DE102018132724A1

DE102018132724A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102018132724A1
Application number: DE102018132724.2A
Authority: DE
Inventors: Emanuel Bach
Original assignee: VAT Holding AG
Current assignee: VAT Holding AG
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Ventil (1), insbesondere Vakuumventil, mit einem Verschlussorgan (2) zum Verschließen einer Durchlassöffnung (3), insbesondere des Ventils (1), und einer längserstreckten Ventilstange (4), wobei das Verschlussorgan (2) an der Ventilstange (4) angeordnet ist und das Verschlussorgan (2) zwischen einer maximalen Öffnungsstellung, in der das Verschlussorgan (2) die Durchlassöffnung (3) ganz oder teilweise freigibt, und einer Zwischenstellung in Richtungen parallel zur Längserstreckung (5) der Ventilstange (4) hin und her bewegbar ist und zwischen der Zwischenstellung und einer Schließstellung, in der das Verschlussorgan (2) die Durchlassöffnung (3) verschließt, in Richtungen (6) quer zur Längserstreckung (5) der Ventilstange (4) hin und her bewegbar ist, wobei die Ventilstange (4) einen Verschlussorganträger (7) aufweist und das Verschlussorgan (2) mittels einer gewölbten Kontaktfläche (8) relativ zum Verschlussorganträger (7) schwenkbar am Verschlussorganträger (7) der Ventilstange (4) abgestützt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Vakuumventil, mit einem Verschlussorgan zum Verschließen einer Durchlassöffnung, insbesondere des Ventils, und einer längserstreckten Ventilstange, wobei das Verschlussorgan an der Ventilstange angeordnet ist und das Verschlussorgan zwischen einer maximalen Öffnungsstellung, in der das Verschlussorgan die Durchlassöffnung ganz oder teilweise freigibt, und einer Zwischenstellung in Richtungen parallel zur Längserstreckung der Ventilstange hin und her bewegbar ist und zwischen der Zwischenstellung und einer Schließstellung, in der das Verschlussorgan die Durchlassöffnung verschließt, in Richtungen quer zur Längserstreckung der Ventilstange hin und her bewegbar ist.
Solche Ventile sind beim Stand der Technik z.B. aus der EP 2 728 226 B1 bekannt. Sie werden häufig als L-Ventile bezeichnet, da das Verschlussorgan zwischen Öffnungsstellung und Schließstellung entlang einer im Wesentlichen L-förmigen Bewegungsbahn hin und her bewegt wird. Ventile dieser Art werden häufig in der Vakuumtechnik verwendet, um Prozesskammern zu verschließen. Ein wichtiges Kriterium ist dabei, dass beim Öffnen und Schließen der Durchlassöffnung mittels des Verschlussorgans möglichst wenig Partikel durch Abrieb und dergleichen erzeugt werden. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn das Verschlussorgan beim Andrücken an und beim Abheben vom die Durchlassöffnung umgebenden Ventilsitz nicht nur eine Bewegung normal zum Ventilsitz sondern auch quer dazu durchführt.
Aufgabe der Erfindung ist es, gattungsgemäße Ventile so zu verbessern, dass beim Öffnen und Schließen der Durchlassöffnung mittels des Verschlussorgans möglichst wenig Partikel erzeugt werden.
Hierfür schlägt die Erfindung ein Ventil gemäß Patentanspruch 1 vor.
Es ist bei der Erfindung somit vorgesehen, dass die Ventilstange einen Verschlussorganträger aufweist und das Verschlussorgan mittels einer gewölbten Kontaktfläche relativ zum Verschlussorganträger schwenkbar am Verschlussorganträger der Ventilstange abgestützt ist.
Durch die schwenkbare Lagerung des Verschlussorgans am Verschlussorganträger und damit an der Ventilstange kann sich das Verschlussorgan beim Anlegen an einen, die Durchlassöffnung umgebenden Ventilsitz optimal an dem Ventilsitz ausrichten, sodass es zu möglichst keinen bzw. wenigen Querverschiebungen des Verschlussorgans auf dem Ventilsitz kommt. Hierdurch ist eine erste Maßnahme getroffen, um möglichst wenig Partikel zu erzeugen. Durch das Anliegen des Verschlussorgans am Verschlussorganträger mittels einer gewölbten Kontaktfläche hat das Verschlussorgan eine optimale Bewegungsfreiheit beim Anlegen an und Abheben vom Ventilsitz. Vor allem ermöglicht die gewölbte Kontaktfläche aber eine Art Rollbewegung beim Verschwenken des Verschlussorgans relativ zum Verschlussorganträger, was ebenfalls dazu beiträgt, die unerwünschte Partikelbildung zu vermeiden bzw. zumindest zu minimieren.
Bei erfindungsgemäßen Ventilen kann vorgesehen sein, dass die mittels des Verschlussorgans zu verschließende Durchlassöffnung und auch der die Durchlassöffnung umgebende Ventilsitz, an den das Verschlussorgan zum Verschließen der Durchlassöffnung in der Schließstellung angedrückt wird, Teile des Ventils selbst sind. Z.B. ist es möglich, dass die Durchlassöffnung in einem Ventilgehäuse des Ventils ausgebildet ist. Der Ventilsitz kann dann z.B. in dem die Durchlassöffnung umgebenden Bereich des Ventilgehäuses ausgebildet sein. In diesem Fall kann das Ventil mit seinem Ventilgehäuse so an einer Prozesskammer angeordnet sein, dass die Durchlassöffnung des Ventils mit einer entsprechenden Öffnung der Prozesskammer fluchtet. Dies ist an sich bekannt und muss nicht weiter erläutert werden.
Erfindungsgemäße Ventile können aber in anderen Ausgestaltungsformen auch so ausgebildet sein, dass die Durchlassöffnung und der sie umgebende Ventilsitz nicht Teil des Ventils selbst sind. Z.B. kann die Durchlassöffnung direkt in einer Prozesskammerwand ausgebildet sein, sodass der Ventilsitz auch direkt an der Prozesskammerwand ausgebildet ist. Auch in diesem Fall, in dem die Durchlassöffnung und der ihr zugeordnete Ventilsitz nicht Teil des Ventils sind, kann mit erfindungsgemäßen Ventilen bzw. deren Verschlussorganen die jeweilige Durchlassöffnung verschlossen werden.
Die gewölbte Kontaktfläche kann am Verschlussorgan ausgebildet oder an diesem fix befestigt sein. In diesem Fall weist der Verschlussorganträger günstigerweise eine Gegenkontaktfläche auf. An dieser Gegenkontaktfläche liegt dann die gewölbte Kontaktfläche an. Die Gegenkontaktfläche ist bevorzugt eben ausgebildet. Genauso gut kann die gewölbte Kontaktfläche aber auch am Verschlussorganträger ausgebildet oder an diesem fix befestigt sein. In diesem Fall weist dann günstigerweise das Verschlussorgan die, vorzugsweise ebene, Gegenkontaktfläche auf. Auch in diesem Fall liegt die gewölbte Kontaktfläche dann an der Gegenkontaktfläche an. Die Gegenkontaktfläche kann in allen Ausführungsformen die Fläche bilden, auf der die gewölbte Kontaktfläche beim Verschwenken des Verschlussorgans relativ zum Verschlussorganträger abrollt.
Generell ist darauf hinzuweisen, dass die hier in der Einzahl genannten Bestandteile des Ventils auch mehrfach vorkommen können. Es ist z.B. denkbar, dass ein Ventil mehr als ein Verschlussorgan und mehr als eine Ventilstange aufweist, um mehr als eine Durchlassöffnung zu verschließen usw. Der Einfachheit halber werden die Erfindung und ihre bevorzugten Ausgestaltungsformen hier mit den entsprechenden Bauteilen in der Einzahl geschildert. Dies schließt aber nicht aus, dass die Bauteile des erfindungsgemäßen Ventils mehrfach vorhanden sind.
Der Begriff der Längserstreckung der Ventilstange ist so zu verstehen, dass er die Richtungen beschreibt, in die die Ventilstange längserstreckt ist. Man könnte also den Begriff der Längserstreckung der Ventilstange auch durch den Begriff der Längserstreckungsrichtungen der Ventilstange ersetzen. Die Richtungen quer zur Längserstreckung der Ventilstange können orthogonal zur Längserstreckung, aber auch in einem spitzen oder stumpfen Winkel relativ zur Längserstreckung verlaufen.
Bevorzugt weisen erfindungsgemäße Ventile zumindest einen Ventilantrieb zum Hin- und Herbewegen des Verschlussorgans zwischen der Zwischenstellung und der Schließstellung und zwischen der Zwischenstellung und der Öffnungsstellung auf. Es kann sich hierbei wie z.B. im eingangs genannten Stand der Technik, also der EP 2 728 226 B1 gezeigt, beim Ventilantrieb um eine einzige Ventilantriebseinheit handeln. Es kann aber genauso gut vorgesehen sein, dass das Ventil für die verschiedenen Bewegungsrichtungen des Verschlussorgans auch verschiedene Ventilantriebe aufweist. Z.B. ist es möglich, dass das Ventil einen Längsantrieb zum Bewegen des Verschlussorgans zwischen der maximalen Öffnungsstellung und der Zwischenstellung in Richtung parallel zur Längserstreckung der Ventilstange und einen Querantrieb zum Hin- und Herbewegen des Verschlussorgans zwischen der Zwischenstellung und der Schließstellung in den Richtungen quer zur Längserstreckung der Ventilstange aufweist. Wie eingangs bereits erläutert, können diese Ventilantriebe, also die Längs- und Querantriebe, auch mehrfach vorhanden sein. Es kann sich bei diesen Ventilantrieben z.B. um an sich bekannte pneumatische oder hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnungen, um elektrische Antriebe oder andere Antriebe bzw. Linearantriebe handeln. Hier kann auf alle beim Stand der Technik an sich bekannten Ausgestaltungsformen zurückgegriffen werden.
In bevorzugten Ausgestaltungsformen wird die Ventilstange bei der Bewegung des Verschussorgans zwischen der maximalen Öffnungsstellung und der Zwischenstellung gemeinsam mit dem Verschlussorgan in Richtung der Längserstreckung der Ventilstange hin und her bewegt. Besonders bevorzugt kommt die Erfindung bei Ventilen zum Einsatz, bei denen die Ventilstange zum Hin- und Herbewegen des Verschlussorgans zwischen der Schließstellung und der Zwischenstellung schwenkbar gelagert ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Ventil ein Schwenkgelenk aufweist, mit dem die Ventilstange schwenkbar in einem Ventilgehäuse des Ventils gelagert ist. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, wenn die Ventilstange zum Hin- und Herbewegen des Verschlussorgans zwischen der maximalen Öffnungsstellung und der Zwischenstellung in diesem Schwenkgelenk in den Richtungen der Längserstreckungs der Ventilstange hin und her verschiebbar gelagert ist.
Beim Verschlussorgan handelt es sich bevorzugt aber nicht zwingend um einen Ventilteller. In anderen Worten ist das Verschlussorgan somit günstigerweise flächig ausgebildet, um eine entsprechend flächig ausgebildete Durchlassöffnung verschließen zu können. Zum Abdichten des Verschlussorgans am Ventilsitz können am Verschlussorgan und/oder am Ventilsitz, wie an sich bekannt, entsprechende Dichtungen angeordnet sein.
Generell ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verschlussorgan permanent mittels der gewölbten Kontaktfläche am Verschlussorganträger anliegt. In anderen Worten liegt das Verschlussorgan günstigerweise in allen Betriebszuständen mittels der gewölbten Kontaktfläche am Verschlussorganträger an.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung sehen vor, dass das Verschlussorgan mittels eines elastisch vorgespannten Balgs des Ventils am Verschlussorganträger befestigt ist. Die elastische Vorspannung des Balgs ist günstigerweise so ausgebildet, dass dadurch das Verschlussorgan permanent mittels der gewölbten Kontaktfläche am Verschlussorganträger anliegt. In anderen Worten ist also bevorzugt vorgesehen, dass das Verschlussorgan aufgrund der elastischen Vorspannung des Balgs permanent mittels der gewölbten Kontaktfläche am Verschlussorganträger anliegt bzw. an diesen angedrückt wird.
Der Balg umschließt günstigerweise einen Balginnenraum und die gewölbte Kontaktfläche ist günstigerweise, vorzugsweise vollständig, innerhalb des Balginnenraums angeordnet. Der Balg kann diesen Balginnenraum zusammen mit dem Verschlussorgan und dem Verschlussorganträger umschließen. Diese Ausgestaltungsform hat den Vorteil, dass beim Abrollen der gewölbten Kontaktfläche an der Gegenkontaktfläche eventuell doch noch entstehende Partikel innerhalb des Balginnenraums zurückgehalten werden und so nicht in andere Bereiche des Ventils eindringen können. Günstigerweise ist somit vorgesehen, dass der Balginnenraum vollständig nach außen abgedichtet ist. Andere Varianten können vorsehen, dass der Balginnenraum über zumindest eine Entlüftungsöffnung nach außen geöffnet ist, wobei in der Entlüftungsöffnung ein Partikelfilter angeordnet ist. In diesen Ausgestaltungsformen kann dann also Luft beim Verschwenken des Verschlussorgans relativ zum Verschlussorganträger in den oder aus dem Balginnenraum über die Entlüftungsöffnung einströmen oder ausströmen, wobei der Partikelfilter in der Entlüftungsöffnung dann aber dafür sorgt, dass keine Partikel vom Balginnenraum in andere Bereiche des Ventils austreten können.
Der Balg ist in bevorzugten Ausgestaltungsformen das einzige Mittel zur Befestigung des Verschlussorgans an dem Verschlussorganträger. Er kann aus Metall oder anderen geeigneten und an sich bekannten Materialien hergestellt sein. Durch die elastisch vorgespannte Ausbildung des Balgs kann der Balg auch als Mittel zur Rückstellung des Verschlussorgans in eine Neutralstellung verwendet werden, wenn das Verschlussorgan vom Ventilsitz abgehoben ist. In anderen Worten ist günstigerweise vorgesehen, dass das Verschlussorgan mittels des elastisch vorgespannten Balgs in eine Neutralstellung gebracht wird, sobald das Verschlussorgan nicht mehr am Ventilsitz anliegt. Der elastisch vorgespannte Balg kann somit eine Rückstellvorrichtung für das Verschlussorgan sein.
Bei erfindungsgemäßen Ventilen kann vorgesehen sein, dass das Verschlussorgan relativ zum Verschlussorganträger um eine gedachte Längsachse schwenkbar ist. In diesem Fall könnte die gewölbte Kontaktfläche z.B. bereichsweise zylindermantelförmig ausgebildet sein. Bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung sehen allerdings vor, dass die gewölbte Kontaktfläche eine allseitig gewölbte Kuppel bzw. in anderen Worten eine in alle Richtungen gewölbte Kuppel ist. In diesen Ausgestaltungsformen kann das Verschlussorgan dann in allen Richtungen relativ zum Verschlussorganträger geschwenkt werden. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltungsform der gewölbten Kontaktfläche ist in diesem Sinn die einer Kugelkalotte.
Neben dem Ventil an sich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Ventils, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verschlussorgan bei einer Bewegung von der Zwischenstellung in die Schließstellung an einen die Durchlassöffnung umgebenden Ventilsitz, vorzugsweise des Ventils, angedrückt wird und bei fortschreitendem Andrücken an den Ventilsitz relativ zum Verschlussorganträger verschwenkt wird, wobei das Verschlussorgan mittels der gewölbten Kontaktfläche am Verschlussorganträger abgerollt wird. Hierdurch ergibt sich der eingangs bereits geschilderte Vorteil, dass beim Andrücken des Verschlussorgans an den Ventilsitz und beim Abheben des Verschlussorgans vom Ventilsitz möglichst wenig Partikel erzeugt werden.
Bei erfindungsgemäßen Ventilen kann es sich um sogenannte Vakuumventile handeln, welche in der Vakuum- bzw. Unterdrucktechnik eingesetzt werden bzw. für diese vorgesehen sind. In der Vakuumtechnik werden solche Ventile häufig dazu eingesetzt, Prozesskammern zu öffnen und zu schließen. In den Prozesskammern können, wie an sich bekannt, spezielle, für den Prozess benötigte, Gaszusammensetzungen und Druckverhältnisse herrschen. In der Regel spricht man von Vakuumtechnik, wenn Betriebszustände mit Drücken kleiner oder gleich 0,001 mbar (Millibar) bzw. 0,1 Pascal erreicht werden. Vakuumventile sind Ventile die für diese Druckbereiche und/oder entsprechende Druckdifferenzen zur Umgebung ausgelegt sind. Man kann von Vakuumventilen aber allgemein auch dann sprechen, wenn sie für Drücke unter dem Normaldruck, also unter 1 bar ausgelegt sind.
Weitere Merkmale und Einzelheiten bevorzugter Ausgestaltungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von schematisiert dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

1 und 2 Außenansichten auf ein Ventilgehäuse eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils;
3 bis 6 eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltungsform anhand von Schnitten entlang der Schnittlinie A-A aus 2;
7 bis 10 eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltungsform anhand von Schnitten entlang der Schnittlinie A-A aus 2;
11 eine dritte erfindungsgemäße Ausgestaltungsform anhand einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A aus 2.

In den 1 und 2 sind eine perspektivische und eine Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes Ventil 1 mit einem Ventilgehäuse 14 gezeigt. In dem Ventilgehäuse 14 befindet sich auch die Durchlassöffnung 3, welche mittels des Verschlussorgans 2 des Ventils 1 verschlossen wird. Dass die Durchlassöffnung 3 und der ihr zugeordnete Ventilsitz 13 nicht zwingend im Ventilgehäuse 14 bzw. als Bestandteile des Ventils 1 ausgebildet sein müssen, wurde eingangs bereits erläutert.
Anhand der 3 bis 6 wird nun im Folgenden ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, wobei die 3 bis 6 jeweils Schnitte entlang der Schnittlinie A-A aus 2 zeigen.
3 zeigt die maximale Öffnungsstellung in der das Verschlussorgan 2 so weit zurückgezogen ist, dass es die Durchlassöffnung 3 und auch die gegenüberliegende Durchlassöffnung 3 im Ventilgehäuse 14 vollständig freigibt. 4 zeigt die Zwischenstellung, in der das Verschlussorgan 2 in Deckung mit der einen der Durchlassöffnungen 3 gebracht wurde, aber noch nicht an den hier am Ventilgehäuse 14 ausgebildeten Ventilsitz 13 angedrückt ist. 5 zeigt eine Stellung zwischen der Zwischenstellung gemäß 4 und der Schließstellung gemäß 6 kurz bevor das Verschlussorgan 2 im oberen Bereich auf den Ventilsitz 13 auftrifft.
Das Ventil 1 weist das Verschlussorgan 2 und die Ventilstange 4 auf. Die Bewegungen des Verschlussorgans 2 und der Ventilstange 4 zwischen der maximalen Öffnungsstellung gemäß 3 und der Zwischenstellung gemäß 4 sind reine Linearbewegungen entlang der Längserstreckung 5 der Ventilstange 4. Zum Hin- und Herbewegen des Verschlussorgans 2 zwischen der Zwischenstellung gemäß 4 und der Schließstellung gemäß 6 ist die Ventilstange 4 in diesem Ausführungsbeispiel schwenkbar gelagert. Diese Hin- und Herbewegungen des Verschlussorgans 2 zwischen der Schließstellung und der Zwischenstellung erfolgen in den Richtungen 6 quer zur Längserstreckung 5 der Ventilstange 4. Um diese Schwenkbewegung der Ventilstange 4 in den Richtungen 6 zu ermöglichen, ist die Ventilstange 4 in diesem Ausführungsbeispiel mittels des Schwenkgelenks 23 schwenkbar im Ventilgehäuse 14 gelagert. Innerhalb des Schwenkgelenks 13 ist die Ventilstange 4 in den Richtungen parallel zur Längserstreckung 5 linear verschiebbar gelagert.
Um die Bewegung des Verschlussorgans 2 und der Ventilstange 4 zwischen der maximalen Öffnungsstellung gemäß 3 und der Zwischenstellung gemäß 4 zu realisieren, ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Längsantrieb 15 in Form einer vorzugsweise pneumatisch angetriebenen Kolben- und Zylinder-Anordnung ausgeführt. Der Längsantrieb 15 umfasst hierzu den an einem Ende der Ventilstange 4 fixierten Kolben 16, welcher im Zylinder 17 des Längsantriebs 15 durch entsprechende Druckbeaufschlagung in Richtungen der Längserstreckung 5 der Ventilstange 4 hin und her bewegt werden kann, um so entsprechend die Ventilstange 4 und das daran befestigte Verschlussorgan 2 in Richtungen parallel zur Längserstreckung 5 der Ventilstange 4 zu bewegen.
Zum Ausführen der Schwenkbewegung in Richtungen 6 zwischen der Zwischenstellung gemäß 4 und der Schließstellung gemäß 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein doppelt ausgeführter Querantrieb 18 in Form von zwei Kolben-Zylinder-Anordnungen ausgeführt. Jeder Querantrieb 18 weist einen Zylinder 20 und einen darin verschiebbar gelagerten Kolben 19 auf. Auch hier kann es sich sowohl um hydraulische als auch pneumatische Ausgestaltungsformen handeln. Durch entsprechendes Ein- und Ausfahren der an entsprechenden Innenwänden des Ventilgehäuses 14 abgestützten Kolben 19 der Querantriebe 18 kann die Ventilstange 4 und damit auch das Verschlussorgan 4 in den Richtungen 6 hin und her geschwenkt werden. Da solche Kolben- und Zylinderantriebe an sich bekannt sind, sind sie hier nur schematisch dargestellt und beschrieben. Die entsprechenden Zu- und Ableitungen für das Druckmittel und die benötigten Steuerventile können, wie beim Stand der Technik bekannt, ausgeführt werden. Eingezeichnet sind hier jeweils die Dichtungen 22 zwischen den Kolben 16 bzw. 19 und den Zylindern 17 und 20 sowie im Bereich des Schwenkgelenks 23. Dies ist beim Stand der Technik an sich bekannt und muss nicht weiter erläutert werden.
Eingangs wurde bereits darauf hingewiesen, dass anstelle der hier gezeigten Längs- und Querantriebe 15 und 18 natürlich auch andere z.B. elektrische Antriebe denkbar sind. Es ist auch nochmals darauf hinzuweisen, dass zur Bewegung sowohl in Längserstreckung 5 als auch in Richtungen 6 quer zur Längserstreckung 5 auch nur ein einziger Ventilantrieb realisiert werden kann, wie dies im eingangs erläuterten Stand der Technik der Fall ist.
Die Ventilstange 4 weist den Verschlussorganträger 7 auf. Das Verschlussorgan 2 ist erfindungsgemäß mittels der gewölbten Kontaktfläche 8 relativ zum Verschlussorganträger 7 schwenkbar am Verschlussorganträger 7 der Ventilstange 4 abgestützt. Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 3 bis 6 ist dabei die gewölbte Kontaktfläche an das Verschlussorgan 2 angeformt und somit Teil des Verschlussorgans 2. Die gewölbte Kontaktfläche 8 ist, wie eingangs bereits erläutert, günstigerweise als allseitig gewölbte Kuppel, besonders bevorzugt als Kugelkalotte, ausgeführt. In diesem ersten Ausführungsbeispiel weist der Verschlussorganträger 7 die Gegenkontaktfläche 24 auf, an der die gewölbte Kontaktfläche 8 bevorzugt permanent anliegt. Die Gegenkontaktfläche 24 ist, wie hier auch in diesem Ausführungsbeispiel, günstigerweise als ebene Fläche ausgebildet. Beim Verschwenken des Verschlussorgans 2 relativ zum Verschlussorganträger 7 rollt die gewölbte Kontaktfläche 8 auf der ebenen Gegenkontaktfläche 24 ab, was besonders günstig im Sinne der Partikelvermeidung ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Dichtung 21 an dem Verschlussorgan 2 befestigt, um so in der Schließstellung das Verschlussorgan 2 gegen den die Durchlassöffnung 3 umgebenden Ventilsitz 13 abzudichten. Natürlich könnte genauso gut die Dichtung 21 auch am Ventilsitz 13 fixiert sein.
Günstigerweise ist, wie hier auch vorgesehen, das Verschlussorgan 2 mittels eines elastisch vorgespannten Balgs 9 des Ventils 1 am Verschlussorganträger 7 befestigt. Bevorzugt ist dabei, dass die elastische Vorspannung des Balgs 9 dafür sorgt, dass das Verschlussorgan 2 mittels der gewölbten Kontaktfläche 8 permanent am Verschlussorganträger 7 anliegt. Der Balg 9 umschließt in diesem Ausführungsbeispiel zusammen mit dem Verschlussorgan 2 und dem Verschlussorganträger 7 einen Balginnenraum 10, in dem die gewölbte Kontaktfläche 8, hier vollständig, angeordnet ist. Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Balginnenraum 10 vollständig nach außen abgedichtet, sodass evtl. beim Abrollen der gewölbten Kontaktfläche 8 auf der Gegenkontaktfläche 24 doch noch entstehende Partikel innerhalb des Balginnenraums 10 gefangen sind und nicht nach außen in andere Bereiche des Ventils 1 austreten können.
Der Balg 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel das einzige Mittel, mit dem das Verschlussorgan 2 an dem Verschlussorganträger 7 befestigt ist. Durch seine elastische Vorspannung sorgt der Balg 9 auch für eine Rückstellung des Verschlussorgans 2 relativ zum Verschlussorganträger 7 in eine Neutralstellung, wenn das Verschlussorgan wie in den 3, 4 und 5 gezeigt, nicht am Ventilsitz 13 anliegt.
Beim Betrieb des Ventils 1 ausgehend von der maximalen Öffnungsstellung gemäß 3 werden die Ventilstange 4 und das daran befestigte Verschlussorgan 2 mittels des Längsantriebs 15 in Längserstreckung 5 der Ventilstange 4 in die Zwischenstellung gemäß 4 verschoben. Anschließend werden die Ventilstange 4 und das Verschlussorgan 2 mittels der Querantriebe 18 und des Schwenkgelenks 23 aus der Zwischenstellung gemäß 4 in die Schließstellung gemäß 6 geschwenkt. Dabei trifft das Verschlussorgan 2 kurz nach der in 5 dargestellten Situation auf den Ventilsitz 13. Bei Fortsetzung der Schwenkbewegung der Ventilstange 4 ausgehend von 5 in Richtung hin zur Schließstellung gemäß 6 kann nun durch die erfindungsgemäße Ausbildung das Verschlussorgan 2 mittels der gewölbten Kontaktfläche 8 am Verschlussorganträger 7 abrollen und dabei relativ zum Verschlussorganträger 7 verschwenkt werden, sodass das Verschlussorgan 2 hier mit seiner Dichtung 21 optimal und mit möglichst wenig Querbewegung am Ventilsitz 13 angelegt werden kann. Die erfindungsgemäße Verschwenkbarkeit des Verschlussorgans 2 relativ zum Verschlussorganträger 7 trägt wesentlich dazu bei, dass möglichst wenig Partikel beim Schließen des Ventils 1 erzeugt werden. Dies gilt auch für den Vorgang des Öffnens des Ventils 1, welcher in umgekehrter Reihenfolge ausgehend von der Schließstellung gemäß 6 durch Verschwenken der Ventilstange 4 mit dem Verschlussorgan 2 in die entsprechende Richtung 6 in die Zwischenstellung gemäß 4 und durch anschließendes Linearverschieben von Ventilstange 4 und Verschlussorgan 2 in die maximale Öffnungsstellung gemäß 3 von statten geht. Auch bei diesem Öffnungsvorgang wird durch die erfindungsgemäße Verschwenkbarkeit des Verschlussorgans 2 relativ zum Verschlussorganträger 7 die Entstehung von Partikeln weitgehend vermieden bzw. gegenüber dem Stand der Technik zumindest deutlich reduziert.
Der Verschlussorganträger 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel, wie auch in anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen, einstückig an die Ventilstange 4 angeformt und damit ein Teil der Ventilstange 4. Günstigerweise handelt es sich dabei, wie hier dargestellt, um das dem Längsantrieb 15 entgegengesetzte Ende der Ventilstange 4. Auch dies ist natürlich auf andere Ausführungsbeispiele der Erfindung übertragbar.
In den 7 bis 10 ist in entsprechenden Längsschnitten entlang der Schnittlinie A-A aus 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Es handelt sich hierbei um eine Abwandlungsform des ersten Ausführungsbeispiels, sodass hier nur mehr auf die Unterschiede eingegangen wird. Abgesehen von den Unterschieden wird auf die Schilderung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden. 7 zeigt wiederum die maximale Öffnungsstellung, 8 die Zwischenstellung, 9 eine Stellung kurz vor dem Auftreffen des Verschlussorgans 2 auf den Ventilsitz 13 und 10 die Schließstellung. Das Öffnen und Schließen des Ventils 1 erfolgt wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Der einzige Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass in diesem zweiten Ausführungsbeispiel die gewölbte Kontaktfläche 8 am Verschlussorganträger 7 ausgebildet ist und somit ein Teil des Verschlussorganträgers 7 ist. Im zweiten Ausführungsbeispiel weist das Verschlussorgan 2 entsprechend die hier ebenfalls eben ausgeführte Gegenkontaktfläche 24 auf, an der die gewölbte Kontaktfläche 8, vorzugsweise permanent, anliegt und an der die gewölbte Kontaktfläche 8 beim Verschwenken des Verschlussorgans 2 relativ zum Verschlussorganträger 7 abrollt.
11 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches wiederum eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels ist. Zu diesem dritten Ausführungsbeispiel ist nur die Schließstellung in 11 gezeigt. Alle anderen Stellungen entsprechen den Schilderungen zum ersten Ausführungsbeispiel. Auch hier wird im Wesentlichen auf die Darlegung zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. Der einzige Unterschied zwischen dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 11 und dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 3 bis 6 besteht darin, dass in diesem dritten Ausführungsbeispiel der Balginnenraum 10 nicht vollständig nach außen abgedichtet ist. In diesem dritten Ausführungsbeispiel ist anstelle dessen der Balginnenraum 10 über die Entlüftungsöffnung 11 nach außen geöffnet, wobei sich in der Entlüftungsöffnung 11 ein Partikelfilter 12 befindet. Durch die Entlüftungsöffnung 11 kann beim Verschwenken des Verschlussorgans 2 relativ zum Verschlussorganträger 7 Luft aus dem Balginnenraum 10 herausgedrückt oder in diesen eingesogen werden. Der Partikelfilter 12 sorgt dafür, dass dabei keine Partikel aus dem Balginnenraum 10 austreten können.
