CH640924A5

CH640924A5 - Vacuum slide valve

Info

Publication number: CH640924A5
Application number: CH778879A
Authority: CH
Inventors: Otto Dr Winkler
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1979-08-28
Filing date: 1979-08-28
Publication date: 1984-01-31
Also published as: DE3028786C2; DE3028786A1

Description

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PATENTANSPRUCH PATENT CLAIM

Vakuumschieberventil mit einer senkrecht zur Ventilachse verschiebbaren Ventilplatte und Gegenlager, wobei die Anpres-sung der Ventilplatte auf ihren Sitz mittels einer Hubstange und eines zugeordneten Spreizmechanismus zwischen Ventilplatte und Gegenlager erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Ventilplatte (15; 28), dem Gegenlager (16; 29) und der Hubstange (20; 36) zylindermantelförmige Abrollflächen aufweisende Körper (17,18,19; 33,34,35) starr verbunden und zwischen den Abrollflächen drehbare Rollen (21,22) angeordnet und durch Käfige (25,26) derart gehaltert sind, dass deren Achsen und diejenigen der zylindermantelförmigen Abrollflächen beim Öffnen und Schliessen des Ventils ständig in einer Ebene liegen, wobei die Radien aller als starr verbundene Abrollflächen dienenden Zylindermäntel unter sich gleich sind. Vacuum slide valve with a valve plate and counter bearing that can be displaced perpendicular to the valve axis, the valve plate being pressed onto its seat by means of a lifting rod and an associated expansion mechanism between the valve plate and counter bearing, characterized in that with the valve plate (15; 28), the counter bearing ( 16; 29) and the lifting rod (20; 36) with cylindrical jacket-shaped rolling surfaces (17,18,19; 33,34,35) rigidly connected and rotatable rollers (21,22) between the rolling surfaces and arranged by cages (25,26 ) are held in such a way that their axes and those of the cylindrical jacket-shaped rolling surfaces when opening and closing the valve are always in one plane, the radii of all cylinder jackets serving as rigidly connected rolling surfaces being the same among themselves.

Die Erfindung betrifft ein Vakuumschieberventil mit einer senkrecht zur Ventilachse verschiebbaren Ventilplatte und Gegenlager, wobei die Anpressung der Ventilplatte auf ihren Sitz mittels einer Hubstange und eines zugeordneten Spreizmechanismus zwischen Ventilplatte und Gegenlager erfolgt. The invention relates to a vacuum slide valve with a valve plate and counter bearing which can be displaced perpendicularly to the valve axis, the valve plate being pressed onto its seat by means of a lifting rod and an associated spreading mechanism between the valve plate and counter bearing.

Vakuumschieberventile zeichnen sich im Gegensatz zu Winkelventilen durch niedrige Bauhöhe und einen hohen Strömungsleitwert aus. Sie besitzen jedoch den Nachteil, dass der Anpressdruck, der zur Abdichtung der Ventilplatte erforderlich ist, vom Antriebselement, sei es ein Pressluft- oder Hydraulikkolben oder ein mechanischer Exzenterantrieb, nicht wie beim Winkelventil direkt in axialer Richtung auf die Ventilplatte wirken kann, sondern nur indirekt über eine Spreizvorrichtung zwischen der Ventilplatte und einem sich am Ventilgehäuse abstützenden Gegenlager übertragen werden kann. Als Spreizvorrichtungen werden z. B. mechanische auf dem Kräfteparallelogramm beruhende Vorrichtungen verwendet. In contrast to angle valves, vacuum slide valves are characterized by a low overall height and a high flow conductance. However, they have the disadvantage that the contact pressure, which is required to seal the valve plate, from the drive element, be it a compressed air or hydraulic piston or a mechanical eccentric drive, cannot act directly in the axial direction on the valve plate, as with the angle valve, but only indirectly can be transmitted via a spreading device between the valve plate and a thrust bearing supported on the valve housing. As spreaders z. B. mechanical devices based on the force parallelogram are used.

