DE4444537C2

DE4444537C2 - Planetengetriebe für den Hochtemperatureinsatz

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Erfindung soll nachstehen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

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. 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.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Zentralwelle

3

Stützscheibe

4

Strirnzahnrad

5

Planetenwelle

6

Ritzel

7

Radiallager

8

Stützlager

9

Schutzkappe

Claims

1. Planetengetriebe zur Bewegung von Substraten auf Planetenbahnen in Vakuumbeschich tungsanlagen, bestehend aus einem, mit der Drehzahl n₁ rotierenden Gehäuse (1), einer mit der Drehzahl n₂ angetriebenen Zentralwelle (2), auf der ein Stirnrad (4) befestigt ist, um die Zentralwelle (2) angeordneten Planetenwellen (5) mit Ritzeln (6), die mit dem Stirnrad (4) kämmen sowie einer Bedampfungs- und Strahlungsschutzkappe (9), dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) und die Zentralwelle (2) wassergekühlt sind, das kältere Ende jeder der Planetenwellen (5) mit dem Außenring jeweils eines der Radiallager (7) verbunden ist und die Planetenwellen (5) in einem deutlichen Abstand davon zusätzlich radial innen durch eine Stützscheibe (3) und radial außen durch jeweils zwei weitere Radiallager (8) gestützt werden, wobei die Innenringe der Radiallager (7, 8) der Planetenwellen (5) mit dem Gehäuse (1) verbunden sind und die Stützscheibe (3) mit der Drehzahl des zentralen Stirnrades (4) umläuft, dessen Teilkreisdurchmesser aufweist sowie die Zentralwelle (2) abschließt.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenwellen (5) als dünnwandige Hohlwellen ausgebildet sind und aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen.

3. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (3) wassergekühlt ist und aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht.