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Die
Erfindung betrifft ein Vakuumventil umfassend ein Ventilgehäuse, welches
eine Eintrittsöffnung
und eine Austrittsöffnung,
die gegenüberliegende
Wände des
Ventilgehäuses
durchsetzen, und einen die Eintrittsöffnung umgebenden Ventilsitz
aufweist, und eine in einem Innenraum des Ventilgehäuses angeordnete
Verschlusseinheit, die eine Ventilplatte, welche zwischen einer
die Eintrittsöffnung
freigebenden Offenstellung, einer die Eintrittsöffnung überdeckenden, aber vom Ventilsitz
abgehobenen Zwischenstellung und einer die Eintrittsöffnung überdeckenden
und an den Ventilsitz angedrückten Schließstellung
verstellbar ist, und mindestens einen in einem Innenraum der Verschlusseinheit
angeordneten Stellkolben umfasst, der zum Verstellen der Ventilplatte
zwischen ihrer Zwischenstellung und ihrer Schließstellung in Richtung seiner
Längsmittelachse
zwischen einer Passivstellung, in der sich die Ventilplatte in ihrer
Zwischenstellung befindet, und einer Aktivstellung, in der sich
die Ventilplatte in ihrer Schließstellung befindet, verschiebbar
ist, wobei mindestens ein Arbeitsraum der Verschlusseinheit, der zur
Verschiebung des mindestens einen Stellkolbens in seine Aktivstellung
mit Druckgas beaufschlagbar ist, von einer Membrandichtung begrenzt
ist.
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Ein
Vakuumventil, bei dem eine Ventilplatte zwischen ihrer Zwischenstellung
und ihrer Schließstellung
mittels eines in einem Innenraum einer Verschlusseinheit angeordneten
Stellkolbens verschiebbar ist, ist aus der
US 6,561,484 B2 bekannt.
Die Verschlusseinheit umfasst die Ventilplatte und eine Abstützplatte.
Mittels des Stellkolbens sind die Ventilplatte und die Abstützplatte
zwischen den Innenflächen
des Ventilgehäuses
im Bereich um die Eintrittsöffnung
und die Austrittsöffnung
gegen das Ventilgehäuse
verspreizbar. Ein Aufnahmegehäuse
für den Stellkolben
kann hierbei an der Abstützplatte
oder an der Ventilplatte angeordnet sein. Zur Ausbildung von druckbeaufschlagbaren
Arbeitsräumen,
um den Stellkolben zu verschieben, sind zwischen dem Stellkolben
und dem Aufnahmegehäuse
wirkende Dichtringe vorhanden. Zwischen der Ventilplatte und der Abstützplatte
verläuft
in einigen der Ausführungsformen
zumindest ein Dichtbalg. Neben Ausführungsformen, bei denen die
Verschlusseinheit bei der Verstellung zwischen ihrer Offenstellung
und ihrer Zwischenstellung linear verschiebbar ist, sind auch nach Art
eines Pendelventils ausgebildete Ausführungsformen beschrieben, bei
denen der Tragarm, an dem die Verschlusseinheit angebracht ist,
zur Verstellung der Verschlusseinheit zwischen ihrer Offenstellung und
ihrer Zwischenstellung um eine Schwenkachse verschwenkbar ist.
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Ein
weiteres Ventil, bei dem eine Ventilplatte zwischen ihrer Zwischenstellung
und ihrer Schließstellung
mittels eines in einem Innenraum einer Verschlusseinheit angeordneten
Stellkolbens verschiebbar ist, ist aus der US 2004/0079915 A1 bekannt. Auch
hier sind die Arbeitsräume,
die zur Verschiebung des Stellkolbens mit Druckgas beaufschlagbar sind,
von elastischen Dichtringen abgedichtet.
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Ein
Pendelventil, bei dem im Ventilgehäuse Zylinderbohrungen ausgebildet
sind, in denen Stellkolben angeordnet sind, ist aus der
US 6,776,394 B2 bekannt.
Mittels der Stellkolben sind Stößel verschiebbar,
um in der Schließstellung
der Ventilplatte diese an den Ventilsitz anzudrücken. Die Stellkolben sind
ebenfalls mittels Dichtringen gegenüber den Wänden der Zylinderräume abgedichtet.
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Aus
dem in
5 dargestellten Ausführungsbeispiel der
DE 19 857 201 A1 ist
ein Vakuumventil der eingangs genannten Art bekannt. Spannzylinder
dienen als Hubkörper,
um Ventilplatten gegen ein Ventilgehäuse anzupressen. Die Spannzylinder sind
gegenüber
einem Grundkörper
der Verschlusseinheit durch Membrandichtungen abgedichtet.
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Aus
der
US 5,975,492 A ist
es bekannt, Ventilplatten mittels eines in einem Innenraum der Verschlusseinheit
angeordneten Aktuators an Ventilsitze des Ventilgehäuses anzupressen.
