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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 der
US 4,052,036 A und der
US 4,470,576 A 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 4,809,950 A 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 4,921,213 A 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 der
US 4,634,094 A 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 der
US 5,577,707 A 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 in der
US 4,809,950 A 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 Wesentlichen 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. 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 4,052,036 A und
US 4,470,576 A 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 4,634,094 A 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 der
US 5,577,707 A 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 der
US 4,921,213 A bekannt ist, ist ebenso denkbar und möglich. 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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Bezugszeichenliste
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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
