CN110809686B - 具有压力传感器的真空阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种真空阀(1)，该真空阀(1)具有阀塞(4)和与该阀塞(4)耦合的、优选地气动或电动气动的具有压力介质的驱动单元(7、7’)。该真空阀(1)还具有压力传感器(10、10’)，使得能测量压力介质的压力。

Description

具有压力传感器的真空阀
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个压力传感器的真空阀和这种方法。
背景技术
通常，在来自现有技术的不同的实施方式中公知用于调节体积流或质量流和/或用于使引导经过在阀壳体内成型出的孔的流道基本上气密关闭的真空阀，而且尤其是在真空室系统的情况下在IC、半导体或衬底制造的领域使用这些真空阀，所述IC、半导体或衬底制造必须尽可能在不存在污染颗粒的情况下在受保护的气氛中进行。这种真空室系统尤其包括：至少一个被设置用于容纳待加工或待制造的半导体元件或衬底的、可抽真空的真空室，该可抽真空的真空室具有至少一个真空室孔，通过该至少一个真空室孔能使这些半导体元件或其它衬底导入到真空室中或者从真空室中出来；以及至少一个真空泵，用于将真空室抽真空。例如，在用于半导体晶圆或液晶衬底的制造设备中，高度敏感的半导体或液晶元件按顺序地经过多个过程真空室，其中处在这些过程真空室之内的部件分别借助于加工设备来加工。不仅在过程真空室之内的加工过程期间，而且在各室之间的运输期间，这些高度敏感的半导体元件或衬底都必须始终处在受保护的气氛中，尤其是处在无空气环境下。
为此，一方面使用外围阀，用于打开和关闭送气或排气，而另一方面使用转移阀，用于打开和关闭真空室的用来使这些部件进入和出来的转移孔。
半导体部件所经过的真空阀由于所描述的应用领域和与之相关联的尺寸而被称作真空转移阀，由于其多数是矩形的孔横截面而也被称作矩形阀，而由于其常见的工作原理而也被称作滑阀、矩形滑阀或转移滑阀。
外围阀尤其被用于控制或调节在一个真空室与真空泵或另一个真空室之间的气流。外围阀例如处在过程真空室或者转移室与真空泵、大气或者另一过程真空室之间的管道系统之内。这种阀(也被称作泵阀)的孔横截面通常比在真空转移阀的情况下小。因为外围阀根据应用领域不仅被用于使孔完全打开和关闭、而且用于通过在完全打开位置与气密关闭位置之间连续地调整孔横截面来控制或调节流量，所以所述外围阀也被称作调节阀。可能的用于控制或调节气流的外围阀是钟摆阀。
在典型的钟摆阀中，如从US 6089537(Olmsted)中公知的那样，在第一步骤中，使通常为圆形的阀盘通过通常同样是圆形的孔从使该孔开放的位置、即打开位置转动地枢转到将该孔遮盖住的中间位置。在滑阀的情况下，诸如在US 6416037(Geiser)或US 6056266(Blecha)中所描述的那样，阀盘以及孔大多矩形地来构造并且在该第一步骤中从使该孔开放的位置直线地移动到将该孔遮盖住的中间位置。在该中间位置，钟摆阀或滑阀的阀盘处在与包围该孔的阀座间隔开的相反位置。在第二步骤中，在阀盘与阀座之间的距离被缩小，使得阀盘与阀座均匀地被压到彼此上，使得阀塞达到关闭位置，在该关闭位置，孔基本上气密地被封闭。该第二运动优选地基本上朝着垂直于阀座的方向进行。
例如，密封要么可以通过布置在阀盘的密封侧的密封圈(该密封圈被压到环绕着该孔的阀座上)来实现，要么可以通过在阀座上的密封圈来实现，阀盘的密封侧被压到该密封圈上。通过在两个步骤中实现的关闭过程，在阀盘与阀座之间的密封圈几乎没有受到会破坏该密封圈的剪切力，因为阀盘在第二步骤中基本上直线形地垂直地运动到阀座上。
不同的密封设备从现有技术中公知，例如从US 6629682 B2(Duelli)中公知。适合于密封圈和在真空阀中的密封的材料例如是氟橡胶、也被称作FKM，尤其是在品名“Viton(维通)”下公知的含氟弹性体，以及全氟橡胶，简称FFKM。
从现有技术中公知不同的驱动系统，用于实现阀盘的在钟摆阀的情况下转动的、而在滑阀的情况下平移的平行地经过孔的运动、以及基本上平移的垂直地于该孔上的运动，例如从针对钟摆阀的US 6089537(Olmsted)中以及从针对滑阀的US 6416037(Geiser)中公知的那样。
在此，驱动单元例如借助于电动机来提供对于移动来说所需的力或能量，该电动机驱动阀塞，例如通过与调节臂的耦合来驱动阀塞。通常，从现有技术、例如DE 197 46 241A1中公知气动驱动单元，这些气动驱动单元具有至少一个用压力介质来运行的活塞-气缸单元，该活塞-气缸单元与阀塞耦合。
必须将阀盘压到阀座上，使得不仅在整个压力范围内保证了所要求的气密性，而且避免了由于压力负荷过大而对密封介质、尤其是以O型圈的形式的密封圈的损坏。为了确保这一点，已知的阀规定了阀盘的根据在两个阀盘侧之间存在的压力差来调节的挤压力调节。特别是在压力波动大或者从欠压变换到过压或者反过来从过压变换到欠压时，却不能总是确保沿着密封圈的整个周向的均匀的力分布。一般来说，力求使密封圈与从附到阀上的压力而得到的支撑力脱开。为此，例如在US 6629682(Duelli)中，提出了一种具有密封介质的真空阀，该密封介质由密封圈和相邻的支撑环组成，使得密封圈基本上摆脱了支撑力。