Der Aktuator besteht aus Platten, die durch einen Edelstahlbalg druckdicht
miteinander verbunden sind (vgl.
21).
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Stellelemente
mit Membrankolben sind weiters aus anderen Anwendungsgebieten als
Vakuumventilen bekannt, beispielsweise im Fahrzeugbau im Zusammenhang
mit Bremszylindern oder im Vorrichtungsbau, um Teile, z. B. einzuspannende
Werkstücke,
zu klemmen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein vorteilhaftes, kompakt ausgebildetes Vakuumventil
der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem der abgedichtete
Zustand im Falle eines Druckgasausfalls lange aufrecht erhalten
werden kann. Erfindungsgemäß gelingt
dies durch ein Vakuumventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Durch
die Abdichtung des Arbeitsraums, der zur Verschiebung des Stellkolbens
in seine Aktivstellung dient, mittels einer Membrandichtung, kann
eine hohe Dichtheit dieses Arbeitsraums erreicht werden. Dadurch
bleibt der abgedichtete Zustand des Vakuumventils, wenn es in der
Schließstellung
der Ventilplatte zu einem Ausfall des Druckgases kommt, lange erhalten.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung kann
weiters eine kompakte Bauweise des Vakuumventils bezogen auf die
Abmessung des Ventilgehäuses
zwischen der Ein- und Austrittsöffnung
erreicht werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die Membrandichtung tellerförmig ausgebildet, wobei sie
im Bereich ihres Umfangsrandes abgedichtet mit dem Stellkolben verbunden
ist und in einem mittleren Abschnitt in Anlage an der inneren Oberfläche einer
Wand des Aufnahmegehäuses
für den
Stellkolben gehalten ist. Denkbar und möglich wäre es auch, dass die tellerförmig ausgebildete Membran
im Bereich ihres Umfangsrandes vakuumdicht mit der Wand verbunden
ist und in einem mittleren Abschnitt in Anlage am Stellkolben gehalten
ist. Weiters könnte
die Membran auch ringförmig
ausgebildet sein und an ihrem äußeren Umfangsrand
mit dem Stellkolben oder der Wand und an ihrem inneren Umfangsrand
mit dem anderen dieser beiden Teile vakuumdicht verbunden sein.
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Zumindest
ein Abschnitt der Membran, vorzugsweise ein an ihren äußeren Umfangsrand
anschließender
ringförmiger
Abschnitt, besteht aus einem elastischen Kunststoffmaterial.
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Ein
erfindungsgemäßes Vakuumventil
kann aufgrund einer geringen Anzahl von Teilen kostengünstig ausgebildet
sein. Weiters können
die Wartungsintervalle aufgrund eines geringen Verschleißes lang
sein.
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Vorteilhafterweise
kann von der Membrandichtung ein druckgasbeaufschlagter Arbeitsraum gegenüber einem
restlichen Bereich des Innenraums der Verschlusseinheit abgedichtet
sein und dieser restliche Bereich des Innenraums der Verschlusseinheit
wiederum gegenüber
dem Vakuumbereich des Vakuumventils abgedichtet sein. Hierbei kann
dieser restliche Bereich des Innenraums der Verschlusseinheit mit
der Atmosphäre
verbunden sein oder evakuiert sein. Dieser restliche Bereich des
Innenraums der Verschlusseinheit bildet somit einen zwischen dem
von der Membrandichtung abgedichteten Arbeitsraum und dem Vakuumbereich
des Vakuumventils liegenden Sicherheitsraum, um im Falle einer Leckage
des druckgasbeaufschlagten Arbeitsraums ein Ausströmen von
Druckgas in den Vakuumbereich des Vakuumventils zu verhindern.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand
der beiliegenden Zeichnung erläutert.
