DE10031490A1 - Ventileinrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Ventileinrichtung weist einen in einem Durchgangskanal eines Ventilgehäuses oder -körpers (20) axial beweglichen Ventilkegel (50) auf. Der Ventilkegel (50) trägt eine mit einer Dichtfläche (35) des Ventilgehäuses oder -körpers abdichtend zusammenwirkende Ringdichtung (54), die im wirksamen Zustand die Fluidströmung zwischen dem ersten Ende (21) und dem zweiten Ende (22) des Ventilkörpers absperrt. Dem Ventilkegel (50) wird von einem verdrehbaren Betätigungsglied (80) eine Axialbewegung erteilt, um die Ringdichtung (54) von der an der Dichtfläche (35) anliegenden Stellung in eine von der Dichtfläche (35) beabstandete Stellung zu überführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung die zur Steuerung des Volumenstromes von Gasen oder Flüssigkeiten Verwendung findet. Bei der Verwendung zur Durchflusssteue­ rung oder Regelung von Gasen kann es als Füll-, Spül- oder Absperrventil (dry break valve) zur Abdichtung des Einlasses und des Auslasses eines Volumen- oder Mengenstromreglers oder ähnlicher Geräte wirken. Bei Verwendung für Flüssigkeiten kann es Teil eines hydraulischen Fluidstromsystems sein.

Im Zusammenhang mit dem Einsatz der Ventileinrichtung als Füll- oder Absperrventil (dry break valve) ist zur er­ wähnen, dass bei der Halbleiterherstellung es darum geht, auf Siliziumwafers leitende und isolierende Schichten (Fil­ me) aufzubauen um auf diese Weise Miniaturtransistoren her­ zustellen. Diese Schichten werden unter Verwendung reaktiver Gase, verflüssigter Gase oder Flüssigkeiten aufgebracht oder geätzt. Dabei ist es wesentlich, präzis bestimmte Eigen­ schaften der Schichten und damit ein hohes Maß an Wiederhol­ barkeit von Wafer zu Wafer zu erzielen. Um diese Präzision zu erreichen besteht eine der Voraussetzungen darin, dass bei der Zufuhr der exakte Mengenstrom des Prozessgases genau bei dem jeweils erforderlichen Druck und der jeweils er­ forderlichen Temperatur eingehalten wird. Dies wird durch die Verwendung mehrerer miteinander reagierende, zugeführter Komponenten erreicht. Diese werden in eine sogenannte "gas box" (manchmal auch als "gas panel" oder "gas jungle" oder "gas tray" bezeichnet) eingebracht. Eine gas box enthält eine Anordnung von sogenannten "gas sticks", von denen jeder den Zustrom eines Gases zu der Prozesskammer überwacht und steuert. Ein solcher gas stick wird um ein als Mengenstrom­ regler bezeichnetes Element herum gebaut. Der Mengenstrom­ regler steuert den Durchsatz von Gas (oder in einigen Fällen der Flüssigkeit). Es ist ein auf thermischer Grundlage ar­ beitendes Gerät, das den Durchsatz anhand des Temperatur­ anstiegs des das Gerät durchströmenden Gases bestimmt. Der Temperaturanstieg wird für das jeweilige spezielle Gas im Verhältnis zu dem Durchsatz kalibriert.

Bei der Fertigstellung eines solchen Mengenstromreglers kann der Hersteller den Mengenstromregler mit einem Gas wie etwa trockenem Argon spülen. Nach Abschluss des Spülzyklus ist es zweckmäßig das Spülgas (d. h. zum Beispiel das trocke­ ne Argon), in dem Mengenstromregler unter einem Druck in der Größenordnung von etwa 100 TORR (2 psig), während des Ver­ sands des Mengenstromreglers zum Kunden zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es eine für diese Zwecke geeignete Ventileinrichtung zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Ventileinrichtung gemäß der Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 13 auf, während ein Verfahren zum Steuern eines Fluidstromes Gegenstand des Patentanspruchs 19 ist.

Die Ventilerichtung gemäß der Erfindung ist selbst­ abdichtend. Sie ist auf einer Seite so ausgelegt, dass sie mit einer üblichen Verschraubung (VCR) Anordnung zusammen­ passt, wie sie beispielsweise von der Cajon Company, Mazedo­ nia, Ohio-USA hergestellt wird, bei der sich eine Metall- /Metallabdichtung ergibt, die für Einrichtungen hoher Rein­ ergibt, die für Einrichtungen hoher Reinheit, welche Vakuum oder einen Überdruck erfordern, zweckmäßig ist. Vergleiche zum Beispiel US-PS 5,605,358.

Die erfindungsgemäße Füll- oder Absperrventil (dry break valve)-Ventileinrichtung verfügt über eigene innen­ liegende Ventilmittel, die die Einführung des Spülgases, etwa mit trockenem Argon, in den Mengenstromregler erlauben. Nach dem Einbringen des Spülgases in einer, für den Aufbau eines Überdrucks in der Größenordnung von beispielsweise 100 TORR (2 psig) ausreichenden Menge, können die Ventilmittel in der Absperrventileinrichtung geschlossen werden, womit das Spülgas in dem Mengenstromregler zurückgehalten wird. Die Ventileinrichtung (dry break valve assembly) gemäß der Er­ findung kann dann zusammen mit dem Mengenstromregler ver­ sandt werden und an diesem während des Versandes und der Lagerhaltung bis zum Einbau in eine Gaszufuhreinrichtung, verbleiben. Dadurch dass in dem Mengenstromregler ein Über­ druck des Spülgases aufrecht erhalten wird, wird sicher­ gestellt, dass keine Verunreinigungen in den Mengenstromreg­ ler eindringen können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung im geschlossenen oder abgesperrten Zu­ stand, in einem Längsschnitt,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, unter Veranschauli­ chung der Ventileinrichtung im geöffneten Zustand,

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Ventileinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Betätigungsglied der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Ventileinrichtung im Längsschnitt, unter Veranschau­ lichung der Ventileinrichtung im geschlossenen oder abge­ sperrten Zustand,

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 5 unter Veranschauli­ chung der Ventileinrichtung im geöffneten Zustand,

Fig. 7 eine dritte Ausführungsform einer Ventilein­ richtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt, unter Ver­ anschaulichung der Ventileinrichtung in dem geschlossenen oder abgesperrten Zustand und

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich Fig. 7, unter Veranschauli­ chung der Ventileinrichtung im geöffneten Zustand.

