DE102021102283A1

DE102021102283A1 - Verschlussvorrichtung zum vakuumdichten Verschließen einer Öffnung in einer Wand

Info

Publication number: DE102021102283A1
Application number: DE102021102283.5A
Authority: DE
Inventors: Fabian Büchel; Florian Ehrne
Original assignee: VAT Holding AG
Current assignee: VAT Holding AG
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2022-08-04
Also published as: KR20230133308A; TW202307355A; WO2022161909A1; JP2024504497A; CN116848347A

Abstract

Eine Verschlussvorrichtung zum vakuumdichten Verschließen einer Öffnung (2) in einer Wand (3) weist eine Ventilplatte (1) zum Verschließen und Freigeben der Öffnung (2) auf, die über eine Verbindungsvorrichtung mit einer Ventilstange (4) verbunden ist. Die Verbindungsvorrichtung weist einen Gelenkkopf (16) auf, von dem zumindest Abschnitte der äußeren Oberfläche kugelflächenförmig ausgebildet sind und der in einem Aufnahmeraum (18) eines Gelenkkörpers (17) angeordnet ist. Zur Blockierung einer Drehung des Gelenkkopfes (16) um die Längsachse (26) der Ventilstange (4) ragt zumindest ein abstehender Zapfen (16d), der am Gelenkkopf (16) oder Gelenkkörper (17) angeordnet ist, in eine zugeordnete Nut (19a), die im anderen dieser beiden Teile angeordnet ist und die sich in einer Mittellage der Verbindungsvorrichtung in einer parallel zur Längsachse der Ventilstange (4) liegenden Ebene (40) erstreckt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verschlussvorrichtung zum vakuumdichten Verschließen einer Öffnung in einer Wand, mit einer Ventilplatte, die zwischen einer Schließstellung, in der die Ventilplatte die Öffnung abdichtet, und einer Offenstellung, in der die Ventilplatte die Öffnung freigibt, verstellbar ist und die über eine Verbindungsvorrichtung mit einer eine Längsachse aufweisenden Ventilstange der Verschlussvorrichtung verbunden ist, wobei die Verbindungsvorrichtung einen Gelenkkopf aufweist, von dem zumindest Abschnitte der äußeren Oberfläche kugelflächenförmig ausgebildet sind und der in einem Aufnahmeraum eines Gelenkkörpers angeordnet ist.
Zur Befestigung einer Ventilplatte eines Vakuumventils an einer Ventilstange, ist es bekannt eine Verschraubung vorzusehen. Um trotz vorliegenden Toleranzen im geschlossenen Zustand des Vakuumventils eine gleichmäßige Verpressung eines zwischen der Ventilplatte und einem Ventilsitz für die Ventilplatte angeordneten elastischen Dichtrings im geschlossenen Zustand des Vakuumventils zu erreichen, wobei die elastische Dichtung im allgemeinen an der Ventilplatte angebracht ist, ist es zudem bekannt, eine Beweglichkeit der Ventilplatte gegenüber der Ventilstange zu ermöglichen. So geht beispielsweise aus der US 2002/0130288 A1 eine Verbindungsvorrichtung zwischen der Ventilstange und der Ventilplatte hervor, welche einen elastischen Block mit einem darin angeordneten Kraftübertragungsteil aufweist. Beim Anpressen der Ventilplatte an den Ventilsitz kann sich dadurch die Ventilplatte gegenüber der Ventilstange etwas verschwenken.
Weitere Verbindungsvorrichtungen zwischen einer Ventilplatte und einer Ventilstange, welche eine Bewegungsmöglichkeit der Ventilplatte gegenüber der Ventilstange zulassen, gehen aus der US 7,134,642 B2 und US 3,837,617 hervor.
Aus der US 2011/0108750 A1 geht eine Verbindungsvorrichtung zwischen einer Ventilstange und einer Ventilplatte hervor, welche einen verwindbaren Querträger aufweist. Eine gewisse Verschwenkung der Ventilplatte gegenüber der Ventilstange wird durch eine Verwindung des Querträgers ermöglicht.
Eine Verschlussvorrichtung der eingangs genannten Art ist durch Vorbenutzung bekannt. Eine von einem Antriebsmotor drehbare Welle (welche als „Ventilstange“ angesehen werden kann) ist mit der Ventilplatte über einen rechtwinkelig zur Längsachse der Welle sich erstreckenden Pendelarm verbunden, welcher an dem von der Welle abgelegenen Ende ein Kugelgelenk ausbildet, an dem die Ventilplatte angebracht ist. Hierzu weist der Pendelarm eine topfförmige Ausnehmung auf, in welcher ein Gelenkkopf angeordnet ist, von dem ein Abschnitt der äußeren Oberfläche kugelflächenförmig ausgebildet ist. Dieser wirkt mit von gegenüberliegenden Seiten her auf den Gelenkkopf aufgesetzten Gelenkpfannenteilen zusammen, die jeweils eine konkave Gelenkfläche in Form eines Abschnitts einer Kugelinnenfläche aufweisen und die ebenfalls in der topfförmigen Ausnehmung des Pendelarms angeordnet sind. Mittels eines Federblechs, welches an den Pendelarm angeschraubt ist und das auf das auf dieser Seite liegende Gelenkpfannenteil einwirkt, sind die Gelenkpfannenteile an den Gelenkkopf angedrückt. Eine Durchgangsbohrung durch den Gelenkkopf wird von einer Schraube durchsetzt, welche auch eine Öffnung im Federblech durchsetzt und mit welcher der Ventilteller im Bereich der Öffnung des Federblechs an den Gelenkkopf angeschraubt ist. In Hinblick auf die Bewegungsmöglichkeiten des Kugelgelenks um drei rechtwinkelig zueinander stehende Achsen, ist diese Halterung der Ventilplatte nur für Ventilplatten mit kreisförmigem Außendurchmesser geeignet.
Kugelgelenke werden in unterschiedlichen Gebieten der Technik eingesetzt, beispielsweise auch zur gelenkigen Verbindung zwischen Radträger und Querlenker bei Achsanordnungen von Kraftfahrzeugen. Ein spezielles derartiges Kugelgelenk geht aus der DE 10 2015 213 298 A1 hervor. Der Gelenkkopf besitzt hier beidseitig abstehende Zapfen, welche in eine jeweils zugeordnete Nut ragen, wobei die Nuten in Seitenwänden eines Aufnahmeraums eines gehäuseartigen Gelenkkörpers angeordnet sind. Durch diese Ausbildung können am Kugelgelenk Lenkmomente abgestützt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Verschlussvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche ein breites Einsatzspektrum besitzt. Erfindungsgemäß gelingt dies durch eine Verschlussvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bei der Verschlussvorrichtung gemäß der Erfindung ist zur Blockierung einer Drehung des Gelenkkopfes gegenüber dem Gelenkkörper um die Längsachse der Ventilstange zumindest ein abstehender Zapfen vorgesehen, der am Gelenkkopf oder am Gelenkkörper angeordnet ist und in eine zugeordnete Nut ragt, die am anderen dieser beiden Teile angeordnet ist. Diese Nut erstreckt sich in einer Mittellage der Verbindungsvorrichtung, in der die Ventilplatte rechtwinkelig zur Längsachse der Ventilstange ausgerichtet ist, in einer parallel zur Längsachse der Ventilstange liegenden Ebene. Bevorzugt ist es hierbei, dass am Gelenkkopf oder Gelenkkörper auf gegenüberliegenden Seiten jeweils ein abstehender Zapfen angeordnet ist, der in einer jeweils zugeordneten Nut im anderen dieser beiden Teile eingreift, die sich in der Mittellage der Verbindungsvorrichtung in der genannten Ebene erstreckt.
Durch die Blockierung der Drehung des Gelenkkopfes gegenüber dem Gelenkkörper um die Längsachse der Ventilstange ist die erfindungsgemäße Verschlussvorrichtung auch für eine Ausbildung der Ventilplatte mit einer von der Kreisform abweichenden Form, insbesondere einer zumindest im Wesentlichen rechteckigen Form (also beispielsweise einer rechteckigen Form mit abgerundeten Ecken) geeignet. Die Drehstellung der Ventilplatte bezüglich der Längsachse der Ventilstange und somit auch bezüglich der Achse der von der Ventilplatte verschließbaren Öffnung ist somit fixiert, während eine Anpassung der Ebene, in welcher die Ventilplatte liegt, an die Ebene, in der die Öffnung liegt, möglich ist, um in der Schließstellung der Ventilplatte eine gleichmäßige Anpressung an den Ventilsitz und damit eine umfänglich gleichmäßige Verpressung des Dichtrings zu erreichen.
Bei der Verschlussvorrichtung gemäß der Erfindung kann es sich um ein Vakuumventil handeln, welches ein Ventilgehäuse aufweist, von dem eine Wand die von der Ventilplatte verschließbare Öffnung aufweist. Ein solches Ventilgehäuse besitzt dann eine weitere Öffnung, um in der Offenstellung der Ventilplatte einen Durchgangskanal durch das Ventilgehäuse auszubilden. In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Verschlussvorrichtung auch zur Abdichtung einer Öffnung in einer Wand einer Vakuumkammer dienen. Die Wand mit der von der Ventilplatte verschließbaren Öffnung bildet in dieser Ausführungsform keinen Bestandteil der erfindungsgemäßen Verschlussvorrichtung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Ventilplatte mit dem Gelenkkörper und ist die Ventilstange mit dem Gelenkkopf verbunden, vorzugsweise mittels einer eine zentrale Durchgangsbohrung durch den Gelenkkopf durchsetzenden und in eine Gewindebohrung am stirnseitigen Ende der Ventilstange eingeschraubten Verbindungsschraube. Denkbar und möglich wäre auch ein am Gelenkkopf angeformter Gewindebolzen.
Der Gelenkkörper ist vorzugsweise als Gehäuse ausgebildet, mit einem Topfteil, das eine topfförmige Vertiefung besitzt, welche den Gelenkkopf aufnimmt, und einem die Vertiefung überdeckenden Deckelteil, welches gegenüber dem Topfteil durch eine dazwischenliegende Dichtung abgedichtet ist. Die Ventilstange durchsetzt hierbei günstigerweise eine Öffnung im Deckelteil des Gelenkkörpers, wobei in der Mittellage der Verbindungsvorrichtung ein Ringspalt zwischen der Ventilstange und dem Rand der Öffnung im Deckelteil vorliegt. Partikel, die bei der Bewegung des Gelenkkopfes gegenüber dem Gelenkkörper gebildet werden, können somit vorteilhafterweise zumindest weitgehend im gehäuseförmigen Gelenkkörper zurückgehalten werden. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn am Gelenkkopf ein Dichtring angeordnet ist, welcher in einem die Öffnung des Deckelteils umgebenden Bereich an der Innenseite des Deckelteils anliegt. Es kann dadurch der Innenraum des gehäuseförmigen Gelenkkörpers effektiv gegenüber der Umgebung abgedichtet werden.
Zur Führung des Gelenkkopfes im Gelenkkörper sind in einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung im Gelenkkörper ein erstes und ein zweites Gelenkpfannenteil angeordnet. Diese weisen jeweils eine konkave Gelenkfläche in Form eines Abschnitts einer Kugelinnenfläche auf, wobei die konkaven Gelenkflächen der Gelenkpfannenteile jeweils mit einer zugeordneten konvexen Gelenkfläche des Gelenkkopfes zusammenwirken. Diese konvexen Gelenkflächen des Gelenkkopfs werden von Abschnitten der äußeren Oberfläche des Gelenkkopfes gebildet, welche in Form von Abschnitten einer Kugelfläche ausgebildet sind.
Es ist hierbei vorteilhaft, wenn die ersten und zweiten Gelenkpfannenteile durch mindestens ein federelastisches Element an den Gelenkkopf angedrückt sind. Der Gelenkkopf kann dadurch in seiner jeweiligen Position gegenüber den Gelenkpfannenteilen und somit gegenüber dem Gelenkkörper reibschlüssig gehalten sein. Die den Gelenkkopf haltende Haltekraft ist vorzugsweise so groß, dass dadurch auch das von der Ventilplatte aufgrund ihrer Gewichtskraft ausgeübte Drehmoment, und zwar in jeder möglichen räumlichen Anordnung der Verschlussvorrichtung, aufgenommen werden kann, ohne dass sich der Gelenkkopf gegenüber dem Gelenkkörper verstellt. Wenn die Verschlussvorrichtung das erste Mal geschlossen wird, so kann sich die Ventilplatte gegenüber dem Ventilsitz entsprechend ausrichten und diese Ausrichtung wird somit vorteilhafterweise auch nach dem Öffnen der Verschlussvorrichtung beibehalten.
Zum Andrücken der Gelenkpfannenteile an den Gelenkkopf kann in einer möglichen Ausbildungsform der Erfindung als federelastisches Element ein Federblech vorgesehen sein, welches dem Deckelteil des Gelenkkörpers benachbart liegt und welches an das Gelenkpfannenteil angedrückt ist, das auf dieser Seite des Gelenkkopfes angeordnet ist. Das andere Gelenkpfannenteil kann auf der Bodenfläche der topfförmigen Vertiefung im Topfteil des Gelenkkörpers liegen.
Dieses Federblech kann beispielsweise durch Schrauben am Topfteil des Gelenkkörpers befestigt sein. Im Bereich der Öffnung des Deckelteils weist das Federblech eine entsprechende Öffnung auf, welche zumindest so groß ist, dass sie nicht in den Bereich der Öffnung des Deckelteils hineinragt (in axialer Blickrichtung der Öffnung im Deckelteil gesehen).
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

1 eine Schrägsicht eines Ausführungsbeispiels eine Verschlussvorrichtung gemäß der Erfindung in der Offenstellung der Ventilplatte;
2 eine Schrägsicht analog 1 in der Schließstellung der Ventilplatte;
3 und 4 eine Seitenansicht und eine Ansicht der Verschlussvorrichtung in der Offenstellung der Ventilplatte;
5 einen Schnitt entlang der Linie A-A von 4;
6 eine Seitenansicht des vorderen Endes der Ventilstange mit der über die Verbindungsvorrichtung mit der Ventilstange verbundenen Ventilplatte;
7 eine Schrägsicht des vorderen Endes der Ventilstange, der Verbindungsvorrichtung und der Ventilplatte, im auseinandergenommenen Zustand dieser Teile;
8 eine Draufsicht auf die Verbindungsvorrichtung;
9 einen Schnitt der Verbindungsvorrichtung entlang der Linie B-B von 8, wobei ein Abschnitt der mit der Verbindungsvorrichtung verbundenen Ventilstange schematisch mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist;
10 eine Schrägsicht der Verbindungsvorrichtung ohne das Deckelteil;
11 und 12 Explosionsdarstellungen der Verbindungsvorrichtung aus unterschiedlichen Blickrichtungen.

Die Figuren weisen unterschiedliche Maßstäbe auf und sind teilweise vereinfacht dargestellt.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verschlussvorrichtung wird im Folgenden anhand der 1 bis 16 erläutert.
Die Verschlussvorrichtung weist eine Ventilplatte 1 auf, die zwischen einer Offenstellung (1) und einer Schließstellung (2) verstellbar ist. In der Offenstellung der Ventilplatte ist eine Öffnung 2 in einer Wand 3 freigegeben, in der Schließstellung ist die Öffnung 2 von der Ventilplatte 1 vakuumdicht verschlossen.
Unter einem vakuumdichten Verschließen wird eine Leckrate Q von zumindest weniger als 10^-4 mbar 1/s verstanden.
Die Ventilplatte 1 wird von einer eine Längsachse 26 aufweisenden Ventilstange 4 getragen. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Verstellung der Ventilplatte 1 zwischen der Offenstellung und der Schließstellung lediglich durch eine axiale Verstellung der Ventilstange 4. In modifizierten Ausführungsformen der Erfindung könnte die Ventilplatte zwischen der Offen- und Schließstellung auch nach Art einer L- oder J-Bewegung verstellt werden, beispielsweise durch eine axiale Verschiebung und anschließende Verkippung der Ventilstange oder anschließende Verschiebung der Ventilstange rechtwinkelig zu ihrer Längsachse, wie dies bekannt ist.