为了达到所要求的气密性，必要时不仅针对过压而且针对欠压达到所要求的气密性，除了第二运动步骤之外或者替选于第二运动步骤，有些公知的钟摆阀或者滑阀规定了一种可垂直于阀盘移动的、将孔包围的阀环，为了使阀气密关闭，该阀环被压到阀盘上。这种具有相对于阀盘可主动地移动的阀环的阀例如从DE 1 264 191 B1、DE 34 47 008 C2、US 3145969(von Zweck)和DE 77 31 993 U中公知。在US 5577707(Brida)中，描述了一种钟摆阀，该钟摆阀具有：具有孔的阀壳体；和可经过孔平行地枢转的用于控制经过该孔的流量的阀盘。将该孔包围的阀环能借助于多个弹簧和压缩空气气缸垂直地朝着阀盘的方向主动地运动。在US 2005/0067603 A1(Lucas等人)中提出了该钟摆阀的一种可能的衍生物。
因为上文提到的阀尤其是在真空室中制造高度敏感的半导体元件时投入使用，所以也必须针对这种处理室可靠地确保相对应的密封效果。为此，尤其是密封材料或者在压紧时与密封材料保持接触的密封面的状态是重要的。在真空阀的运行时长的过程中，通常可能出现密封材料或密封面的磨损。
此外，驱动系统或阀的机械运动的构件容易出错。例如，由于磨损或老化现象或者由于外部干扰影响、如机械冲击以及诸如此类的外部干扰影响，可能发生气动阀驱动装置的活塞-气缸单元的损坏，例如以活塞不密封或者内部摩擦提高的形式。这种现实情况可能导致对真空阀的密封效果或一般来说真空阀的功能或可靠性的损害。到目前为止，在现有技术中不可能提早或事先识别出这种故障。
因此，为了使阀或密封的质量保持在恒定地足够高的水平，通常每隔一段时间就对阀进行维护，其方式常常是：更换或修复阀的部件诸如密封部、气动驱动部件或者阀整体。在此，这种维护周期大多在一定的时间段内所要预期的打开和关闭周期的数目方面来安排。因此，大多预防性地进行维护，以便可以事先尽可能地排除不密封性或者其它功能失常的出现。
该阀维护的缺点在于其预防性的特点。该维护所涉及的部件大多在这些部件的正常的或实际的使用寿命期满之前被修复或替换，这意味着成本花费提高。此外，每个这样的维护步骤通常都需要生产过程的一定的停机时间以及被提高的技术和财务花费。那么总而言之，这意味着生产以短于所需要的时间间隔而比确实会需要的更频繁的时间间隔停机。
发明内容
因此，本发明所基于的任务在于：提供一种经改善的真空阀，该真空阀允许优化的运行。
本发明的另一任务在于：提供一种经改善的真空阀，该真空阀允许优化的阀维护并且借此允许对可能的过程停机的改善、也就是说缩短。
本发明的另一任务在于：提供一种经改善的真空阀，该真空阀能够实现对各个阀部件的使用寿命的延长。
本发明的另一任务是：提供一种经改善的用于控制真空阀的方法。
这些任务都通过实现独立权利要求的表征性特征来解决。本发明以替选的或者有利的方式进行扩展的特征能从专利从属权利要求中得知。
本发明的基本思想是：给带具有压力介质的、优选地气动或电动气动的驱动单元的真空阀配备压力传感器，该压力传感器能够实现对驱动单元的压力介质的压力测量。
因此，本发明的主题是一种真空阀、优选地真空滑阀、钟摆阀或单阀，用于调节体积流或质量流和/或用于使流道气密地中断，该真空阀具有阀座，该阀座具有限定孔轴线的阀孔和环绕着阀孔的第一密封面。在这种情况下，阀座可以是真空阀的集成的或结构性的组成部分而且尤其是表现为阀壳体的一部分。替选地，阀座可以通过处理室、例如真空室的孔形成而且在与相对于阀座能运动的阀塞共同起作用的情况下形成就本发明而言的真空阀。
该真空阀还包括阀塞、尤其是阀盘，用于调节体积流或质量流和/或用于使流道中断，该阀塞具有与第一密封面相对应的第二密封面，该第二密封面的可变的方位通过阀塞的相应的位置和取向来确定。该真空阀还具有与阀塞耦合的驱动单元，该驱动单元具有至少一个活塞-气缸单元，该活塞-气缸单元具有至少一个活塞和气缸孔。该驱动单元优选地是气动或电动气动形式，但是该驱动单元也可以构造为液压驱动单元。该驱动单元还具有压力介质，用于对活塞的至少一个压力有效的面进行加载，从而实施阀塞的调整运动。这样，借助于驱动单元，阀塞能从打开位置被调调整到关闭位置、以及能从关闭位置被调节回到打开位置，在该打开位置，阀塞和阀座相对于彼此无接触，在该关闭位置，尤其是通过密封部，在第一密封面与第二密封面之间存在关于孔轴线轴向地密封的接触部，而且阀孔由此气密地密封。
可选地，这两个密封面中的一个或两个具有由密封材料构成的密封部。密封材料例如可以是基于聚合物的材料(例如弹性体、尤其是含氟弹性体)，该基于聚合物的材料硫化到密封面上或者作为O型圈存在于阀塞或阀座中的凹槽中。因此，在本发明的范围内，优选地考虑如下那些面作为密封面，在这些面的情况下，为了将阀孔密封(关闭位置)，由密封材料构成的密封部以被压紧的方式存在。
按照本发明，该真空阀还包括至少一个压力传感器，其中该压力传感器构造并且布置为使得能执行对压力介质的压力测量。
因此，按照本发明的真空阀具有压力传感器(优选地在驱动单元中并且在那里例如集成到驱动单元的压力介质管道线路或压力介质软管线路中)，该压力传感器例如以确定的时间间隔来测量压力介质的压力。优选地，压力传感器构造为对压力介质的连续的压力测量，使得例如实现对压力介质压力的持续的监控。
此外，压力传感器的压力测量范围可选地与驱动单元的压力工作范围匹配，其中有利地维持裕量用于可能的不正常的压力偏差。优选地，压力传感器被构造用于测量在0bar与10bar之间的压力范围，其中作为另一选项，将所测量的压力转换成优选地从0至10伏特的模拟输出信号和/或数字输出信号。在此，数字输出信号优选地通过数字接口(例如SPI或I2C)来传输或转发。在一些实施方式中，涉及用于绝对压力测量的压力传感器。
