Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schieberventil gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1, und insbesondere ein Schieberventil, welches zum Öffnen und Schliessen einer Vakuumkammer geeignet ist.
Als Schieberventile zum Öffnen und Schliessen eines Strömungsweges zwischen Kammern werden üblicherweise Ventile verwendet, wie sie beispielsweise in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 9-303 577, der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 10-227 365 oder ähnlichen Anmeldungen beschrieben sind. Beispielsweise werden Ventile verwendet, welche einen Schieber aufweisen, der am Ende eines Schaftes befestigt ist, welcher Schaft von einer Zylindervorrichtung angetrieben wird. Dabei wird der Schieber gegen einen Ventilsitz gepresst, der um eine Ventilöffnung angeordnet ist, indem der Schaft gekippt wird, nachdem der Schieber von dem Schaft in der Ventilöffnung gegenüberliegende Stellung gebracht worden ist.
Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, wird bei dem bekannten Schieberventil normalerweise ein an der Peripherie des rechteckigen Schiebers 32 angebrachtes Dichtungselement 33 in Kontakt mit dem Ventilsitz 31 gebracht respektive von diesem wieder gelöst, welcher Ventilsitz um eine rechteckige Ventilöffnung 30 angeordnet ist, da zwischen dem Schieberventil und der Vakuumkammer ein Teil des Strömungswegs liegt. Bei dieser Anordnung wird an gegenüberliegenden Enden des Schiebers 32 eine Biegung delta erzeugt, wie dies durch die strichpunktierte Linie in Fig. 4 dargestellt ist, wenn ein mittlerer Bereich der längeren Seite des Schiebers 32 an dem Schaft 34 befestigt ist und der Schieber 32 in Kontakt mit dem Ventilsitz 31 gebracht respektive von diesem gelöst wird.
Diese Biegung ist ausgeprägt, wenn das Schieberventil vergrössert ist und die Länge L zwischen den Dichtungsbereichen auf einer Seite der Längsseite des Schiebers 32 relativ gross ist, während bei einem relativ kleinen Schieber keine Probleme entstehen.
Im Schieberventil wird mit anderen Worten vom Ventilsitz 31 auf den Schieber 32 eine Gegenkraft ausgeübt, wenn die Dichtung 33 des Schiebers 32 der vom Schaft 34 erzeugten Kraft F ausgesetzt ist und gegen den Ventilsitz 31 gedrückt wird, und zwar als Folge des Produktes einer Kraft pro Längeneinheit einer Dichtungslinie und einer Länge der Dichtungslinie. In diesem Fall wirkt das Produkt aus Dichtungslänge M und Kraft pro Längeneinheit als erhöhte Kraft auf jede der einander gegenüberliegenden Endbereiche der längeren Seite des Schiebers 32, wohingegen die Kraft auf einen Teil der Länge L in Längsrichtung des Schiebers 32 als gleichmässige Kraft wirkt. Demzufolge wird die auf den Schieber 32 einwirkende Kraft so verteilt, dass die erhöhte Kraft bzw.
Beanspruchung auf jeden der einander gegen-überliegenden Endbereiche der längeren Seiten, an denen das maximale Biegemoment angreift, wirkt und so ausserordentlich gross wird, dass die einander gegenüberliegenden Endbereiche wegen der Spannung und Biegung am ehesten verbogen werden.
Wenn die Biegung delta , wie oben beschrieben, in einander gegenüberliegenden Bereichen des Schiebers 32 erzeugt wird, wird die Dichtungseigenschaft der Dichtung 33 verringert. Deshalb werden Massnahmen in solcher Weise ergriffen, dass die Dicke des Schiebers 32 vergrössert wird, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen und dadurch ein zweites Flächenmoment zu vergrössern, oder in solcher Weise, dass der Schaft 34 in Form einer Mehrzahl von Verbindungsteilen in Gabelform ausgebildet wird oder in eine Mehrzahl von Schaftsegmenten unterteilt wird, beispielsweise um dadurch die Angriffsbereiche zu verteilen und damit die wirksame Länge L erheblich zu vermindern, und damit die Biegung an den gegenüberliegenden Endbereichen zu vermindern.