Zur Verstellung der Ventilstange 4, um die Ventilplatte 1 zwischen der Offen- und der Schließstellung zu verstellen, dient ein Antrieb 5, welcher im Ausführungsbeispiel von einer pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheit gebildet wird. Die Ventilstange 4 ist mit der Kolbenstange dieser Kolben-Zylinder-Einheit verbunden oder einstückig mit dieser ausgebildet.
Zur Abdichtung zwischen der Ventilplatte 1 und der Wand 3 im geschlossenen Zustand der Verschlussvorrichtung dient ein Dichtring 8 aus einem elastomeren Material. Dieser ist im Ausführungsbeispiel an der Ventilplatte 1 angebracht, wie dies bevorzugt ist. Die Öffnung 2 in der Wand 3 ist von einer Dichtfläche umgeben, die den Dichtsitz bildet, an dem der Dichtring 8 in der Schließstellung der Ventilplatte 1 anliegt. Auch eine umgekehrte Anordnung (Dichtring an der Wand 3, Dichtfläche an der Ventilplatte 1) ist grundsätzlich denkbar und möglich.
Die Wand 3 kann Teil eines Ventilgehäuses sein, von dem in den 1 bis 4 jeweils nur ein Teil dargestellt ist. Der restliche Teil des Ventilgehäuses ist in 5 durch gestrichelte Linien angedeutet. Dieses Ventilgehäuse weist somit einen Innenraum auf, in welchem die Ventilplatte 1 angeordnet ist. Außerdem weist ein solches Ventilgehäuse eine zweite, in 5 ebenfalls angedeutete Öffnung 9 auf, beispielsweise der Öffnung 2 gegenüberliegend, um in der Offenstellung der Ventilplatte 1 einen Durchgangskanal durch das Ventilgehäuse auszubilden. Die Verschlussvorrichtung umfasst in diesem Ausführungsbeispiel somit auch das Ventilgehäuse mit der Wand 3 mit der Öffnung 2 und bildet ein Vakuumventil.
Das Ventilgehäuse besitzt eine weitere Öffnung 11, durch welche die Ventilstange 4 aus dem Innenraum des Ventilgehäuses herausgeführt ist. Diese Öffnung 11 ist von einem Anschlussstück 10 vakuumdicht verschlossen, an welchem der Antrieb 5 angebracht ist, wobei die Ventilstange 4 einen Durchgangskanal durch das Anschlussstück 10 durchsetzt und von diesem axial geführt ist. Zur Abdichtung zwischen dem Ventilgehäuse und dem Anschlussstück 10 dient eine ringförmige Dichtung 12. Zur Abdichtung der Ventilstange 4 gegenüber dem Durchgangskanal durch das Anschlussstück 10 dient im Ausführungsbeispiel ein Faltenbalg 6. Dieser ist an einem Ende über ein ringförmiges Verbindungsstück 13 vakuumdicht mit dem Anschlussstück 10 verbunden, wobei zwischen dem Anschlussstück 10 und dem Verbindungsstück 13 ein, in den Figuren nicht sichtbarer Dichtring angeordnet ist. Am anderen Ende ist der Faltenbalg 6 vakuumdicht mit der Ventilstange 4 verbunden. Anstelle eines Faltenbalgs könnte zur Abdichtung auch eine Gleitdichtung mit mindestens einem Dichtring vorgesehen sein.
In einer modifizierten Ausführungsform könnte die Verschlussvorrichtung, die wie in den 1 bis 4 dargestellt ausgebildet ist, also wie in 5 ohne die gestrichelten Linien ausgebildet ist, auch an der Außenseite einer Wand einer Vakuumkammer angebracht sein, wobei die Öffnung 2 mit einer Öffnung in dieser Wand der Vakuumkammer fluchtet und die Wand 3 im die Öffnung 2 umgebenden Bereich gegenüber der Wand der Vakuumkammer abgedichtet ist. In einer solchen Anwendung könnte die Verschlussvorrichtung auch als Tür bezeichnet werden.
In einer noch weiteren Ausführungsform könnte es sich bei der die Öffnung 2 aufweisenden Wand 3 auch um einen Teil einer Vakuumkammer handeln. Diese Vakuumkammer besitzt somit eine weitere Öffnung, entsprechend der in den Figuren dargestellten Öffnung 11, durch welche die Ventilstange 4 aus dem Innenraum der Vakuumkammer herausgeführt ist und die vom Anschlussstück 10 verschlossen ist, wobei am Anschlussstück wiederum der Antrieb 5 angebracht ist und die Ventilstange sich durch einen Durchgangskanal im Anschlussstück erstreckt. Die Ventilstange kann wiederum mittels eines Faltenbalgs (oder mittels einer Gleitdichtung) abgedichtet in den Vakuumbereich der Vakuumkammer geführt sein. Die die Öffnung 2 aufweisende Wand 3 stellt in dieser Ausführungsform also keinen Teil der erfindungsgemäßen Verschlussvorrichtung dar.
In einer noch weiteren Ausführungsform könnte die die Öffnung 2 aufweisende Wand 3 auch an der Innenseite einer Wand einer Vakuumkammer angeordnet sein, wobei die Öffnung 2 der Wand 3 mit der Öffnung in der Wand der Vakuumkammer fluchtet. Eine solche Verschlussvorrichtung kann auch als „Insert“ bezeichnet werden. Vorzugsweise wäre die Ventilstange 4 hierbei wiederum abgedichtet aus der Vakuumkammer herausgeführt, sodass der Antrieb 5 außerhalb des Vakuumbereichs der Vakuumkammer liegt.
