DE4444537A1

DE4444537A1 - Planetary gearing for moving substrates on planetary tracks in vacuum coating plants

Info

Publication number: DE4444537A1
Application number: DE19944444537
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl Ing Helling
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2014-12-15
Also published as: DE4444537C2

Abstract

The ends of the planetary shafts (5) are each connected to the outer ring of the radial bearing (7) and are supported additionally at a certain spacing by two radial bearings (8) and the support disc (3). This disc rotates with the speed of the central spur wheel (4) and has the pitch diameter thereof.The planetary shafts are thin-walled hollow shafts made from a poor heat-conducting material. The support disc is water cooled and consists of a material with good heat conductivity.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe, das unter Vakuum bei extrem hoher Temperaturbela stung arbeiten kann. Es kann vorwiegend in Vakuumbeschichtungsanlagen zur Bewegung der Substrate, z. B. Turbinenschaufeln, auf Planetenbahnen verwendet werden.The invention relates to a planetary gear, which under vacuum at extremely high temperature can work. It can mainly be used in vacuum coating systems to move the Substrates, e.g. B. turbine blades can be used on planetary orbits.

In Vakuumbeschichtungsanlagen werden die Halterungen der Substrate häufig über Planetenge triebe angetrieben, da sich hierdurch eine allseitige Beschichtung der Oberflächen erreichen läßt. Außerdem wird die Beschichtungskapazität der Anlage wesentlich erhöht. In der Regel sind die Beschichtungsanlagen so konzipiert, daß die Temperatur an den Planetengetrieben nicht mehr als 300°C beträgt.In vacuum coating systems, the substrates are often held over a planet drives driven, since this can achieve an all-round coating of the surfaces. In addition, the coating capacity of the system is increased significantly. As a rule, they are Coating systems designed so that the temperature on the planetary gears does not exceed Is 300 ° C.

Einen Sonderfall stellen Vakuumbeschichtungsanlagen für Turbinenschaufeln dar. Bei derartigen Anlagen werden die zu beschichtenden Substrate durch Elektronenstrahlen bereits auf sehr hohe Temperaturen vorgewärmt, so daß die Temperatur nach der Beschichtung mit Metallen oder Keramik bei weit über 1000°C liegt. Während Vorwärmung und Beschichtung sind auch die die Turbinenschaufeln tragenden Wellen der Planetengetriebe diesen Belastungen durch Wärmestrah lung ausgesetzt und nehmen ohne Kühlung ebenfalls Temperaturen über 1000°C an.Vacuum coating systems for turbine blades represent a special case The substrates to be coated are already very high by electron beams Temperatures preheated so that the temperature after coating with metals or Ceramic is well above 1000 ° C. During preheating and coating, they are also the ones Turbine blades carrying shafts of the planetary gears these loads through heat radiation exposed and take on temperatures above 1000 ° C without cooling.

Bekannte Planetengetriebe für derartige Einsatzfälle arbeiten daher mit einer Wasserkühlung der Planetenwellen. Diese Kühlung verhindert die unzulässige Erwärmung der zur Lagerung verwen deten Kugellager durch die heiße Welle. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß das Getriebe gehäuse gegen die rotierenden Welle gedichtet werden muß. Diese Dichtungen müssen gleichzei tig auch den Ansprüchen einer Hochvakuumdichtung genügen, da sich die Dichtstellen im Vaku um befinden. Die technische Ausführung dieser Dichtungen erfordern erheblichen Platz und erge ben auch bei sorgfältiger Ausführung eine zusätzliche Leckrate. Die Betriebssicherheit derartiger Dichtungen ist begrenzt und es ergeben sich im Havariefall große Störungen der gesamten Anla genfunktion.Known planetary gears for such applications therefore work with water cooling Planetary waves. This cooling prevents the inadmissible heating of the storage ball bearings through the hot wave. However, this solution has the disadvantage that the transmission housing must be sealed against the rotating shaft. These seals must at the same time tig also meet the requirements of a high vacuum seal, since the sealing points are in the vacuum in order to be. The technical design of these seals requires considerable space and results an additional leakage rate even with careful execution. The operational security of such Seals are limited and there are major disruptions to the entire system in the event of an accident gene function.

