.B. Keratherm ^® Softtherm ^® bestehen. Außerdem kann das Wärmeleitelement 9 selbstklebend beschichtet sein.
Die thermische Kopplung der bisher autarken Dichtringe zum Gehäuse geschieht vorzugsweise mittels passend in Ringform zugeschnittenen elastischen und thermisch leitfähigen Wärmeleitelementen. Das aus dem Rotorring 7 und dem Statorring 8 gebildete Gehäuse der Vakuumdrehdurchführung ist dabei entweder selbst gekühlt oder führt die Wärme zu einem seinerseits gekühlten Bauteil, beispielsweise der Gehäusewand eines Magnetron-Endblocks, ab.
Durch die Elastizität der Wärmeleitelemente wird sichergestellt, dass ein thermisch leitfähiger Kontakt zu den Dichtringen 3 und 4 zustande kommt, dabei aber die Dichtfunktion nicht unterbunden wird. Da die Nebendichtungen 5 und 6, die beispielsweise als O-Ringe ausgeführt sein können, ohnehin einen geringen axialen Versatz aufnehmen können, bildet sich für das gesamte System ein Gleichgewicht aus.
Ein Vorteil einer selbstklebenden Beschichtung auf den Wärmeleitelementen besteht in der wesentlich erleichterten Anbringung. Das Vakuum bleibt dabei unbeeinflusst.
Weitere Vorteile sind die erreichbaren geringen Leckagewerte und die Robustheit der vorgeschlagenen Lösung, sowie daraus resultierend eine hohe Standzeit, die Möglichkeit, auf eine Zwischenabsaugung zu verzichten und die daraus folgende konstruktive und technologische Vereinfachung der Vakuumdrehdurchführung gegenüber bekannten Lösungen.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Gehäusewand
3: Gleitdichtring
4: Gegendichtring
5: erste Nebendichtung
6: zweite Nebendichtung
7: Rotorring
8: Statorring
9: Wärmeleitelement
10: Targetrohr
11: Wälzlager
12: Axialsicherungsring
13: statische Dichtung
14: Magnetsystemträger

Claims

Vakuumdrehdurchführung einer Welle (1) durch eine Gehäusewand (2), umfassend eine Gleitringdichtung mit einem mit der Welle (1) synchron umlaufenden Gleitdichtring (3), einem Rotorring (7), der an der Welle (1) befestigt und gegenüber dem Gleitdichtring (3) durch eine erste Nebendichtung (5) abgedichtet ist, einen an der Gehäusewand (2) stationär angeordneten Statorring (8), der gegenüber dem Gegendichtring (4) durch eine zweite Nebendichtung (6) abgedichtet ist, und eine Befederung zur Erzeugung einer zwischen Gleitdichtring (3) und Gegendichtring (4) wirkenden Axialkraft, wobei einander berührende Dichtungsflächen von Gleitdichtring (3) und Gegendichtring (4) relativ zueinander rotieren und einen primären Dichtspalt bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitdichtring (3) mit dem Rotorring (7) sowie der Gegendichtring (4) mit dem Statorring (8) wärmeleitend verbunden sind.
Vakuumdrehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gleitdichtring (3) und dem Rotorring (7) sowie dem Gegendichtring (4) und dem Statorring (8) je ein Wärmeleitelement (9) angeordnet ist.
Vakuumdrehdurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (9) ringförmig ist.
Vakuumdrehdurchführung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (9) aus Flachmaterial besteht.
Vakuumdrehdurchführung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (9) aus dauereleastischem Material besteht.
Vakuumdrehdurchführung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (9) aus Wärmeleitfolie (z.B. Keratherm ^® Softtherm ^®) besteht.
Vakuumdrehdurchführung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (9) selbstklebend beschichtet ist.
Endblock für ein rotierendes Magnetron, umfassend ein Gehäuse mit Gehäusewänden (2) und einer durch eine Gehäusewand (2) geführten, drehbar gelagerten Welle (1) für ein Targetrohr (10), wobei die Gehäusewand (2) und die Welle (1) gegeneinander durch eine Vakuumdrehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 abgedichtet sind.
Magnetron-Endblock, umfassend ein Gehäuse und eine in dem Gehäuse in einem Wälzlager (11) gelagerte Tragwelle (1) für ein rotierendes Targetrohr (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (11) durch eine Vakuumdrehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 abgedichtet ist.