In dieser zeigen:
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1 eine
Ansicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Vakuumventils
in der Offenstellung der Ventilplatte;
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2 eine
Ansicht entsprechend 1, wobei sich der Ventilteller
in einer die Eintrittsöffnung teilweise überdeckenden
Stellung befindet;
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3 eine
Schrägsicht
des Vakuumventils in der Stellung der Ventilplatte entsprechend 2;
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4 eine
Schrägsicht
des Vakuumventils in der Stellung der Ventilplatte entsprechend 2,
von der gegenüber 3 gegenüberliegenden
Seite des Ventilgehäuses;
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5 eine
Ansicht entsprechend 1, aber in der die Eintrittsöffnung überdeckenden
Zwischenstellung der Ventilplatte;
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6 einen
vereinfachten, teilweise schematisierten Schnitt entlang der Linie
A-A von 5 in der Zwischenstellung der
Ventilplatte;
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7 einen
Schnitt entsprechend 6 in der Schließstellung
der Ventilplatte;
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8 eine
Schrägsicht
der Verschlusseinheit;
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9 eine
Schrägsicht
der aufgeschnittenen Verschlusseinheit, in der Aktivstellung des
Stellkolbens;
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10 eine
Darstellung entsprechend 9 in der Passivstellung des
Stellkolbens;
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11 einen
Schnitt entlang der Linie B-B von 8, in der
Aktivstellung des Stellkolbens;
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12 einen
Schnitt entsprechend 11 in der Passivstellung des
Stellkolbens;
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13 ein
vergrößertes Detail
C von 12;
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14 und 15 vergrößerte Ausschnitte D
und E von 11 und 12;
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16 und 17 vergrößerte Ausschnitte F
und G von 11 und 12;
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18 und 19 Schnitte
durch die Verschlusseinheit gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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20 und 21 eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung;
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22 eine
schematische Darstellung eines Vakuumventils gemäß einer vierten Ausführungsform der
Erfindung;
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23 einen
vergrößerten Ausschnitt
H von 22;
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24 eine
Ausführungsform
entsprechend 22, aber mit einer geringeren
Breite der Eintritts- und Austrittsöffnungen des Ventilgehäuses;
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25 ein
vergrößertes Detail
I von 24;
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26 eine
Schrägsicht
der Verschlusseinheit gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung (ohne Dichtung);
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27 die
Verschlusseinheit von 26 bei abgenommener Ventilplatte,
wobei einer der Stellkolben aus dem Aufnahmegehäuse herausgezogen dargestellt
ist;
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28 und 29 Schrägsichten
der Membrandichtungen gemäß diesem
Ausführungsbeispiel;
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30 und 31 Längsmittelschnitte durch
die Membrandichtungen von 28 und 29;
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32 und 33 eine
weitere Ausführungsform
einer in Form einer Rollmembran ausgebildeten Membrandichtung in
der Passiv- und Aktivstellung des Stellkolbens.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Vakuumventils
ist in den 1 bis 17 dargestellt.
Das Vakuumventil besitzt ein Ventilgehäuse 1 mit einer Eintrittsöffnung 2 und
einer Austrittsöffnung 3,
die gegenüberliegende
Wände 4, 5 des Ventilgehäuses 1 durchsetzen.
An der Innenfläche der
die Eintrittsöffnung 2 aufweisenden
Wand 4 umgibt ein Ventilsitz 6 die Eintrittsöffnung 2,
der im gezeigten Ausführungsbeispiel
von einer Dichtfläche gebildet
wird.
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In
einem Innenraum 7 des Ventilgehäuses 1 ist eine Verschlusseinheit 8 angeordnet,
die eine Ventilplatte 9 umfasst. Die Ventilplatte 9 weist
im gezeigten Ausführungsbeispiel
einen elastischen Dichtring 10 zur Anlage am Ventilsitz 6 im
geschlossenen Zustand des Vakuumventils auf. Grundsätzlich denkbar
und möglich
wäre es
auch, den Dichtring am Ventilsitz 6 und an der Ventilplatte 9 eine
mit dem Dichtring zusammenwirkende Dichtfläche anzuordnen.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist das Vakuumventil als Pendelventil ausgebildet und hierbei ist die
Verschlusseinheit 8 an einem um eine Schwenkachse 11 verschwenkbaren
Arm 12 angeordnet. Zum Verschwenken des Arms 12 mittels
der Welle 21, an der der Arm 12 angebracht ist,
dient ein Drehantrieb 13. Mittels des Drehantriebs 13 kann
die Verschlusseinheit 8 und somit die Ventilplatte 9 zwischen
einer die Eintrittsöffnung 2 freigebenden
Stellung (vgl. 1), in welcher das Vakuumventil
seinen vollständig
geöffneten
Zustand aufweist, in eine Stellung verschwenkt werden, in der sie
die Eintrittsöffnung 2 in Richtung
der Längsachse 14 der
Eintrittsöffnung 2 gesehen überdeckt
(vgl. 5). Da hierbei die Ventilplatte 9 zunächst noch
vom Ventilsitz 6 abgehoben ist, wird diese Stellung im
Rahmen dieser Schrift als "Zwischenstellung" bezeichnet. Eine
Mittelstellung zwischen der Offenstellung und der Zwischenstellung ist
in den 2 bis 4 dargestellt.
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Die
Verschlusseinheit 8 umfasst weiters einen starren Stellkolben 15,
der in einem Innenraum 16 eines Aufnahmegehäuses der
Verschlusseinheit 8 angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbei spiel wird
eine Wand dieses Aufnahmegehäuses
von der Ventilplatte 9 gebildet. Die Ventilplatte 9 ist
an einem weiteren Teil des Aufnahmegehäuses vorzugsweise abnehmbar
angebracht, beispielsweise angeschraubt und hierbei gegenüber diesem
weiteren Teil mittels eines Dichtrings 51 abgedichtet (vgl.
z.B. 11 und 12). Eine
der Ventilplatte 9 gegenüberliegende Wand 17 des
Aufnahmegehäuses
besitzt Öffnungen
zum Durchtritt von Stößeln 18,
die am Stellkolben 15 auf der von der Ventilplatte 9 abgewandten
Seite des Stellkolbens 15 angebracht sind. Vorzugsweise
ist die Herausführung
der Stößel 18 aus
dem Innenraum 16 abgedichtet, beispielsweise mittels Bälgen 19.
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Mittels
des Stellkolbens 15 erfolgt die Verstellung der Ventilplatte 9 zwischen
ihrer Zwischenstellung und ihrer Schließstellung, in welcher sie die Eintrittsöffnung 2 in
Richtung der Längsachse 14 der Eintrittsöffnung 2 gesehen überdeckt
und an den Ventilsitz 6 angedrückt ist. Hierzu wird der Stellkolben 15 in
Richtung seiner Längsmittelachse 20 zwischen einer
Passivstellung (6, 10, 12)
und einer Aktivstellung (7 bis 9 und 11)
verstellt. Bei der Verschiebung des Stellkolbens 15 von seiner
Passiv- in seine Aktivstellung laufen die Stößel 18, die zunächst von
der die Austrittsöffnung 3 aufweisenden
Wand 5 des Ventilgehäuses 1 beabstandet
sind, an die innere Oberfläche
dieser Wand 5 an und verschieben in der Folge die Ventilplatte 9 in Richtung
der Längsachse 14 der
Eintrittsöffnung 2 bzw.
in Richtung der Längsmittelachse 20 des
Stellkolbens 15, bis sie an den Ventilsitz angedrückt ist. Hierbei
verschiebt sich die Welle 21, an der der Arm 12 angebracht
ist in Richtung ihrer Längsachse.
Eine solche Verschiebung der Welle 21 ist bei Pendelventilen
bekannt. Beispielsweise weist die Welle 21 im Bereich ihres
von der Verschlusseinheit 8 abgewandten Endes eine Außenverzahnung
auf, mit der ein Zahnrad des Drehantriebs 13 kämmt, wobei
sich die Außenverzahnung
relativ zum Zahnrad in Längsrichtung
der Welle 21 verschieben kann.
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Vorzugsweise
liegt die Längsachse 14 der Eintrittsöffnung 2 parallel
zur Längsachse
der Eintrittsöffnung 3,
wobei diese Längsachsen
vorzugsweise zusammenfallen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Eintrittsöffnung 2 und
die Austrittsöffnung 3 gleiche
Durchmesser auf, wie dies bevorzugt ist.
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Vorzugsweise
sind die Längsachse 14 der Eintrittsöffnung 2 und
die Längsmittelachse 20 des Stellkolbens 15 parallel
zueinander. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
fallen diese Achsen in der Schließstellung der Ventilplatte 9 zusammen.
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Im
Bereich ihrer freien Enden weisen die Stößel 18 vorzugsweise
elastische Anschlagselemente zum Anlaufen an die Wand 5 auf.
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Zur
Verschiebung des Stellkolbens 15 zwischen seiner Passiv-
und seiner Aktivstellung sind Arbeitsräume 22, 23 mit
Druckgas beaufschlagbar. Die Arbeitsräume 22, 23 sind
mittels Membrandichtungen 24, 25 abgedichtet.
Die Membrandichtungen 24, 25 sind in diesem Ausführungsbeispiel
tellerförmig
ausgebildet und im Bereich ihres Umfangsrandes dicht mit der jeweiligen
Seitenfläche
des Stellkolbens 15 verbunden. In den vereinfachten 6 und 7 ist
diese Verbindung nicht im Einzelnen dargestellt. Ein Ausführungsbeispiel
für eine
solche Verbindung geht aus den 11 bis 13 hervor.
Hierbei weist der Stellkolben 15 eine Ringnut 26 auf,
in die ein Vorsprung 27 der jeweiligen Membrandichtung 24, 25 ragt.
Mittels eines Halterings 28 und eines den Haltering in
einer an die Membrandichtung 24, 25 angedrückten Stellung
haltenden Klemmrings 29, der sich an einer hinterschnittenen
Schulter des Stellkolbens 15 abstützt, wird die dichte Befestigung
am Stellkolben 15 erreicht.
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In
einem mittleren Abschnitt 30 ist die Membrandichtung 24 in
Anlage an die Innenfläche
der Wand 17 der Verschlusseinheit 8 und die Membrandichtung 25 in
Anlage an die innere Oberfläche
der Ventilplatte 9 gehalten.
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In
den vereinfachten Darstellungen gemäß 6 und 7 sind
diese mittleren Abschnitte 30 nur verdickt dargestellt.
