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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines zwischen zwei
Vakuumkammern angeordneten Vakuumventils. Das Vakuumventil umfasst hierbei
einen Ventilkörper
mit einer Ventilöffnung,
ein Verschlussglied, das in einem geschlossenen Zustand des Vakuumventils
die Ventilöffnung
verschließt
und das in einem geöffneten
Zustand des Vakuumventils die Ventilöffnung freigibt, wobei zum Verschluss
der Ventilöffnung
durch das Verschlussglied im geschlossenen Zustand des Vakuumventils mindestens
eine elastische Dichtung an einer Dichtfläche des Vakuumventils anliegt,
auf die im geschlossenen Zustand des Vakuumventils eine Presskraft
wirkt, und eine Betätigungseinrichtung
zum Öffnen
und Schließen
des Vakuumventils mit mindestens einem Aktuator, von welchem zum
Schließen des
Vakuumventils die Dichtung durch eine Verstellung des Verschlussglieds
an die Dichtfläche
angelegt wird, und mit einer Steuerungseinheit, welche diesen mindestens
einen Aktuator ansteuert und der als Eingangssignale Druckmesswerte
von Drucksensoren zugeführt
werden, die den jeweiligen Druck in den beiden Vakuumkammern erfassen.
Weiters betrifft die Erfindung ein derartiges Vakuumventil.
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Vakuumventile
sind in unterschiedlichen Ausführungsformen
bekannt. Beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 4,052,036 und dem
US-Patent Nr. 4,470,576 sind Schieberventile bekannt, bei welchen im
geschlossenen Zustand durch Spreizung einer Ventilplatte die an
der Ventilplatte angeordnete elastische Dichtung an eine am Ventilkörper angeordnete Dichtfläche angelegt
wird.
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Aus
dem US-Patent Nr. 4,809,950 ist eine Schieberventil bekannt, bei
dem eine umfangsgeschlossene Dichtung 2 an stirnseitigen
Flächen
des Verschlussgliedes angeordnete Abschnitte aufweist, die in Ebenen
liegen, die in Richtung der Längsachse der
Ventilöffnung
zueinander versetzt sind und über Verbindungsabschnitte
miteinander verbunden sind. Bei einem solchen Schieberventil ist
ein mehrstufiger Bewegungsablauf mit Bewegungskomponenten in unterschiedlichen
Richtungen nicht erforderlich, um beim Schließen des Verschlussgliedes auf
die Dichtung wirkende Scherkräfte
zu verhindern. Ein ähnliches
Schieberventil mit einer linearen Verstellung des Verschlussgliedes
zwischen seiner geöffneten und
seiner geschlossenen Position ist aus dem US-Patent Nr. 4,921,213
bekannt, wobei Verbindungsabschnitte zwischen an stirnseitigen Flächen des
Verschlussgliedes angeordneten Abschnitten der umfangsgeschlossenen
Dichtung hier parallel zu einer durch die Längsachse der Ventilöffnung und durch
die Schließrichtung
gebildete Ebene verlaufen.
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Aus
dem US-Patent Nr. 4,634,094 und dem US-Patent
US 6,494,434 B1 sind sogenannte
Butterfly-Ventile
bekannt. Bei diesen wird das tellerförmige Verschlussglied zwischen
seiner Offenstellung und seiner Schließstellung um eine Achse verschwenkt, die
senkrecht zur Längsachse
der Ventilöffnung steht,
wobei der Ventilteller in seiner Offenstellung in der Ventilöffnung angeordnet
ist.
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Beispielsweise
im US-Patent Nr.
US 6,431,518
B1 ist ein L-Ventil beschrieben, bei welchem das Verschlussglied
ausgehend von seiner Offenstellung zunächst in eine der Ventilöffnung gegenüberliegende,
aber vom Ventilsitz noch abgehobene Stellung verfahren wird und
in der Folge in einer im Wesentlichen in Richtung der Längsachse
der Ventilöffnung
verlaufenden Bewegung an den Ventilsitz angelegt wird.