为了压力测量，该压力传感器具有可形变的膜片和/或压电晶体和/或压电谐振器。那么，该压力传感器的工作原理因此是膜片由于压力介质的作用(以及例如通过感应测量或电容测量对形变的检测)而引起的机械形变，或者对由于压力或力作用而引起的电荷或其变化的测量或者对由于力作用而引起的振动特性的变化的测量。
在按照本发明的真空阀的特别有利的实施方式中，该压力传感器布置在通过真空阀来限定的与外部环境隔离的真空区域之外。
可选地，该压力传感器布置在真空阀中，使得能测量活塞-气缸单元的至少一个输入压力。优选地，真空阀构造为使得能测量活塞-气缸单元的两个输入压力。替选地或附加地，该压力传感器(或另一压力传感器)布置在真空阀中，使得能测量在气缸的至少一个室、尤其是两个室内的压力。
在有些实施例中，该真空阀具有两个活塞-气缸单元，用于朝着两个不同的、尤其是彼此基本上正交的方向调整阀塞。
接着，优选地，每个活塞-气缸单元都具有至少一个压力传感器，用于对相应的压力介质或相应的活塞气缸单元的相应的压力测量或在相应的气缸(区段)中的相应的压力测量。替选地，该真空阀具有(“共同的”)压力传感器，该(“共同的”)压力传感器构造用于对两种压力介质或两个活塞-气缸单元的压力测量，例如通过按顺序地进行切换来构造用于对两种压力介质或两个活塞-气缸单元的压力测量。
在另一扩展方案中，该真空阀还具有位置传感器，该位置传感器构造用于尤其是连续地测量阀塞和/或活塞的位置。在此，可选地，位置测量和压力测量能彼此匹配，使得能确定用于从静止位置、优选地打开位置和/或关闭位置出发调整阀塞和/或活塞所需的压力。作为另一选项，该压力传感器和该位置传感器被构造为使得不仅能依据压力测量而且能依据位置测量来分别推导出阀塞和/或活塞的运动。例如，由压力测量能推导出作用于活塞的力并且借此在知道该活塞的质量以及必要时其它参数的情况下能推导出(所预期的)运动，并且依据位置能推导出(实际的)运动(位移-时间特性曲线)。作为另一替选方案或另一补充方案，该压力传感器和该位置传感器构造为使得能依据压力测量和位置测量来产生力-位移特性曲线。接着，尤其是在带密封部的阀的情况下，能确定该密封部的力-位移特性曲线，对该力-位移特性曲线的评估例如可以使在密封材料中的可能的变化被识别出。
此外，该位置测量和所提及的借助于压力传感器的压力测量彼此匹配或能彼此匹配，使得能确定为从静止位置、尤其是打开和/或关闭位置出发调整阀塞所需的压力。因此，即例如通过并行的位置和压力测量就可以确定驱动单元必须构造怎样的压力，以便阀塞从打开或关闭位置出发进行运动或开始从打开或关闭位置出发进行运动。
可选地，阀座通过该真空阀的在结构上与该真空阀连接的部分来形成，尤其是其中阀座构造在真空阀的壳体上，或者由处理室、尤其是室壳来提供。
在一个实施方式中，该真空阀具有监视和控制单元，用于利用用于在打开位置与关闭之间调整阀塞的预先限定的控制值来操控驱动单元，其中驱动单元、阀塞和传感器构造并且共同起作用为使得这些控制值基于压力传感器的测量信号来设定，尤其是使得该测量信号持续地对应于预先限定的额定值。
在此，可选地，该真空阀、该传感装置以及该监视和控制单元例如配置为使得该压力传感器为了提供和传输测量信号而例如通过传统的有线或无线的连接来与该监视和控制单元保持单向或双向通信。
在另一扩展方案中，该真空阀具有这样构造的处理单元、尤其是由监视和控制单元或传感装置来提供的处理单元，使得由处理单元所检测到的压力传感器测量信号能借助于处理单元来处理并且依据所检测到的压力传感器测量信号来确定真空阀的状态信息。该状态信息例如关于阀塞和/或驱动单元的机械上的和/或结构上的完整性方面来提供，尤其是其中该状态信息借助于针对所检测到的压力传感器测量信号的实际-额定比较来确定，例如基于针对驱动单元的参考设置的所检测到的以及所预期的压力来确定。可选地，基于状态信息与预先限定的容差值的对照来提供输出信号，该输出信号关于对通过该真空阀来控制的过程的评价，例如评价“是否达到所要求的(密封)效果”或者“是否可以识别出例如驱动单元或者密封面的可能的损坏”。例如，接着可以通过视觉或声音信号向用户显示：过程是否在所要求的容差之内进行或者是否能预期到不符合期望地低于或超过这种容差(例如基于调整速度或者最终位置)。
本发明还包括一种用于控制真空阀、尤其是真空滑阀、钟摆阀或单阀的方法，其中该真空阀构造用于调节体积流或质量流和/或用于使流道气密地中断。在此，所要控制的真空阀具有：阀座，该阀座具有限定孔轴线的阀孔和环绕着该阀孔的第一密封面；阀塞、尤其是阀盘，用于调节体积流或质量流和/或用于使流道中断，该阀塞具有与第一密封面相对应的第二密封面，该第二密封面的可变化的方位通过阀塞的相应的位置和取向来确定。该阀还具有至少一个与阀塞耦合的驱动单元，该驱动单元具有至少一个活塞-气缸单元，该活塞-气缸单元具有至少一个活塞和气缸孔，其中该驱动单元还具有压力介质，用于加载活塞的至少一个压力有效面，使得该阀塞能从打开位置被调整到关闭位置而且能从关闭位置被调整回到打开位置，在该打开位置，阀塞和阀座相对于彼此无接触，在该关闭位置，尤其是通过密封部，在第一密封面与第二密封面之间存在关于孔轴线轴向地密封的接触部，而且阀孔由此气密地密封。驱动单元优选地构造为气动或电动气动单元，然而该驱动单元也可以是液压单元。
按照本发明，在该方法的框架内，测量压力介质的压力，尤其是连续地测量压力介质的压力。在此，可选地，产生与压力有关的数字输出信号或者与压力有关的模拟输出电压。输出电压优选地在0伏特与10伏特之间的范围内。
在该方法的一个扩展方案中，在该方法的范围内，基于压力测量来确定真空阀的状态信息、尤其是关于驱动单元的机械上的和/或结构上的完整性的状态信息，其中可选地借助于针对所检测到的测量信号的实际-额定比较来确定该状态信息和/或基于该状态信息与预先限定的容差值的对照来提供输出信号，该输出信号关于对通过该真空阀来控制的过程的评价。
在另一扩展方案中，在该方法的范围内，附加地进行对阀塞和/或活塞的与压力测量耦合的位置测量。可选地，由此来确定为从打开和/或关闭位置调整阀塞所需的压力。作为另一选项，不仅依据压力测量而且依据位置测量来分别推导或确定阀塞和/或活塞的运动并且进一步在可能发生的不一致方面对两个被推导出的运动进行比较。例如，依据起作用的力以及借此作用于活塞的力，在知道其它参数的情况下计算该活塞的运动并且将所述被计算出的运动与依据位置测量来确定的运动(在时间曲线中的位置)进行比较。可能发生的偏差例如容许反推出阀或驱动单元的(参数)变化。作为针对具有压力测量和位置测量的方法的另一选项，依据该压力测量和该位置测量，产生力-位移特性曲线，尤其是在真空阀中存在密封部的情况下产生该密封部的力-位移特性曲线。
本发明的主题还是一种用于执行按照本发明的方法的计算机程序产品，该计算机程序产品具有：程序代码，该程序代码被存储在机器可读载体、尤其是按照本发明的真空阀的控制和处理单元上；或者计算机数据信号，该计算机数据信号通过电磁波来表现。
因此，有利地，本发明提供了一种真空阀，该真空阀能够实现对气动(或液压)驱动元件的连续的或持续的压力测量，使得阀的驱动或调整运动或者调整过程的状态可以被监视或检查以及必要时被评价。该压力测量还允许对该真空阀或该真空阀的构件中的单独的构件、例如驱动单元、该驱动单元的线路或活塞-气缸单元的自动的并且连续的状态验证，其中不仅能直接确定或者推导出关于驱动部件的状态信息，而且也能间接确定或者推导出关于该真空阀的其它部件的状态信息，例如与对阀塞的位置测量一起来确定阀塞在阀孔上的附着力。在此，故障或者表明未来的错误的不合规定之处可以提早地或者首先被识别出和/或可以基于所确定的无故障来避免不必要的维护。在此，有利地，可以在正常的工艺流程期间进行检查，使得这些工艺流程不必中断。
附图说明
随后，按照本发明的真空阀依据在附图中示意性示出的实施例纯示例性地进一步予以描述。在这些附图中，相同的元件用相同的附图标记来表征。所描述的实施方式通常没有按比例地示出，而且这些实施方式也不应被理解为有限制。
具体地：
图1a、b示出了按照本发明的作为单阀的真空阀的可能的第一实施方式；
图2示出了按照本发明的作为单阀的真空阀的可能的第二实施方式；
图3示出了按照本发明的作为单阀的真空阀的可能的另一实施方式；而
图4示出了作为转移阀的真空阀的、另一按照本发明的实施方式的示意图。
具体实施方式
图1a、1b示意性地示出了按照本发明的真空阀1的第一实施方式。在该示例中，阀1实施为所谓的单阀而且以横截面在打开位置O(图1a)和关闭位置或闭合位置G(图1b)示出。
用于借助于线性运动来气密地关闭流道的阀1具有阀壳24，该阀壳具有用于流道的孔2，其中孔2具有沿着流道的几何孔轴线H。孔2使在附图中处在阀1或分隔壁(未示出)左侧的第一气体区L与其右侧的第二气体区R连接。这种分隔壁例如由真空室的室壁形成。
阀塞4能借助于驱动单元7线性地沿着与孔轴线H横向地延伸的、在封闭元件平面22内的几何调整轴线V从将孔2开放的、打开的位置O朝着关闭方向移动到线性地移动经过该孔2的关闭的位置G，以及反过来朝着(与关闭方向相反的)打开方向移动回来。
在该示例中，弯曲的第一密封面3沿着在第一平面20a内的第一区段21a并且沿着在第二平面20b内的第二区段21b包围阀壳24的孔2。第一平面20a和第二平面20b彼此间隔开，彼此平行地并且平行于封闭元件平面22地延伸。因此，第一区段21a和对置的第二区段21b彼此间具有与调整轴线V横向并且朝着孔轴线H的方向的几何偏移。在两个对置的区段21a与21b之间在沿着调整轴线V延伸的区域内布置有孔2。
封闭元件4具有与第一密封面3相对应的第二密封面6，该第二密封面沿着与第一和第二区段21a、21b相对应的区段延伸。在该示例中，第一密封面3具有密封材料23。该密封部23例如可以作为聚合物借助于硫化来硫化到阀座上。替选地，密封部23例如可以实施为在阀座的凹槽中的O型圈。密封材料也可以粘贴到阀座上并且由此表现为密封部23。在一个替选的实施方式中，密封部23可以从阀塞4方面来布置，尤其是布置在第二密封面6上。这些实施方案的组合也是可设想的。当然，这种密封部23并不限于在该示例中所描述的阀1，而是也能应用于所描述的其它阀实施方式或者这些实施方式的变型或彼此间的组合。
单阀、也就是说可借助于唯一的线性运动来关闭的真空阀例如具有比较简单的关闭机制的优点，例如与可借助于两个运动来关闭的转移阀相比，所述转移阀需要比较复杂地构建的驱动。因为封闭元件还可以一体化地来构造，所以该封闭元件可能受到高加速力，使得该阀也可被用于快速和紧急封闭。关闭和密封可以借助于唯一的线性运动来实现，使得可能非常快速地关闭和打开阀1。
尤其是，单阀的优点例如在于：密封部3、6由于其在关闭时的型廓而并没有受到沿相对于密封部3、6的纵向延伸的横向方向的横向负荷。另一方面，密封部3、6由于其相对于孔轴线H的横向延伸而几乎不能吸收沿着孔轴线H出现到封闭元件4上的力，这些力尤其可在压差大时作用于封闭元件4，这需要封闭元件4的鲁棒的构造、对该封闭元件的驱动以及对该封闭元件的支承。
