DE4444537C2

DE4444537C2 - Planetary gears for high temperature use

Info

Publication number: DE4444537C2
Application number: DE19944444537
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 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: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2014-12-15
Also published as: DE4444537A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe, dessen Gattung durch den Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist. Ein derartiges Planetengetriebe ist aus der US 4108107 bekannt.The invention relates to a planetary gear, the genus by the preamble of claim 1 is specified. Such a planetary gear is from the US 4108107 known.

In Vakuumbeschichtungsanlagen werden die Halterungen der Substrate häufig über Planetengetriebe 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. Es sind mehrere Planetengetriebe bekannt, die zum Beschichten von Substraten in solchen Vakuumbeschichtungsanlagen eingesetzt werden bzw. dazu geeignet sind (DE-PS 2 36 736, US 4122221, DE 40 25 659 A1).In vacuum coating systems, the holders of the substrates are often over Planetary gear driven, as this creates a coating on all sides Surfaces. In addition, the coating capacity of the plant significantly increased. As a rule, the coating systems are designed so that the temperature on the planetary gears is not more than 300 ° C. There are known several planetary gears used for coating substrates in such Vacuum coating systems are used or are suitable for this (DE-PS 2 36 736, US 4122221, DE 40 25 659 A1).

Einen Sonderfall stellen Vakuumbeschichtungsanlagen für Turbinenschaufeln dar. Bei derartigen Anlagen werden die zu beschichtenden Substrate durch Elektronenstrahlen oder Strahlungsheizer bereits auf sehr hohe Temperaturen vorgewärmt, so daß die Temperatur nach der Beschichtung mit Metallen oder Kermik bei weit über 1000°C liegt. Während Vorwärmung und Beschichtung sind auch die die Turbinenschaufeln tragenden Wellen der Planetengetriebe diesen Belastungen durch Wärmestrahlung ausgesetzt und nehmen ohne Kühlung ebenfalls Temperaturen über 1000°C an.Vacuum coating systems for turbine blades are a special case. In such systems, the substrates to be coated are passed through Electron beams or radiant heaters already at very high temperatures preheated so that the temperature after coating with metals or Kermik is well above 1000 ° C. While preheating and coating are also the shafts of the planetary gears that support the turbine blades Exposed to heat radiation and take off without cooling also temperatures above 1000 ° C.

Die bekannten Planetengetriebe haben den entscheidenden Nachteil, daß sie für diese extrem hohen Temperaturen nicht geeignet sind, da der Wärmefluß zu unzulässig hohen Betriebstemperaturen der Lager und deren Blockierung bzw. Zerstörung führt. Getriebe für derartige Einsatzfälle arbeiten daher mit einer Wasserkühlung der Wellen. Diese Kühlung verhindert die unzulässige Erwärmung der zur Lagerung verwendeten Kugellager durch die heiße Welle. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß das Getriebegehäuse gegen die rotierenden Welle gedichtet werden muß. Diese Dichtungen müssen gleichzeitig auch den Ansprüchen einer Hochvakuumdichtung genügen, da sich die Dichtstellen im Vakuum befinden. Die technische Ausführung dieser Dichtungen erfordert erheblichen Platz und ergibt auch bei sorgfältiger Ausführung eine zusätzliche Leckrate. Die Betriebssicherheit derartiger Dichtungen ist begrenzt und es ergeben sich im Havariefall große Störungen der gesamten Anlagenfunktion.The known planetary gears have the decisive disadvantage that they are for these extremely high temperatures are not suitable because the heat flow increases impermissibly high operating temperatures of the bearings and their blocking or Destruction leads. Gearboxes for such applications therefore work with a Water cooling the waves. This cooling prevents inadmissible heating the ball bearings used for storage due to the hot shaft. Has this solution however, the disadvantage that the gear housing against the rotating shaft must be sealed. These seals must also meet the requirements a high vacuum seal is sufficient because the sealing points are in a vacuum. The technical design of these seals requires considerable space and results an additional leakage rate even with careful execution. Operational security Such seals are limited and there are large ones in the event of an accident Faults in the entire system 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 letztlich zum Blockieren der Lager führt. Der Einsatz von Keramiklagern scheidet zusätzlich auch wegen ihrer besonderen Empfindlichkeit gegenüber Stäuben aus.The disadvantages of the complex cooling of the planetary waves should be avoided then the use of thermally highly resilient ball bearings could also be used made of metal or ceramic. Such a solution is different however, because due to the high heat gradient between the inner ring, the the planetary shaft picks up, and balls and outer ring always a very high one Difference in thermal expansion that ultimately leads to blocking the camp leads. The use of ceramic bearings also differs because of their particularly sensitive to dust.

