CH632820A5 - Vakuumventil. - Google Patents

Description

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Ventilkonstruktion für ein Vakuumventil anzugeben, die wirtschaftlich ist, da sie gleichzeitig als Mehrwegventil ausbildbar ist und wahlweise als Durchgangs- oder Eckventil Verwendung finden kann, und die raumsparend ist, indem sie den Einbau von vakuumtechnischen Geräten in das Ventilgehäuse ermöglicht. Die Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumventil mit einem Gehäuse mit Anschlussöffnungen für Gaszu- und -ableitung in der Gehäusewand, wobei wenigstens eine

Anschlussöffnung einen Ventilsitz aufweist, und mit einer Ventilplatte, die mittels einer Betätigungseinrichtung auf den Ventilsitz aufsetzbar und von ihm abhebbar und seitlich wegschwenkbar ist. Das erfindungsgemässe Vakuumventil ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Ventilgehäuses im Bereich der Schwenkbewegung der Ventilplatte kugelflächenförmig ist und dass die Betätigungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Ventilplatte um eine durch den Mittelpunkt der dem kugelförmigen Teil der Innenwand des Ventilgehäuses zugeordneten Kugel gehende Achse schwenkbar ist.

Als eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, für ein Vakumventil mit freiem Durchgang ein kugelförmiges Gehäuse zu verwenden und die Ventilplatte als Kugelkalotte auszubilden, die um ca. 90° um eine Achse senkrecht zur Achse der Ventilöffnung geschwenkt werden kann, wobei die Ventilplatte einseitig in der Nähe der Dichtung abgestützt und die Anpressung über einen auf der Drehachse befindlichen Exzenter nur einseitig erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, den Ventilteller und die gesamte Ventilmechanik in der einen Kugelhalbschale unterzubringen, so dass dann der Innenraum der zweiten Halbschale ganz für die Aufnahme vom Behandlungsgut oder vakuumtechnischer Komponenten, wie z.B. Pumpen oder Abscheider, zur Verfügung steht.

Figur 1 zeigt den Aufbau eines solchen Ventils in geschlossener Stellung, Figur 2 einen Schnitt des Ventilgehäuses längs AA' in Figur 1. Das kugelförmige Gehäuse ist aus nichtrostendem Stahl gedrückt und zweiteilig ausgebildet. Die beiden Hälften 1 und 2 sind über eine Rundgummidichtung 3 und einen Spannungsring 4 gegeneinander abgedichtet, 5 ist ein Stützring für die Dichtung 3.

Die Zweiteiligkeit des Ventilgehäuses ist nur dann erforderlich, wenn das Ventil wahlweise als Durchgangs- oder Eckventil einsetzbar sein soll oder nachträglich zusätzliche Einbauten im Gehäuse vorgenommen werden sollen. Wenn diese Möglichkeiten nicht ausgenützt werden, kann das Kugelgehäuse auch aus einem Stück geformt sein. Allerdings muss dann der Durchgang des Flansches 6 etwas grösser als der Ventilteller-Durchmesser gewählt werden, damit die Ventilmechanik durch diese Öffnung hindurch montiert werden kann.

Die Ventilplatte 7 ist mit dem Zapfen 8 elastisch und in einem Schlitz 9 verschiebbar mit dem Bügel 10 über eine Federscheibe 11 verbunden. Zwischen Ventilplatte 7 und Bügel 10 befindet sich eine Kugelkalotte 12, die mit dem Bügel 10 verbunden ist und eine zusätzliche Versteifung bildet und die in gewissen Anwendungsfällen, z.B. im Falle des Einbaues einer Kryopumpe in das Ventilgehäuse auch als Strahlungsschutz dienen kann. Zur Reibungsverminderung -da bei der Schliessung des Ventils eine geringe seitliche Relativbewegung eintritt - ist zwischen der genannten Kalotte und der Ventilplatte eine dünne, glasfaserverstärkte Teflonscheibe 13 eingelegt. Die Ventilplatte 7 ist über den Bügel 10 bei 14 um eine Achse in Anpressrichtung schwenkbar gelagert. Der Bügel 10 stützt sich auf der Gegenseite über eine Rolle 16 auf ein Widerlager 15 ab.

