DE10126967A1 - Öffnungs-/Schließventil - Google Patents

Abstract

Ein Öffnungs-/Schließventil weist einen Ventilkörper (12) mit einem ersten Anschluss (20) und einem zweiten Anschluss (22) für den Durchfluss von Druckfluid, eine Ventilscheibe (46) zum Öffnen/Schließen eines Verbindungsdurchgangs zwischen dem ersten Anschluss (20) und dem zweiten Anschluss (22) entsprechend der Verschiebung einer Kolbenstange (32), erste bis dritte Heizungen (54a bis 54c), die an einer äußeren Wandfläche des Ventilkörpers (12) vorgesehen sind, um den Ventilkörper (12) zu heizen, und Thermistoren (56a bis 56c) zum Steuern der Heiztemperaturen der ersten bis dritten Heizungen (54a bis 54c) auf (Fig. 1).

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Öffnungs-/Schließventil, das es ermöglicht, einen Fluiddurchgang oder einen Ablassdurchgang, bspw. für ein Druckfluid oder ein Gas, zu öffnen/schließen.

Stand der Technik

Herkömmlicherweise weist eine Maschine zur Herstellung von Halbleitern, bspw. Halbleiterwafern und Flüssigkristallsubstraten, eine Vakuumpumpe auf, die über einen bspw. durch ein Rohr und ein Ventil gebildeten Durchgang mit einer Mehrzahl von Prozesskammern in Verbindung steht. Der Durchgang wird durch Öffnen/Schließen entsprechend der Erregung/Abschaltung des Ventils gesteuert.

Im allgemeinen wird die oben beschriebene Halbleiter-Herstellmaschine bspw. durch eine filmbildende Vorrichtung und eine Ätzvorrichtung gebildet, die jeweils eine Heizeinheit mit einer bspw. ummantelten Heizung aufweist, um ein Ver­ schließen des oder ein Hindernis in dem Durchgang zu vermeiden. Dies würde anderenfalls durch Produkte bewirkt, die in einer Vakuumkammer erzeugt wer­ den und bspw. an dem Rohr und dem Ventil bei einer Temperatur anhaften, die niedriger liegt als die Temperatur der Vakuumkammer.

Ein Thermostat oder ein Thermoelement wird dazu verwendet, die Temperatur eines Heizelementes, das die Heizeinheit bildet, zu steuern. Die Temperatur wird durch Steuerung des Stromes, der einem Heizelement zugeführt wird, ge­ steuert.

Bei einer solchen Anordnung kann, insbesondere bei einem Thermostat, die Haltbarkeit nicht zufriedenstellend sein. Andererseits ist im Falle des Thermo­ elementes die Steuereinheit teuer und hohe Kosten sind für die Ausrüstungsinvestitionen erforderlich. Außerdem wird für die Installation ein großer Raum in Anspruch genommen.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Öffnungs-/Schließventil vorzuschlagen, mit dem die Produktionskosten reduziert werden können, und das den Installati­ onsraum effizient ausnutzen kann. Die Temperatur soll mit einem einfachen Aufbau gesteuert werden.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprü­ chen.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsformen der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle Merkmale den Gegenstand der vorliegenden Erfin­ dung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt in Axialrichtung durch ein Öffnungs-/Schließventil gemäß einer Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung.

Fig. 2 zeigt den Betriebsvorgang, wobei ein Zustand dargestellt ist, in dem eine Ventilscheibe des Öffnungs-/Schließventils von einem Sitzabschnitt abgehoben ist, um eine Verbindung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss herzustellen.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Öffnungs-/Schließventil gemäß Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Schaltkreis, bei dem ein Thermistor an einer Seitenflä­ che eines Ventilkörpers des Öffnungs-/Schließventils angebracht ist.

Fig. 5 zeigt einen Schaltkreis mit einem Schutzmechanismus zum Schutz des Thermistors.

Fig. 6 zeigt einen Schaltkreis, bei dem der Thermistor und der Schutzme­ chanismus nahe beieinander angeordnet sind.