In der Zeichnung ist eine Ventileinrichtung 10 mit einem Ventilkörper 20 dargestellt, der sich längs einer Achse A von einem ersten Ende 21 zu einem zweiten Ende 22 erstreckt. An dem ersten Ende 21 ist ein ringsum laufender Dichtwulst 23 vorgesehen. Der Dichtwulst 23 dient dazu, eine Metall-/Metall-Abdichtung zu bewirken, wie sie bspw. in der US-PS 5 605 358 beschrieben ist. Auf der Außenseite ist der Ventilkörper 20 in der Nähe des ersten Endes 21 mit einem ersten Außengewinde 24 und in der Nähe des zweiten Endes 22 mit einem zweiten Außengewinde 25 ausgebildet.

Anschließend an das zweite Außengewinde 25 ist ein zurückgesetzter zylindrischer Wandabschnitt 26 vorhanden, an den sich ein Basisteil 27 größeren Durchmessers anschließt, das eine im wesentlichen sechseckige Querschnittsgestalt ausweist, die durch eine Folge von ebenen Flächen 27A, 27B, 27C, 27D und 27E sowie einer weiteren, in Fig. 3 der Zeich­ nungen nicht dargestellten ebenen Fläche gebildet ist. Eine von dem zylindrischen Wandabschnitt 26 nach außen ragende, radiale Schulter 28 bildet die zu dem zweiten Ende 22 hin­ weisende Stirnfläche des Basisteils 27 größeren Durchmes­ sers. Die dem ersten Ende 21 zugewandte gegenüberliegende Stirnseite des radial vorspringenden Basisteils 27 ist mit einer zylindrischen Ausnehmung oder Nut 30 versehen. Die Nut 30 ist durch eine äußere zylindrische Wand 30A und eine innere zylindrische Wand 30B sowie eine Bodenwand 30C be­ grenzt. Von der zylindrischen Wand 30B aus ragt eine Radial­ schulter 31 nach innen, die sich an eine an das erste Ge­ winde 24 angrenzende Ringnut 32 anschließt. Von der zylin­ drischen Wand 30B aus verläuft eine sich nach außen zu öff­ nende Nut 33 nach innen, die in einem kurzen Axialabstand von der Radialschulter 31 angeordnet ist.

Im Inneren weist der Ventilkörper 22 anschließend an das erste Ende 21 eine einen Einlass begrenzende zylindri­ sche Innenwand 34 auf. Von der zylindrischen Innenwand 34 aus ragt ein ringförmiger Ventilsitz 35 radial nach außen, von dem in im wesentlichen axialer Richtung, aber nach außetx zu sich erweiternd ein konischer Wandungsabschnitt 36 ab­ geht. Von dem konischen Wandungsabschnitt 36 aus erstreckt sich eine Radialschulter 37 zu einem zylindrischen Absatz 38, der bis zu einem radial verlaufenden Sitz 39 sich er­ streckt. Ein zweiter zylindrischer Absatz 40 verläuft zu einem zweiten radial sich erstreckenden Sitz 41. Von dem zweiten, radial verlaufenden Sitz 41 aus erstreckt sich ein zylindrischer Innenwandabschnitt 42 in axialer Richtung zu einem nach außen sich erstreckenden Membransitz 43. Von dem Membransitz 43 aus verläuft ein dritter zylindrischer Innen­ wandabschnitt 44 bis zu dem zweiten Ende 22.

Von dem zweiten zylindrischen Innenwandabschnitt 42 aus geht eine nach innen zu sich öffnende Ringnut 46 nach außen. Eine Anzahl - vorzugsweise drei - Kugelaufnahmeöffnungen 48 verlaufen durch das Wandteil, das durch die nach außen wei­ sende zylindrische Wandfläche 30B und den zweiten zylindri­ schen Innenwandabschnitt 42 begrenzt ist. Die Kugelaufnahme­ öffnungen 48 verlaufen durch diesen Wandteil, vorzugsweise unter einem Winkel von 45° bezüglich der Achse A und er­ weitern sich jeweils nach außen zu in einer auf das erste Ende 21 zuweisenden Richtung.

In dem Ventilkörper 20 ist ein Ventilkegel 50 angeord­ net, der von einer ersten abdichtenden Stirnseite 51 zu einer zweiten offenen Stirnseite 52 sich erstreckt. Der der abdichtenden Stirnseite benachbarte Abschnitt des Ventilke­ gels ist mit einer Haltenut 53 ausgebildet in die eine Ring­ dichtung 54 eingesetzt ist, die sich in Achsrichtung zu einer abdichtenden Stirnseite 55 hin erstreckt, die derart angeordnet ist, dass sie abdichtend an dem radialen Ventil­ sitz 35 anliegt, wenn der Ventilkegel 50 in der in Fig. 1 veranschaulichten geschlossenen oder Absperrstellung steht. Der Ventilkegel 50 weist einen Schaft 56 mit einem zu der zweiten offenen Stirnseite 52 hin verlaufenden axialen Durchgangskanal 57 auf. Der axiale Durchgangskanal 57 reicht zur Schnittstelle mit einer Anzahl radial verlaufender Durchgangskanäle 59. Der zwischen der ersten Stirnseite 51 und den Durchgangskanälen 59 liegende Abschnitt des Ventil­ kegels ist massiv und trägt eine ringförmige Wand 61. Der außenliegende Teil der Ringdichtung 54 und die ringförmige Wand 61 stehen beide im Abstand von dem konischen Wandab­ schnitt 36 des Ventilkörpers 20 und wirken mit diesem im Sinne der Begrenzung eines Ringkanals 62 zusammen, der mit den Durchgangskanälen 59 und dem Durchgangskanal 57 in Ver­ bindung steht und einen Fluiddurchfluss durch den Ventilkör­ per 20 ermöglicht, wenn der Ventilkegel 50 in der in Fig. 2 dargestellten offenen Stellung steht.