在该示例中，驱动单元7构造为具有活塞-气缸单元8的(电动)气动驱动单元7。替选地，驱动单元7是液压驱动单元。驱动单元7或活塞-气缸单元8具有两级气缸孔9，其中孔9的(在附图中)“下部的”区段11具有比“上部的”区段12大的直径。活塞13以能沿着调整轴线V移动的方式安置在气缸9中，该活塞在两侧各有一个活塞杆13u和13o，这些活塞杆通过阀头13t彼此相邻，使得提供压力有效面F1和F2。通过阀盘13t将“下部的”活塞区段11分成两个室11o和11u，这两个室视活塞13在气缸9中的位置而定不一样大。活塞-气缸单元8具有密封部，但是这些密封部这里出于清楚原因而未示出。这种密封部设置在活塞13上以及设置在用于活塞杆13u和13o的套管中并且设置在用于活塞杆13u和13o的套管上。
活塞-气缸单元8通过压力介质线路14来加载压力介质。在该示例中，压力介质是压缩空气。但是，视实施方式而定，也可以使用其它的、适合于真空阀的气态或液态压力介质。该压力介质线路14经由“上部的”线路支路14o引导到气缸孔9的下部的区段11中，该下部的区段在其中在有效的活塞面F1之上通到上部的室11o中。另一“下部的”线路支路14u连接到压力介质线路14上。该线路支路14u同样引导到气缸孔9的区段11的下部部分中，其中该下部部分在其中在压力有效的活塞面F2之下通到下部的室11u。因此，借助于切换阀15、例如3/2通切换阀，能通过其中一个线路支路14o来加载压力有效面F1并且通过对切换阀15的相对应的切换通过另一个线路支路14u能加载压力有效面F2，其中相应的不被用于加载的线路支路相应地被切换到换气。因此，通过通过对面F1进行加载，活塞13以及借此阀塞4能从在图1a中示出的打开位置O“向”下运动，使得到达在图1b中示出的关闭位置G。通过对切换阀15的切换，对面F2进行加载并且借此运动反过来，使得真空阀1打开。替选于具有对活塞的两侧加载的所示出的形式，例如也可能的是如下实施方式，其中借助于像弹簧那样的复位元件来实现运动方向。
按照本发明，真空阀1包括至少一个压力传感器10，在该示例中为两个压力传感器10。在此，这两个压力传感器10中的一个压力传感器集成到“上”线路支路14o中，另一个压力传感器10集成到“下”线路支路14u中。借助于这些压力传感器10来测量在线路支路14o、14u中的相应的压力或活塞-气缸单元8的两个输入压力。在此，有利地，连续进行压力测量，使得能够实现对输入压力的监控而且必要时或可选地可以在超过或者低于极限值时输出报警信号。
在此，一个或多个压力传感器10例如构造为电阻性、电容性或电感性膜片压力测量仪，构造为压电晶体压力测量仪或者构造为石英或压电谐振器压力测量仪。优选地，相应的压力测量仪构造用于测量在0与10bar之间的压力和/或用于绝对压力测量。所测量的压力例如被转换成在0与10V之间的电压并且该电压被用于压力显示或者被输送给数据存储设备和/或分析单元。在此，压力传感器10或活塞-气缸单元8可选地布置在真空区之外，这降低了并且借此简化了对其技术设计的要求。
当然，替选于图示，按照本发明的驱动单元7或按照本发明的具有用于对压力介质的压力测量的压力测量仪10的真空阀1也可以构造用于产生阀塞4的至少基本上转动的调整运动来作为所示出的线性的调整运动的替代或者补充，和/或用于产生线性运动与旋转运动的组合。
图2以横截面示出了单阀1的按照本发明的一个替选的实施方式的简图，其中阀1在关闭位置G示出。不同于根据图1a、1b的实施方式，阀1只有一个压力传感器10，该压力传感器不是集成到压力管道14o或14u中，而是布置为使得能测量在气缸9的下部的室11u中的压力。为此，在该示例中的压力传感器10安装在壳体壁24上并且经由在壁24中的孔16与室11u连接，使得该室的压力可以由传感器10测量。替选于所示出的实施方式，用于两个室11u和11o的阀1分别具有压力传感器10，或者其中一个压力传感器10交替地、例如借助于附加的切换阀与这两个室11o和11u中的各一个室连接而且交替地测量相应的室压力、例如在从关闭位置G变换到打开位置O时“下部的”室11u的压力以及反过来在从打开位置O调节到关闭位置G时的“上部的”室11o的压力。
在该示例中，压力传感器10通过数据线19与电子处理单元18连接，使得传感器10的测量数据(例如电压值)可以由处理单元18来检测、存储和分析。处理单元18是外部单元或者优选地是集成到真空阀1中的单元。替代数据线缆19，压力传感器10和分析单元18构造用于无线数据传输、例如通过无线电、WiFi或蓝牙的无线数据传输，这在分析单元18与压力传感器10的(大的)空间隔开时特别有利。
在此，在该示例中，数据处理单元18构造为处理压力传感器10的所检测到的测量信号并且依据一个或多个测量信号来确定真空阀1的状态信息。该状态信息优选地涉及阀塞4和/或驱动单元7的机械上的或结构上的完整性，例如关于驱动单元7或活塞-气缸单元8的老化表现、磨损效果或紧密性。在此，作为选项，该状态信息借助于一个或多个压力传感器测量信号的理论-额定比较来确定，即通过确定与参考信号值的偏差来确定。在此，作为另一选项，与一个或多个预先设定的容差值进行对照。如果低于或超过容差值，则在此可以将输出信号输出。在此，偏差或极限值超出可以是对在真空阀1中有干扰或故障的提示，而且尤其是用于非常提早地、还在出现对阀1的实际功能的损害之前的这种提示，或者也可以是对通过阀1来控制的气体区或真空室的干扰或故障的提示。
图3示出了根据图2的真空阀1的扩展方案。在当前示例中，阀1附加地具有位置传感器25，该位置传感器具有扫描尺26，该扫描尺固定地布置在真空阀1中，使得该扫描尺检测靶标27，该靶标布置在阀塞4上并且能利用该阀塞来调整。即位置传感器25测量阀塞4在阀1之内的位置，优选地连续地测量阀塞4在阀1之内的位置。位置传感器25的测量信号像压力传感器10的测量信号那样借助于数据线缆19被输送给分析单元18。
在此，位置测量和压力测量彼此匹配(例如通过以足够高的时钟连续地测量使得至少准同步地检测压力和位置或者借助于用于触发两个测量值记录器10和25的触发器来匹配)，或分析单元18配置为使得压力测量值与位置测量值(在时间上)相关。由此，作为状态信息，例如可以确定：(在相应的压力管道14o、14u或相应的室11o、11u中)必须构造怎样的压力，直至活塞13(以及借此阀塞4)开始运动。借此，例如可能反推出在气缸9中的静摩擦和/或在对所需的最小调整压力的更长的、优选地自动的随时间的监控时能确定随着时间的推移可能发生的变化。如果例如确定了对于调整或打开和/或关闭阀1来说所需的最小压力随着时间的推移提高，则这可以是对在阀1中有磨损现象的提示并且由分析单元18输出输出信号，该输出信号提示所需的维护。
如果真空阀1像在该示例中那样具有密封部23，则在此可以依据压力测量和位置测量来针对密封部23特定地创建力-位移特性曲线(例如简单地作为整个关闭或打开运动的力-位移特性曲线的片段)。因此，那么存在表征性的弹性体特性曲线。对该弹性体特性曲线的分析、尤其是对该特性曲线随着时间的推移而可能发生的变化的观察例如容许反推出密封部23的老化现象或磨损。
作为组合的压力和位置测量的另一优点而得到：基于所测量到的至活塞13的压力(以及借此作用于活塞13的力)所预期的运动可以与在位置测量的情况下存在的、该活塞的实际运动进行比较。为此，对于阀1来说，例如与图3的图示不同地，在两个室11o和1u中进行压力测量，使得准确地知道作用于活塞13的力。如果现在能看出从中(并且根据对活塞13和塞4等等的质量的了解)推导出的(准理论性的)运动相对于能根据位置测量来确定的运动的不一致，则据此例如可以推断出在驱动单元中的未预期到的摩擦或者额外地起作用的外力。
图4示出了真空阀1的按照本发明的另一实施方式，该真空阀在该示例中构造为转移阀，在关闭位置G示出。
所示出的转移阀是滑阀的一种特殊形式。该真空阀具有矩形的、板状的封闭元件4(例如阀盘)，该封闭元件具有密封面6，用于使孔2气密地封闭。孔2具有与封闭元件4相对应的横截面而且在壁28中成型。孔2由阀座包围，该阀座就其而言同样提供与封闭元件4的密封面6相对应的密封面3。封闭元件4的密封面6环绕着封闭元件4并且具有密封材料(密封部)23。在闭合位置G，密封面6、3被压到彼此上并且密封材料23在此被压紧。
孔2使处在壁28的其中一侧的第一气体区L与在壁28的另一侧的第二气体区R连接。壁28例如由真空室的室壁形成。于是，真空阀1通过室壁28与封闭元件4的共同作用来形成。
真空阀1具有第一驱动单元7和第二驱动单元7’，其中在该示例中两个驱动单元7、7’都构造为气动驱动单元。封闭元件4通过第二气动驱动单元7’的第二气缸-活塞单元8’布置在第一驱动单元7的活塞13的下端13u。第一驱动单元7引起阀塞4的“垂直的”运动(即沿着“垂直的”调整轴线V进行调整)，原则上具有与第一驱动单元7相同的构造的第二驱动单元7’引起该阀塞的“水平的”运动(沿着“水平的”调整轴线H进行调整)。
在(未示出的)打开位置O，封闭元件4处在孔2的投影区之外并且将该孔完全开放。通过朝着与第一“垂直的”调整轴线V平行并且与壁28平行的轴向方向调整活塞13，封闭元件4可以借助于驱动单元7从打开位置O被调整到中间位置。在该中间位置，封闭元件4的密封面6将孔2遮盖住并且处在与阀座的包围孔2的密封面3间隔开的对置位置。
通过朝着第二“水平的”调整轴线H(与第一调整轴线V横向)的方向、即例如垂直于壁28并且垂直于阀座地调整第二驱动单元7’的活塞13’，封闭元件4可以从中间位置被调整到所示出的闭合位置G。
在闭合位置G，封闭元件4使孔2气密地封闭并且因此将第一气体区L与第二气体区R气密地隔开。
即借助于驱动单元7和7’通过朝着封闭元件4的两个彼此垂直的方向H、V的L形运动来实现对该真空阀的打开和关闭。因而，所示出的转移阀也被称作L型阀。
如所示出的那样的转移阀1通常被设置用于使过程体积(真空室)密封并且用于加载和卸载体积。在这种应用的情况下，在打开位置与关闭位置G之间的频繁的变换是惯例。经此，可能出现密封面6、3和机械运动的构件例如相应活塞-气缸单元8、8’的密封部或者驱动单元7、7’的其它部件的强烈的磨损现象。
按照本发明，真空阀1具有不仅用于“垂直的”、而且用于“水平的”驱动系统的压力传感器10和10’，借此来测量相应的压力介质的压力。在当前的图4的示例中，压力传感器10、10’在此类似于根据图1a、1b的实施方式集成到相应的管道线路14o、14u或软管线路14o’、14u’中，这些管道线路14o、14u或软管线路14o’、14u’供应相应的气缸9或9’。因此，通过这样构造的转移阀1，可以有利地测量或监控压力(例如在不仅“水平的”、而且“垂直的”驱动单元7的相应气缸9、9’或其相应室中的压力或输入压力)。
替代如所示出的那样的两个独立的驱动单元7、7’，也可以使用一个驱动单元，该驱动单元例如具有两个活塞-气缸单元8、8’，这两个活塞-气缸单元通过共同的压缩空气线路系统来供应，如这例如在DE 197 46 241 A1中以可能的形式所描述的那样。在这样的实施方式中，接着必要时用少于四个压力传感器10、10’、例如用两个压力传感器来进行压力测量，这些压力传感器按顺序地测量相应的“垂直的”或“水平的”驱动子单元的相应的压力。
易于理解的是：这些被示出的附图只是示意性地呈现可能的实施例。同样，不同的方案可以彼此组合以及与现有技术的方法和设备组合，例如与所谓的钟摆阀组合。

Claims (33)