Beispielsweise könnten
sie an die innere Oberfläche
der Wand 17 bzw. der Ventilplatte 9 angeklebt
sein. Bevorzugterweise ist die Membrandichtung 24, 25 in
diesem mittleren Abschnitt 30 aber starr ausgebildet und
zum Halten in Anlage an der Innenfläche der Wand 17 bzw.
der Ventilplatte 9 dient ein Bolzen 31. Dieser
ist in Richtung der Längsmittelachse 20 des
Stellkolbens 15 ausgerichtet und durchsetzt eine vorzugsweise
zentrale Öffnung
im Stellkolben 15 gegenüber
der er abgedichtet ist, beispielsweise mittels eines elastischen Dichtrings 32.
Vorzugsweise ist der Stellkolben 15 weiters mit einer diese Öffnung umgebenden
Gleitbuchse 33 versehen.
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Um
die Membrandichtungen 24, 25 über ihren gesamten mittleren
Abschnitt 30 mittels des Bolzens 31 in Anlage
an der inneren Oberfläche
der Wand 17 bzw. der Ventilplatte 9 zu halten,
sind die Membrandichtungen 24, 25 in diesem mittleren
Abschnitt 30 starr ausgebildet. Zum Umfangsrand hin schließt ein flexibler,
elastischer ringförmiger
Abschnitt 34 an.
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Denkbar
und möglich
wäre es,
den mittleren Abschnitt 30 insgesamt aus einem unflexiblen
Material, beispielsweise Metall auszubilden. Bevorzugt ist es, in
diesem mittleren Abschnitt 30 ein plattenförmiges Metallteil 35 mit
einem elastischen Kunststoff zu überziehen
oder in einem elastischen Kunststoff 36 einzubetten, wie
dies in den 11, 12 und 16, 17 dargestellt
ist. Vorzugsweise ist der elastische Kunststoff an das plattenförmige Metallteil 35 anvulkanisiert.
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Der
elastische Kunststoff der Membrandichtungen 24, 25 wird
vorzugsweise von einem Elastomer oder einem thermoplastischen Elastomer
gebildet.
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Die
Ausbildung entspricht hierbei grundsätzlich derjenigen, die weiter
unten im Zusammenhang mit einem weiteren Ausführungsbeispiel anhand der 28 bis 31 erläutert wird.
Im Bereich des ringförmigen
Abschnitts 34 besteht die Membrandichtung 24, 25 vollständig aus
elastischem Kunststoff, vorzugsweise aus dem gleichen elastischen
Kunststoff, der im mittleren Abschnitt 30 an das Metallteil 35 anvulkanisiert
ist.
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Zur
Druckgaszuführung
in die Arbeitsräume 22, 23 dienen
Druckgaskanäle 37, 38,
die durch das Aufnahmegehäuse
für den
Stellkolben 15 verlaufen. In den Darstellungen gemäß 6 und 7 verläuft ein
Druckgaskanal 37 durch die Wand 17 und ein Druckgaskanal 38 durch
die Ventilplatte 9. Die Druckgaskanäle 37, 38 werden
von Löchern
in den mittleren Abschnitten 30 der Membrandichtungen 24, 25 fortgesetzt
und münden
durch diese in die Arbeitsräume 22, 23.
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Als
Druckgas kann beispielsweise Druckluft oder unter Druck stehender
Stickstoff eingesetzt werden.
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Bevorzugt
ist es aber, dass beide Druckgaskanäle 37, 38 durch
die Wand 17 verlaufen, wobei der Druckgaskanal 38 von
einem Loch durch den mittleren Abschnitt 30 der Membrandichtung 24 und einem
im Bolzen 31 verlaufenden Kanal 39 fortgesetzt
wird, der am Umfang des Bolzens 31 im Bereich des Arbeitsraums 23 austritt
(vgl. 11, 12, 16 und 17).
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Die
Druckgaskanäle 37, 38 verlaufen
vorzugsweise durch flache in Ausnehmungen der Wand 17 eingelegte
Rohre 40, 41, deren Innenräume über Bohrungen durch ihre Wände mit
den Löchern
in der Membrandichtung 24 kommunizieren. Die Löcher in der
Membrandichtung 24 werden vorzugsweise gegenüber den
Rohren 40, 41 durch Dichtwülste der Membrandichtung 24 abgedichtet,
die an die Rohre 40, 41 angedrückt sind.
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Die
Membrandichtung 25 kann der Einfachheit halber die gleiche
Ausbildung wie die Membrandichtung 24 aufweisen.
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Durch
den Bolzen 31 kann auch eine Führung des Stellkolbens 15 erfolgen.
Im Bereich des Umfangs des Stellkolbens 15 können zusätzliche Führungen
vorhanden sein, falls erforderlich (vgl. Führungsbolzen 52 in 9 und 10).
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Die
Druckgaskanäle 37, 38 werden
durch in den Fig. nicht sichtbare Druckgaskanäle in der Welle 21 fortgesetzt,
um von außerhalb
des Ventilgehäuses 1 eine
Druckbeaufschlagung der Arbeitsräume 22, 23 zu
ermöglichen.
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Zur
Verstellung der Ventilplatte 9 von ihrer Zwischenstellung
in ihre Schließstellung
wird der Druckgaskanal 38 mit Druckgas beaufschlagt und der
Druckgaskanal 37 auf Atmosphärendruck gelegt, wodurch es
zur Beaufschlagung des Arbeitsraums 23 kommt und sich der
Stellkolben 15 von seiner Passivstellung in seine Aktivstellung
verschiebt. Zur Rückstellung
in die Zwischenstellung wird der Druckgaskanal 37 mit Druckgas
beaufschlagt und der Druckgaskanal 38 auf Atmosphärendruck
gelegt, wodurch es zur Beaufschlagung des Arbeitsraums 22 und
zur Rückstellung
des Stellkolbens 15 in seine Passivstellung kommt.
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Bei
der Verstellung des Stellkolbens 15 von seiner Passiv-
in seine Aktivstellung und umgekehrt kommt es zu einer elastischen
Verformung der Membrandichtungen 24, 25 im Bereich
ihrer ringförmigen Abschnitte 34.
Vorzugsweise schließen
die ringförmigen
Abschnitte 34 mit der Ebene des Stellkolbens 15 über den
gesamten Stellbereich Winkel ein, die im Bereich zwischen 0° und 45° liegen.
Im Bereich ihrer mittleren Abschnitte 30 kommt es dagegen
zu keiner Verformung der Membrandichtungen 24, 25.
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Denkbar
und möglich
wäre es
auch, dass die Membrandichtungen 24, 25 im Bereich
ihres Umfangsrandes an der inneren Oberfläche der Wand 17 bzw.
der Ventilplatte 9 befestigt sind. Im mittleren Abschnitt
könnten
sie an der jeweiligen Oberfläche
des Stellkolbens 15 befestigt sein oder durch Druckbeaufschlagung
des Arbeitsraums 22, 23, den sie jeweils abdichten,
an den Stellkolben 15 angepresst werden.
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Grundsätzlich denkbar
und möglich
wäre es auch,
dass die Membrandichtungen 24, 25 ringförmig ausgebildet
sind, d.h. es ist nur der zuvor beschriebene äußere Abschnitt 34 vorhanden,
und einerseits am Stellkolben 15, andererseits an der inneren
Oberfläche
der Wand 17 bzw. der Ventilplatte 9 befestigt sind,
wobei sie mit diesen Teilen vakuumdicht verbunden sind. Sie wären dann
insgesamt aus elastischem Kunststoff 36 ausgebildet und
würden
vorzugsweise über
den gesamten Verstellbereich des Stellkolbens 15 mit dessen
Hauptebene wiederum Winkel einschließen, die im Bereich zwischen
0° und 45° liegen.
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Die
Arbeitsräume 22, 23 sind
somit sowohl bei der gezeigten tellerförmigen Ausbildung der Membrandichtungen 24, 25 als
auch bei einer ringförmigen
Ausbildung der Membrandichtungen in bezogen auf die Längsmittelachse 20 des
Stellkolbens 15 radialer Richtung von den Membrandichtungen 24, 25 begrenzt.
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Die
Arbeitsräume 22, 23 sind
vom übrigen Bereich
des Innenraums 16 der Verschlusseinheit 8 durch
die Membrandichtungen 24, 25 abgedichtet. Vorzugsweise
ist dieser übrige
Bereich des Innenraums 16 der Verschlusseinheit 8 gegenüber dem Vakuumbereich
des Ventils abgedichtet, wobei beispielsweise wie dargestellt und
beschrieben für
die Stößel 18 Bälge 19 vorhanden
sind. Dieser übrige Bereich
des Innenraums 16 kann hierbei in bevorzugter Weise über eine
in den Figuren nicht dargestellte Leitung mit der Atmosphäre verbunden
sein. Auch eine Evakuierung dieses übrigen Bereichs des Innenraums
ist denkbar und möglich,
beispielsweise mittels einer Vorvakuumpumpe. Der Druck des den Stellkolben 15 beaufschlagenden
Druckgases ist somit durch Zwischenschaltung eines Atmosphärendruck
aufweisenden oder evakuierten Raums vom Vakuumbereich getrennt.
Dies stellt eine zusätzliche Sicherheitsfunktion
des Vakuumventils dar.
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Die 18 und 19 zeigen
in vereinfachter Darstellung eine etwas modifizierte Ausführungsform,
bei der der Bolzen 31 gegenüber dem Stellkolben 15 ebenfalls
durch eine Membrandichtung 42 abgedichtet ist. Diese sind
ringförmig
ausgebildet und einerseits am Bolzen 31, andererseits am
Stellkolben 15 befestigt, wobei sie gegenüber diesen
Teilen abgedichtet sind. Bei dieser Ausbildung sind somit keine
dynamischen Dichtungen mehr vorhanden sondern alle Dichtungen in
Form von statischen Dichtungen ausgebildet.