Auf seiner Außenseite ist der Schaft 56 mit einer ersten radial verlaufenden Schulter 63 und einer zweiten radial kleineren Schulter 64 versehen, die zwischen der Schulter 63 und der zweiten offenen Stirnseite 52 angeordnet ist. Der Schaft 56 ist außerdem in dem Bereich zwischen der kleineren Schulter 64 und der zweiten offenen Stirnseite 52 mit einer nach außen zu sich öffnenden Ringnut 65 ausgebildet.

Der Ventilkegel 50 ist in dem Ventilkörper 20 mittels einer inneren Membran 60 und einer äußeren Membran 70 gehal­ ten. Die innere Membran 60 weist einen äußeren Umfangsrand auf, der an den radial verlaufenden Sitz 39 des Ventilkör­ pers 20 angeschweißt ist; sie verfügt außerdem über einen inneren ringsum laufenden Rand, der an der radial verlaufen­ den Schulter 63 des Ventilkegelschaftes 56 festgeschweißt ist.

Die äußere Membran 70 ist an ihrem äußeren Umfangsrand an dem Membransitz 43 des Ventilkörpers 20 angeschweißt, während ihr innerer ringsum laufender Rand mit der zweiten offenen Stirnseite 52 des Ventilkegels 50 verschweißt ist. Der innere ringsum laufende Rand der äußere Membran 70 be­ grenzt eine Öffnung, die den Durchtritt des den Durchgangs­ kanal 57 durchströmenden Fluids erlaubt. Die innere Membran 60 und die äußere Membran 70 können aus einer stark nickel­ haltigen Legierung hergestellt sein, etwa einer die unter der eingetragenen Marke Elgiloy® im Handel ist und die eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung unter Belastung aufweist, wie sie zur Folge der Axialbewegung des inneren Umfangsrandes der jeweiligen Membran relativ zu deren äuße­ ren Umfangsrand bei der Axialbewegung des Ventilkegels 50 in dem Ventilkörper 20 auftreten kann, wie dies im Einzelnen noch beschrieben werden wird.

In jeder der Öffnungen 48 ist eine Kugel 71 angeordnet. Außerdem ist in dem Ventilkörper 20 eine Ringscheibe 72 vorgesehen, die eine den Schaft 56 des Ventilkegels um­ schließende innere zylindrische Wandung 73 und eine äußere zylindrische Wandung 74 aufweist, die an der zweiten zylin­ drischen Innenwand 42 des Ventilkörpers 20 verschieblich geführt ist. Die stabile, axialschubaufnehmende Ringscheibe 72 ist auf dem Schaft 56 ortsfest gehalten, und zwar (1) mittels eines Sprengrings 75, der außen an der Ringscheibe 72 anliegt und in die nach außen zu sich öffnende Ringnut 65 eingesetzt ist und (2) dadurch, dass die innenliegende Flä­ che der Ringscheibe 72 an der kleinen Radialschulter 64 anliegt.

Die Ringscheibe 72 ist mit einer abgeschrägten Steuer­ fläche 76 versehen, die nach innen zu der Achse A hin und auf das erste Ende 21 des Ventilkörpers 20 zu weisend an­ geschrägt ist. Wie aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 zu entnehmen, hat eine radial nach innen gerichtete Bewegung der Kugeln 71 zur Folge, dass diese über die angeschrägte Steuerfläche 76 gleiten und dabei den Ventilkegel 50 von der in Fig. 1 dargestellten geschlossenen oder Absperrstellung wegdrücken, in der die abdichtende Stirnseite 55 der Ring­ dichtung 54 abdichtend an dem Ventilsitz 35 des Ventilkör­ pers 20 anliegen. Der Ventilkegel 50 wird, wie in Fig. 2 dargestellt, in eine rechtsliegende Stellung gedrückt, in der die abdichtende Stirnseite 55 im Abstand von dem Ventil­ sitz 35 steht, womit die Ventileinrichtung 10 geöffnet ist, so dass ein Fluidstrom durch die von der zylindrischen Wand 34 begrenzte Öffnung in das erste Ende 21 sowie in den ring­ förmigen Durchgangskanal 62 eintreten, durch die Durchgangs­ kanäle 59 und den Durchgangskanal 57 des Schaftes durch­ treten und an dem auslassseitigen Ende 22 austreten kann. Bei einer radial nach außen gerichteten Bewegung der Kugeln 71 können die Ringscheibe 72 und der Ventilkegel 50 wieder in die in Fig. 1 veranschaulichte abgedichtete oder Absperr­ stellung zurückkehren. Eine Tellerfeder 78 dient dazu, die Ringscheibe 72 und den Ventilkegel 50 in die abgedichtete oder Absperrstellung nach Fig. 1 zu drücken. In die nach innen weisende Ringnut 46 des Ventilkörpers 20 ist ein Sprengring 79 eingesetzt, der den Außenrand der Tellerfeder 78 abstützt. Der Innenrand der Tellerfeder 78 liegt an der Außenfläche der Ringscheibe 72 an.