Eine entsprechende Entlüftungsöffnung 11 mit Partikelfilter 12 könnte natürlich auch im zweiten Ausführungsbeispiel realisiert werden.
Generell ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung keinesfalls auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in zahlreichen verschiedenen Ausgestaltungsformen realisiert werden kann. Hierbei können einzelne Merkmale der hier gezeigten Ausführungsbeispiele z.B. auch in anderer Art und Weise miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste
zu den Hinweisziffern:

1: Ventil
2: Verschlussorgan
3: Durchlassöffnung
4: Ventilstange
5: Längserstreckung
6: Richtung
7: Verschlussorganträger
8: gewölbte Kontaktfläche
9: Balg
10: Balginnenraum
11: Entlüftungsöffnung
12: Partikelfilter
13: Ventilsitz
14: Ventilgehäuse
15: Längsantrieb
16: Kolben
17: Zylinder
18: Querantrieb
19: Kolben
20: Zylinder
21: Dichtung
22: Dichtung
23: Schwenkgelenk
24: Gegenkontaktfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2728226 B1 [0002, 0012]

Claims

Ventil (1), insbesondere Vakuumventil, mit einem Verschlussorgan (2) zum Verschließen einer Durchlassöffnung (3), insbesondere des Ventils (1), und einer längserstreckten Ventilstange (4), wobei das Verschlussorgan (2) an der Ventilstange (4) angeordnet ist und das Verschlussorgan (2) zwischen einer maximalen Öffnungsstellung, in der das Verschlussorgan (2) die Durchlassöffnung (3) ganz oder teilweise freigibt, und einer Zwischenstellung in Richtungen parallel zur Längserstreckung (5) der Ventilstange (4) hin und her bewegbar ist und zwischen der Zwischenstellung und einer Schließstellung, in der das Verschlussorgan (2) die Durchlassöffnung (3) verschließt, in Richtungen (6) quer zur Längserstreckung (5) der Ventilstange (4) hin und her bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (4) einen Verschlussorganträger (7) aufweist und das Verschlussorgan (2) mittels einer gewölbten Kontaktfläche (8) relativ zum Verschlussorganträger (7) schwenkbar am Verschlussorganträger (7) der Ventilstange (4) abgestützt ist.
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussorgan (2) permanent mittels der gewölbten Kontaktfläche (8) am Verschlussorganträger (7) anliegt.
Ventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussorgan (2) mittels eines elastisch vorgespannten Balgs (9) des Ventils (1) am Verschlussorganträger (7) befestigt ist.
Ventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (9), vorzugsweise zusammen mit dem Verschlussorgan (2) und dem Verschlussorganträger (7), einen Balginnenraum (10) umschließt und die gewölbte Kontaktfläche (8), vorzugsweise vollständig, innerhalb des Balginnenraums (10) angeordnet ist.
Ventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Balginnenraum (10) vollständig nach außen abgedichtet ist oder dass der Balginnenraum (10) über zumindest eine Entlüftungsöffnung (11) nach außen geöffnet ist, wobei in der Entlüftungsöffnung (11) ein Partikelfilter (12) angeordnet ist.
Ventil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussorgan (2) aufgrund der elastischen Vorspannung des Balgs (9) permanent mittels der gewölbten Kontaktfläche (8) am Verschlussorganträger (7) anliegt.
Ventil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (9) das einzige Mittel zur Befestigung des Verschlussorgans (2) an dem Verschlussorganträger (7) ist.
Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (4) zum Hin und Her- Bewegen des Verschlussorgans (2) zwischen der Schließstellung und der Zwischenstellung schwenkbar gelagert ist und/oder dass das Verschlussorgan (2) ein Ventilteller ist.
Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass gewölbte Kontaktfläche (8) eine allseitig gewölbte Kuppel, vorzugsweise eine Kugelkalotte, ist.
Verfahren zum Betrieb eines Ventils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussorgan (2) bei einer Bewegung von der Zwischenstellung in die Schließstellung an einen die Durchlassöffnung (3) umgebenden Ventilsitz (13), vorzugsweise des Ventils (1), angedrückt wird und bei fortschreitendem Andrücken an den Ventilsitz (13) relativ zum Verschlussorganträger (7) verschwenkt wird, wobei das Verschlussorgan (2) mittels der gewölbten Kontaktfläche (8) am Verschlussorganträger (7) abgerollt wird.