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Zur
Rückstellung
des Stellkolbens 15 von seiner Aktivstellung in seine Passivstellung
können auch
Federn 43 vorhanden sein, wie dies in den 20 und 21 dargestellt
ist. Der Arbeitsraum 22 und die diesen Arbeitsraum abdichtende
Membrandichtung 24 entfallen bei diesem Ausführungsbeispiel
somit. Anstelle des zuvor beschriebenen doppelwirkenden Stellkolbens
ist in diesem Ausführungsbeispiel
somit nur ein einfachwirkender Stellkolben 15 vorhanden.
Die Druckgasbeaufschlagung des Arbeitsraums 23, durch welche
der Stellkolben 15 in seine Aktivposition verstellt wird,
erfolgt bevorzugterweise wiederum durch eine Bohrung durch den Bolzen 31.
Der Bolzen 31 stützt
sich hierbei an seinem vom Arbeitsraum 23 entfernten Ende über eine
Dichtung 44 am Rohr 41 und somit indirekt an der
Wand 17 ab.
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Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Arbeitsraum 23 vom übrigen Bereich des Innenraums 16 der
Verschlusseinheit 8 durch die Membrandichtung 25 abgedichtet,
wobei der übrige
Bereich des Innenraums 16 vorzugsweise mit Atmosphärendruck
verbunden ist oder abgepumpt ist (über einen in den Figuren nicht
dargestellten Kanal).
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Bei
dem in den 22 bis 31 dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird die Verschlusseinheit 8 zwischen der Offenstellung
der Ventilplatte 9 und der Zwischenstellung der Ventilplatte 9 linear
(geradlinig) verschoben. Hierzu ist sie beispielsweise an einer Ventilstange 45 angebracht,
die mittels einem Linearantrieb, beispielsweise einer in den 22 und 24 schematisch
dargestellten Kolben-Zylinder-Einheit 46 in ihrer Längsrichtung
verschiebbar ist.
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Die
Eintritts- und Austrittsöffnung 2, 3 im Ventilgehäuse 1 und
die Ventilplatte 9 weisen bei dieser Ausführungsform
eine rechteckige Ausbildung auf. Die Verschlusseinheit 8 umfasst
beispielsweise drei Stellkolben 15. Es können auch
mehr oder weniger Stellkolben 15 vorgesehen sein. Jeder
Stellkolben 15 ist in analoger Weise wie zuvor im Zusammenhang
mit dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 bis 17 beschrieben
doppelt wirkend ausgebildet und zur Abdichtung der Arbeitsräume dienen Membrandichtungen 24, 25.
Wiederum könnte
die Rückstellung
eines jeweiligen Stellkolbens 15 von seiner Aktiv- in seine
Passivstellung durch mindestens eine Feder erfolgen und die Membrandichtungen 24 könnten in
diesem Fall wiederum entfallen.
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Die
Stellkolben 15 weisen in einer Ansicht in Richtung ihrer
Längsmittelachse 20 gesehen
(22 bis 25) von
der Kreisform abweichende Umfangskonturen auf, wobei sie an in Umfangsrichtung gegenüberliegenden
Stellen mit Ausbuchtungen 47 versehen sind. Im Bereich
einer jeweiligen Ausbuchtung 47 ist am Stellkolben 15 ein
Stößel 18 angeordnet.
Diese Stößel sind
wiederum aus dem Aufnahmegehäuse
für die
Stellkolben 15 durch Bohrungen herausgeführt und
dienen zum Andrücken
der Ventilplatte 9 an den Ventilsitz 6 in der
Aktivstellung der Stellkolben 15.
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Für Eintritt-
und Austrittsöffnungen
mit unterschiedlicher Breite (vgl. 22 und 24)
können die
gleichen Stellkolben 15 in unterschiedlichen Drehstellungen
eingesetzt werden. Das Aufnahmegehäuse für die Stellkolben 15 ist
jeweils der entsprechenden Breite der Eintritts- und Austrittsöffnung 2, 3 angepasst
auszubilden.
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Um
für unterschiedliche
Drehstellungen der Stellkolben 15 und mit ihnen der an
ihnen angebrachten Membrandichtungen 24, 25 eine
Druckgaszufuhr durch die Öffnung 48 der
Membrandichtung 24 zu ermöglichen, ist diese Öffnung 48 in
Form eines sich entlang eines Kreisbogens erstreckenden Langlochs ausgebildet.
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Für die Membrandichtung 25 ist
diese Öffnung
vorzugsweise von elastischem Kunststoffmaterial geschlossen, wie
dies in den 29 und 31 dargestellt
ist.
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Die
Membrandichtungen 24, 25 bestehen im ringförmigen Abschnitt 34 wiederum
aus elastischem Kunststoff und sind in einem mittleren Abschnitt 30 starr
ausgebildet. Hierzu ist im mittleren Abschnitt ein Metallteil 35 in
das elastische Kunststoffmaterial eingebettet bzw. von diesem zumindest
teilweise umgeben, wie dies aus den 30 und 31 ersichtlich ist.