Um die Kugeln 71 von einer äußeren Stellung in eine radial innere Stellung zu überführen ist ein Betätigungs­ glied 80 vorgesehen, das in der ringförmigen Ausnehmung oder Nut 30 des Ventilkörpers 20 angeordnet ist. Das Betätigungs­ glied 80 ist in der Ringnut 30 mittels eines Sprengrings 81 drehbar gelagert, der in die Ringnut 33 des Ventilkörpers eingesetzt und von dieser aus nach außen ragend in eine mit dieser fluchtende, nach innen zu sich öffnende Ringnut 82 des Betätigungsgliedes 80 eingreift. Die Außenfläche des Betätigungsgliedes 80 ist zylindrisch. Das Betätigungsglied 80 ist in dem äußeren Teil der Ringnut 30 drehbar gelagert. Wie aus den Fig. 1 und 2 und in größerem Detail aus Fig. 4 zu entnehmen, ist die Innenfläche 84 des Betätigungsgliedes 80 in ihrem Umriss so gestaltet, dass sich drei Sätze No­ ckenflächen 84A, 84B und 84C ergeben. Jede der Nockenflächen 84A, 84B und 84C wirkt bei einer Verdrehung des Betätigungs­ gliedes 80 mit einer der Kugeln 71 zusammen, deren radiale Einwärts- und Auswärtsbewegung sie damit steuert. An dem radial am weitesten außen liegenden Teil jeder der nach innen weisenden Nockenflächen 84A, 84B und 84C ist eine Raste 85 angeordnet, die von den anliegenden Teilen aus geringfügig nach außen zu sich erstreckt. Bei Verdrehung des Betätigungsgliedes 80 in eine Stellung in der die Kugeln 71 in die zugehörigen Rasten 85 einrasten tritt ein deutliches Klick-Geräusch auf, das der Bedienungsperson anzeigt, dass die Kugeln 71 ihre maximale äußere Stellung einnehmen und dass der Ventilkegel in seiner Absperrstellung steht, in der die abdichtende Stirnseite 55 der Ringdichtung 54 abdichtend an dem Ventilsitz 35 anliegt, wie dies in Fig. 1 veranschau­ licht ist.

Die zu dem ersten Ende 21 des Ventilkörpers 20 hin­ weisende Stirnseite des Betätigungsgliedes 80 ist mit einer Anzahl, vorzugsweise sechs, Aussparungen 86 versehen, in die ein Spannschlüssel eingesetzt werden kann, um das Betäti­ gungsglied 80 zu verdrehen.

Falls die Ventileinrichtung 10 zusammen mit einem Men­ genstromregler oder einem anderen, hohe Reinheit erfordern­ den Gerät verwendet wird ist es zweckmäßig, an dem zweiten Auslass-Ende 22 des Ventilkörpers 20 ein Filter 87 zu be­ festigen.

Im Einsatz kann die Ventileinheit 10 mit ihrem zweiten Ende 22 in einen Gewindeanschluss eines Mengenstromreglers oder einer anderen Einheit, in die ein Medium eingeleitet werden soll, eingeschraubt werden. Auf das Gewinde 24 des ersten Einlass-Endes 21 des Ventilkörpers 20 kann eine Fluidquelle aufgeschraubt werden. Wenn durch die Ventil­ einheit 10 ein Fluid eingeleitet werden soll, werden ein Spannschlüssel in die Aussparungen 86 des Betätigungsgliedes 80 eingesetzt und das Betätigungsglied 80 aus einer Stellung in der die Rasten 85 auf die Kugeln 71 ausgerichtet sind, in eine um etwa 60° dagegen verdrehte Stellung gedreht, in der die Kugeln 71 auf die radial am weitesten innen liegenden Teile der zugeordneten Nockenflächen 84A, 84B und 84C auf­ laufen. Bei dieser Verdrehung des Betätigungsgliedes drücken die Nockenflächen 84A, 84B und 84C die Kugeln 71 radial nach innen, womit die Kugeln 71 gegen die angeschrägte Steuerflä­ che 76 der Ringscheibe 72 vorbewegt werden, so dass sie die Ringscheibe 72 und den auf dieser sitzenden Ventilkegel 50 nach rechts in die geöffnete Stellung nach Fig. 2 drücken.

Wenn die Ventileinrichtung 10 geschlossen werden soll, wird das Betätigungsglied 80 in die Stellung verdreht, in der die Rasten 85 auf die Kugeln 71 ausgerichtet sind, so dass die Kugeln 71 sich in ihre jeweils am weitesten außen stehende Stellung bewegen können. Bei diese Stellung ein­ nehmenden Kugeln drückt die Tellerfeder 78 die Ringscheibe 72 und den Ventilkegel 50 zu dem ersten Ende 21 hin mit der Folge, dass die abdichtende Stirnseite 55 der Ringdichtung 54 abdichtend an dem Ventilsitz 35 zur Anlage kommt und die Ventileinrichtung 10 absperrt.

In den Fig. 5, 6 ist eine weitere Ausführungsform der Ventileinrichtung dargestellt, die allgemein mit 110 be­ zeichnet ist. Diese Ventileinrichtung 110 kann betätigt, d. h. von dem geschlossenen in den geöffneten Zustand über­ führt werden, durch Verdrehung einer Gewindemutter auf dem Ventilkörper durch die eine Axialbewegung eines Betätigungs­ ringes bewirkt wird. Ähnlich, wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 benutzt diese Ausführungsform auch eine Reihe radial nach innen gedrückter Kugeln, um die Bewe­ gung des Ventilkegels aus der geschlossenen oder Absperr­ stellung in eine geöffnete Stellung zu bewirken.

Die Ventileinrichtung 110 der Ausführungsform nach den Fig. 5, 6 verwendet einen Ventilkörper 120 und einen Ventil­ körper 150, die ähnlich dem Ventilkörper 20 und dem Ventil­ kegel 50 der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 sind. Demgemäß sind lediglich sich unterscheidende Merkmale im Einzelnen beschrieben. Die Bezifferung der Teile dieser Ausführungsform folgt der gleichen Bezugszeichenwahl wie bei den entsprechenden Teilen der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4, nur mit dem Unterschied, dass die Bezugsziffern in dem 100er-Bereich liegen.

Wie aus den Fig. 5, 6 zu entnehmen ist ein Ventilkörper 120 vorgesehen, der sich von einem ersten Einlass-Ende 121 zu einem zweiten Auslass-Ende 122 erstreckt. Der Ventilkör­ per trägt an seinem Einlass-Ende eine Abdichtwulst 123 und daran anschließend ein Außengewinde 124.

Bei der Ausführungsform der Fig. 5, 6 ist eine äußere Hülse 190 vorhanden, die in der Ausnehmung oder Nut 130 des Ventilkörpers 120 axial beweglich ist. Das Basisteil größe­ ren Durchmessers 127 wurde gegenüber dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Basisteil 27 axial verlängert, um eine tie­ fere Ausnehmung oder Nut 130 zu erhalten, in der das Ende der Außenhülse 190 verschieblich ist.