1.一种真空阀(1)，用于调节体积流或质量流和/或用于使流道气密地中断，所述真空阀具有：
·阀座，所述阀座具有限定孔轴线(H)的阀孔(2)和环绕着所述阀孔(2)的第一密封面(3)；
·阀塞(4)，用于调节体积流或质量流和/或用于使流道中断，所述阀塞具有与所述第一密封面(3)相对应的第二密封面(6)，所述第二密封面的可变的方位通过所述阀塞(4)的相应的位置和取向来确定；
·至少一个与所述阀塞(4)耦合的驱动单元(7、7’)，所述驱动单元具有至少一个活塞-气缸单元(8、8’)，所述至少一个活塞-气缸单元具有至少一个活塞(13、13’)和至少一个气缸孔(9、9’)，其中所述驱动单元(7、7’)还具有压力介质，用于加载所述活塞(13、13’)的至少一个压力有效面(F1、F2)，使得借助于所述驱动单元(7、7’)，所述阀塞(4)能从打开位置(O)被调整到关闭位置(G)，其中
°在所述打开位置(O)，所述阀塞(4)和所述阀座相对于彼此无接触，
°在所述关闭位置(G)，在所述第一密封面(3)与所述第二密封面(6)之间存在关于所述孔轴线(H)轴向地密封的接触，所述阀孔(2)由此气密地封闭，
以及能从所述关闭位置被调整回到所述打开位置，
其特征在于，
所述真空阀(1)还包括至少一个压力传感器(10、10’)，其中所述压力传感器(10、10’)构造为使得能执行对所述压力介质的压力测量，
所述压力传感器(10、10’)布置在所述真空阀(1)中，使得
·能测量所述活塞-气缸单元(8、8’)的至少一个输入压力；和/或
·能测量在所述气缸孔(9、9’)的至少一个室(11o、11u)中的压力，
所述真空阀(1)具有这样构造的处理单元(18)，使得所检测到的压力传感器测量信号能借助于所述处理单元(18)来处理而且依据所检测到的压力传感器测量信号来确定所述真空阀(1)的状态信息，以及
所述状态信息关于所述阀塞(4)的机械上的和/或结构上的完整性方面和/或所述驱动单元(7、7’)的机械上的和/或结构上的完整性方面来提供，
其中，所述真空阀(1)还具有位置传感器(25)，所述位置传感器构造为使得能执行对所述阀塞(4)和/或所述活塞(13、13’)的位置测量，其中
·所述位置测量和所述压力测量能彼此匹配，使得能确定为从静止位置出发调整所述阀塞(4)和/或活塞(13、13’)所需的压力；和/或
·所述压力传感器(10、10’)和所述位置传感器(25)被构造为使得不仅能依据所述压力测量、而且能依据所述位置测量来分别导出所述阀塞(4)和/或所述活塞(13、13’)的运动；和/或
·所述压力传感器(10、10’)和所述位置传感器(25)被构造为使得能依据所述压力测量和所述位置测量来产生力-位移特性曲线。
2.根据权利要求1所述的真空阀，
其特征在于，
所述驱动单元(7、7’)具有至少一个用于所述压力介质的软管线路，以及所述压力传感器(10、10’)被集成到所述软管线路中。
3.根据权利要求1所述的真空阀，
其特征在于，
所述驱动单元(7、7’)具有至少一个用于所述压力介质的管道线路，以及所述压力传感器(10、10’)被集成到所述管道线路中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的真空阀，
其特征在于，
所述压力传感器(10、10’)被构造用于：
·对所述压力介质的连续的压力测量；和/或
·对在0与10bar之间的压力范围的测量；和/或
·绝对压力测量。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的真空阀，
其特征在于，
为了压力测量，所述压力传感器(10、10’)具有可形变的膜片和/或压电晶体和/或压电谐振器。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的真空阀，
其特征在于，
·所述压力传感器(10、10’)布置在通过所述真空阀(1)来限定的与外部环境隔开的真空区之外；和/或
·所述阀座通过所述真空阀(1)的在结构上与所述真空阀(1)连接的部分来形成。
7.根据权利要求6所述的真空阀，其中，所述阀座构造在所述真空阀(1)的壳体(24)上，或者由处理室来提供。
8.根据权利要求7所述的真空阀，其中，所述阀座由所述处理室的室壳来提供。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的真空阀，
其特征在于，
所述压力传感器(10、10’)布置在所述真空阀(1)中，使得
·能测量所述活塞-气缸单元(8、8’)的两个输入压力；和/或
·能测量在所述气缸孔(9、9’)的两个室(11o、11u)中的压力。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的真空阀，
其特征在于，
所述真空阀(1)具有两个活塞-气缸单元(8、8’)，用于朝着两个不同的方向来调整所述阀塞(4)，其中每个活塞-气缸单元(8、8’)都具有至少一个压力传感器(10、10’)，用于相应的压力测量。
11.根据权利要求10所述的真空阀，其特征在于，所述两个不同的方向为彼此基本上正交的方向。
12.根据权利要求1所述的真空阀，
其特征在于，
所述状态信息借助于针对所述所检测到的压力传感器测量信号的实际-额定比较来确定。
13.根据权利要求1所述的真空阀，
其特征在于，
基于所述状态信息与预先限定的容差值的对照来提供输出信号，所述输出信号关于对通过所述真空阀(1)来控制的过程的评价。
14.根据权利要求1所述的真空阀，其特征在于，所述静止位置为打开位置(O)和/或关闭位置(G)。