Die Öffnung des Ventils erfolgt über die Drehachse 17, die mit der Wellendichtung 18 gegen das Gehäuse abgedichtet ist. Die Achse ist im Gehäuse mit den Kugellagern 19 und 20 gelagert, die das auf die Welle von der Ventillagerung her ausgeübte Biegemoment aufnehmen. Auf der Vakuumseite befindet sich auf der Welle 17 der Exzenter 21, der seine Kraft über ein Lager 22 auf den Ring 23 überträgt, an dem die Lappen 24 und 25 befestigt sind, in deren Bohrungen sich das Lager 14 befindet, über das die Kraft des Exzenters auf die Ventilplatte übertragen wird.

Der Bügel 10 ist über eine Blattfeder 26 am Exzenter 21

2

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abgestützt, damit die Ventilplatte im ausgeschwenkten Zustand eine definierte Lage einnimmt, der Bügel aber doch beim Einschwenken in die Schliesstellung und Auflauf auf der Rolle 16 nachgeben kann.

Ein Anschlag bei 15, der die Schwenkbewegung des Ventils beim Schliessen begrenzt, ist in der Figur 1 nicht sichtbar.

Die Bedienung des beschriebenen Ventils wird dadurch wesentlich vereinfacht, dass Schwenkbewegung und Anpressvorgang, d.h. die Exzenterbewegung, gegeneinander verriegelt sind, so dass diese Operationen, zwangsläufig in der richtigen Reihenfolge und unabhängig von der räumlichen Lage des Ventils erfolgen. Dieser Verriegelungsmechanismus besteht aus der mit dem Exzenter 21 verbundenen Scheibe 27, mit Vertiefung 28, dem an seinen Enden abgerundeten Verriegelungsbolzen 29, der in einer Bohrung des Teils 23 geführt ist, und in der gehäusefesten Schlitzführung 30 und Anschlägen 31 und 32 auf der Scheibe 27.

In der geschlossenen Stellung des Ventils ist die Schwenkbewegung der Ventilplatte durch den in die Vertiefung 30 eingreifenden Bolzen 29, und die Drehung der Achse 17 in Schliessrichtung durch Anschlag 32 blockiert. Wird das Ventil geöffnet, so bleibt die Winkelstellung des Ventils so lange blockiert, bis der Exzenter eine 180°-Drehung ausgeführt und dadurch das Ventil vom Sitz abgehoben hat. Die Vertiefung 28 in der Scheibe 27 hat dann den obersten Punkt erreicht und fluchtet mit dem Bolzen 29. Der Mitnehmer 31 erzwingt dann die Einleitung der Schwenkbewegung. Der Bolzen kann die Vertiefung 30 verlassen und das Ventil nun ausgeschwenkt werden. Dabei ist nun die Scheibe 27, und damit die Drehachse 17 mit dem Teil 23, d.h. mit der Ventil-tellerhalterung verriegelt und zwangsläufig gekoppelt.

Wie leicht erkennbar ist, kann das Ventil gemäss der Figur 1 durch einfaches Verdrehen der zweiten Kugelhalbschale 2 um 180° nach Wahl als Eckventil (wie in der Zeichnung dargestellt) oder als ein solches mit bei geöffneter Ventilplatte geradem Durchgang verwendet werden. Dies gilt auch für die im folgenden zu beschreibende Ausführungsform der Figur 3.

Diese zeigt ein Dreiwegventil, wobei an der einen Hälfte des kugelförmigen Ventilgehäuses zwei Öffnungen 33 bzw. 34 für die Gaszuleitung bzw. Ableitung vorgesehen sind, die als Ventilsitz ausgebildet sind und die wahlweise mittels der Ventilplatte 32 verschlossen werden können. Dazu ist diese um eine auf die Ebene der beiden Flansche 36 und 37 zwischen den beiden Halbschalen des kugelförmigen Ventilgehäuses lotrecht stehende Achse 38 drehbar und diese schliesst gleichzeitig mit der Lotrechten 35 auf die Ventilplatte einen Winkel von 45° ein, wie die Zeichnung erkennen lässt. Letzteres ist besonders dann vorteilhaft, wenn es darauf ankommt, dass die Ventilplatte bei Betätigung des Ventils nicht über die den Betätigungsmechanismus tragende Halbkugel hinausschwenkt.