Das elastische Kunststoffmaterial erstreckt sich über die
der inneren Oberfläche
der Wand 17 bzw. der Ventilplatte 9 zugewandten
Seite des Metallteils 35 und in einem radial außenliegenden
Abschnitt des Metallteils 35 vorzugsweise auch über die
gegenüberliegende
Oberfläche
des Metallteils 35.
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In 27 sind
weiters Führungen 49 für die Stellkolben 15 eingezeichnet,
die im Bereich des Umfangsrandes eines jeweiligen Stellkolbens 15 angeordnet
sind.
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In
den 32 und 33 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Membrandichtung 24 dargestellt. Im mittleren Abschnitt
ist die Membrandichtung in der zuvor bereits anhand der 30 und 31 beschriebenen
Weise ausgebildet. Der ringförmige
Abschnitt 34 ist bei dieser Ausführungsform in der Art einer
Rollmembran ausgebildet, wobei er bei der Verschiebung des Stellkolbens 15 eine
Art rollende Bewegung ausführt,
d.h. der im Querschnitt bogenförmige
Bereich des Abschnitts 34 verschiebt sich über diesen
Abschnitt 34.
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Die
Membrandichtung 25 kann in analoger Weise ausgebildet sein,
wobei die Öffnung 48 geschlossen
sein kann (entsprechend 31).
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Solche
Rollmembranen können
in allen beschriebenen Ausführungsformen
für die
Membrandichtung 24 und/oder für die Membrandichtung 25 eingesetzt
werden.
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Unterschiedliche
Modifikationen der gezeigten Ausführungsbeispiele sind denkbar
und möglich, ohne
den Bereich der Erfindung zu verlassen. So könnten beispielsweise mehrere
Bolzen 31 vorhanden sein. Auch mehr oder weniger Stößel 18 als
dargestellt können
vorhanden sein. An den vom Stellkolben 15 abgelegenen Enden
der Stößel 18 könnte auch
ein plattenförmiges
Andruckelement zur Anlage an der inneren Oberfläche der Wand 5 des
Ventilgehäuses 1 angebracht
sein. Die Stößel 18 stützen sich in
diesem Fall über
das plattenförmige
Andrückelement
mittelbar am Ventilgehäuse 1 im
Bereich neben der Austrittsöffnung 3 ab.
In diesem Fall könnte
auch nur ein einzelner, vorzugsweise zentral angeordneter Stößel 18 vorhanden
sein.
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Weiters
könnte
am vom Stellkolben 15 abgelegenen Ende des mindestens einen
Stößels 18 auch die
Ventilplatte angebracht sein, die vom Stellkolben 15 an
den Ventilsitz 6 anpressbar ist. Die Wand des Aufnahmegehäuses für den mindestens
einen Stellkolben 15, die der vom mindestens einen Stößel 18 durchsetzten
Wand 17 gegenüberliegt,
würde in
diesem Fall in der Aktivstellung des mindestens einen Stellkolbens 15 im
Bereich um die Austrittsöffnung 3 an
der inneren Oberfläche
der die Austrittsöffnung 3 aufweisenden
Wand 5 des Ventilgehäuses 1 anliegen
und die Reaktionskraft auf das Ventilgehäuse 1 übertragen.
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- 1
- Ventilgehäuse
- 2
- Eintrittsöffnung
- 3
- Austrittsöffnung
- 4
- Wand
- 5
- Wand
- 6
- Ventilsitz
- 7
- Innenraum
- 8
- Verschlusseinheit
- 9
- Ventilplatte
- 10
- Dichtring
- 11
- Schwenkachse
- 12
- Arm
- 13
- Drehantrieb
- 14
- Längsachse
- 15
- Stellkolben
- 16
- Innenraum
- 17
- Wand
- 18
- Stößel
- 19
- Balg
- 20
- Längsmittelachse
- 21
- Welle
- 22
- Arbeitsraum
- 23
- Arbeitsraum
- 24
- Membrandichtung
- 25
- Membrandichtung
- 26
- Ringnut
- 27
- Vorsprung
- 28
- Halterung
- 29
- Klemmring
- 30
- mittlerer
Abschnitt
- 31
- Bolzen
- 32
- Dichtring
- 33
- Gleitbuchse
- 34
- ringförmiger Abschnitt
- 35
- Metallteil
- 36
- elastischer
Kunststoff
- 37
- Druckgaskanal
- 38
- Druckgaskanal
- 39
- Kanal
- 40
- Rohr
- 41
- Rohr
- 42
- Membrandichtung
- 43
- Feder
- 44
- Dichtung
- 45
- Ventilstange
- 46
- Kolben-Zylindereinheit
- 47
- Ausbuchtung
- 48
- Öffnung
- 49
- Führung
- 51
- Dichtring
- 52
- Führungsbolzen