Die bisherigen Lösungen haben den Nachteil, dass sie mit hohen Reibungsverlusten verknüpft sind und/oder hohe Betätigungskräfte erfordern. The previous solutions have the disadvantage that they are associated with high friction losses and / or require high actuation forces.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen Beispiele solcher herkömmlicher Spreizvorrichtungen. Fig. 1 zeigt eine Spreizvorrichtung in Form eines Kniegelenks. 1 kann beispielsweise die Ventilplatte und 2 das Gegenlager darstellen. Wird die Spreizvorrichtung durch Verschiebung der Schubstange 3 nach links betätigt, so wirkt die Anpresskraft, die auf die Ventilplatte ausgeübt wird, zugleich auch auf die Führungsbolzenlager in den Fïihrungslaschen 4 und 5. Es sind dabei nicht nur hohe Reibungskräfte zu überwinden, sondern es tritt auch eine rasche Abnützung der Lagerstellen ein, die eine häufige Nachstellung des Gegenlagers zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Anpressdruckes erforderlich macht. 1 to 3 show examples of such conventional spreading devices. Fig. 1 shows a spreading device in the form of a knee joint. 1 can represent, for example, the valve plate and 2 the counter bearing. If the spreading device is actuated by moving the push rod 3 to the left, the contact pressure exerted on the valve plate also acts on the guide pin bearings in the guide plates 4 and 5. Not only are high friction forces to be overcome, it also occurs a rapid wear of the bearing points, which makes frequent adjustment of the counter bearing necessary to maintain the required contact pressure.

In Fig. 2 wird die Spreizung durch zwei Kugeln oder Rollen 6 und 7 bewirkt, die sowohl aufeinander als auch an der Ventilplatte 8 und am Gegenlager 9 abrollen. Die Schwierigkeit der Lagerabnützung bei der Lösung gemäss Fig. 1 wird dabei zwar umgangen, es ist aber immer noch eine, wenn auch geringere Reibung in der Ausnehmung der Schubstange 10 zu überwinden. Ausserdem ist im Gegensatz zur Lösung gemäss Fig. 1 bei der Spreizung eiii hoher Schwellenwert der Antriebskraft erforderlich , um die Rollkörper aus ihrer Lagerung in der Ventilplatte und im Gegenlager zu bewegen. Dies kann nur vermieden werden, wenn in Ventilplatte oder am Gegenlager eine schwierig herstellbare Auflaufkurve eingearbeitet wird. In Fig. 2, the expansion is effected by two balls or rollers 6 and 7, which roll on each other as well as on the valve plate 8 and on the counter bearing 9. Although the difficulty of bearing wear in the solution according to FIG. 1 is avoided, it is still necessary to overcome, albeit less, friction in the recess of the push rod 10. In addition, in contrast to the solution according to FIG. 1, a high threshold value of the driving force is required in order to move the rolling elements out of their storage in the valve plate and in the counter bearing. This can only be avoided if a run-up curve that is difficult to produce is incorporated in the valve plate or on the counter bearing.

Fig. 3 zeigt eine weitere bekannte Spreizvorrichtung für ein UHV-Ventil mit der hohe Anpressdrücke der Ventilplatte erreicht werden können. Hiebei wird die Anpresskraft durch mehrere Rollen 11 übertragen, die reibungsfrei zwischen einander zugeordneten parallelen Bahnen zwischen Schubstange 12 und Ventilplatte 13 bzw. Gegenlager 14 bei einer Verschiebung der Schubstange 12 abrollen. Nachteilig ist hier, dass die Kraft zur Verschiebung der Schubstange proportional mit der Anpresskraft zunimmt und nicht wie bei den vorher beschriebenen Lösungen bei voller Spreizung wieder gegen Null geht. Eine selbsttätige Arretierung der Spreizvorrichtung tritt also nicht ein, sondern muss in den Antrieb der Schubstange verlegt werden, was zu einer weiteren Komplikation der Mechanik führt. Fig. 3 shows a further known expansion device for a UHV valve with which high contact pressures of the valve plate can be achieved. The pressing force is transmitted by several rollers 11, which roll smoothly between mutually assigned parallel paths between the push rod 12 and the valve plate 13 or counter bearing 14 when the push rod 12 is displaced. The disadvantage here is that the force for displacing the push rod increases proportionally with the pressing force and does not, as in the previously described solutions, go back to zero with full spread. An automatic locking of the expansion device does not occur, but must be installed in the drive of the push rod, which leads to a further complication of the mechanics.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Spreizvorrichtung für ein Vakuumschieberventil so zu verbessern, dass sie auch zur Übertragung sehr hoher Kräfte, wie sie z. B. bei Ultrahochvakuumventilen erforderlich sind, geeignet ist. Das erfindungsgemässe Vakuumschieberventil der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass mit der Ventilplatte, dem Gegenlager und der Hubstange zylindermantelförmige Abrollflächen aufweisende Körper starr verbunden und zwischen den Abrollflächen drehbare Rollen angeordnet und durch Käfige derart gehaltert sind, dass deren Achse und diejenigen der zylindermantelförmigen Abrollflächen beim Öffnen und Schliessen des Ventils ständig in einer Ebene liegen, wobei die Radien aller als starr verbundene Abrollflächen dienenden Zylindermäntel unter sich gleich sind. The present invention has set itself the task of improving the expansion device for a vacuum slide valve so that it can also be used to transmit very high forces, such as. B. are required in ultra-high vacuum valves is suitable. The vacuum slide valve according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized in that bodies having cylindrical jacket-shaped rolling surfaces are rigidly connected to the valve plate, the counterbearing and the lifting rod and rotatable rollers are arranged between the rolling surfaces and are held by cages in such a way that their axis and those of the cylindrical jacket rolling surfaces when The opening and closing of the valve are always in one plane, the radii of all cylinder jackets serving as rigidly connected rolling surfaces being the same among themselves.