Wenn die Dicke des Schiebers 32 vergrössert wird, wird auch die Dicke des Schieberventils selbst vergrössert, was eine gesamthafte Gewichtszunahme und eine erhöhte Vibration beim Öffnen und Schliessen des Ventils zur Folge hat. Wenn der Schieber 32 an mehreren Stellen gehalten wird, und zwar mit Hilfe durch Unterteilung des Schaftes 34 in eine Mehrzahl von Verbindungssegmenten und dergleichen, wird der Aufbau kompliziert und führt zu Kostenerhöhungen; ferner können die Vakuumeigenschaften in einigen Fällen beeinträchtigt werden, wenn die Abmessungen des Schieberventils verkleinert werden.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die oben beschriebenen Probleme zu beheben und es ist ein technisches Ziel der Erfindung, ein Schieberventil zu schaffen, bei welchem die Erzeugung einer Durchbiegung delta an einander gegenüberliegenden Endbereichen durch ein Biegemoment, welches auf den Schieber einwirkt, im oben beschriebenen Schieberventil in einfacher Weise unterdrückt werden kann.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Schieberventil zu schaffen, bei dem eine Befestigungsanordnung zwischen einem Schieber und einem Schaft derart verbessert wird und ein zweites Flächenmoment des Schiebers derart erhöht wird, um die Biegung an den einander gegenüberliegenden Enden des Schiebers zu vermindern.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Schieberventil zu schaffen, bei welchem das Gewicht des Schiebers durch einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit desselben vermindert wird, und der Verformungsgrad des Schiebers im geschlossenen Zustand vermindert wird, um eine Dichtungs- bzw. Schliesskraft auch mit einer kleinen Ventilschliesskraft gleichmässig ausüben zu können, um damit eine leckarme Abdichtung zu erzeugen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Schieberventil zu schaffen, bei welchem die Anwendung eines grossen Schieberdrucks gegen den Ventilsitz nicht notwendig ist, und es damit möglich ist, eine Zylindervorrichtung zum Andrücken des Schiebers gegen den Ventilsitz mit kleineren Abmessungen und mit einer geringen Kraft zu verwenden, und wodurch es unnötig wird, die Gesamtfestigkeit der Ventilteile zu erhöhen.
Um die obigen Ziele zu erreichen, wird ein Schieberventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen. Bei einem erfindungsgemässen Schieberventil wird ein zentraler Bereich einer längeren Seite eines rechteckigen Schiebers an dem Ende eines Schaftes befestigt, welcher Schaft mit Hilfe einer Zylindervorrichtung betrieben wird, und wobei der Schieber gegen einen, um eine rechteckige Ventilöffnung angeordneten Ventilsitz gedrückt wird, in dem der Schaft mit Hilfe von Kippmitteln gekippt wird, nachdem der Schieber, durch den mit Hilfe der Zylindervorrichtung angetriebenen Schaft, in eine, der Ventilöffnung gegenüberliegende Stellung, bewegt worden ist.
Der Schieber ist so ausgebildet, dass er eine ungleichmässige Wanddicke aufweist, mit einer grossen Dicke im Bereich eines Anlenkbereichs, welcher mit dem Schaft verbunden ist, und mit einer geringen Dicke an jedem der einander gegenüberliegenden Endbereiche.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemässen Schieberventils weist die Merkmale des Anspruchs 2 auf. Bei diesem Schieberventil ist ein Verbindungsloch für die Verbindung des Schaftes mit dem Schieber und für dessen Betätigung in einem Anlenkbereich des Schiebers eingeformt, wobei dieses Verbindungsloch so geformt ist, dass eine Dicke des Schiebers auf der Seite der Ventilsitz-Kontaktfläche gross ist, und dass eine Dicke des Schiebers auf der dieser Fläche gegenüberliegenden Seite gering ist, und dass das Schaftende in das Verbindungsloch einsetzbar ist, um den Schieber mit dem Schaft zu verbinden.
Bei einem Schieberventil mit dem obigen Aufbau kann der Schieber mit geringem Gewicht ausgebildet werden, da die mechanische Festigkeit des Schiebers selbst wirksam vergrössert ist und die Durchbiegung der einander gegenüberliegenden Endbereiche gering ist. Dies wird erfindungsgemäss erzielt durch die Erhöhung der Dicke des Anlenkbereichs in der Mitte des Schiebers, welcher Bereich die maximale Biegebeanspruchung von der durch den Schaft ausgeübten Kraft aufnimmt. Diese Erhöhung der Dicke im Anlenkbereich führt zu einer ungleichmässigen Wanddicke des Schiebers und führt zur Unterdrückung der durch das Biegemoment erzeugten Biegung an den einander gegenüberliegenden Endbereichen des Schiebers.
Weil das Verbindungsloch zur Verbindung des Schiebers mit dem Schaft im Schieber selbst eingeformt ist, und weil die, die Zugspannung aufnehmende Dicke des Schiebers auf der Seite der Ventilsitz-Kontaktfläche vergrössert ist, und die, die Zugspannung aufnehmende Dicke auf der gegenüberliegenden Schieberseite verringert ist, wodurch das zweite Flächenmoment erhöht wird, ist es möglich, die Biegung an den einander gegenüberliegenden Endbereichen des Schiebers weiter zu vermindern.
Weil ein Teil der Verformung des Schiebers im geschlossenen Zustand durch die Vergrösserung der mechanischen Festigkeit des Schiebers vermindert wird, ist es möglich, eine dichtend wirkende Kraft gleichmässig auszuüben, und zwar mit einer geringen Ventilschliesskraft, um eine leckarme Abdichtung zu erzielen. Da es unnötig ist, den Schieber fest gegen den Ventilsitz zu pressen, ist es möglich, eine Zylindervorrichtung mit geringen Abmessungen zu verwenden und es ist unnötig, die Gesamtfestigkeit aller Ventilteile zu erhöhen.
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine partielle Schnittansicht der Vorderseite einer Ausführungsform eines Schieberventils gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei die linke Seite einen Zustand zeigt, in welchem ein Schieber in einer geschlossenen Stellung an einem Ventilsitz anliegt und die rechte Seite einen Zustand zeigt, in welchem ein Schieber in einer offenen Stellung des Ventils ist; Fig. 2 zeigt ein partielles Schnittbild einer Seitenansicht von Fig. 1; Fig. 3 ist eine Draufsicht auf den Schieber in der obigen Ausführungsform; Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Schiebers eines bekannten Schieberventils; und Fig. 5 ist eine Vorderansicht des Schiebers bei dem bekannten Schieberventil.
Die Fig. 1-3 zeigen eine Ausführungsform eines Schieberventils gemäss der vorliegenden Erfindung.
Dieses Schieberventil umfasst ein Paar Zylindervorrichtungen 2 (von denen eine nicht gezeigt ist) auf einem Sockel 1, welcher einen Hauptteil eines Hauptrahmens bildet, eine Verbindungsplatte 4, die mit den Kolbenstäben 3 in diesen Zylindervorrichtungen 2 über einen Schaft 6 zum Antrieb eines Schiebers 5 gekoppelt ist, wobei der Schaft 6 den Schieber 5 zwischen einer offenen Ventilstellung oberhalb einer Ventilöffnung 7, wie auf der rechten Seite von Fig. 1 gezeigt, und einer geschlossenen Stellung über einem Ventilsitz 8, wie auf der linken Seite von Fig. 1 und 2 gezeigt, nach oben und unten bewegt.
Der Schaft 6 ist luftdicht durch den Sockel 1 mittels eines (nicht dargestellten) Balges geführt und ist zum Kippen durch einen horizontalen Schaft abgestützt, der parallel zu einer Oberfläche der Zeichnung auf dem Sockel 1 vorgesehen ist. In einer Stellung, in welche der Schieber 5 an der Ventilöffnung 7 anliegt, und in welche Stellung der Schieber 5 durch Antrieb der Zylindervorrichtung 2 bewegt worden ist, wie in der linken Seite von Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, wird der Schaft 6 um den horizontalen Schaft gekippt, in dem die Zylindervorrichtung 2 weiter angetrieben wird, um den Schieber 5 gegen den Ventilsitz 8 zu drücken, der um die Ventilöffnung 7 angeordnet ist. Die Kippmittel zum Kippen des Schafts 6 sind in den Zeichnungen nicht speziell dargestellt und es können jedwelche bekannte Einrichtungen als Kippmittel verwendet werden.
Deshalb, nach Bewegen des Schiebers 5 in die Stellung gegenüber der Ventilöffnung 7 durch Antrieb des Schafts 6 mittels der Zylindervorrichtung 2, wird die Zylindervorrichtung weiter angetrieben, um den Schaft 6 mit den Kippmitteln 6 zu kippen und dadurch den Schieber 5 gegen den um die Ventilöffnung 7 angeordneten Ventilsitz 8 zu pressen. Solche Mittel sind üblicherweise bekannt und alle solchen bekannten Mittel können in zweckmässiger Weise verwendet werden.
Die Ventilöffnung 7 hat eine rechteckige Form, wie in der Zeichnung dargestellt, wobei der Schieber 5, für den Kontakt mit und zur Trennung von dem um die Ventilöffnung 7 angeordneten Ventilsitz 8 eine rechteckige Form entsprechend der Form des Ventilsitzes 8 aufweist, und ein Mittelbereich einer längeren Seite des Schiebers 5 an einem Ende des Schafts 6 befestigt ist.
Im Anlenkbereich beim Zentrum des Schiebers 5, weist dieser eine grössere Wanddicke auf, da der Schieber 5, wegen seiner Verbindung mit dem Schaft 6 und während einer vom Schaft 6 ausgeübten Kraft, eine maximale Biegebeanspruchung erleidet. Der Schieber 5 weist an seinen Seitenenden eine geringere Wanddicke auf, wie aus Fig. 3 zu erkennen ist. Auf diese Weise hat der Schieber 5 eine ungleichmässige Wanddicke, um damit eine, durch ein Biegemoment verursachte Biegung an den gegenüberliegenden Seitenenden zu unterdrücken.
Der Schieber 5 ist ausserdem mit einem halbkreisförmigen Verbindungsloch 9 versehen zur Verbindung des Schafts 6 mit dem Anlenkteil, wobei ein halbkreisförmiger Teil am Betätigungsende des Schafts 6 in das Verbindungsloch 9 eingesetzt ist und wobei eine Schraube 10 in den Schieber 5 eingeschraubt ist, um damit den Schaft 6 zu fixieren. Das Verbindungsloch 9 weist auf der Seite der Kontaktfläche beim Ventilsitz 8 eine plane Fläche und auf der entgegengesetzten Seite eine bogenförmige Fläche auf.
Das Verbindungsloch 9 ist so ausgebildet, dass eine Abstand a des Schiebers 5 auf der Seite der Kontaktfläche mit den Ventilsitz gross ist im Vergleich zu einem Abstand b auf der anderen Seite des Verbindungslochs 9. Auf diese Weise wird das zweite Flächenmoment des Schiebers 5 erhöht, um die Biegung an den gegenüberliegenden Schmalseiten des Schiebers 5 zu unterdrücken.
Bei einem Schieberventil mit dem obigen Aufbau ist es möglich, den Schieber 5 so auszubilden, dass dieser ein geringeres Gewicht aufweist und kleiner als herkömmliche Schieber sein kann. Dies ist möglich, indem die Wanddicke des Schiebers 5 in seinem mittig angeordneten Anlenkbereich vergrössert wird, auf welchen Anlenkbereich das von der Kraft des Schafts 6 erzeugte maximale Biegemoment wirkt, und damit die vom Biegemoment erzeugte Biegung der einander gegenüberliegenden Schmalseiten des Schiebers 5 unterdrückt wird.
Da die Form des Verbindungslochs 9 des Schiebers 5 es erlaubt, den Schieber 5 und den Schaft 6 miteinander zu verbinden, ohne dass der Schaft 6 an der Rückseite des Schiebers 5 fixiert werden muss, und weil die Schieberdicke, welche die Zugspannung auf der Seite der Ventilsitz-Kontaktfläche aufnimmt, vergrössert ist, und weil die Schieberdicke auf der gegenüberliegenden Seite, welche die Druckspannung aufnimmt, verringert ist, und dadurch das zweite Flächenmoment erhöht wird, ist es möglich, die Biegung in den gegenüberliegenden Endbereichen des Schiebers 5 weiter zu verringern.
Darüber hinaus ist es, wie oben beschrieben, möglich, mit einer geringen Ventilschliesskraft eine gleichmässige Abdichtungskraft zu erzeugen und eine Abdichtung mit geringem Leckanteil zu erzielen. Dies wird durch eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Schiebers 5 erreicht, welche Festigkeit, im geschlossenen Zustand des Ventils, zu einer Verringerung des Verformungsanteils des Schiebers 5 führt. Weiterhin ist es möglich, die Ermüdungsfestigkeit des Schiebers 5 dadurch zu verbessern, dass am Schieber 5 geringere Biegekräfte anliegen. Weil es nicht erforderlich ist, den Schieber 5 mit grossen Kräften gegen den Ventilsitz 8 zu pressen, ist es möglich, Zylindervorrichtungen 2 geringer Grösse zu verwenden und ist es nicht erforderlich, die Gesamtfestigkeit des Ventils zu erhöhen.
Bei dem erfindungsgemässen Schieberventil ist es möglich, ein Schieberventil zu schaffen, bei welchem die, durch das am Schieber 5 anliegende Biegemoment erzeugten Verbiegungen an den gegenüberliegenden Endteilen des Schiebers 5, unterdrückt werden und bei welchem Schieberventil das zweite Flächenmoment des Schiebers, durch eine Verbesserung der Befestigungsanordnung zwischen dem Schieber 5 und dem Schaft 6, erhöht ist, womit die Biegung an den gegenüberliegenden Enden des Schiebers 5 weiter vermindert wird.