Fig. 7 zeigt eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Widerstand des Thermistors darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Öffnungs-/Schließventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Das Öffnungs-/Schließventil 10 umfasst einen Ventilkörper 12 mit im Wesentli­ chen winkliger, fassförmiger Gestalt, eine Kappe 14, die an einem oberen Ab­ schnitt des Ventilkörpers 12 gehalten wird, und einen Heizmechanismus 16, der an der Außenfläche des Ventilkörpers 12 vorgesehen ist. Eine Kammer 18 ist in dem Ventilkörper 12 ausgebildet. Ein erster Anschluss 20 und ein zweiter An­ schluss 22, die in zueinander senkrechten Richtungen angeordnet sind, sind so vorgesehen, dass sie über die Kammer 18 in Verbindung stehen.

Der Ventilkörper 12 wird vorzugsweise durch einen inneren Ventilkörper 12a aus rostfreiem Stahl und einen äußeren Ventilkörper 12 bspw. aus einer Aluminium­ legierung mit gutem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, der integral an der Außenfläche des inneren Ventilkörpers 12a durch Druckgießen oder Gießformen ausgeformt ist, gebildet. Außerdem kann der äußere Ventilkörper 12b durch Anbringen, bspw. mit Schrauben, von Wärmeleitern (nicht dargestellt) gebildet werden, die in zwei Teile aus bspw. einer Aluminiumlegierung unterteilt sind.

Bei dieser Anordnung ist es möglich, die Heiztemperatur des gesamten Ventil­ körpers 12 durch Heizen des äußeren Ventilkörpers 12b aus der Aluminiumle­ gierung zu vergleichmäßigen.

Ein Zylindermechanismus 24, der als Antriebsmechanismus dient, ist in der Kappe 14 angeordnet. Der Zylindermechanismus 24 umfasst einen Kolben 30, der entsprechend der Wirkung von Druckfluid, das von einem Druckfluidzufuhr­ anschluss 26 zugeführt wird, gleitend entlang einer Zylinderkammer 28 ver­ schoben wird, eine Kolbenstange (Ventilstange) 32, die mit dem Kolben 30 ver­ bunden ist, und ein Abdeckelement 33, das die Zylinderkammer 28 verschließt. Eine Kolbendichtung 34 ist in einer Ringnut an der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 30 angebracht. Ein ringförmiger Magnet 36 ist in einer Ringnut ange­ bracht, die an einem Abschnitt nahe der Kolbendichtung 34 angeordnet ist.

Ein Lagerabschnitt 38 zum drehbaren Halten der Kolbenstange 32 ist an der unteren Seite der Kappe 14 ausgebildet. Der Lagerabschnitt 38 weist eine Wel­ lenöffnung 40, in die die Kolbenstange 32 eingesetzt ist, und eine Kolbendich­ tung 42 auf, die an der inneren Umfangsfläche der Wellenöffnung 40 so ange­ bracht ist, dass sie die äußere Umfangsfläche der Kolbenstange 32 umgibt.

Eine Ventilscheibe 46, die die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 20 und dem zweiten Anschluss 22 durch Aufsetzen auf einem ringförmigen Sitzab­ schnitt 44 an der Innenseite des Ventilkörpers 12 unterbricht, ist mit einem Ende der Kolbenstange 32 verbunden, welches der Innenseite der Kammer 18 des Ventilkörpers 12 zugewandt ist. Ein Dichtring 48, der durch Kontakt mit dem Sitzabschnitt 44 eine Dichtfunktion übernimmt, ist in einer Ringnut der Ventil­ scheibe 46 angebracht.

Ein Federelement 50, dessen erstes Ende an einem abgestuften Abschnitt des Lagerabschnitts 38 befestigt ist und dessen zweites Ende an der Ventilscheibe 46 befestigt ist, ist in der Kammer 18 des Ventilkörpers 12 angeordnet. Die Ven­ tilscheibe 46 wird entsprechend der Vorspannkraft des Federelements 50 so vorgespannt, dass sie auf dem Sitzabschnitt 44 aufsetzt.

Ein Balg 52 aus Metall, dessen erstes Ende an dem Lagerabschnitt 38 befestigt ist und dessen zweites Ende an der Ventilscheibe 46 befestigt ist, ist in der Kammer 18 des Ventilkörpers 12 angeordnet.