15.根据权利要求1所述的真空阀，其特征在于，所述位置传感器构造为使得能执行连续地对所述阀塞(4)和/或所述活塞(13、13’)的位置测量。
16.根据权利要求1所述的真空阀，其特征在于，所述压力传感器(10、10’)和所述位置传感器(25)被构造为使得在存在密封部(23)的情况下能依据所述压力测量和所述位置测量来确定所述密封部(23)的力-位移特性曲线。
17.根据权利要求1所述的真空阀，其特征在于，所述压力传感器(10、10’)布置在所述驱动单元(7、7’)中。
18.根据权利要求1所述的真空阀，其特征在于，所述阀塞为阀盘。
19.根据权利要求1所述的真空阀，其特征在于，所述驱动单元(7、7’)为气动的驱动单元。
20.根据权利要求1所述的真空阀，其特征在于，所述驱动单元(7、7’)为电动气动的驱动单元。
21.根据权利要求1所述的真空阀，其特征在于，所述真空阀为真空滑阀、钟摆阀或单阀。
22.一种用于控制真空阀(1)的方法，其中所述真空阀(1)被构造用于调节体积流或质量流和/或用于使流道气密地中断，以及所述真空阀(1)具有：
·阀座，所述阀座具有限定孔轴线(H)的阀孔(2)和环绕着所述阀孔(2)的第一密封面(3)；
·阀塞(4)，用于调节体积流或质量流和/或用于使流道中断，所述阀塞具有与所述第一密封面(3)相对应的第二密封面(6)，所述第二密封面的可变的方位通过所述阀塞(4)的相应的位置和取向来确定；
·至少一个与所述阀塞(4)耦合的驱动单元(7、7’)，所述驱动单元具有至少一个活塞-气缸单元(8、8’)，所述至少一个活塞-气缸单元具有至少一个活塞(13、13’)和至少一个气缸孔(9、9’)，其中所述驱动单元(7、7’)还具有压力介质，用于加载所述活塞(13、13’)的至少一个压力有效面(F1、F2)，使得借助于所述驱动单元(7、7’)，所述阀塞(4)能从打开位置(O)被调整到关闭位置(G)，其中
°在所述打开位置(O)，所述阀塞(4)和所述阀座相对于彼此无接触，
°在所述关闭位置(G)，在所述第一密封面(3)与所述第二密封面(6)之间存在关于所述孔轴线(H)轴向地密封的接触，所述阀孔(2)由此气密地被封闭，
以及能从所述关闭位置被调整回到所述打开位置，
其特征在于，
在所述方法的范围内，进行所述压力介质的压力测量，
基于所述压力测量来确定所述真空阀(1)的状态信息，所述状态信息是关于所述驱动单元(7、7’)的机械式的和/或结构上的完整性和所述阀塞(4)的机械式的和/或结构上的完整性的状态信息，
其中，在所述方法的范围内，附加地对所述阀塞(4)和/或所述活塞(13、13’)进行与所述压力测量耦合的位置测量，其中
·依据所述压力测量和所述位置测量来确定为从所述打开位置(O)和/或关闭位置(G)出发调整所述阀塞(4)和/或所述活塞(13、13’)所需的压力；和/或
·不仅依据所述压力测量、而且依据所述位置测量来分别推导所述阀塞(4)和/或所述活塞(13、13’)的运动并且在可能发生的不一致方面对两个被推导出的运动进行比较；和/或
·依据所述压力测量和所述位置测量来产生力-位移特性曲线。
23.根据权利要求22所述的方法，
其特征在于，
在所述方法的范围内，确定所述真空阀(1)的状态信息，其中
·所述状态信息借助于针对所检测到的压力测量信号的实际-额定比较来确定；和/或
·基于所述状态信息与预先限定的容差值的对照来提供输出信号，所述输出信号关于对通过所述真空阀(1)来控制的过程的评价。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，进行所述压力介质的压力测量被配置为连续地测量所述压力介质的压力。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，进行所述压力介质的压力测量还包括产生与压力有关的数字输出信号或者与压力有关的输出电压。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述输出电压的范围在0伏特与10伏特之间。
27.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，产生所述力-位移特性曲线被配置为在存在密封部(23)的情况下依据所述压力测量和所述位置测量来确定所述密封部(23)的力-位移特性曲线。
28.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述阀塞(4)为阀盘。
29.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述驱动单元(7、7’)为气动的驱动单元。
30.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述驱动单元(7、7’)为电动气动的驱动单元。
31.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述真空阀为真空滑阀、钟摆阀或单阀。
32.一种计算机程序产品，用于执行根据权利要求22所述的方法，所述计算机程序产品具有：程序代码，所述程序代码被存储在机器可读载体上；或者计算机数据信号，所述计算机数据信号通过电磁波来表现。
33.根据权利要求32所述的计算机程序产品，所述机器可读载体为根据权利要求1所述的真空阀(1)的控制和处理单元。
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