Die Figur 3 zeigt dann noch die an sich bekannte Möglichkeit, das Anpressen der Ventilplatte auf den Ventilsitz bzw. das Abheben von diesem hydraulisch zu bewerkstelligen, wobei das Druckmedium z.B. Pressluft, durch die Welle 39 hindurch eingeführt werden kann. In Figur 3 wird die Ventilplatte 32 von der Welle 39 mittels des Armes 40 getragen, wobei das freie Ende dieses Armes als Gegenlager 41 für die Ventilplatte ausgebildet ist. Zum Anpressen der Ventilplatte auf den Ventilsitz beim Schliessen des Ventils dient die Zuleitung 43; wird diese mit Druck beaufschlagt, dann wird dadurch der von der Platte 45, der Membran 46 und der Ventilplatte 32 umschlossene Hohlraum unter Druck gesetzt und dadurch letztere auf den Ventilsitz gepresst. Wird dagegen über die Leitung 48 der Hohlraum unterhalb der Platte 45, der mit Teil 44 und der ringförmigen Membran 46 zusammen einen hydraulischen Druckraum bildet, unter Druck gesetzt,

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dann bewegt sich die Platte 44 in Richtung auf das Gegenlager 41, wobei der Faltenbalg 47 zusammengedrückt und die mit Teil 44 starr verbundene Ventilplatte 32 vom Ventilsitz abgehoben wird. Nach dem Abheben kann die Ventilplatte dann mittels der vakuumdicht durch das Ventilgehäuse hindurchgeführten Welle 39 geschwenkt werden.

Die Konstruktion des Ventils nach der Figur 4 entspricht im wesentlichen dem Beispiel der Figur 3 - in der Figur 4 ist sie jedoch vereinfacht dargestellt. Auch ist in diesem Ausführungsbeispiel nur eine Öffnung des Ventilgehäuses mit einem Ventilsitz ausgerüstet, aber natürlich steht nichts im Wege, genau wie in Figur 3 auch die andere oder weitere Öffnungen als Ventilsitze zu gestalten.

In den Kugelhohlraum des Ventilgehäuses ragt nun beispielsweise der obere Teil des Düsensatzes 52 einer mehrstufigen Diffusionspumpe hinein. Bei einer solchen Anordnung kann die andere Kugelhalbschale 53 mit Vorteil einen integrierenden Teil des Diffusionspumpengehäuses 54 bilden. Zwischen den beiden Flanschen 55 und 56 kann ein Haltering 57 für die Halterung eines weiteren Einbauteiles z.B. eines Treibmittelfängers 58 und einer Tiefkühlfalle 59 eingefügt werden. Die Figur 4 zeigt ferner eine durch die Wand des Ventilgehäuses bei 61 vakuumdicht hindurchgeführte Kühlwasserzuleitung 60 für den obersten Düsenhut der Diffusionspumpe.

Die besondere Ausgestaltung der erwähnten und anderer Einbauten bildet jedoch nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Im freien Innenraum des Ventilgehäuses können z.B. Kryopumpen, Druckmessgeräte, Massenspek-trometer und andere Hilfsgeräte untergebracht werden. Bei der Konstruktion gemäss Figur 4 ergibt sich, wie ersichtlich, der Vorteil, dass eine nahezu vollständige Ausnutzung des Ventilinnenraumes möglich ist, und die Bauhöhe des Ventilgehäuses kaum in die Gesamtbauhöhe der Anlage eingeht. Man erhält auf diese Weise eine sehr raumsparende Lösung mit optimalen vakuumtechnischen Daten. Sie ist umso vorteilhafter, je grösser die Dimensionen des Ventiles sind. Wegen seiner hohen Eigensteifigkeit kommt man mit einer geringen Wandstärke des Gehäuses aus. Die Materialkosten sind deshalb sehr niedrig. Die geringförmige Abdichtung der beiden Gehäusehälften kann z.B. mittels ausgebördelter,

billig herzustellender Flansche bewerkstelligt werden, und ist sehr stabil. Man benötigt dabei keine die Kosten der Anlage verteuernden Schweissflansche. Wenn die beiden Halbschalen des Ventilgehäuses miteinander verschweisst werden, bleibt die Länge und Zahl der Schweissnähte gering. Alle Teile sind zur Montage, Justierung und Reinigung bequem zugänglich.

Für höhere vakuumtechnische Ansprüche kann anstelle einer Wellendichtung an der Drehachse des Ventils auch der in der UHV-Technik für Drehantriebe gebräuchliche «Kat-zenschwanzantrieb» mit Metallbalg verwendet werden.

Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen durchwegs kugelförmige Ventilgehäuse - weil diese am einfachsten herzustellen sind - vorgeschlagen wurden, ist für den Durchschnittsfachmann klar, dass es für die Funktion des Ventils nach der Erfindung genügt, wenn die Innenwand des Ventilgehäuses im Bereich der Schwenkbewegung der Ventilplatte kugelflächenförmig ist. Im übrigen muss das Ventilgehäuse bzw. dessen Innenwand nicht unbedingt Kugelform besitzen. Z.B. ist es offensichtlich, dass anstelle der oben erwähnten zweiten Kugelhalbschale, welche nicht den Ventilmechanismus trägt, ein anders geformter Gehäuseteil an die erste Kugelhalbschale angeflanscht werden könnte. Z.B. könnte die den Ventilmechanismus tragende erste Kugelhalbschale mittels eines Flansches (36 bzw. 55 in den Figuren 3 und 4) unmittelbar an eine entsprechende Öffnung in der Wand eines Vakuumrezipienten angesetzt werden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

632820 PATENTANSPRÜCHE

1. Vakuum ventil mit einem Gehäuse mit Anschlussöffnungen für Gaszu- und -ableitung in der Gehäusewand, wobei wenigstens eine Anschlussöffnung einen Ventilsitz aufweist, und mit einer Ventilplatte, die mittels einer Betätigungseinrichtung auf den Ventilsitz aufsetzbar und von ihm abhebbar und seitlich wegschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Ventilgehäuses (1) im Bereich der Schwenkbewegung der Ventilplatte (7,32) kugel-flächenförmig ist und dass die Betätigungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Ventilplatte (7,32) um eine durch den Mittelpunkt der dem kugelflächenförmigen Teil der Innenwand des Ventilgehäuses zugeordneten Kugel gehende Achse (17,38) schwenkbar ist.

2. Vakuumventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ventilplatte (7,32) tragende Betätigungseinrichtung (17, 19,39,40) an der Innenwand einer einen Teil des Ventilgehäuses bildenden Kugelhalbschale (1) aufgebaut ist.

3. Vakuumventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Normale auf die Ventilplatte (32) mit der Schwenkachse (38) einen Winkel von 45° einschliesst.

4. Vakuumventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse aus zwei Kugelhalbschalen (1,2) besteht, die durch Flansche miteinander verbindbar und gegeneinander verdrehbar sind, wobei die eine Kugelhalbschale (1) die den Ventilsitz bildende Öffnung und die Ventilplatte (7) mit Betätigungseinrichtung trägt und die zweite Kugelhalbschale (2) einen Anschlusstutzen für eine weitere Gaszu- bzw. -ableitung aufweist.

5. Vakuumventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am kugelflächenförmigen Teil der Innenwand des Ventilgehäuses wenigstens zwei als Ventilsitze ausgebildete Öffnungen (33,34) vorgesehen sind, denen ein und dieselbe Ventilplatte (32) zum wahlweisen Verschliessen einer der Öffnungen zugeordnet ist.

Jedes Vakuumventil stellt einen Kompromiss zwischen seinem Leitwert, seinen vakuumtechnischen Eigenschaften (Gasabgabe, maximale Ausheiztemperatur) und den Herstellkosten dar. Oft spielt auch die Bauhöhe des Ventils eine wichtige Rolle und für gewisse Anwendungen wird auch ein freier Durchgang verlangt.

Als Ventile mit freiem Durchgang wurden bisher in der Regel Sperrschieberventile verwendet, bei denen der Ventilteller, wenn man von der geschlossenen Stellung ausgeht, zuerst vom Ventilsitz abgehoben und dann in ein seitliches dosenförmiges Gehäuse zurückgezogen oder eingeschwenkt wird. Das Ventilgehäuse hatte deshalb immer eine grosse seitliche Ausladung, dafür aber eine relativ geringe Bauhöhe. Wenn das Ventilgehäuse aus vakuumtechnisch hochwertigen Werkstoffen, z.B. aus nicht rostendem Stahl geschweisst oder aus Leichtmetall gepresst wird, entstehen hohe Material- und Herstellkosten. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass die Wandstärke des Gehäuses genügend gross bemessen sein muss, um den äusseren Atmosphärendruck und die Anpresskraft des Ventils aufzunehmen, besonders wenn das Ventil in beiden Richtungen dicht sein soll.