Die Außenhülse 190 erstreckt sich von einer ersten Stirnseite 191 zu einer zweiten Stirnseite 192. Im Abstand von der zweiten Stirnseite 192 ist eine nach innen zu an­ geschrägte Steuerfläche 193 vorhanden, die so angeordnet ist, dass sie an den Kugeln 71 anliegt, wenn der zwischen der zweiten Stirnseite 192 und der Steuerfläche liegende Teil der Außenhülse 190 in der Aussparung oder Nut 130 axial zu der zweiten Stirnseite 122 des Ventilkörpers 120 hin bewegt wird.

Die Außenhülse 190 ist an ihrer ersten Stirnseite 191 mit einer radial nach innen ragenden ersten Schulter 194 versehen, die von ihrer Innenfläche 195 aus radial nach innen vorspringt; sie weist außerdem eine im Abstand davon angeordnete zweite Schulter 196 auf, die ebenfalls von der Innenfläche 195 aus vorragt.

Der Ventilkörper 120 ist geringfügig länger als der Ventilkörper 20 der Ausführungsform nach den Fig. 1, 2 und ist mit einer zylindrischen Außenwandfläche 112 ausgebildet, die axial zwischen dem Gewinde 124 und den Öffnungen 148 angeordnet ist, in denen die Kugeln 71 aufgenommen sind. In eine von der zylindrischen Wand 112 aus nach innen gehende, nach außen zu sich öffnende Ringnut ist ein Sprengring 181 eingesetzt. Zwischen der Schulter 194 und dem Sprengring 181 ist eine Druckfeder 197 angeordnet, die die Außenhülse 190 in eine zu der ersten Stirnseite 121 hinweisende Richtung drückt, so dass die Steuerfläche 193 außer Eingriff mit den Kugeln 71 gehalten ist. Durch Anlage des Sprengrings 181 an der zweiten Schulter 196 wird verhindert, dass die Außenhül­ se 190 aus der Aussparung oder Nut 130 vollständig herausge­ zogen wird.

Auf das Gewinde 124 ist eine Gewindemutter 115 aufge­ schraubt. Eine Verdrehung der Gewindemutter 115 auf dem Gewinde 124 in dem Sinne, dass sich die Gewindemutter 124 zu der zweiten Stirnseite 122 hin bewegt, bewirkt auch, dass die Außenhülse 190 gegen die Druckwirkung der Feder 197 in eine Stellung überführt wird, in der ihre Steuerfläche 193 auf den Kugeln 171 aufliegt, wodurch diese radial nach innen in Anlage an der Steuerfläche 176 der Ringscheibe 172 ge­ drückt werden und der Ventilkegel 150 aus der geschlossenen oder der Absperrstellung, nach Fig. 5, in die geöffnete Stellung nach Fig. 6 bewegt wird.

In den Fig. 7, 8 ist eine weitere Ausführungsform der Ventileinrichtung 210 veranschaulicht, die ähnlich der Aus­ führungsform nach den Fig. 5, 6 durch einfache Verdrehung einer Gewindemutter und dadurch hervorgerufene Axialbewegung einer ihrerseits eine Axialbewegung des Ventilkegels be­ wirkenden Gewindemutter, aus einer geschlossenen oder Ab­ sperrstellung in eine geöffnete Stellung überführt werden kann. Es ist ein Ventilkörper 220 vorgesehen, der sich längs einer Achse A von einem ersten Ende 221 zu einem zweiten Ende 222 erstreckt. In dem Ventilkörper 220 sind in längs des Umfanges im wesentlichen gleich beabstandeten Bereichen eine Anzahl, vorzugsweise drei bis sechs länglicher Öff­ nungen oder Schlitze 226 ausgebildet. Die Schlitze 226 er­ strecken sich in einer zu der Achse A im wesentlichen para­ llelen Richtung.

Innen ist der Ventilkörper 220 mit einer nach innen zu sich öffnenden Ringnut 227 ausgebildet, in die eine O-Ring­ dichtung 228 eingesetzt ist. Axial zwischen dem ersten Ende 221 und der Ringnut 227 ist ein Ventilsitz 234 angeordnet.

Der Ventilkörper 220 ist von einer zu ihm axial be­ weglichen Außenhülse 230 umschlossen. Die Außenhülse 230 weist eine Anzahl Öffnungen 231 auf, deren Zahl der Zahl der Schlitze 226 gleich ist und die längs des Umfanges so ver­ teilt angeordnet sind, dass jede Öffnung 231 jeweils auf einen Schlitz 226 ausgerichtet ist. In jeder der Öffnungen 231 ist ein Stift 235 reibschlüssig oder in anderer Weise dauerhaft befestigt. Jeder Stift 231 ragt von der Außenhülse 230 aus radial nach innen durch den ihm jeweils zugeordneten fluchtenden Schlitz 226, wobei er mit seiner Stirnseite radial innerhalb der Innenfläche des Ventilkörpers 220 liegt.

In dem Ventilkörper 220 ist ein Ventilkegel 250 an­ geordnet, der sich in Achsrichtung von einer ersten abdich­ tenden Stirnseite 251 bis zu einer zweiten offenen Stirnsei­ te 252 erstreckt. Der in der Nähe der ersten Stirnseite 251 liegende Abschnitt des Ventilkegels 250 ist mit einer Halte­ nut 253 versehen, in die eine Ringdichtung 254 eingesetzt ist, die derart angeordnet ist, dass sie bei in der ge­ schlossenen oder Absperrstellung nach Fig. 7 stehendem Ven­ tilkegel 250 abdichtend an dem Ventilsitz 234 anliegt. Wenn­ gleich der Ventilkegel 250 in unterschiedlicher Weise ge­ staltet sein kann, einschl. einer Gestaltung ähnlich jener nach Fig. 1 bis 4, so ist der in den Fig. 7, 8 dargestellte Ventilkegel 251 mit einem axialen Durchgangskanal 257 und einer Anzahl schräg dazu verlaufender Kanäle 259 versehen, die in einem zwischen der Ringdichtung 254 und der O-Ring­ dichtung 228 des Ventilkörpers 220 liegenden Bereich, rings um den Umfang des Ventilkegels 251 verteilt angeordnet sind. Im Bereich des O-Ringes 228 ist die Außenfläche des Ventil­ kegels 250 so bemessen, dass der O-Ring 228 dichtend an ihr anliegt. Der zwischen der Ringdichtung 254 und der ersten Stirnseite 251 liegende Teil des Ventilkegels 250 ist ge­ schlossen. Demgemäß ist bei an dem Ventilsitz 234 dichtend anliegender Ringdichtung 253 die Ventileinrichtung 250 für den Fluiddurchlass geschlossen oder abgesperrt.