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

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Planetengetriebe der eingangs genannten Gattung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen sind. Durch diese Lösung wird stets ein Wärmegefälle vom Außenring der Lager in Richtung zum Innenring erzeugt. Ein Anstieg der Temperaturdifferenz zwischen diesen Lagerteilen führt somit lediglich zu einer unschädlichen Vergrößerung der Lagerluft. Das Blockieren der Lager wird ausgeschlossen.The object is achieved in that in a planetary gear the genus mentioned at the outset the characterizing features of claim 1 are provided. With this solution there is always a heat gradient from the outer ring the bearing creates towards the inner ring. An increase in the temperature difference between these bearing parts thus only leads to a harmless one Increase in clearance. Blocking of the bearings is excluded.

Zur Begrenzung der Temperaturen der Außenringe der Radiallager und der Ritzel für den Antrieb der Planetenwellen sind diese gemäß dem Kennzeichen des Unteranspruchs 2 ausgebildet. Bei Ausgestaltung nach Unteranspruch 3 wird die Wärmeabfuhr gefördert. Bei dem erfindungsgemäßen Planetengetriebe fließt ein Teil des Wärmestromes von der Hohlwelle über die Scheibe ab und reduziert auf diese Weise die Temperatur an den Außenringen der Radiallager und der Ritzel.To limit the temperatures of the outer rings of the radial bearings and the pinion for the drive of the planetary shafts are according to the mark of the Subclaim 2 trained. In the embodiment according to subclaim 3, the Heat dissipation promoted. In the planetary gear according to the invention flows Part of the heat flow from the hollow shaft through the disc and reduced to this way the temperature on the outer rings of the radial bearings and the pinion.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Planetengetriebes wird eine einfache, platzsparende Bauweise erreicht. Dieses Planetengetriebe kann unter Vakuum bei extrem hoher Temperaturbelastung arbeiten und in Vakuumbeschichtungsanlagen zur Bewegung von z. B. Turbinenschaufeln, auf Planetenbahnen verwendet werden. Es können normale Kugellager zum Einsatz kommen und es existieren keine Wasser/Vakuumdichtungen. Daher ist auch die Vakuumleckrate der Baugruppe vernachlässigbar klein und die Betriebssicherheit sehr hoch.Due to the design of the planetary gear according to the invention, a simple, space-saving design achieved. This planetary gear can under vacuum work extremely high temperature and in vacuum coating systems for moving z. B. turbine blades can be used on planetary orbits. Normal ball bearings can be used and none exist Water / vacuum seals. Hence the vacuum leak rate of the assembly negligibly small and operational reliability very high.

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

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das Planetengetriebe. Eine von außen über eine normale Vakuum-Drehdurchführung angetriebene, wassergekühlte Hohlwelle wird an ihrem Ende als Gehäuse 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 gelagert, die am Gehäuse 1 angeordnet sind. Die zweite Lagerstelle wird jeweils durch zwei Radiallager 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. A water-cooled hollow shaft, which is driven from the outside via a normal vacuum rotary union, is formed at its end as a housing 1 and rotates at the speed n ₁ . A likewise water-cooled and separately driven central shaft 2 , which is closed by the support disk 3 , runs centrally in this housing 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 mounted on the outer ring of the radial bearings 7 , which are arranged on the housing 1 . The second bearing point is formed in each case 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.

Reference list

11

Gehäuse
casing

22nd

Zentralwelle
Central shaft

33rd

Stützscheibe
Support disc

44th

Strirnzahnrad
Spur gear

55

Planetenwelle
Planetary wave

66

Ritzel
pinion

77

Radiallager
Radial bearing

88th

Stützlager
Support bearing

99

Schutzkappe
protective cap

Claims

1. Planetary gear for moving substrates on planetary orbits in vacuum coating systems, comprising a housing ( 1 ) rotating at speed n ₁ , a central shaft ( 2 ) driven at speed n ₂ , on which a spur gear ( 4 ) is attached, around the central shaft ( 2 ) arranged planetary shafts ( 5 ) with pinions ( 6 ), which mesh with the spur gear ( 4 ) and a vapor deposition and radiation protection cap ( 9 ), characterized in that the housing ( 1 ) and the central shaft ( 2 ) are water-cooled, the colder end of each of the planetary shafts ( 5 ) is connected to the outer ring of one of the radial bearings ( 7 ) and the planetary shafts ( 5 ) at a clear distance from it additionally radially on the inside by a support disc ( 3 ) and radially on the outside by two further radial bearings ( 8 ) are supported, the inner rings of the radial bearings ( 7 , 8 ) of the planetary shafts ( 5 ) being connected to the housing ( 1 ) and the support disk ( 3 ) to the speed of the central spur gear ( 4 ) rotates, the pitch circle diameter and the central shaft ( 2 ) closes.

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.