Die Ventilplatte 1 ist mit einer im Wesentlichen rechteckigen Umfangskontur ausgebildet. „Im Wesentlichen rechteckig“ bedeutet hier, dass die Ventilplatte rechteckig mit abgerundeten Ecken ausgebildet ist.
Die Öffnung 2 besitzt eine korrespondierende Kontur und ist von der Dichtfläche 14 umgeben, an welche der Dichtring 8 in der Schließstellung der Ventilplatte 1 angedrückt ist.
Zur Verbindung der Ventilstange 4 mit der Ventilplatte 1 dient eine Verbindungsvorrichtung 15. Diese weist einen Gelenkkopf 16 auf, der im inneren Aufnahmeraum 18 eines Gelenkkörpers 17 angeordnet ist.
Im Ausführungsbeispiel ist der Gelenkkopf 16 mit der Ventilstange 4 starr verbunden und der Gelenkkörper 17 ist mit der Ventilplatte 1 starr verbunden, wie dies bevorzugt ist.
Der Gelenkkörper 17 umfasst ein Topfteil 17a, das eine topfförmige Vertiefung besitzt, und ein Deckelteil 17b, das das Topfteil verschließt. Der innere Aufnahmeraum 18 wird somit zumindest im Wesentlichen von der topfförmigen Vertiefung des Deckelteils 17b ausgebildet. Durch eine zwischen dem Topfteil 17a und dem Deckelteil 17b angeordnete ringförmige Dichtung 21 ist das Deckelteil 17b gegenüber dem Topfteil 17a abgedichtet. Die Verbindung des Deckelteils 17b mit dem Topfteil 17a erfolgt über Schrauben 22.
Die Verbindung der Ventilstange 4 mit dem Gelenkkopf 16 erfolgt mittels einer Verbindungsschraube 23, welche eine zentrale Durchgangsbohrung 24 durch den Gelenkkopf 16 durchsetzt und in eine Gewindebohrung 25 am stirnseitigen Ende der Ventilstange 4 eingeschraubt ist. Die Ventilstange besitzt hierbei einen Verbindungsabschnitt 4a mit einem zumindest im Wesentlichen quadratischen Querschnitt und der Gelenkkopf 16 besitzt eine Vertiefung 16a mit einer korrespondierenden Außenkontur, in welche der Verbindungsabschnitt 4a der Ventilstange 4 ragt. Die Ventilstange 4 ist damit gegenüber dem Gelenkkopf verdrehgesichert bezüglich einer Verdrehung des Gelenkkopfs 16 gegenüber der Ventilstange 4 um die Längsachse 26 der Ventilstange 4. Anstelle einer quadratischen Kontur könnte auch eine andere polygonale Kontur oder eine sonstige von der Kreisform abweichende Kontur, beispielsweise ovale Kontur oder sternförmige Kontur vorgesehen sein. Eine Verdrehsicherung könnte aber auch in einer anderen Weise ausgebildet sein.
Das Deckelteil 17b besitzt eine Fensteröffnung 27, durch welche die Ventilstange 4 im Bereich eines Endabschnitts ragt. In einer Mittellage der Verbindungsvorrichtung, in welcher die Ventilplatte 1 rechtwinkelig zur Längsachse 26 der Ventilstange 4 ausgerichtet ist (d.h. die Mittelebene der Ventilplatte 1 steht rechtwinkelig zur Längsachse 26), liegt zwischen der Ventilstange 4 und dem Rand der Fensteröffnung 27 im Deckelteil 17b ein Ringspalt s vor, d.h. um den gesamten Umfang der Ventilstange 4 ist diese vom Rand der Fensteröffnung 27 beabstandet, vorzugsweise gleichmäßig. Es wird dadurch ausgehend von der Mittellage eine (begrenzte) Verschwenkung der Ventilplatte 1 um eine beliebige rechtwinkelig zur Längsachse 26 der Ventilstange 4 stehende Achse ermöglicht, wie noch genauer erläutert wird.
Zur Verbindung des Gelenkkörpers 17 mit der Ventilplatte 1 weist ein an der Rückseite der Ventilplatte 1 angeordneter Verbindungsabschnitt 29 eine Vertiefung 30 auf. Das Topfteil 17a besitzt einen vorspringenden Abschnitt, der in die Vertiefung 30 einsetzbar ist. Zwischen diesem vorspringenden Abschnitt des Topfteils 17a und dem daran anschließenden Abschnitt befindet sich eine Stufe, auf der eine ringförmige Dichtung 31 angeordnet ist, welche im verbundenen Zustand an eine die Vertiefung 30 umgebende Oberfläche des Verbindungsabschnitts 29 angedrückt ist. Die Vertiefung 30 des Verbindungsabschnitts 29 besitzt gegenüberliegende seitliche Erweiterungen. In diese ragen Verbindungsstifte 32, die in das Topfteil 17a außen im Bereich der Stufe in Gewindebohrungen eingeschraubt sind. Der Schaft eines jeweiligen Verbindungsstifts 32 besitzt eine Einschnürung 32a. In diese Einschnürungen ragen Befestigungsbolzen 33, die in quer zu den Verbindungsstiften 32 sich erstreckende Bohrungen 34 des Verbindungsabschnitts 29 eingesetzt sind, wobei die Bohrung 34 in die Bereiche der seitlichen Erweiterungen der Vertiefung 30 münden.