Das Prinzip der Erfindung ist in den Fig. 4 und 5 schematisch dargestellt. Dabei zeigt Fig. 4 einen Schnitt längs A A' der Fig. 5 und Fig. 5 eine Ansicht der Fig. 4 von links. Fig. 6 zeigt ferner als ausführliches Beispiel ein teilweise geschnittenes Hochvakuumdurchgangsventil . The principle of the invention is shown schematically in FIGS. 4 and 5. 4 shows a section along A A 'of FIG. 5 and FIG. 5 shows a view of FIG. 4 from the left. 6 also shows, as a detailed example, a partially sectioned high vacuum passage valve.

In den Fig. 4 und 5 bezeichnet 15 die Ventilplatte und 16 das Gegenlager. 17,18 und 19 sind mit der Ventilplatte bzw. dem Gegenlager bzw. der Schubstange 20 fest verbundene zylinderförmige Körper, die den dazwischen befindlichen drehbaren Rollen 21 und 22 Abrollflächen bieten. Rolle 17 ist mit dem Bügel 23 verbunden, der seinerseits an der Ventilplatte 15 angeschweisst ist, und Rolle 18 mit dem Bügel 24, der am Gegenlager angeschweisst ist. Die Schubstange bildet an ihrem vorderen linken Ende eine Gabel, in der die Rolle 19 befestigt ist. 4 and 5, 15 denotes the valve plate and 16 the counter bearing. 17, 18 and 19 are cylindrical bodies which are firmly connected to the valve plate or the counterbearing or the push rod 20 and which provide the rolling surfaces 21 and 22 with rolling surfaces therebetween. Roller 17 is connected to the bracket 23, which in turn is welded to the valve plate 15, and roller 18 to the bracket 24, which is welded to the counter bearing. The push rod forms a fork at its front left end, in which the roller 19 is fastened.

Die drehbaren Rollen 21 und 22 sind in Käfigen 25 bzw. 26 geführt, die ihrerseits in den Rollen 17,18,19 gelagert sind. Bei der Bewegung der Schubstange 20 nach links rollen sich die Rollen 21 und 22 auf den zugeordneten Abrollflächen ab. Ihre Achsen bleiben dabei in einer Ebene. Deshalb werden auch keine seitlichen Kräfte auf die Führungskäfige ausgeübt und die Bewegung erfolgt praktisch reibungsfrei. Da Rollbewegungen nur zwischen den Rollen erfolgen, werden auch nur ihre Laufbahnen beansprucht und da nur die Rollen, nicht aber ihre Lagerungen hohe spezifische Kräfte aufzunehmen haben, brauchen nur diese aus Werkstoffen hoher Festigkeit hergestellt zu werden. Werden z.B. Hartmetallrollen verwendet, können ohne nennenswerte Reibungsverluste ausserordentlich hohe Anpresskräfte auf die Ventilplatte übertragen werden. The rotatable rollers 21 and 22 are guided in cages 25 and 26, which in turn are mounted in the rollers 17, 18, 19. When the push rod 20 moves to the left, the rollers 21 and 22 roll on the assigned rolling surfaces. Your axes remain in one plane. Therefore, no lateral forces are exerted on the guide cages and the movement is practically smooth. Since rolling movements only take place between the rollers, only their raceways are stressed and since only the rollers, but not their bearings, have to absorb high specific forces, only these need to be produced from materials of high strength. E.g. Tungsten carbide rollers can be used to transmit extraordinarily high contact forces to the valve plate without significant friction losses.