Sollen die Nachteile der aufwendigen Kühlung der Planetenwellen vermieden werden, dann könnte auch ein Einsatz von thermisch hoch belastbaren Kugellagern aus Metall oder Keramik in Betracht gezogen werden. Eine solche Lösung scheidet jedoch aus, da sich wegen des hohen Wärmegefälles zwischen dem Innenring, der die Planetenwelle aufnimmt, und Kugeln sowie Außenring immer ein sehr hoher Unterschied in der thermischen Ausdehnung einstellt, der letzt lich zum Blockieren der Lager führt. Der Einsatz von Keramiklagern scheidet zusätzlich auch we gen ihrer besonderen Empfindlichkeit gegenüber Stäuben aus.Then the disadvantages of the complex cooling of the planetary waves should be avoided could also use thermally highly resilient ball bearings made of metal or ceramic in Be considered. Such a solution is ruled out, however, because of the high Heat gradient between the inner ring that receives the planetary shaft and balls as well Outer ring always sets a very high difference in thermal expansion, the last leads to blocking of the bearings. The use of ceramic bearings also differs due to their particular sensitivity to dust.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die eine La gerung der auf hoher Temperatur befindlichen Planetenwellen mittels Kugellagern, auch ohne Wasserkühlung der Wellen, ermöglicht.The present invention has for its object to provide a device that a La the planetary shafts are at high temperature by means of ball bearings, even without Water cooling of the waves.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Planetenwellen an zwei Stellen gela gert werden. Die Wellen sind dabei am kälteren Ende mit dem Außenring eines Radiallagers ver bunden. An der zweiten, heißeren Lagerstelle werden sie von am Umfang angeordneten Radial lagern gestützt. Dabei besteht zwischen diesen Stützlagern und der Planetenwelle ein großes La gerspiel. Die Innenringe aller Lager sind wärmeschlüssig mit dem wassergekühlten Getriebege häuse verbunden. Durch diese Lösung wird stets ein Wärmegefälle in Richtung Außenring zu Innenring erzeugt. Ein Anstieg der Temperaturdifferenz zwischen diesen Lagerteilen führt somit le diglich zu einer unschädlichen Vergrößerung der Lagerluft. Das Blockieren der Lager wird ausge schlossen.The object is achieved in that the planetary shafts at two points be tied. The shafts are ver at the colder end with the outer ring of a radial bearing bound. At the second, hotter bearing point, they are of radial arranged on the circumference store supported. There is a large La between these support bearings and the planetary shaft play. The inner rings of all bearings are heat-sealed with the water-cooled gearbox connected to the house. With this solution there is always a heat gradient in the direction of the outer ring to the inner ring generated. An increase in the temperature difference between these bearing parts therefore leads to le only for a harmless increase in the internal clearance. The blocking of the bearings is removed closed.

Zur Begrenzung der Temperaturen der Außenringe der Radiallager 7 und der Ritzel 6 für den An trieb der Planetenwellen 5 sind diese als dünnwandige Hohlwellen mit schlechter Wärmeleitung ausgebildet. Jeweils das innere der drei Stützlager 8 für jede Planetenwelle ist durch eine gekühl te Scheibe 3 ersetzt, die den Teilkreisdurchmesser des zentralen Stirnrades 4 besitzt. Dadurch fließt ein Teil des Wärmestromes von der Hohlwelle 5 über die Scheibe 3 ab und reduziert auf diese Weise die Temperatur an den Außenringen der Radiallager 7 und der Ritzel 6. To limit the temperatures of the outer rings of the radial bearing 7 and the pinion 6 for the drive to the planetary shafts 5 , these are designed as thin-walled hollow shafts with poor heat conduction. In each case the interior of the three support bearings 8 for each planetary shaft is replaced by a cool te disk 3 , which has the pitch circle diameter of the central spur gear 4 . As a result, part of the heat flow flows out of the hollow shaft 5 via the disk 3 and in this way reduces the temperature on the outer rings of the radial bearings 7 and the pinions 6 .

Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Planetengetriebes wird eine einfache, platzsparende Bauweise erreicht. Es können normale Kugellager zum Einsatz kommen und es existieren keine Wasservakuumdichtungen. Daher ist auch die Vakuumleckrate der Baugruppe vernachlässigbar klein und die Betriebssicherheit sehr hoch.The inventive design of the planetary gear is a simple, space-saving Construction achieved. Normal ball bearings can be used and none exist Water vacuum seals. The vacuum leak rate of the assembly is therefore negligible small and operational reliability very high.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das Planetengetriebe. Eine von außen über eine normale Vakuum-Drehdurchführung angetriebene, wassergekühlte Hohlwelle wird an ihrem Ende als Ge häuse 1 ausgebildet und rotiert mit der Drehzahl n₁. In diesem Gehäuse läuft zentrisch mit der Drehzahl n₂ eine ebenfalls wassergekühlte und getrennt angetriebene Zentralwelle 2, die durch die Stützscheibe 3 abgeschlossen wird. Die Stützscheibe 3 besitzt den Teilkreisdurchmesser des auf der Zentralwelle 2 angeordneten zentralen Stirnrades 4. Die als Hohlwellen ausgebildeten Planetenwellen 5 sind um die Zentralwelle 2 angeordnet und tragen im zentralen Stirnrad 4 kämmende Ritzel 6. Die Planetenwellen sind einmal über den Außenring der Radiallager 7 gela gert, die am Gehäuse 1 angeordnet sind. Die zweite Lagerstelle wird jeweils durch zwei Radial lager 8 und die mit dem zentralen Stirnzahnrad 4 synchron rotierende Stützscheibe 3 gebildet. Das Planetengetriebe wird durch die Schutzkappe 9 gegen Wärmestrahlung abgeschirmt. Fig. 1 shows a longitudinal section through the planetary gear. An externally driven via a normal vacuum rotary union, water-cooled hollow shaft is formed at its end as Ge housing 1 and rotates at speed n₁. In this case, a water-cooled and separately driven central shaft 2 , which is completed by the support disk 3 , runs centrally at the speed n 2 . The support disk 3 has the pitch circle diameter of the central spur gear 4 arranged on the central shaft 2 . The planetary shafts 5 designed as hollow shafts are arranged around the central shaft 2 and carry meshing pinions 6 in the central spur gear 4 . The planetary shafts are once gela gert on the outer ring of the radial bearing 7 , which are arranged on the housing 1 . The second bearing point is formed by two radial bearings 8 and the support disk 3 rotating synchronously with the central spur gear 4 . The planetary gear is shielded from heat radiation by the protective cap 9 .

Fig. 2 zeigt die Ansicht des Getriebes von der Stirnseite. Es ist erkennbar, daß die gekühlte Scheibe 3 die Funktion des 3. Stützlagers jeder Planetenwelle übernimmt. Fig. 2 shows the view of the transmission from the front. It can be seen that the cooled disc 3 takes over the function of the 3rd support bearing of each planetary shaft.

BezugszeichenlisteReference list

1 Gehäuse
2 Zentralwelle
3 Stützscheibe
4 Stirnzahnrad
5 Planetenwelle
6 Ritzel
7 Radiallager
8 Stützlager
9 Schutzkappe 1 housing
2 central shaft
3 support disc
4 spur gear
5 planetary wave
6 sprockets
7 radial bearings
8 support bearings
9 protective cap

Claims

1. Planetary gear for moving substrates on planetary paths in vacuum coating systems, consisting of a water-cooled, with the speed n₁ rotating housing ( 1 ), also a water-cooled and with the speed n₂ driven central shaft ( 2 ) on which the spur gear ( 4 ) attached is arranged around the central shaft ( 2 ) planetary shafts ( 5 ) with the pinions ( 6 ) which mesh in the spur gear ( 4 ) and a vapor deposition and radiation protection cap ( 9 ), characterized in that the ends of the planetary shafts ( 5 ) each are connected to the outer ring of the radial bearing ( 7 ) and are also supported at a certain distance by two radial bearings ( 8 ) and the support disc ( 3 ), the support disc ( 3 ) rotating at the speed of the central spur gear ( 4 ) and its Pitch circle diameter.

2. Planetary gear according to claim 1, characterized in that the planetary shafts ( 5 ) are designed as thin-walled hollow shafts and consist of poorly heat-conducting material.

3. Planetary gear according to claim 1, characterized in that the support disc ( 3 ) is water-cooled and consists of a material with good thermal conductivity.