Der Verbindungsabschnitt 29 ist Teil eines Querholms, der beidseitig des Verbindungsabschnitts 29 mit dem Plattenteil der Ventilplatte verbunden ist und im dazwischen liegenden Bereich vom Plattenteil der Ventilplatte beabstandet ist. Wenn die die Öffnung 2 aufweisende Wand 3 eine gewisse Krümmung besitzt (bezogen auf die Richtung der Längserstreckung der Ventilplatte), so kann sich die Ventilplatte 1 dadurch an diese Krümmung in einem gewissen Bereich anpassen. Eine gleichmäßige Verpressung des Dichtrings 8 wird dadurch zusätzlich unterstützt.
Im Aufnahmeraum 18 des Gelenkkörpers 17 sind ein erstes und ein zweites Gelenkpfannenteil 35, 36 angeordnet. Die Gelenkpfannenteile 35, 36 besitzen jeweils eine konkave Gelenkfläche 35a, 36a. Diese konkave Gelenkfläche 35a, 36a weist jeweils die Form eines Abschnitts einer Kugelinnenfläche auf. Die konkaven Gelenkflächen 35a, 36a der Gelenkpfannenteile 35, 36 sind von gegenüberliegenden Seiten her auf den Gelenkkopf 16 aufgesetzt und wirken mit jeweils zugeordneten konvexen Gelenkflächen 16b, 16c des Gelenkkopfs 16 zusammen. Die konvexen Gelenkflächen 16b, 16c sind jeweils in Form eines Abschnitts einer Kugelfläche ausgebildet und stellen jeweils einen Abschnitt der äußeren Oberfläche des Gelenkkopfs 16 dar. Insbesondere weist eine jeweilige konvexe Gelenkfläche 16b, 16c die Form der radial außenliegenden Oberfläche einer Kugelscheibe (= Kugelschicht) auf, besitzt also die Form einer sogenannten Kugelzone. Entsprechend weisen die konkaven Gelenkflächen 35a, 36a jeweils die Form einer kugelflächenförmigen Innenfläche einer Hohlkugelscheibe auf. Die Gelenkpfannenteile 35, 36 weisen somit zumindest im Wesentlichen die Form von Hohlkugelscheiben auf. Die Mittelebenen der Gelenkpfannenteile 35, 36 stehen hierbei rechtwinkelig zur Längsachse 26 der Ventilstange 4. In der Mittellage liegen also auch die Mittelebenen der die konvexen Gelenkflächen 16b, 16c bildenden kugelscheibenförmigen Abschnitte des Gelenkkopfes 16 in Ebenen, die rechtwinkelig zur Längsachse 26 stehen.
Die Gelenkpfannenteile 35, 36 sind durch ein federelastisches Element 37 an den Gelenkkopf 16 angedrückt. Dieses federelastische Element 37 wird im Ausführungsbeispiel von einer Federscheibe gebildet, welche dem Deckelteil 17b benachbart angeordnet ist und im Bereich der Fensteröffnung 27 des Deckelteils eine Öffnung 37a aufweist. Das federelastische Element 37 ist mittels Schrauben 38 an das Topfteil 17a angeschraubt. Im an die Öffnung 37a anschließenden Bereich weist es radiale Einschnitte auf und die von den Einschnitten abgetrennten Segmente sind aufgebogen. In diesem Bereich liegt das federelastische Element 37 am zweiten Gelenkpfannenteil 36 an und drückt dieses gegen den Gelenkkopf 16, wodurch der Gelenkkopf 16 gegen das erste Gelenkpfannenteil 35 gedrückt wird, welches auf einer Bodenfläche am Boden der topfförmigen Vertiefung im Topfteil 17a aufliegt.
Der Gelenkkopf wird dadurch reibschlüssig in der gerade vorliegenden Stellung gehalten. Dieser Reibschluss ist so stark, dass dadurch auch das Gewicht der Ventilplatte 1 aufgenommen werden kann, ohne dass es zu einer Veränderung der Stellung des Gelenkkopfs 16 kommt, und zwar unabhängig von der räumlichen Lage der Verschlussvorrichtung.
Die Öffnung 37a des federelastischen Elements 37 ist größer als die Fensteröffnung 27 des Deckelteils 17b. Somit kann ein am Gelenkkopf 16 in einem die Vertiefung 16a umgebenden Bereich angeordneter Dichtring 19 die Öffnung 37a des federelastischen Elements 37 durchsetzen und in einem die Fensteröffnung 27 umgebenden Bereich an die Innenseite des Deckelteils 17b angedrückt sein. Umgekehrt könnte der Dichtring 19 auch an der Innenseite des Deckelteils 17b angebracht sein und durch die Öffnung 37a hindurch an die Oberfläche des Gelenkkopfs 16 angedrückt sein, und zwar in einem die Vertiefung 16a umgebenden Bereich.