Die Dichtwirkung wird bspw. durch Abdecken der Kolbenstange 32 und des Fe­ derelementes 50 mit dem Balg 52 erreicht.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist der Heizmechanismus 16 vorzugsweise erste bis dritte Heizungen (Heizmechanismen) 54a bis 54c auf, die an drei Seitenflächen in Umfangsrichtung des Ventilkörpers 12 bis auf den zweiten Anschluss 22 an­ geordnet sind, sowie erste bis dritte Thermistoren 56a bis 56c, die jeweils die Heiztemperaturen der entsprechenden ersten bis dritten Heizungen 54a bis 54c steuern, und dünne, plattenförmige Wärmeübertragungselemente 58a bis 58c auf, die zwischen den ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c mit flacher plattenförmiger Gestalt und den flachen Seitenflächen des Ventilkörpers 12 an­ geordnet sind. Die Wärmeübertragungselemente 58a bis 58c bestehen vor­ zugsweise aus einem Material, wie einer Aluminiumlegierung, mit einem guten Wärmeleitungskoeffizienten.

Jeder der ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c besteht aus einem PTC- Thermistor (positiver Temperaturkoeffizient) mit einer in Fig. 7 gezeigten Wider­ stand-Temperatur-Charakteristik. Die ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c sind über Leitungen mit einer Stromquelle 60 verbunden (vgl. Fig. 4). Die ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c sind jeweils in gleicher Weise aufge­ baut. Daher wird nachfolgend lediglich der erste Thermistor 56a im Detail be­ schrieben und auf eine Erläuterung der zweiten und dritten Thermistoren 56b, 56c verzichtet.

Der erste Thermistor 56a ist so vorgesehen, dass die Temperatur- und elektri­ schen Widerstandswerte entsprechend der in Fig. 7 gezeigten Widerstands- Temperatur-Charakteristik geändert werden. In der Widerstands-Temperatur- Charakteristik-Kurve bezeichnet die Temperatur, bei der der elektrische Wider­ standswert plötzlich erhöht wird, den Curie-Punkt (H). Die Temperatur in dem Bereich des Curie-Punktes kann durch Verwendung des ersten Thermistors 56a gesteuert werden. Wenn der Widerstandswert niedrig ist, wird der Ventilkörper 12 aufgeheizt, indem man eine große Strommenge fließen lässt. Andererseits wird der Strom verringert, wenn der Widerstandwert hoch ist, sodass die Aufhei­ zung des Ventilkörpers 12 unterdrückt wird.

Das Öffnungs-/Schließventil 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden seine Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise erläutert.

Die Erläuterung erfolgt unter der Annahme, dass die Ursprungsposition in dem Zustand liegt, in dem der Kolben 30 an seiner unteren Grenzposition angeordnet ist und die Ventilscheibe 46 auf dem Sitzabschnitt 44 aufsitzt, um die Verbin­ dung zwischen dem ersten Anschluss 20 und dem zweiten Anschluss 22 zu un­ terbrechen (vgl. Fig. 1).

Das Druckfluid (bspw. unter Druck stehende Luft), die von dem Druckfluidzu­ fuhranschluss 26 durch Betätigung einer nicht dargestellten Druckfluidzufuhr­ quelle zugeführt wird, wird in die Zylinderkammer 28 eingeführt. Der Kolben 30 wird unter der Wirkung des Druckfluides nach oben gedrückt. In dieser Situation werden der Kolben 30 und die Kolbenstange 32 in integrierter Weise gemein­ sam aufwärts bewegt. Die Ventilscheibe 46, die mit dem ersten Ende der Kol­ benstange 32 verbunden ist, wird von dem Sitzabschnitt 44 entgegen der Vor­ spannkraft des Federelementes 50 abgehoben. Dadurch wird, wie in Fig. 2 ge­ zeigt ist, zwischen der Ventilscheibe 46 und dem Sitzabschnitt 44 eine Lücke gebildet, durch die der erste Anschluss 20 und der zweite Anschluss 22 in Ver­ bindung stehen.

Wenn der Druckfluidzufuhranschluss 26 offen ist, sodass er entsprechend der Schaltwirkung eines nicht dargestellten Richtungskontrollventils mit der Atmo­ sphäre in Verbindung steht, werden der Kolben 30, die Kolbenstange 32 und die Ventilscheibe 46 unter der Wirkung der Vorspannkraft des Federelementes 50 in integrierter Weise nach unten bewegt. Die Ventilscheibe 46 wird auf dem Sitz­ abschnitt 44 aufgesetzt, wodurch der Ursprungszustand erhalten wird.

Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die ersten bis dritten Heizungen 54a bis 54c an den drei Seitenflächen des Ventilkörpers 12 in Um­ fangsrichtung angeordnet. Die Heiztemperaturen der ersten bis dritten Heizun­ gen 54a bis 54c werden durch die ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c gesteuert (geregelt). Wenn die Temperatur des Ventilkörpers 12 als Erwär­ mungsobjekt an der Temperatur im Bereich des Curie-Punktes ankommt, wird der elektrische Widerstand jedes der ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c erhöht und der Strom verringert.

Die Temperaturzunahme des Ventilkörpers 12 wird somit durch Verringerung des durch die ersten bis dritten Heizungen 54a bis 54c fließenden Stromes be­ endet, da die Heizkraft unterdrückt wird. Wenn die Temperatur des Ventilkörpers 12 weiter abgesenkt wird, wird der elektrische Widerstand jedes der ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c verringert. Der durch die ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c fließende Strom wird erhöht, und dadurch auch die Heizkraft der ersten bis dritten Heizungen 54a bis 54c.

Wenn die Heizkraft der ersten bis dritten Heizungen 54a bis 54c zum Heizen des Ventilkörpers 12 durch die ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c wie oben beschrieben gesteuert wird, ist es möglich, die Trocknung (Backbehand­ lung) zur Freigabe des Gases kostengünstig mit einfachem Aufbau durchzufüh­ ren und das Anhaften jeglichen Produktes der Hochvakuumvorrichtung zu ver­ meiden. Jeder der ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c hat eine dünne plattenförmige Gestalt mit miniaturisierter Größe. Dadurch wird kein großer In­ stallationsraum benötigt. Es ist möglich, den Installationsraum effizient auszu­ nutzen.

Außerdem wird bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung der ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c die Verdrahtungs­ anordnung vereinfacht und es ist nicht notwendig, Maßnahmen gegen Funkstö­ rungen zu ergreifen. Dadurch kann das Öffnungs-/Schließventil noch kosten­ günstiger produziert werden. Wenn der Ventilkörper 12 eine niedrige Tempera­ tur aufweist, ist es möglich, eine große Strommenge fließen zu lassen, da der elektrische Widerstand der ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c klein ist. Die Heiztemperatur des Ventilkörpers 12 wird schnell erhöht, sodass es möglich ist, ein schnelles Hochfahren der Vorrichtung zu realisieren.

Außerdem tritt bei der Heiztemperatur kein Pendeln auf, da der Schalter in ana­ loger Weise betätigt wird. Die Adhäsion (Anhaften) des Produktes wird verrin­ gert und es ist möglich, die periodischen Wartungsintervalle der Vorrichtung zu verlängern.

Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird zum Schutz der ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c vorzugsweise ein Schutzmechanismus 62a bis 62c vorgesehen, der bspw. Temperatursicherungen und Bimetalle aufweist, die in der Nähe des Cu­ rie-Punktes wirken. In diesem Fall wird vorzugsweise, wie in Fig. 6 gezeigt ist, eine Anordnung verwendet, bei der die Schutzmechanismen 62a bis 62c nahe den in dem Gehäuse 64 angeordneten ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c angeordnet werden. Dementsprechend sind die Schutzmechanismen 62a bis 62c so angebracht, dass die Temperatur der ersten bis dritten Thermistoren 56a bis 56c im Wesentlichen die gleiche ist wie die Temperatur der Schutzme­ chanismen 62a bis 62c. Die Schutzmechanismen 62a bis 62c sind so vorgese­ hen, dass sie elektrisch von dem Ventilkörper 12 isoliert sind.

Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der äußere Ventilkörper 12b aus dem Material mit dem hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, bspw. die Aluminiumlegierung, die in kontaktierender Weise in geschmolzenem Zu­ stand geformt wird, einstückig an der äußeren Umfangsfläche des inneren Ven­ tilkörpers 12a aus dem Material mit niedrigem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, bspw. rostfreiem Stahl, ausgebildet. Es besteht jedoch keine Einschränkung hierauf. Der äußere Ventilkörper 12b kann bspw. auch aus einer Aluminiumle­ gierung bestehen, die in zwei oder mehr Teile unterteilt ist.

Somit werden die äußeren Oberflächenabschnitte des äußeren Ventilkörpers 12b, der aus dem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, durch die ers­ ten bis dritten Heizungen 54a bis 54c beheizt. Dementsprechend kann die Tem­ peratur des inneren Ventilkörpers 12a, der aus dem Material mit niedriger Wär­ meleitfähigkeit besteht, gleichmäßig angehoben werden, und es ist möglich, ei­ ne gleichmäßige Temperatur des gesamten Ventilkörpers 12 zu erhalten. Dies hat folgenden Grund:
Wenn der gesamte Ventilkörper 12 lediglich aus Stahlmaterial gebildet ist, tritt aufgrund des niedrigen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten beim Aufheizen eine starke Temperaturverteilung auf. Dementsprechend haftet das Produkt teilweise an, oder die Trocknungstemperatur ist nicht gleichmäßig.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Temperaturverteilung der gesamten Vorrichtung im Wesentlichen die gleiche wie bei einem Körper aus einer Alumi­ niumlegierung. Das Anhaften von Produkt wird verringert. Es ist möglich, die Trocknungszeit zu verkürzen und die Trocknungstemperatur relativ zu verrin­ gern, da die Temperatur bei der Trocknung (Brennen) gleichmäßig ist.

Claims (8)

1. Öffnungs-/Schließventil mit:
einem Antriebsmechanismus (24),
einem Ventilkörper (12) mit einem ersten Anschluss (20) und einem zweiten An­ schluss (22) für den Durchfluss von Druckfluid,
einer Ventilstange (32) zur Verschiebung entsprechend der Antriebswirkung des Antriebsmechanismus (24),
einer Ventilscheibe (46) zum Öffnen/Schließen eines Verbindungsdurchgangs zwischen dem ersten Anschluss (20) und dem zweiten Anschluss (22) in dem Ventilkörper (12) entsprechend der Verschiebung der Ventilstange (32),
einem Heizmechanismus (16), der an einer äußeren Wandfläche des Ventilkör­ pers (12) vorgesehen ist, um den Ventilkörper (12) aufzuheizen, und
einem Thermistor (56a bis 56c) zum Steuern einer Heiztemperatur einer Hei­ zung (54a bis 54c) des Heizmechanismus (16).

2. Öffnungs-/Schließventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistoren (56a bis 56c) an drei flachen Seitenflächen des Ventil­ körpers (12) vorgesehen sind, welcher so geformt ist, dass er in Umfangsrich­ tung eine winklige, fassförmige Gestalt aufweist.

3. Öffnungs-/Schließventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass der Ventilkörper (12) einen inneren Ventilkörper (12a), der aus einem Stahl enthaltenden Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht, und einen äußeren Ventilkörper (12b) aufweist, der aus einem Aluminiumlegierung enthal­ tenden Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, und dass der innere Ven­ tilkörper (12a) und der äußere Ventilkörper (12b) zu einer Einheit zusammenge­ setzt sind.

4. Öffnungs-/Schließventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass ein Wärmeübertragungselement (58a bis 58c), das aus einer Aluminiumlegierung besteht, zwischen dem Thermistor (56a bis 56c) und der äußeren Wandfläche des Ventilkörpers (12) angeordnet ist.

5. Öffnungs-/Schließventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch einen Schutzmechanismus (62a bis 62c) zum Schutz des Thermistors (56a bis 56c).

6. Öffnungs-/Schließventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus einen Zylindermecha­ nismus (24) mit einem Kolben (30), der sich gleitend entlang einer Zylinder­ kammer (28) verschiebt, und einer Kolbenstange (32) aufweist, deren erstes Ende mit dem Kolben (30) und deren zweites Ende mit der Ventilscheibe (46) verbunden ist.

7. Öffnungs-/Schließventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (50) zum Vorspannen der Ventilscheibe (46) in Richtung eines Sitzabschnittes (44) an der Kolbenstange (32) befestigt ist, und dass das Federelement (50) und die Kolbenstange (32) von einem Balg (52) abgedeckt werden, dessen erstes Ende an einem Lagerabschnitt (38) und dessen zweites Ende an der Ventilscheibe (46) befestigt ist.

8. Öffnungs-/Schließventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermistor (56a bis 56c) ein Thermistor mit positi­ vem Temperaturkoeffizient ist.