Auf seiner Außenseite ist der Ventilkegel 250 mit einer Reihe von Vertiefungen 260 versehen, deren Zahl und Ver­ teilung längs des Umfanges jener der Stifte 235 entspricht, so dass sie deren Enden aufnehmen können.

Axial zwischen den Vertiefungen 260 und der zweiten Stirnseite 252 ist eine radial nach außen ragende Schulter 262 vorgesehen. Zwischen der Radialschulter 262 und der zweiten Stirnseite 252 ist eine zylindrische Außenwand 263 vorhanden.

In das Gewinde 225 des Ventilkörpers ist ein Gewinde­ anschlussnippel 270 eingeschraubt. Der Gewindeanschluss­ nippel weist einen vorderen Endflansch 264 und eine Ringnut auf, in die ein O-Ring 272 eingesetzt ist. Die Innenfläche des Nippels 270 und der O-Ring 272 sind so bemessen, dass zwischen dem O-Ring 272 und der zylindrischen Außenwand 263 des Ventilkegels 250 Abdichtung gewährleistet ist. In dem Raum zwischen dem Flansch 264 und der Radialschulter 262 des Ventilkegels 250 ist eine Druckfeder 265 angeordnet.

Auf das Außengewinde 224 des Ventilkörpers 220 ist eine mit einem Innengewinde versehene Gewindemutter 275 aufge­ schraubt. Um die Ventileinrichtung 210 zu öffnen, wird die Gewindemutter 275 auf dem Außengewinde 224 so verdreht, dass die Gewindemutter sich zu dem zweiten Ende 222 des Ventil­ körpers 220 hin bewegt. Die vordere Stirnseite der Gewinde­ mutter 275 drückt dabei gegen die Stirnseite der Außenhülse 230, wodurch diese axial zu dem zweiten Ende 222 des Ventil­ körpers 220 hin bewegt wird. Bei dieser Axialbewegung der Außenhülse 230 werden deren Stifte 231 in den Schlitzen 226 des Ventilkörpers 220 bewegt, wobei sie den Ventilkegel 250 mitnehmen, weil die Stifte 235 in die Vertiefungen 260 des Ventilkegels 250 ragen. Durch diese Bewegung wird der Ven­ tilkegel 250 aus der geschlossenen oder Absperrstellung nach Fig. 7 in die geöffnete Stellung nach Fig. 8 überführt, in der die Ringdichtung 254 im Abstand von dem Ventilsitz 234 steht und damit eine Fluidströmung in das offene Ende 221 des Ventilkörpers 220, durch den Zwischenraum zwischen der Ringdichtung 254 und dem Ventilsitz 234, durch die schräg­ liegenden Durchlasskanäle 259 und aus dem axialen Durchlass­ kanal 257 heraus ermöglicht.

Bei Verdrehung der Gewindemutter 275 im entgegengesetz­ ten Drehsinn wird die äußere Hülse 230 durch die Druckwir­ kung der Druckfeder 265 zu dem ersten Ende 221 des Ventil­ körpers 220 hingedrückt, wodurch der Ventilkegel 250 in eine geschlossene oder Absperrstellung gepresst wird, in der die Ringdichtung 2S4 abdichtend auf dem Ventilsitz 234 aufliegt.

Weitere Abwandlung sind für den Fachmann im Rahmen der Erfindung möglich.

Claims (19)

1. Ventileinrichtung mit:

• a) einem sich längs einer Achse (A) von einem ersten Ende (21) zu einem zweiten Ende (22) erstreckenden Ventilkörper (20), mit einem durch Innenwandberei­ che begrenzten Durchlasskanal und einer in der Nähe des ersten Endes (21) von einem der Innen­ wandbereiche (36) aus nach innen ragenden Schulter (35);
• b) einem in dem Durchgangskanal axial beweglichen Ventilkörper (50), der sich von einer ersten ge­ schlossenen Stirnseite (51) zu einer zweiten offe­ nen Stirnseite (52) erstreckt und in der Nähe der ersten geschlossenen Stirnseite (51) eine Ring­ dichtung (54) aufweist, die mit der Schulter (35) zusammenwirken kann und die im wirksamen Zustand mit der geschlossenen Stirnseite (51) im Sinne des Absperrens des Fluiddurchlasses zwischen dem ers­ ten (21) und dem zweiten (22) Ventilkörperende zusammenwirkt, wobei zwischen der Ringdichtung (54) und dem zweiten offenen Ende (22) wenigstens eine Öffnung (57, 59) angeordnet ist, die einen Fluiddurchtritt von dem ersten (21) zu dem zweiten (22) Ventilkörperende gestattet, wenn die Ring­ dichtung (54) im Abstand von der Schulter (35) steht;
• c) Mitteln (72, 78) um den Ventilkegel (50) elastisch nachgiebig zu der Schulter (35) des Ventilkörpers (20) hin vorzuspannen; und
• d) einem, den Ventilkörper (20) umschließenden rela­ tiv zu diesem verdrehbaren Betätigungsglied (80), wobei eine Verdrehung des Betätigungsglieds (80) auf dem Ventilkörper (20) eine Axialbewegung des Ventilkegels (50) in dem Ventilkörper (20) er­ zeugt, derart, dass die Ringdichtung (54) aus einer an der Schulter (35) anliegenden Stellung in eine von der Schulter (35) beabstandete Stellung überführbar ist.

2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass sie ein oder mehrere, den Ventilkörper durch­ greifende Steuerelemente (71) aufweist und dass die Steuerelemente (71) durch eine Verdrehung des Betäti­ gungsgliedes (80) nach innen zu der Achse (A) hin be­ wegbar sind.

3. Ventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass sie eine den Ventilkegel (50) in fester axia­ ler Zuordnung zu diesem umgebende Druckscheibe (72) aufweist, die in dem Ventilkörper (20) angeordnet und axial beweglich ist und dass die Druckscheibe (72) eine mit den Steuerelementen (71) zusammenwirkende Steuer­ fläche (76) aufweist.

4. Ventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass sie eine mit dem Ventilkegel (50) und dem Ventilkörper (20) jeweils abdichtend verbundene erste Membran (60) aufweist, die axial zwischen der Schulter (35) und der Druckscheibe (72) angeordnet ist.

5. Ventileinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass sie eine abdichtend mit dem Ventilkegel (50) und dem Ventilkörper (20) verbundene zweite Membran (70) aufweist, die axial zwischen der Druckscheibe (72) und dem zweiten Ende (22) angeordnet ist.

6. Ventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass das Betätigungsglied eine mit dem Ventilkör­ per (20) verschraubte Gewindemutter (115) und eine axial bewegliche Hülse (190) aufweist, die eine mit den Steuerelementen (171) gleitend zusammenwirkende Steuer­ fläche (193) trägt.

7. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass sie außerdem aufweist:

• a) eine Anzahl, den Ventilkörper (20) durchgreifender Steuerelemente (71), von denen jedes Steuerelement (71) von einer außenliegenden Stellung in eine innere Stellung näher bei der Achse (A) bewegbar ist;
• b) eine den Ventilkegel (50) in fester axialer Zu­ ordnung zu diesem umschließende Druckscheibe (72) aufweist, die in dem Ventilkörper (20) angeordnet und axial beweglich ist, wobei die Druckscheibe (72) eine mit den Steuerelementen (71) zusammen­ wirkende Steuerfläche (76) trägt und durch eine zu der Achse hin gerichtete Einwärtsbewegung der Steuerelemente (71) in Anlage an der Steuerfläche (76) die Druckscheibe (72) und der Ventilkegel (50) axial bewegbar sind, wobei die Steuerelemente (71) durch eine Drehbewegung des Betätigungsglie­ des zu der Achse hin einwärts bewegbar sind.

8. Ventileinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass das Betätigungsglied (80) in fester axialer Zuordnung zu dem Ventilkörper (20) gehalten ist und profilierte Innenflächenbereiche (84A, 84B, 84C) auf­ weist, von denen jeder mit einem der Steuerelemente (71) zusammenwirkt, wobei die profilierten Innenflächenabschnitte (84A, 84B, 84C) jeweils einen äußeren Bereich und einen inneren Bereich aufweisen, der näher der Achse liegt, als der äußere Bereich.

9. Ventileinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, dass sie außerdem in wenigstens einem der äußeren Bereiche eine Raste (85) aufweist und dass die Raste (85) sich von der Achse (A) weiter weg erstreckt, als benachbarte Teile des äußeren Bereiches.

10. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass der Ventilkörper (120, 220) in der Nähe sei­ nes ersten Endes ein Gewinde (124, 224) aufweist und dass das Betätigungsglied (115, 190; 275, 230) mit diesem Gewinde (124, 224) verschraubt ist, derart, dass eine Verdrehung des Betätigungsgliedes eine Axialbewe­ gung des Betätigungsgliedes auf dem Ventilkörper (120, 220) ergibt.

11. Ventileinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sie außerdem aufweist:

• a) eine Anzahl von den Ventilkörper (20) durchgrei­ fenden Kugeln (71), denen durch eine Verdrehbewe­ gung des Betätigungsgliedes eine zu der Achse (A) hin gerichtete Einwärtsbewegung erteilbar ist; und
• b) eine den Ventilkegel (150) in fester axialer Zu­ ordnung zu diesem umgebende Druckscheibe (172), die in dem Ventilkörper (120) angeordnet und axial beweglich ist, wobei die Druckscheibe (172) eine mit den Kugeln (71) zusammenwirkende Steuerfläche (176) aufweist und die Druckscheibe (172) und der Ventilkegel (150) durch eine zu der Achse hin gerichtete Einwärtsbewegung gegen die Steuerfläche (176) der Kugeln (71) axial bewegbar sind.

12. Ventileinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Ventilkörper (220) eine Anzahl an verschiedenen Stellen längs des Umfanges angeordneter Schlitze (226) und eine den Ventilkörper (220) um­ schließende Hülse (230) aufweist, dass eine Anzahl mit der Hülse (230) und dem Ventilkegel (250) zusammen­ wirkender und durch die Schlitze (226) verlaufender Stifte (235) vorgesehen sind und dass das Betätigungs­ glied (27S) mit der Hülse zusammenwirkend ausgebildet ist.

13. Ventileinrichtung mit:

• a) einem sich längs einer Achse (A) von einem ersten Ende (21) zu einem zweiten Ende (22) erstreckenden Ventilkörper (20), der einen Durchgangskanal ent­ hält, einer Dichtfläche (35) in der Nähe des ers­ ten Endes (21), einem Teil größeren Durchmessers (27) mit einer randseitig offenen Ausnehmung oder Nut (30), die die Achse (A) umgibt und zu dem ersten oder dem zweiten Ende des Ventilkörpers hin weist und mit einer oder mehreren Öffnungen (48), die zwischen der Ausnehmung oder Nut und dem Durchgangskanal verläuft bzw. verlaufen;
• b) einem eine abdichtende Stirnseite (51) und eine offene Stirnseite (52) aufweisenden Ventilkegel (50), der in dem Durchgangskanal des Ventilkörpers axial beweglich angeordnet ist, wobei der Ventil­ kegel (50) in der Nähe seiner abdichtenden Stirn­ seite (51) eine Ringdichtung (54) trägt, die mit der Dichtfläche (35) zusammenwirken kann und we­ nigstens einen Durchlass (57, 59) zwischen der Ringdichtung (54) und der offenen Stirnseite (52) aufweist;
• c) einem oder mehreren beweglichen Steuerelementen (71), das bzw. die in einer zugeordneten Öffnung (48) angeordnet ist oder sind;
• d) einem in der Ausnehmung oder Nut (30) drehbar gelagerten Betätigungsglied (80), das eine mit dem wenigstens einen Steuerelement (71) gleitend zu­ sammenwirkende Innenfläche (64) aufweist, wobei die Innenfläche unter Ausbildung einer oder mehre­ rer erster Abschnitte und diesen benachbarter zweiter Abschnitte (84A, 84B, 84C) profiliert ist, von denen die ersten Abschnitte näher an der Achse (A) als die zweiten Abschnitte liegen;
• e) einer in dem Durchgangskanal des Ventilkörpers (20) axial beweglich angeordneten Druckscheibe (72), die an dem Ventilkegel (50) befestigt ist, derart, dass eine Axialbewegung der Druckscheibe (72) eine Axialbewegung des Ventilkegels (50) hervorruft;
  wobei durch eine Verdrehung des Betätigungsgliedes (80) von einer Stellung in der die zweiten Ab­ schnitte mit den Steuerelementen (71) in Eingriff stehen, in eine Stellung in der die ersten Ab­ schnitte mit den Steuerelementen in Eingriff ste­ hen, der Ventilkegel (50) aus einer Stellung in der die Ringdichtung (54) mit der Dichtfläche (35) des Ventilkörpers abdichtend zusammenwirkt, in eine Stellung bewegbar ist, in der die Ringdich­ tung (54) von der Dichtfläche (35) des Ventilkör­ pers beabstandet ist.

14. Ventileinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Betätigungsglied in wenigstens eine der zweiten Abschnitte eine Raste (85) aufweist und dass die Raste (85) sich von der Achse weiter weg er­ streckt als benachbarte Teile der zweiten Abschnitte.

15. Ventileinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sie ein elastisches Glied (78) aufweist, durch das der Ventilkegel (50) nachgiebig auf eine Stellung zu vorspannbar ist, in der die Ringdichtung (54) bei mit den Steuerelementen in Eingriff stehender Innenfläche des Betätigungsgliedes abdichtend mit der Dichtfläche (35) zusammenwirkt.

16. Ventileinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Steuerelemente (71) Kugeln sind und dass die Druckscheibe (72) eine zu dem ersten Ende (21) hin einwärts zu der Achse hinweisend angeschrägte Steu­ erfläche (76) aufweist.

17. Ventileinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sie eine mit dem Ventilkegel (50) und dem Ventilkörper (20) abdichtend verbundene, erste Membran (60) aufweist, die axial zwischen der Dichtflä­ che (35) und der Druckscheibe (72) angeordnet ist.

18. Ventileinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sie eine abdichtend mit dem Ventilkegel (50) und dem Ventilkörper (20) verbundene, zweite Mem­ bran (70) aufweist, die axial zwischen der Abstand­ scheibe (72) und dem zweiten Ende (22) angeordnet ist.

19. Verfahren zum Steuern einer Fluidströmung, das folgende Schritte aufweist:

• a) es wird eine Ventileinrichtung vorgesehen, die aufweist:
  • A) einen längs einer Achse von einem ersten Ende (21) zu einem zweiten Ende (22) sich erstreckenden Ventilkörper (20), der einen durch Innenwandabschnitte (34, 36, 42) be­ grenzten Durchgangskanal enthält und eine Dichtfläche (35) in der Nähe des ersten En­ des (21) aufweist, die von einem der Innen­ wandabschnitte (36) aus nach innen sich er­ streckt;
  • B) einen Ventilkegel (50), der in dem Durch­ gangskanal angeordnet und axial beweglich ist, wobei der Ventilkegel (50) sich von einer ersten geschlossenen Stirnseite (51) zu einer zweiten offenen Stirnseite (52) erstreckt und in der Nähe der ersten ge­ schlossenen Stirnseite (51) eine Ringdich­ tung (54) trägt, die mit der Dichtfläche (35) zusammenwirken kann, derart, dass im wirksamen Zustand im Zusammenwirken mit der geschlossenen Stirnseite (51) die Fluidströ­ mung zwischen dem ersten (21) und dem zwei­ ten (22) Ende des Ventilkörpers (20) abge­ sperrt ist und der Ventilkegel (50) wenigs­ tens eine zwischen der Ringdichtung (54) und der zweiten offenen Stirnseite (22) angeord­ nete Öffnung (57, 59) aufweist, die bei von der Dichtfläche (35) beabstandeter Ringdich­ tung (54) eine Fluiddurchströmung von dem ersten Ende (21) zu dem zweiten Ende (22) des Ventilkörpers erlaubt;
  • C) ein oder mehrere Steuerelemente (71), die den Ventilkörper (20) durchgreifen;
  • D) Mittel, um den Ventilkegel (50) elastisch zu der Dichtfläche (35) des Ventilkörpers hin vorzuspannen; und
  • E) ein den Ventilkörper (20) umschließendes und relativ zu diesem verdrehbares Betätigungs­ glied (80), das eine mit den Steuerelementen (71) zusammenwirkende Fläche (84) trägt, wobei die Steuerfläche (84) erste und zweite Bereiche (84A, 84B; 84C) aufweist, von denen die ersten Bereiche näher der Achse (A) lie­ gen, als die zweiten Bereiche;
• b) das Betätigungsglied (80) wird aus einer Stellung in der die zweiten Bereiche mit den Steuerelemen­ ten (71) zusammenwirken in eine Stellung verdreht, in der die ersten Bereiche (84A, 84B; 84C) mit den Steuerelementen (71) in Eingriff stehen, um damit die Steuerelemente (71) nach innen zu drücken, wobei die Steuerelemente (71) dabei dem Ventilke­ gel (50) in dem Ventilkörper (20) eine Axialbewe­ gung erteilen, um die Ringdichtung (84) von der Dichtfläche (35) abzuheben.