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Aus
dem US-Patent Nr. 5,577,707 ist ein Schieberventil bekannt, bei
dem das Verschlussglied eine Ventilplatte und einen am Ventilgehäuse verschiebbar
gelagerten Schließring
umfasst. Im geschlossenen Zustand des Vakuumventils ist der Schließring an
die Ventilplatte angelegt, wobei ein Dichtring des Schließrings an
eine Dichtfläche
der Ventilplatte anliegt.
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Bei
einer weiteren Art von Plattenventilen, welche auch als Pendelventile
bezeichnet werden, erfolgt im ersten Schritt der Bewegung des plattenförmigen Verschlussgliedes
keine lineare Verschiebung des Verschlussgliedes sondern eine Verschwenkung entlang
eines Kreisbogens, um das Verschlussglied in die der Ventilöffnung gegenüberliegende
Position zu bewegen. Der zweite Schritt der Schließbewegung
des Verschlussgliedes in Richtung zum Ventilsitz erfolgt durch eine
Verschiebung des dem Ventilsitz gegenüberliegenden, aber zunächst noch
von diesem abgehobenen Verschlussgliedes in Richtung der Längsachse
der Ventilöffnung.
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Eine
weitere bekannte Art von Plattenventilen sind die sogenannten Eckventile.
Bei diesen wird eine Ventilstange, an der das plattenförmige Verschlussglied
festgelegt ist, durch eine der Ventilöffnung gegenüberliegende
Wandung mittels einer geeigneten Durchführung aus dem Vakuum herausgeführt, wobei
der die Ventilöffnung
bildende Durchgangskanal durch den Ventilkörper zwei winklig zueinander
stehende Abschnitte aufweist.
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Alle
diese Arten von Vakuumventilen können manuell öffen- und
schließbar
ausgebildet sein. Weiters kann die Betätigungseinrichtung eines solchen Ventils
zum Öffnen
und Schließen
des Verschlussgliedes mindestens einen Aktuator umfassen, der von
einer Steuerungseinheit angesteuert wird. Als Aktuatoren werden
für Vakuumventile
insbesondere pneumatische Kolben-Zylinder-Einheiten
eingesetzt. Bekannt sind aber auch Aktuatoren, die von Elektromotoren
oder elektromagnetischen Einheiten gebildet werden.
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Bei
Vakuumventilen, die mittels Aktuatoren schließbar sind, wirkt im geschlossenen
Zustand üblicherweise
die volle Schließkraft
des Aktuators auf das Verschlussglied, um die Dichtung an die Dichtfläche anzupressen
und das Ventil vakuumdicht zu verschließen. Um die auf die Dichtung
wirkende Presskraft bei einem Vakuumventil, bei welchem das Verschlussglied
in Abhängigkeit
vom auf dieses wirkenden Differenzdruck mehr oder weniger stark
an den Ventilsitz angedrückt
wird, zu begrenzen, wurde beim Vakuumventil des US-Patents Nr.
US 6,629,682 B2 am
Verschlussglied zusätzlich
zur elastischen Dichtung ein elastischer Stützring angeordnet. Dadurch soll
der Verschleiß der
Dichtung verringert werden, welcher sich bei zunehmendem Stress
erhöht.
Das Problem des Verschleißes
der Dichtung wird noch verstärkt,
wenn aggressive Prozessgase eingesetzt werden. Es wurde festgestellt,
dass die für
die Dichtungen üblicherweise
verwendeten elastischen Materialien besonders dann durch aggressive
Prozessgase chemisch angegriffen werden, wenn sie unter einem hohen
Stress stehen.
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Es
wurde weiters bereits vorgeschlagen, zur Verringerung des Verschleißes der
Dichtung eine Lage- oder Positionssteuerung des Verschlussgliedes durchzuführen, um
dieses vom Aktuator an einer vorgegebenen Schließposition zu positionieren,
sodass die Verformung des elastischen Materials des Dichtrings unabhängig vom
anliegenden Differenzdruck auf einen vorbestimmten Wert begrenzt
wird.
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Aus
dem US-Patent Nr.
US
6,367,770 B1 ist weiters ein Schieberventil mit einem keilförmigen Verschlussglied
bekannt, welches an seinen beiden geneigten Seitenflächen Dichtungen
aufweist, die im geschlossenen Zustand des Ventils an Dichtflächen eines
keilförmigen
Ventilsitzes anliegen. Im geschlossenen Zustand des Ventils wird
das Verschlussglied nur derart in den Ventilsitz eingefahren, dass
die Dichtungen im Wesentlichen unverpresst bleiben. Eine Verpressung
einer Dichtung erfolgt erst bei Vorliegen eines auf das Verschlussglied
wirkenden Differenzdrucks, welcher das Verschlussglied an eine der
beiden Dichtflächen
anpresst.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines
Vakuumventils der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch
welches ein verringerter Verschleiß der elastischen Dichtung
erzielt wird, bzw. ein in einer verbesserten Weise gesteuertes Vakuumventil
der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem es zu einem verringerten
Verschleiß der
elastischen Dichtung kommt.
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Erfindungsgemäß gelingt
dies durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch
ein Vakuumventil mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt somit die Ansteuerung des Aktuators, von dem zum Schließen des
Vakuumventils die Dichtung an die Dichtfläche angelegt wird, in Abhängigkeit
vom Differenzdruck zwischen den beiden Vakuumkammern, um eine Einstellung
der Größe der auf
die Dichtung wirkenden Presskraft durchzuführen. Dem liegt die Überlegung
zugrunde, dass bei einem kleineren Differenzdruck eine nur geringere
auf die Dichtung wirkende Presskraft erforderlich ist, um einen gewünschten
Grenzwert der Leckrate des Vakuumventils nicht zu überschreiten.
Dieser gewünschte Grenzwert
der Leckrate kann hierbei beispielsweise eine Konstante sein, die
vom jeweils vorliegenden Differenzdruck unabhängig ist, wobei diese Konstante
für unterschiedliche
Anwendungen auch unterschiedlich groß sein kann.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung kann der Aktuator eine Kraftsteuerung erlauben, d.
h. die von ihm ausgeübte
Schließkraft
ist von der Steuerungseinheit einstellbar, wobei die im geschlossenen Zustand
des Vakuumventils auf die Dichtung wirkende Presskraft durch Einstellung
der Schließkraft
des Aktuators gesteuert wird.
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In
Abhängigkeit
vom Typ des eingesetzten Vakuumventils kann die auf die elastische
Dichtung wirkende Presskraft dabei entweder allein von der vom Aktuator
ausgeübten
Schließkraft
herrühren oder
die Presskraft ergibt sich aus der Überlagerung der vom Aktuator
ausgeübten
Schließkraft
mit einer vom Differenzdruck zwischen den beiden Vakuumkammern hervorgerufenen
Kraft.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann der die Dichtung an die Dichtfläche anlegende
Aktuator eine Lage- oder Positionssteuerung erlauben, d. h. die
Schließposition
des Verschlussgliedes ist von der Steuerungseinheit einstellbar,
wobei die im geschlossenen Zustand des Vakuumventils auf die Dichtung
wirkende Presskraft durch Einstellung der Schließposition des Verschlussgliedes gesteuert
wird.
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Vorteilhafterweise
wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren
bzw. einem erfindungsgemäßen Vakuumventil
bei einem geringen Verschleiß der elastischen
Dichtung dennoch eine gute Abdichtung der Ventilöffnung im geschlossenen Zustand
des Vakuumventils erreicht.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines zwischen zwei Vakuumkammern angeordneten
Vakuumventils in einem schematischen Schnitt in achsialer Richtung
der Achse der Ventilöffnung
dargestellt ist;
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2 einen
schematischen Schnitt des Vakuumventils von 1 in Richtung
quer zur Achse der Ventilöffnung;
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3 eine
schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung
und
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4 eine
schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausführungsform
des Vakuumventils.
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Das
in den 1 und 2 schematisch dargestellte Vakuumventil,
welches zwischen Vakuumkammern 16, 17 angeordnet
ist, die hierzu jeweils einen Anschlussflansch aufweisen, umfasst
einen Ventilkörper 1 mit
einer Ventilöffnung 2,
die eine Längsachse 3 aufweist.
Ein Verschlussglied 4 dient zum Verschluss der Ventilöffnung im
geschlossenen Zustand des Vakuumventils. In den 1 und 2 ist
der geöffnete
Zustand des Vakuumventils dargestellt, in welchem das Verschlussglied 4 die
Ventilöffnung 2 freigibt.
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Am
Verschlussglied 4 ist eine elastische Dichtung 5 angeordnet,
die umfangsgeschlossen ausgebildet ist und stirnseitig am Verschlussglied verläuft. Die
am Ventilsitz angeordnete Dichtung 5 weist hierbei in zwei
parallelen, in Richtung der Längsachse 3 der
Ventilöffnung 2 voneinander
beabstandeten Ebenen 6, 7 liegende Abschnitte
auf, die über
Verbindungsabschnitte miteinander verbunden sind.
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Im
geschlossenen Zustand des Vakuumventils liegt die Dichtung 5 an
einer Dichtfläche 8 des Ventilkörpers 1 an.
Zum Verfahren des Verschlussgliedes 4 aus seiner in den 1 und 2 dargestellten
Offenstellung in seine Schließstellung,
in der die Dichtung 5 an der Dichtfläche 8 anliegt, ist
ein Aktuator 9 in der Form einer Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen,
wobei der Kolben 10 pneumatisch betätigbar ist.
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Ein
derartiges Vakuumventil ist bekannt und beispielsweise im US-Patent
Nr. 4,809,950 beschrieben.
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Die
Betätigungseinrichtung
zum Öffnen
und Schließen
des Vakuumventils umfasst neben dem von der Kolben-Zylinder-Einheit
gebildeten Aktuator 9 eine Steuerungseinheit 11,
die den Aktuator 9 über ein
Absperrventil 12, ein Druckregelventil 13 und
ein Entlüftungsventil 24 ansteuert.
Der Steuerungseinheit 11 werden als Eingangssignale Druckmesswerte von
Drucksensoren 14, 15 zugeführt. Von diesen Drucksensoren 14, 15 wird
der jeweilige Druck erfasst, der in den beiden Vakuumkammern 16, 17 herrscht,
zwischen denen das Vakuumventil angeordnet ist. Zur Bedienung der
Steuerungseinheit 11 weist diese eine Eingabevorrichtung 36 und
gegebenenfalls eine Anzeigevorrichtung auf.
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Die
Vakuumkammern 16, 17, zwischen denen das Vakuumventil
angeordnet ist, sind in 1 nur sehr schematisch dargestellt.
Es kann sich hierbei um Prozesskammern handeln, beispielsweise für die Halbleiterindustrie.
In der Vakuumkammer 16 und/oder in der Vakuumkammer 17 können unterschiedliche
Herstellungsprozesse durchgeführt
werden, wobei auch über
nicht dargestellte Zuführleitungen
Prozessgase eingeführt
werden können.
Der Druck solcher Prozessgase liegt meist unter dem Atmosphärendruck.
Zum Einbringen von Substraten, an denen die Prozesse durchgeführt werden
sollen, in die Vakuumkammer 16 und/oder in die Vakuumkammer 17 werden üblicherweise
in 1 nicht dargestellte Schleuseneinrichtungen eingesetzt.
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Die
Steuerung des Vakuumventils erfolgt nunmehr derart, dass von der
Steuerungseinheit 11 ein Differenzdruck zwischen den beiden
Vakuumkammern 16, 17 ermittelt wird. Hierzu wird
der Druckmesswert des einen Drucksensors 14, 15 vom
Druckmesswert des anderen Drucksensors 14, 15 abgezogen.
Von diesem ermittelten Differenzdruck kann in der Folge entweder
nur der Betrag oder sowohl der Betrag als auch das Vorzeichen herangezogen
werden. Im Folgenden wird zunächst
davon ausgegangen, dass nur der Betrag des Differenzdruckes herangezogen
wird.
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Bei
der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform
kann die Schließkraft,
die vom Aktuator 9 auf das Verschlussglied 4 ausgeübt wird,
von der Steuerungseinheit 11 eingestellt werden. Hierzu ist
das Druckregelventil 13 vorhanden, das von der Steuerungseinheit 11 über die
Steuerleitung 18 angesteuert werden kann. An den Anschluss 19 ist
eine Pressluftzufuhrleitung angeschlossen. Zum Schließen des
Vakuumventils wird das Absperrventil 12 von der Steuerungseinheit 11 über die
Steuerleitung 20 in den geöffneten Zustand verstellt und
das Entlüftungsventil 24 wird
von der Steuerungseinheit 11 in den geschlossenen Zustand
verstellt. Der Druck der durch die Druckluftleitung 21 in
den Kolbenraum 22 des Aktuators 9 einströmenden Luft,
und somit die von der Kolben-Zylinder-Einheit ausgeübte Schließkraft kann
durch das Druckregelventil 13 eingestellt werden. Die Einstellung
dieser Schließkraft
von der Steuerungseinheit 11 erfolgt nunmehr erfindungsgemäß in Abhängigkeit
vom ermittelten Betrag des Differenzdrucks zwischen den beiden Vakuumkammern 16, 17.
Je größer dieser
Differenzdruck ist, umso größer wird
die Schließkraft
eingestellt. Wenn der Differenzdruck gleich Null ist, wird die Schließkraft auf
einen minimalen Wert eingestellt.
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Die
auf die Dichtung 5 wirkende Presskraft, mit der sie an
die Dichtfläche 8 angedrückt wird,
wird in diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Wesentlichen nur von der vom Aktuator 9 ausgeübten Schließkraft bewirkt.
Die Presskraft, mit der die Dichtung 5 an die Dichtfläche 8 angedrückt wird,
kann auch als "Dichtkraft" bezeichnet werden.
Da die Presskraft auf die Dichtung 5, mit der diese gegen
die Dichtfläche 8 verpresst
wird, mit steigendem Differenzdruck erhöht wird, kann die Leckrate
des Vakuumventils für
unterschiedliche Differenzdrücke
beispielsweise im We sentlichen konstant gehalten werden (bei einer
gleich bleibenden Presskraft auf die Dichtung 5 würde sich
dagegen die Leckrate mit steigendem Differenzdruck erhöhen). Wenn
eine maximal erlaubte Leckrate für
das Vakuumventil vorgegeben wird, so kann auf diese Weise diese
vorgegebene Leckrate bei niedrigen Differenzdrücken zwischen den beiden Vakuumkammern 16, 17 durch
eine relativ niedrige auf die Dichtung 5 wirkende Presskraft eingehalten
werden. Da der Verschleiß der
Dichtung 5 von dem auf sie einwirkenden Stress, d. h. von
der auf sie einwirkenden Presskraft abhängt, kann auf diese Weise die
Dichtung 5 bei kleineren Differenzdrücken zwischen den beiden Vakuumkammern 16, 17 gegenüber einer
herkömmlichen
Ansteuerung des Vakuumventils, bei der die auf die Dichtung 5 wirkende
Presskraft bei niedrigen Differenzdrücken ebenso hoch wie bei hohen
Differenzdrücken
zwischen den beiden Vakuumkammern 16, 17 ist,
geschont werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 und 2 erfolgt
das Öffnen
des Vakuumventils durch die Feder 23, wenn das Absperrventil 12 von
der Steuerungseinheit 11 wiederum geschlossen wird und
das Entlüftungsventil 24 von
der Steuerungseinheit 11 geöffnet wird. Stattdessen könnte auch
ein beidseitig mit Druckluft beaufschlagbarer Kolben 10 vorgesehen
werden, wie dies bekannt und üblich
ist.
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Anhand
der schematischen 3 wird im Folgenden eine modifizierte
Ausführungsform
der Erfindung erläutert.
Das Verschlussglied 4 mit der Dichtung 5 und die
Dichtfläche 8 des
Ventilkörpers 1 sind wie
bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ventil
ausgebildet. Als Aktuator 25 zum Verstellen des Verschlussgliedes 4 zwischen
seiner Offenstellung und seiner Schließstellung ist hier ein Elektromotor
vorgesehen. Dieser ist beispielsweise als AC-Servomotor ausgebildet.
Der von der Steuerungseinheit 11 angesteuerte Elektromotor
ist über eine
Antriebswelle mit einem Ritzel 26 verbunden, welches mit
der Zahnstange 27 kämmt,
an der das Verschlussglied 4 angebracht ist. Zur Erfassung
der Position der Zahnstange 27 und somit der Position des
Verschlussglieds 4 ist ein Sensor 28 vorhanden, dessen
Ausgangssignale von der Steuerungseinheit 11 erfasst werden.
Auf diese Art und Weise ist eine Lage- bzw. Positionssteuerung des
Verschlussgliedes 4 durchführbar. Von der Steuerungseinheit 11 wird
wiederum der Differenzdruck zwischen den beiden Vakuumkammern 16, 17 durch
Auswertung der Druckmesswerte der Drucksensoren 14, 15 ermittelt. In
Abhängigkeit
von dem ermittelten Differenzdruck wird die Schließposition
des Verschlussgliedes 4 durch entsprechende Ansteuerung
des Aktuators 25 von der Steuerungseinheit 11 gesteuert.
Je nach der Einstellung der Schließposition des Verschlussgliedes 4 ergibt
sich eine unterschiedliche Presskraft, die in der Schließposition
auf die Dichtung 5 wirkt. Diese auf die Dichtung in ihrer
Schließposition
wirkende Presskraft kann, wie bereits erwähnt, auch als "Dichtkraft" bezeichnet werden.
Je näher
das Verschlussglied 4 in der Schließposition an der Dichtfläche 8 bzw.
am die Dichtfläche 8 aufweisenden
Ventilsitz angeordnet ist, desto größer ist die auf die Dichtung 5 wirkende
Presskraft. Die Presskraft 5 wird hierbei wiederum auf
einen umso höheren
Wert eingestellt, je größer der
Betrag des Differenzdruckes ist. Wenn der Differenzdruck gleich
Null ist, so wird die Presskraft auf einen minimalen Wert eingestellt.
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Anstelle
eines AC-Servomotors könnte
für den
Aktuator 25 beispielsweise auch ein Schrittmotor eingesetzt
werden, wobei der Sensor 28 entfallen könnte.
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Die
für einen
jeweiligen Wert des Differenzdruckes einzustellende auf die Dichtung 5 wirkende Presskraft
kann in der Steuerungseinheit 11 in Form einer Tabelle
oder in Form einer Funktion gespeichert sein. Im Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 und 2 wird
diese Presskraft durch Steuerung der Schließkraft des Aktuators 9 und
im Ausführungsbeispiel
gemäß 3 durch
Steuerung der Schließposition
des Verschlussgliedes 4 über den Aktuator 25 eingestellt.
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Wenn über den
Aktuator die auf das Verschlussglied wirkende Schließkraft eingestellt
wird, wie dies anhand der 1 und 2 erläutert worden
ist, so hängt
es von der Ausbildung des Vakuumventils ab, ob sich bei einer bestimmten
vom Aktuator ausgeübten
Schließkraft
eine Abhängigkeit
der auf die Dichtung des Vakuumventils wirkenden Presskraft vom
Differenzdruck ergibt. Bei einer Ausbildung des Ventils, wie dieses
schematisch in den 1 und 2 dargestellt
ist, ist dies im Wesentlichen nicht der Fall. Bei Schieberventilen,
wie diese beispielsweise aus den US-Patenten Nr. 4,052,036 und 4,470,576
bekannt sind, erhöht
sich oder vermindert sich die auf die Dichtung wirkende Presskraft
in Abhängigkeit
von der Größe und der
Richtung (= dem Vorzeichen) des zwischen den beiden Vakuumkammern
bestehenden Differenzdrucks, wenn die Schließkraft, mit der das Verschlussglied
gegen den Ventilsitz gedrückt
wird, konstant ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch im Zusammenhang
mit solchen Ventilen einsetzbar, wenn von einer Steuerungseinheit
ansteuerbare und einstellbare Aktuatoren zum Öffnen und Schließen des
Vakuumventils eingesetzt werden.
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Das
Gleiche gilt auch, wenn das Vakuumventil als Butterfly-Ventil ausgebildet
ist, wie dies beispielsweise aus den US-Patenten Nr. 4,634,094 und
US 6,494,434 B1 bekannt
ist, oder als L-Ventil ausgebildet ist, wie dies beispielsweise
aus dem US-Patent Nr.
US
6,431,518 B1 bekannt ist oder das Verschlussglied einen
am Ventilkörper
verschiebbar gelagerten und von Aktuatoren betätigten Schließring aufweist,
wie dies aus dem US-Patent Nr. 5,577,707 bekannt ist.
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Die
Steuerung eines jeweiligen das Verschlussglied steuernden Aktuators
kann hierbei beispielsweise so erfolgen, dass bei einem Vorzeichen des
Differenzdrucks, welches einem in diejenige Richtung wirkenden Differenzdruck
entspricht, in welcher der Differenzdruck mit zunehmender Größe die Verpressung
der Dichtung erhöht,
die Schließkraft des
Verschlussgliedes konstant gehalten wird. Wenn der Differenzdruck
das umgekehrte Vorzeichen aufweist, so wird dagegen die Schließkraft mit
zunehmendem Differenzdruck erhöht,
und zwar so stark, dass sich die resultierende auf die Dichtung
wirkende Presskraft mit zunehmendem Differenzdruck erhöht.
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4 zeigt
als Beispiel für
ein in dieser Weise gesteuertes Vakuumventil ein L-Ventil, wie dieses von
seinem grundsätzlichen
Aufbau her aus dem US-Patent Nr.
US 6,431,518 B1 bekannt ist. Die Vakuumkammern
mit den Drucksensoren und die Steuerungseinheit mit den zugeordneten
Steuergliedern (z. B. Absperrventile und Druckregelventile) sind
in Fig. dargestellt. Mittels des als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildeten
Aktuators
29 wird das Verschlussglied zwischen seiner Offenstellung
und seiner der Dichtfläche
gegenüberliegenden
Stellung verstellt, zu welchem Zweck die Druckluftleitungen
31,
32 entsprechend
mit Druckluft beaufschlagt und entlüftet werten. Mittels des Aktuators
30,
der ebenfalls von einer Kolben-Zylinder-Einheit gebildet wird, wird
das Verschlussglied
4 an den die Dichtfläche aufweisenden
Ventilsitz angedrückt,
zu welchem Zweck die Druckluftleitungen
33,
34 entsprechend
mit Druckluft beaufschlagt werden bzw. entlüftet werden, um den Kolben
37 zu
verfahren. Die Anpressung der Dichtung
5 an die am Ventilkörper
1 angeordnete
Dichtfläche
erfolgt durch das exzentrisch gelagerte Zahnrad
35, das
mit der am Kolben
37 angeordneten Zahnstange
38 zusammenwirkt.
Durch Einstellung des Drucks der durch die Druckluftleitung
33 zugeführten Druckluft
ist die vom Aktuator
30 ausgeübte Schließkraft von der Steuerungseinheit
11 einstellbar.
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Anstelle
eines Aktuators, dessen Schließkraft
einstellbar ist, könnten
für alle
vorstehend genannten Ventile auch Aktuatoren eingesetzt werden, bei
denen die Schließposition
einstellbar ist, wie dies anhand von 3 beispielhaft
erläutert
worden ist. Wenn hierbei eine Regelung der Schließposition durchgeführt wird
(mit einer Rückführung des Ist-Wertes
der Schließposition),
so ergibt sich die Verpressung der Dichtung direkt aus der eingestellten
Schließposition
und ist im Wesentlichen unabhängig
vom Differenzdruck.
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Durch
die Erfindung kann ein gewünschter Verlauf
der auf die Dichtung einwirkenden Presskraft in Abhängigkeit
vom vorliegenden Differenzdruck zwischen den zwei Kammern erreicht
werden. Wie ausgeführt,
kann dies sowohl bei Ventilen erreicht werden, bei denen ein vorliegender
Differenzdruck nicht in einer solchen Weise auf das Verschlussglied einwirkt,
dass er die Verpressung der Dichtung erhöht oder verringert, als auch
bei solchen Ventilen, bei denen dies der Fall ist. Um die auf die
Dichtung wirkende Presskraft in Abhängigkeit vom Differenzdruck
in der gewünschten
Weise einzustellen, kann die Erfindung auch im Zusammenhang mit
einem Vakuumventil eingesetzt werden, bei welchem das Verschlussglied
V-förmig
ausgebildet ist und beidseitig Dichtungen aufweist, die an entsprechenden
gegengleichen Dichtflächen
anliegen, wie dies aus dem US-Patent Nr.
US 6,367,770 B1 bekannt
ist.
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Auch
eine Anwendung im Zusammenhang mit anderen Vakuumventilen, beispielsweise
mit einer Ausbildung, wie sie aus dem US-Patent Nr. 4,921,213 bekannt
ist, ist ebenso denkbar und möglich.
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Anstelle
der gezeigten Ausbildungen der Aktuatoren könnten auch andere Aktuatoren
zur Ansteuerung des Verschlussgliedes vorgesehen sein, beispielsweise
elektromagnetisch wirkende Aktuatoren.
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In
den gezeigten Ausführungsbeispielen
ist die Dichtung am Verschlussglied angeordnet und die Dichtfläche am Ventilkörper. Ebenso
wäre es
denkbar und möglich,
die Dichtfläche
am Verschlussglied und die Dichtung am Ventilkörper anzuordnen.
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Die
Ansteuerung des Aktuators durch die Steuerungseinheit kann sowohl
als offene Steuerung ausgebildet sein, wie diese in den 1 und 2 beispielhaft
dargestellt ist, als auch als geschlossener Regelkreis, wie dies
beispielhaft in 3 dargestellt ist.
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Unterschiedliche
weitere Modifkikationen der gezeigten Ausführungsbeispiele sind denkbar
und möglich,
ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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- 1
- Ventilkörper
- 2
- Ventilöffnung
- 3
- Längsachse
- 4
- Verschlussglied
- 5
- Dichtung
- 6
- Ebene
- 7
- Ebene
- 8
- Dichtfläche
- 9
- Aktuator
- 10
- Kolben
- 11
- Steuerungseinheit
- 12
- Absperrventil
- 13
- Druckregelventil
- 14
- Drucksensor
- 15
- Drucksensor
- 16
- Vakuumkammer
- 17
- Vakuumkammer
- 18
- Steuerleitung
- 19
- Anschluss
- 20
- Steuerleitung
- 21
- Druckluftleitung
- 22
- Kolbenraum
- 23
- Feder
- 24
- Entlüftungsventil
- 25
- Aktuator
- 26
- Ritzel
- 27
- Zahnstange
- 28
- Sensor
- 29
- Aktuator
- 30
- Aktuator
- 31
- Druckluftleitung
- 32
- Druckluftleitung
- 33
- Druckluftleitung
- 34
- Druckluftleitung
- 35
- Zahnrad
- 36
- Eingabevorrichtung
- 37
- Kolben
- 38
- Zahnstange