Der Gelenkkopf 16 weist auf gegenüberliegenden Seiten abstehende Zapfen auf. Die Zapfen 16d stehen jeweils in eine Richtung ab, die rechtwinkelig zur Längsachse 26 steht, wobei die Zapfen 16d koaxial zueinander liegen. Ein jeweiliger Zapfen 16d ragt in eine jeweils zugeordnete Nut 17c im Topfteil 17a des Gelenkkörpers 17. Eine jeweilige der Nuten 17c ist in einer die topfförmige Vertiefung begrenzenden Wand ausgebildet, d.h. erweitert diese topfförmige Vertiefung des Topfteils 17a. Die Nuten 17c erstrecken sich hierbei in einer Ebene 20 (in 11 eingezeichnet), welche in der Mittelage der Verbindungsvorrichtung parallel zur Längsachse 26 der Ventilstange 4 liegt. Im Ausführungsbeispiel verlaufen die Nuten 17c in der Mittelage der Verbindungsvorrichtung geradlinig parallel zur Längsachse 26 der Ventilstange 4. Die die topfförmige Vertiefung des Topfteils 17a begrenzende Innenwand könnte auch, bezogen auf die Richtung parallel zur Ventilstange, gekrümmt ausgebildet sein, sodass die Nuten 17c sich entsprechend gekrümmt erstrecken würden.
Die Zapfen 16d gehen von einem zwischen den Gelenkflächen 16b, 16c des Gelenkkopfs 16 liegenden ringförmigen Bereich der äußeren Oberfläche des Gelenkkopfs 16 aus. Insbesondere befinden sie sich auf dem Äquator des Gelenkkopfes 16, wobei der Äquator des Gelenkkopfes 16 in einer rechtwinkelig zur Längsachse 26 der Ventilstange 4 stehenden Äquatorebene liegt, die den Gelenkkopf 16 mittig durchsetzt.
Der Gelenkkopf 16 ist durch die mit den Nuten zusammenwirkenden Zapfen bezüglich einer Drehung gegenüber dem Gelenkkörper 17 um die Längsachse 26 der Ventilstange 4 gesperrt. Der Gelenkkopf 16 kann aber um eine beliebige, rechtwinkelig zur Längsachse 26 der Ventilstange 4 stehende Achse verkippt werden (bis der Ringspalt s aufgebraucht ist).
Somit bildet die Verbindungsvorrichtung ein Kugelgelenk, welches bezüglich einer Drehung um eine rechtwinkelig zur Äquatorebene des Gelenkkopfes 16 stehende Achse, also um die Längsachse 26 der mit dem Gelenkkopf verbundenen Ventilstange 4, gesperrt ist.
Da mit den konvexen Gelenkflächen 16b, 16c des Gelenkkopfes 16 konkave Gelenkflächen 35a, 36a zusammenwirken, welche mit dem Gelenkkopf 16 über dessen Äquator hinaus zusammenwirken, kann das von der Verbindungsvorrichtung ausgebildete Gelenk auch als Nussgelenk, welches bezüglich einer Drehung um eine rechtwinkelig zur Äquatorebene des Gelenkkopfes 16 stehende Achse, also um die Längsachse 26 der mit dem Gelenkkopf verbundenen Ventilstange 4, gesperrt ist, bezeichnet werden.
Dadurch, dass der Aufnahmeraum 18 durch die Dichtung 21 zwischen dem Deckelteil 17b und dem Topfteil 17a und den Dichtring 19 zwischen dem Deckelteil 17b und dem Gelenkkopf 16 abgedichtet ist, und da im Weiteren das Topfteil 17a mittels der Dichtung 31 gegenüber dem Verbindungsabschnitt 29 abgedichtet ist, können Partikel, welche insbesondere bei der Bewegung des Gelenkkopfes 16 gegenüber den Gelenkpfannenteilen 35, 36 entstehen, nicht in den die Verbindungsvorrichtung und Ventilplatte umgebenden Raum gelangen.
Bezugszeichenliste
Zu den Hinweisziffern

1: Ventilplatte
2: Öffnung
3: Wand
4: Ventilstange
4a: Verbindungsabschnitt
5: Antrieb
6: Faltenbalg
8: Dichtring
9: Öffnung
10: Anschlussstück
11: Öffnung
12: Dichtung
13: Verbindungsstück
14: Dichtfläche
15: Verbindungsvorrichtung
16: Gelenkkopf
16a: Vertiefung
16b: Gelenkfläche
16c: Gelenkfläche
16d: Zapfen
17: Gelenkkörper
17a: Topfteil
17b: Deckelteil
17c: Nut
18: Aufnahmeraum
19: Dichtring
20: Ebene
21: Dichtung
22: Schraube
23: Verbindungsschraube
24: Durchgangsbohrung
25: Gewindebohrung
26: Längsachse
27: Fensteröffnung
29: Verbindungsabschnitt
30: Vertiefung
31: Dichtung
32: Verbindungsstift
32a: Einschnürung
33: Befestigungsbolzen
34: Bohrung
35: Gelenkpfannenteil
35a: Gelenkfläche
36: Gelenkpfannenteil
36a: Gelenkfläche
37: federelastisches Element
37a: Öffnung
38: Schraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2002/0130288 A1 [0002]
US 7134642 B2 [0003]
US 3837617 [0003]
US 2011/0108750 A1 [0004]
DE 102015213298 A1 [0006]

Claims

Verschlussvorrichtung zum vakuumdichten Verschließen einer Öffnung (2) in einer Wand (3), mit einer Ventilplatte (1), die zwischen einer Schließstellung, in der die Ventilplatte (1) die Öffnung (2) abdichtet, und einer Offenstellung, in der die Ventilplatte (1) die Öffnung (2) freigibt, verstellbar ist und die über eine Verbindungsvorrichtung (15) mit einer eine Längsachse (26) aufweisenden Ventilstange (4) der Verschlussvorrichtung verbunden ist, wobei die Verbindungsvorrichtung (15) einen Gelenkkopf (16) aufweist, von dem zumindest Abschnitte der äußeren Oberfläche kugelflächenförmig ausgebildet sind und der in einem Aufnahmeraum (18) eines Gelenkkörpers (17) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Blockierung einer Drehung des Gelenkkopfes (16) um die Längsachse (26) der Ventilstange (4) zumindest ein abstehender Zapfen (16d), der am Gelenkkopf (16) oder am Gelenkkörper (17) angeordnet ist, in eine zugeordnete Nut (17c) ragt, welche im anderen dieser beiden Teile angeordnet ist und welche sich in einer Mittellage der Verbindungsvorrichtung, in der die Ventilplatte (1) rechtwinkelig zur Längsachse (26) der Ventilstange (4) ausgerichtet ist, in einer parallel zur Längsachse der Ventilstange (4) liegenden Ebene (20) erstreckt.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Gelenkkopf (16) oder am Gelenkkörper (17) auf gegenüberliegenden Seiten jeweils ein abstehender Zapfen (16d) angeordnet ist, der in einer jeweils zugeordneten Nut (17c) im anderen dieser beiden Teile eingreift.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkörper (17) ein Topfteil (17a), das eine topfförmige Vertiefung besitzt, und ein Deckelteil (17b) aufweist, wobei das Deckelteil (17b) gegenüber dem Topfteil (17a) durch eine dazwischenliegende Dichtung (21) abgedichtet ist.
Verschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (4) mit dem Gelenkkopf (16) und die Ventilplatte (1) mit dem Gelenkkörper (17) verbunden ist.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (4) mit dem Gelenkkopf (16) mittels einer Verbindungsschraube (23) verbunden ist, die eine zentrale Durchgangsbohrung (24) durch den Gelenkkopf (16) durchsetzt und in eine Gewindebohrung (25) am stirnseitigen Ende der Ventilstange (4) eingeschraubt ist.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsabschnitt (4a) der Ventilstange (4) einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist und der Gelenkkopf (16) eine Vertiefung mit einer korrespondierenden Außenkontur aufweist, in die der Endabschnitt der Ventilstange (4) ragt, wobei die Ventilstange (4) gegenüber dem Gelenkkopf (16) gegen eine Drehung um die Längsachse der Ventilstange (4) verdrehgesichert ist.
Verschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt der Ventilstange (4) eine Öffnung (11) im Deckelteil (17b) des Gelenkkörpers (17) durchsetzt, wobei in der Mittellage der Verbindungsvorrichtung (15) ein Ringspalt (s) zwischen der Ventilstange (4) und dem Rand der Öffnung (11) im Deckelteil (17b) vorliegt.
Verschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Gelenkkopf (16) ein Dichtring (19) angeordnet ist, welcher in einem die Öffnung (11) des Deckelteils (17b) umgebenden Bereich an der Innenseite des Deckelteils (17b) anliegt, oder in einem die Öffnung (11) des Deckelteils (17b) umgebenden Bereich an der Innenseite des Deckelteils (17b) ein Dichtring angeordnet ist, welcher am Gelenkkopf (16) anliegt.
Verschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkopf (16) voneinander beabstandete konvexe Gelenkflächen (16b, 16c) aufweist, die jeweils von einem in Form eines Abschnitts einer Kugelfläche ausgebildeten Abschnitt der äußeren Oberfläche des Gelenkkopfs (16) gebildet werden und zwischen denen der mindestens eine Zapfen (16d) angeordnet ist.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexen Gelenkflächen (16b, 16c) des Gelenkkopfes (16) jeweils die Form einer Kugelzone aufweisen.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Aufnahmeraum (18) des Gelenkkörpers (17) ein erstes und ein zweites Gelenkpfannenteil (35, 36) angeordnet sind, welche jeweils eine konkave Gelenkfläche (35a, 36a) in Form eines Abschnitts einer Kugelinnenfläche aufweisen, wobei die konkaven Gelenkflächen der Gelenkpfannenteile (35, 36) jeweils mit einer zugeordneten der konvexen Gelenkflächen (16b, 16c) des Gelenkkopfs (16) zusammenwirken.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes der Gelenkpfannenteile (35) auf einer Bodenfläche des Topfteils (17a) des Gelenkkörpers (17) aufliegt und das zweite der Gelenkpfannenteile (36) auf der dem ersten Gelenkpfannenteil (35) gegenüberliegenden Seite auf den Gelenkkopf (16) aufgesetzt ist.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Gelenkpfannenteile (35, 36) durch mindestens ein federelastisches Element (37) an den Gelenkkopf (16) angedrückt sind.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das federelastische Element (37) ein Federblech ist, welches dem Deckelteil (17b) des Gelenkkörpers (17) benachbart liegt und welches auf der vom Deckelteil (17b) abgelegene Seite an das zweite Gelenkpfannenteil (36) angedrückt ist, wobei das Federblech im Bereich der Öffnung des Deckelteils (17b) eine Öffnung (11) aufweist.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 8 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (19), der am Gelenkkopf (16) angeordnet ist und in einem die Öffnung (11) des Deckelteils (17b) umgebenden Bereich an der Innenseite des Deckelteils (17b) anliegt oder der in einem die Öffnung (11) des Deckelteils (17b) umgebenden Bereich an der Innenseite des Deckelteils (17b) angeordnet ist und am Gelenkkopf (16) anliegt, durch die Öffnung (37a) des Federblechs ragt.