Fig. 6 zeigt als Beispiel ein gummigedichtetes Hochvakuumdurchgangsventil mit einem Ventilgehäuse 27, das z. B. aus Aluminiumguss besteht, in geschlossenem Zustand. Die Ventilplatte 28 und das Gegenlager 29 sind miteinander über Blattfedern 30 verbunden, die an ihren Enden mit Verbindungsstücken 31 und 32 verschraubt sind und die erforderliche Abstandsverringerung von Ventilplatte und Gegenlager bei der Öffnung des Ventiles erzwingen. Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführung sind die 3 feststehenden Rollen aus Stahl 33,34 und 35 an Ventilplatte 28, Gegenlager 29 und Schubstange 36 angeschweisst. Die Schubstange wird pneumatisch angetrieben. Der nicht gezeigte Antriebsmechanismus ist mit einem Federkörper 37 gegen das Gehäuseinnere abgedichtet. Fig. 6 shows an example of a rubber-sealed high vacuum straight-way valve with a valve housing 27 which, for. B. made of cast aluminum, in the closed state. The valve plate 28 and the counter bearing 29 are connected to one another via leaf springs 30, which are screwed at their ends to connecting pieces 31 and 32 and force the required reduction in the distance between the valve plate and counter bearing when the valve is opened. In the embodiment shown in FIG. 6, the 3 fixed rollers made of steel 33, 34 and 35 are welded to the valve plate 28, counter bearing 29 and push rod 36. The push rod is driven pneumatically. The drive mechanism, not shown, is sealed with a spring body 37 against the interior of the housing.

Verbindungsstück 31 dient zugleich als Anschlag beim Schliessen des Ventils, Verbindungsstück 32 gleichzeitig als Führung für die Schubstange. Connector 31 also serves as a stop when closing the valve, connector 32 also serves as a guide for the push rod.

Mit der beschriebenen Konstruktion wird zum ersten Mal eine Lösung für einen Spreizmechanismus für unmittelbare Kraftübertragung vorgeschlagen, bei der praktisch keine Reibungs2 With the construction described, a solution for an expansion mechanism for direct power transmission is proposed for the first time, in which there is practically no friction2

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10 10th

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20 20th

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kräfte zu überwinden sind, ohne grosse Kosten Hartmetall zur Übertragung der Rollkräfte eingesetzt und gleichzeitig eine mit der Schubstangenbewegung progressiv zunehmende Anpresskraft übertragen werden kann. forces have to be overcome, hard metal can be used to transmit the rolling forces without great costs and at the same time a contact force that increases progressively with the push rod movement can be transmitted.

Zwar treten, wenn die parallelen Achsen der Rollen und der Abrollflächen nicht ganz genau in einer Ebene liegen, an den drehbaren Rollen geringe Kräfte senkrecht zur genannten Ebene auf, doch können diese leicht durch die Führungskäfige 25 und 26 aufgenommen werden; nennenswerte Reibungsverluste verursachen diese schwachen Kräfte nicht. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, ist es nicht notwendig, dass die die Abrollfläche aufweisenden Körper vollständige Zylinder sind. Es genügt vielmehr, wenn sie insoweit zylindermantelförmige Aussenflächen besitzen, als die 5 beim Öffnen und Schliessen des Ventils stattfindenden Abrollbewegungen dies erfordern. Wohl aber müssen, wie gesagt, die feststehenden Abrollflächen den gleichen Krümmungsradius aufweisen. Die dazwischen befindlichen drehbaren Rollen dagegen können einen kleineren oder grösseren Radius besitzen. If the parallel axes of the rollers and the rolling surfaces are not exactly in one plane, small forces occur perpendicular to the plane on the rotatable rollers, but these can easily be absorbed by the guide cages 25 and 26; Significant friction losses do not cause these weak forces. As can be seen from FIG. 4, it is not necessary for the bodies having the rolling surface to be complete cylinders. Rather, it is sufficient if they have cylindrical outer surfaces insofar as the 5 rolling movements taking place when the valve opens and closes require this. However, as I said, the fixed rolling surfaces must have the same radius of curvature. The rotatable rollers located in between, however, can have a smaller or larger radius.

M M

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings