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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum im Wesentlichen gasdichten
Unterbrechen eines Fliesswegs zwischen zwei eckförmig angeordneten Anschlüssen nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung
ein Ventil mit einem Ventilteil, das mit seiner Verschlussfläche zum Unterbrechen
des Fliesswegs mit einem Ventilsitz eines ersten Anschlusses in
Kontakt bringbar und zum Freigeben des Fliesswegs ausser Kontakt
bringbar ist. Derartige Ventile werden vor allem in der Vakuumtechnik
verwendet und insbesondere als Vakuum-Eckventil bezeichnet.
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Ventile
der eingangs genannten Art sind in unterschiedlichen Ausführungsformen
aus dem Stand der Technik bekannt. Vakuumventile kommen insbesondere
im Bereich der IC- und Halbleiterfertigung, die in einer geschützten Atmosphäre möglichst ohne
das Vorhandensein verunreinigender Partikel stattfinden muss, zum
Einsatz.
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Ein
aus dem Stand der Technik bekanntes und beispielsweise in dem U.S.
Patent 6,772,989 beschriebenes Ventil weist einen Ventilkörper mit
zwei in einer Richtung senkrecht zueinander angeordneten Anschlüsse, einen
in einem die beiden Anschlüsse
verbindenden Fliessweg im Fliessraum angeordneten Ventilsitz und
eine dem Ventilsitz gegenüberliegende Öffnung auf.
In einem die Öffnung
verschliessenden Ventildeckel ist ein Kolben eines pneumatischen
Zylindersystems angeordnet, welcher über eine Ventilstange einen
Ventilteller, der den Ventilsitz öffnet und schliesst, antreibt.
Der Ventildeckel ist durch eine Balgplatte gasdicht an der Öffnung angebracht.
Eine Rückstellfeder
zwischen dem Ventilteller und dem Ventildeckel wird beim Öffnen des Ventilsitzes
zusammengedrückt,
so dass das Ventil per Federkraft schliesst. Der Ventildeckel verfügt über einen
Anschluss, welcher Pressluft in eine sich balgplattenseitig befindende
Druckkammer, die durch den Kolben begrenzt wird, zu- und abführt. Die beiden
Enden eines Balgs, der die Ventilstange umgibt, sind gasdicht an
der inneren Randfläche
der Balgplatte und am Ventilteller befestigt. Der Ventilteller weist
an der dem Ventilsitz zugewandten Fläche eine ringförmige Halterungsnut
auf, in welcher ein Dichtring angeordnet ist.
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Das
Ventilgehäuse
ist in der Regel aus Aluminium oder einem Elastomer gefertigt, oder
mit Aluminium oder einem anderen geeigneten Material innen beschichtet,
während
der Ventilteller und der Balg meist aus Stahl bestehen. Der in seiner
Längsachse
innerhalb des Bereichs des Verstellwegs des Tellers ausdehnbare
und zusammendrückbare
Balg dichtet den Fliessraum luftdicht von der Rückstellfeder, der Ventilstange
und der Druckkammer ab. Zur Anwendung kommen vor allem zwei Typen
von Bälgen.
Einerseits der Membranbalg, andererseits der Wellenbalg, welcher
letzterer sich gegenüber
dem Membranbalg dadurch auszeichnet, dass er keine Schweissnähte aufweist
und leichter gereinigt werden kann, jedoch einen geringeren maximalen
Hub aufweist.
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Besonders
anfällig
für Verunreinigungen
im Fliessraum ist der Balg, dessen Oberfläche aufgrund ihrer wellenartigen
Struktur verhältnismässig gross ist
und eine erhebliche Angriffsfläche
für das
durch den Fliessraum strömende
Gas bildet. Da die Expandierbarkeit eines Balgs begrenzt ist und
der Balg selbst im vollkommen zusammengefahrenen Zustand axial relativ
viel Platz benötigt,
muss sich der Fliessraum des Ventils in einen dem Ventilsitz gegenüberliegenden
Abschnitt erstrecken, der wesentlich grösser ist, als zur blossen Verbindung
der beiden Anschlüsse
erforderlich. Anderenfalls ist es nicht möglich, den Durchgang zum seitlichen
Anschluss vollkommen zu öffnen.
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Weiters
haben die aus dem Stand der Technik bekannten Ventile den Nachteil,
dass das im Fliessraum das Ventil durchströmende Gas unterschiedlichen
Materialen ausgesetzt ist, insbesondere einerseits dem Aluminium
des Ventilgehäuses,
andererseits dem Stahl des Balgs und des Tellers. Bei zahlreichen
Gasen kann es zu einer Reaktion zwischen dem Gas und dem Material
des Ventils kommen, so dass es gewünscht wird, möglichst
nur ein einziges Material im Fliessraum des Ventils einzusetzen.
Bei manchen Prozessen ist die Präsenz
von Stahl gänzlich
unerwünscht.
Somit wird angestrebt, ein Ventil der eingangs genannten Art zur
Verfügung zu
stellen, in dessen Fliessraum im Wesentlichen ausschliessliche Aluminium
oder ein anderes für
den jeweiligen Prozess geeignete Material zum Einsatz kommt. Insbesondere
Aluminium eignet sich jedoch kaum zur Herstellung eines weit expandierbaren Balgs.
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Ein
weiterer Nachteil besteht darin, dass der oben beschriebene Aufbau
des Ventilmechanismus eine relativ langgestreckte Bauweise des Ventils
zur Folge hat.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ein
nur wenig verschmutzendes, leicht reinigbares, gegebenenfalls vollständig öffenbares,
mit einem prozessneutralen Fliessraum ausbildbares Ventil der eingangs
genannten Art zur Verfügung
zu stellen und somit den bisher noch nicht hinreichend gelösten Zielkonflikt
zu lösen.
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Eine
weitere Aufgabe besteht darin, das Ventil möglichst kompakt mittels einer
reduzierten Anzahl an Bauteilen auszubilden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale
des unabhängigen Anspruchs
gelöst.
Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise
weiterbilden, sind den abhängigen
Patentansprüchen
zu entnehmen.
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Das
erfindungsgemässe
Ventil zum im Wesentlichen gasdichten Unterbrechen eines Fliesswegs
besitzt ein Ventilgehäuse,
das einen ersten Anschluss in Richtung einer ersten Achse und einen zweiten
Anschluss in Richtung einer im Wesentlichen senkrecht zu der ersten
Achse verlaufenden zweiten Achse aufweist, so dass die beiden Anschlüsse rechtwinklig
und eckförmig
zueinander positioniert sind. Die Achsen der Anschlüsse werden
beispielsweise durch deren Längsverlauf,
den Verlauf eines angeordneten Stutzens oder durch die Einlassflächen in
den Fliessraum definiert. Die Anschlüsse haben beispielsweise einen
kreisförmigen
Querschnitt. Der erste Anschluss wird von einem Ventilsitz umschlossen,
der in dem Fliessweg des Fliessraums, der den ersten Anschluss und
den zweiten Anschluss miteinander verbindet, angeordnet ist. Der
Fliessraum ist derjenige Abschnitt des Ventils, der im geschlossenen
oder geöffneten
Zustand des Ventils, zumindest von einem der beiden Anschlüsse aus,
mit Gas flutbar ist. Im Wesentlichen gegenüberliegend zum Ventilsitz befindet
sich eine Öffnung
im Ventilgehäuse,
die jedoch im Normalbetrieb des Ventils gasdicht verschlossen ist.
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Das
Ventil besitzt ausserdem einen zylindrischen Kolben, der zumindest
teilweise innerhalb des Fliessraums entlang einer Achse senkrecht
zu einer Fläche
des Ventilsitzes um einen Verstellweg axial geführt verschiebbar ist. Diese
Achse entspricht im Wesentlichen der ersten Achse. Es ist jedoch
alternativ möglich,
dass die Achse in eine geringfügig
andere Richtung verläuft.
Durch Verschieben des Kolbens kann eine dem Ventilsitz zugewandte,
insbesondere einen ersten Dichtungskörper – beispielsweise in Form eines
in einer Befestigungsnut befindlichen O-Rings – aufweisende Verschlussfläche des
Kolbens mit dem Ventilsitz in Kontakt gebracht oder ausser Kontakt
gebracht werden. Hierdurch wird der Fliessweg entweder im Wesentlichen
gasdicht unterbrochen oder freigegeben. Die Verschlussfläche wird von
der Stirnfläche
des Kolbens gebildet. Die Verschlussfläche und die Fläche des
Ventilsitzes sind derart ausgebildet, dass sie aufeinander zum Liegen kommen
können.
Bevorzugt verläuft
die Bewegungsachse des Kolbens senkrecht zu beiden Flächen. Es ist
jedoch alternativ möglich,
dass die beiden Flächen schräg oder uneben
ausgestaltet sind. In diesem Fall sind unter der Verschlussfläche und
der Fläche
des Ventilsitzes virtuelle, gemittelte Flächen zu verstehen, zu denen
die Achse senkrecht verläuft.
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Ein
Antrieb zum Verschieben des Kolbens befindet sich in einer dem ersten
Anschluss gegenüberliegenden
Stellung. Mindestens ein zweiter Dichtungskörper ist zwischen dem Kolben
und dem Ventilgehäuse
direkt oder indirekt derart angeordnet, dass der Fliessraum im Wesentlichen
gasdicht von der Öffnung
und dem Antrieb getrennt ist.
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Das
Ventilgehäuse
umfasst weiters gegenüberliegend
zum Ventilsitz am Fliessraum angrenzend eine sich entlang der Achse
erstreckende, zylindrische Durchführung, durch welche der Kolben
hindurchgeführt
und verschiebbar ist. Innerhalb der Durchführung ist eine Dichtungs- oder
Führungselement
angeordnet. Der Kolben und die Durchführung sind derart dimensioniert,
dass die Kolbenaussenfläche,
die von der Mantelfläche
des Kolbens gebildet wird, entlang dem Verstellweg von dem Dichtungs- oder
Führungselement
der Durchführung
eng umschlossen wird. In der Durchführung ist beispielsweise mindestens
eine innere Umfangsnut ausgeformt, innerhalb welcher ein Dichtring
als das Dichtungselement derart gehalten wird ist, dass ein im Wesentlichen
gasdichter Kontakt zwischen der Durchführung des Ventilgehäuses und
der Kolbenaussenfläche
des Kolbens entlang dem gesamten axialen Verstellweg des Kolbens
besteht. In diesem Fall übernimmt
der Dichtring die Funktion des oben erwähnten zweiten Dichtungskörpers, der
zwischen dem Kolben und dem Ventilgehäuse derart angeordnet ist,
dass der Fliessraum im Wesentlichen gasdicht von der Öffnung und
dem Antrieb getrennt ist.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemässen
Ventils besteht darin, dass unmittelbar an den Fliessraum des Ventils
im Wesentlichen nur das Ventilgehäuse und der Kolben angrenzen.
Da dem das Ventil durchflutenden Gas somit lediglich die glatt ausbildbare Verschlussfläche, die
glatt ausbildbare Kolbenaussenfläche
des Kolbens und die Innenfläche
des Ventilgehäuses
ausgesetzt sind, neigt das Ventil kaum zur Verschmutzung und die
Reaktionsfläche
für das Gas
ist gering. Der Kolben ist insbesondere aus Aluminium oder einem
sonstigen geeigneten Material herstellbar, so dass es möglich ist,
im Fliessraum nur ein einziges Material zu verwenden. Somit sinkt
die Gefahr ungewollter Reaktionen zwischen einem Ventilbauteil und
dem Gas. Weiters ist der Anteil des ummittelbar am Durchfluss beteiligten
Volumens des Fliessraums verhältnismässig gross,
so dass die Strömungsverluste
gering sind.
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Das
beschriebene Ventil ist beidseitig wirkend. Insbesondere sind der
erste Anschluss an eine Vakuumkammer und der zweite Anschluss an
eine Vakuumpumpe angeschlossen, so dass seitens des ersten Anschlusses
nach dem Schliessen des Ventils und Abschalten der Vakuumpumpe ein
relativer Unterdruck herrscht, durch welchen das Ventil geschlossen
gehalten wird. In diesem Fall muss von dem Antrieb zum Schliessen
des Ventils keine oder eine relativ geringe Kraft und zum Öffnen des
Ventils eine relativ grosse Kraft auf den Kolben aufgebracht werden.
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In
einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Ventils ist am Kolben
auf demjenigen Ende, das dem Ventilsitz abgewandt ist und das zur Öffnung weist,
einen Kolbenabsatz ausgeformt. Der längs an den die Kolbenaussenfläche aufweisenden
Kolbenabschnitt angrenzende Kolbenabsatz hat beispielsweise eine
zur Kolbenaussenfläche
koaxiale Zylindermantelfläche.
Der Aussendurchmesser des Kolbenabsatzes und der Aussendurchmesser
der Kolbenaussenfläche
differieren. Das Ventilgehäuse
besitzt eine an die Durchführung
angrenzende, sich entlang der Achse erstreckende, zylindrische Kolbenkammer
mit einer Kolbenkammerinnenfläche.
Diese Kolbenkammerinnenfläche
umschliesst den Kolbenabsatz entlang dem Verstellweg des Kolbens
eng und mittels eines dritten Dichtungskörpers, insbesondere einem Dichtring,
im Wesentlichen gasdicht. Hierdurch wird zwischen den einander gegenüberliegenden
Schultern des Kolbenabsatzes und der Durchführung ein mit dem Verstellweg
verknüpfter äusserer
Kolbenraum aufgespannt. Durch Aufbringen eines relativen Überdrucks – oder gegebenenfalls
eines Unterdrucks – im äusseren
Kolbenraum erfolgt das eingangs beschriebene Verschieben des Kolbens.
Der Überdruck
wird vorzugsweise pneumatisch über
eine Öffnung
im Ventilgehäuse
aufgebracht. Durch diese Ausgestaltung wird unmittelbar pneumatisch
Druck auf den Kolben ausgeübt.
Der eingangs erwähnte
Antrieb wird somit zumindest teilweise von dem äusseren Kolbenraum gebildet,
wodurch der Kolben neben der Funktion des Verschliessens des Ventilsitzes
auch eine Funktion des Antriebs erfüllt. Ein wesentlicher Vorteil
dieser Weiterbildung besteht darin, dass die am Antrieb beteiligten Komponenten
radial zum Kolben angeordnet sind, so dass die axiale Ersteckung
des Ventils entlang der Achse gering ist und das Ventil kompakt
und platzsparende ausgeformt ist.
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Der
Aussendurchmesser des Kolbenabsatzes ist in einer Ausführungsform
grösser
als der Aussendurchmesser der Kolbenaussenfläche, wodurch der Innendurchmesser
der Kolbenkammerinnenfläche
grösser
als der Innendurchmesser der Durchführung ist. In diesem Fall ragen
der Kolbenabsatz über die
Kolbenaussenfläche
und der Abschnitt der Durchführung über die
Kolbenkammerinnenfläche
hinaus. In diesem Fall wird durch Aufbringen eines relativen Überdrucks
im äusseren
Kolbenraum das Ventil geschlossen.
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Eine
umgekehrte Ausbildung ist alternativ möglich, wobei der Aussendurchmesser
des Kolbenabsatzes kleiner als der Aussendurchmesser der Kolbenaussenfläche ist.
Ein Nachteil dieser Ausführungsform
besteht darin, dass die Durchführung
und der Kolbenabsatzes axial relativ langgestreckt ausgeformt werden
müssen,
um einen grösseren
Verstellweg zu ermöglichen.
Durch Aufbringen eines relativen Überdrucks im äusseren
Kolbenraum wird in diesem Fall das Ventil geöffnet.
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Das
erfindungsgemässe
Verfahren und die erfindungsgemässe
Vorrichtung werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch
dargestellten konkreten Ausführungsbeispielen
rein beispielhaft näher
beschrieben. Im Einzelnen zeigen:
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1 in
einem Längsschnitt
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemässen
Ventils im vollständig
geöffneten
Zustand,
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2 das
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemässen
Ventils im vollständig
geschlossenen Zustand,
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3 eine
erste Weiterbildung des Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemässen
Ventils mit einer inneren Feder zum Schliessen des Ventils,
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4 eine
zweite Weiterbildung des Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemässen
Ventils mit einer äusseren
Feder zum Öffnen
des Ventils, und
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5 eine
dritte Weiterbildung des Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemässen
Ventils mit einem Balg zwischen dem Kolbenabsatz und der Durchführung.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemässen
Ventils 1 in einem Längsschnitt im
vollständig
geöffneten
Zustand dargestellt. Das gleiche Ventil 1 zeigt 2,
jedoch im vollständig
geschlossenen Zustand. Aus diesem Grunde werden die 1 und 2 im
Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf bereits in 1 veranschaulichte
Bezugszeichen wird in 2 verzichtet.
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Das
Ventil 1 hat ein Ventilgehäuse 2 mit einem ersten
Anschluss 3 und einem zweiten Anschluss 5. Beide
Anschlüsse 3 und 5 haben
jeweils einen kreisförmigen
Querschnitt und sind als Stutzen, die in einem Flussraum R des Ventils 1 führen, ausgeführt. Die
Anschlüsse 3 und 5 sind
im rechten Winkel zueinander – eckförmig – angeordnet,
so dass eine erste Achse 4 des ersten Anschlusses 3 senkrecht
zu einer zweiten Achse 6 des zweiten Anschlusses 5 verläuft. Die
erste Achse 4 und die zweite Achse 6 werden durch
die Längsachse
der Anschlüsse 3 und 5 definiert.
Ein Fliessweg F in dem Fliessraums R verbindet den ersten Anschluss 3 und den
zweiten Anschluss 5 im geöffneten Zustand des Ventils 1 miteinander.
Im Ventilgehäuse 2 ist
ein Ventilsitz 7 ausgeformt, der den ersten Anschluss 3 ringförmig, zum
Fliessraum R weisend, umgibt und im Fliessweg F angeordnet ist.
Gegenüberliegend
zum Ventilsitz 7 hat das Ventilgehäuse 2 eine Öffnung 8.
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Ausserdem
weist das Ventil 1 ein verschiebbares Ventilteil in Form
eines Kolbens 9 auf, der zumindest teilweise innerhalb
des Fliessraums R entlang einer Achse 10 senkrecht zu einer
Fläche 11 des Ventilsitzes 7 verschiebbar
ist. Die Achse 10 verläuft im
Ausführungsbeispiel
kollinear zu der ersten Achse 4 des ersten Anschlusses 3.
Der Kolben wird insbesondere mittels einer Ventilstange 20 axial
geführt und
ist um einen Verstellweg a derart verschiebbar, dass eine dem Ventilsitz 7 zugewandte
Verschlussfläche 13 des
Ventilteils 9 zum im Wesentlichen gasdichten Unterbrechen
des Fliesswegs F mit dem Ventilsitz 7 in Kontakt bringbar
ist, wie in 2 gezeigt, und zum Freigeben
des Fliesswegs F ausser Kontakt bringbar ist, wie in 1 gezeigt.
Die Verschlussfläche 13 ist
die Stirnfläche
des Kolbens 9. Die Mantelfläche des Kolbens 9 bildet
eine Kolbenaussenfläche 16.
Auf der Verschlussfläche 13 befindet
sich ein erster Dichtungskörper 12,
der beim Schliessen des Ventils 1 auf dem Ventilsitz 7 zum
Liegen kommt. Das Ventilgehäuse 2 hat
eine gegenüberliegend
zum Ventilsitz 7 am Fliessraum R angrenzende, sich entlang
der Achse 10 erstreckende, zylindrische Durchführung 17,
die zu einer sich entlang der Achse 10 erstreckenden, zylindrischen
Kolbenkammer 22 führt. Der
Kolben 9 ist durch die Durchführung 17 hindurchgeführt und
ist in ihr axial verschiebbar. Innerhalb der Durchführung 17 ist
eine erste innere Umfangsnut 27 und parallel zu dieser
eine zweite innere Umfangsnut 28 ausgeformt. Zum Herstellen
eines im Wesentlichen gasdichten Kontakts zwischen der Durchführung 17 und
der Kolbenaussenfläche 16 ist
ein erster Dichtring 15 innerhalb der ersten Umfangsnut 27 und ein
zweiter Dichtring 18 innerhalb der zweiten Umfangsnut 28 fixiert.
Somit ist der Kolben 9 zur Durchführung 17 gasdicht
abgedichtet und der Fliessraum R gasdicht von der Kolbenkammer 22 getrennt.
Der Kolben 9 und die Durchführung 17 sind derart
dimensioniert, dass die Kolbenaussenfläche 16 entlang dem
Verstellweg a von dem ersten Dichtring 15 und dem zweiten
Dichtring 18 der Durchführung 17 gasdicht
umschlossen wird.
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An
der dem Ventilsitz 7 abgewandten und zur Öffnung 8 weisenden
Seite des Kolben 9 ist ein zylindrischer Kolbenabsatz 21 ausgeformt,
dessen Aussendurchmesser D21 grösser als
der Aussendurchmesser D16 der Kolbenaussenfläche 16 ist.
Der Innendurchmesser d23 der Kolbenkammerinnenfläche 23 ist
ebenfalls grösser
als der Innendurchmesser d17 der Durchführung 17,
wobei der Innendurchmesser d23 geringfügig grösser als
der Aussendurchmesser D21 und der Innendurchmesser
d17 ebenfalls geringfügig grösser als der Aussendurchmesser
Die ist.
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Die
sich entlang der Achse 10 erstreckende, zylindrische, an
die Durchführung 17 angrenzende Kolbenkammer 22 des
Ventilgehäuses 2 hat
eine Kolbenkammerinnenfläche 23,
die den Kolbenabsatz 21 entlang dem Verstellweg a des Kolbens 9 eng
und mittels eines dritten Dichtungskörpers 24 im Wesentlichen
gasdicht umschliesst. Der dritte Dichtungskörper 24 ist beispielsweise
als Dichtring ausgebildet und dichtet den Kolben 7 zur
Kolbenkammerinnenfläche 23 in
axiale Richtung gasdicht ab. Zwischen den einander zugewandten Schultern
des Kolbenabsatzes 21 und der Durchführung 17 ist ein äusserer
Kolbenraum A aufgespannt, dessen Volumen mit dem Verstellweg a verknüpfter ist
und bei vollständig
geöffnetem
Ventil, siehe 1, maximal und bei vollständig geschlossenem
Ventil, siehe 2, minimal ist. Durch Aufbringen
eines relativen Überdrucks
im äusseren
Kolbenraum A wird der Kolbens 9 aus dem Fliessraum R geschoben
und das Ventil 1 geöffnet. Umgekehrt
verhält
es sich bei Aufbringen eines relativen Unterdrucks im äusseren
Fliessraum R. Somit bildet der äusseren
Kolbenraum A gemeinsam mit dem Kolben 9 und der Kolbenkammer 22 einen
Antrieb 14 zum Verschieben des Kolbens 9.
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Das
Ventil 1 ist insbesondere für Vakuumanwendungen einsetzbar,
so dass im Fliessraum R ein Unterdruck herrscht. Hingegen herrscht
bei Öffnen des
Ventils 1 Überdruck
im äusseren
Kolbenraum A. Um die somit am ersten Dichtring 15 und am
zweiten Dichtring 18 anliegende hohe Druckdifferenz gering zu
halten und auf jeden Fall bei Versagen eines Dichtrings 15 oder 18 einen Übergang
vom Überdruck- zum
Unterdruckbereich zu verhindern, ist eine zu neutraler Atmosphäre führende Entlüftungsbohrung 29 zwischen
der ersten und der zweiten inneren Umfangsnut 27 und 28 zur
atmosphärischen
Trennung des Fliessraums R und des äusseren Kolbenraums A im Ventilgehäuse 2 vorgesehen.
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Auf
der dem Ventilsitz 7 abgewandten Seite des Kolbens 9 zwischen
einem die Öffnung 8 verschliessenden
Ventildeckel 32 und dem Kolben 9 ist ein die Ventilstange 20 umgebender,
im Wesentlichen gasdichter, innerer Kolbenraum B ausgebildet, dessen
Volumen mit dem Verstellweg a verknüpft ist und bei vollständig geschlossenem
Ventil 1 maximal und bei vollständig geöffnetem Ventil 1 minimal
ist. Durch Aufbringen eines relativen Überdrucks oder Unterdruck im
inneren Kolbenraum B erfolgt somit das Verschieben des Kolbens 9.
Durch Überdruck wird
das Ventil 1 geschlossen. Somit bildet der innere Kolbenraum
B gemeinsam mit dem Kolben 9, der Kolbenkammer 22 und
dem Ventildeckel 32 einen Antrieb 14 zum Verschieben
des Kolbens 9.
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Das
beschriebene Ventil 1 lässt
sich pneumatisch durch Anlegen eines Überdrucks entweder im äusseren
Kolbenraum A oder im inneren Kolbenraum B öffnen bzw. schliessen.
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Am
Ventildeckel 32, durch welchen die Ventilstange 20 geführt ist,
befindet sich eine Positionssensorik 32 zum elektronischen
Erfassen der aktuellen Position der Ventilstange 20 und
somit des Verstellwegs a.
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Die
folgenden Weiterbildungen des Ausführungsbeispiels aus 1 und 2 weisen
einen sehr ähnlichen
Aufbau auf. Aus diesem Grunde wird auf die Erläuterung gemeinsamer Bestandteile
im Wesentlichen verzichtet.
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In 3 ist
eine erste Weiterbildung des Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
Im inneren Kolbenraum B ist axial zwischen der vom Fliessraum R
weggewandten Seite des Kolbens 9, auf der Rückseite
der Verschlussfläche 13,
und dem Ventildeckel 32 eine axial wirkende innere Feder 26 zum
federkraftgestützten
Drücken
des Kolbens 9 in Richtung zum Ventilsitz 7 und
somit zum Unterbrechen des Fliesswegs F angeordnet. Bei dieser Ausführung ist das
Ventil 1 somit selbstschliessend, wenn kein Druck am äusseren
Kolbenraum A anliegt. Sofern die Federkraft zum Geschlossenhalten
des Ventils ausreicht, kann vollkommen auf den inneren Druckraum B
verzichtet werden.
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In 4 ist
eine zweite Weiterbildung des Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
Zwischen den einander zugewandten Schultern des Kolbenabsatzes 21 und
der Durchführung 17 ist
im äusseren
Kolbenraum A eine sich axial ersteckende und axial wirkende äussere Feder 25 zum
federkraftgestützten Öffnen des
Ventils und somit zum Freigeben des Fliesswegs F angeordnet. Bei
diesem durch Federkraft öffnenden
Ventil kann somit auf den äusseren Kolbenraum
A verzichtet werden. Das Schliessen des Ventils erfolgt durch Anlegen
eines Überdrucks im
innenen Kolbenraum B.
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5 zeigt
eine dritte Weiterbildung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Ventils
mit einem sich entlang der Achse 10 ersteckenden Balg 30 zwischen
den einander zugewandten Schultern des Kolbenabsatz 21 und
der Durchführung 17 im äusseren
Kolbenraum A. Anstelle der ersten und der zweiten inneren Umfangsnut 27 und 28, und
des ersten und des zweiten Dichtrings 15 und 18 ist
innen in der Durchführung 17 ein
Axialführungselement 19,
beispielsweise eine Buchse, angeordnet. Das Axialführungselement 19 führt den
Kolben 9, in axialer Richtung gasdurchlässig, an dessen Kolbenaussenfläche 16 entlang
dem Verstellweg a. Der in Richtung der Achse 10 flexible
Balg 30 ist gasdicht mit dem Kolbenabsatz 21 und
der Durchführung 17 verbunden,
so dass der Balg 30 einen Dichtungskörper, der zwischen dem Kolben 9 und
dem Ventilgehäuse 2 derart
angeordnet ist, dass der Fliessraum R im Wesentlichen gasdicht von
dem den Balg 30 aussen umgebenden, zum Öffnen des Ventils pneumatisch
mit Druck beaufschlagbaren äusseren
Kolbenraum A getrennt ist.