DE102021102702A1

DE102021102702A1 - Ventil, insbesondere Vakuumventil

Info

Publication number: DE102021102702A1
Application number: DE102021102702.0A
Authority: DE
Inventors: Hanspeter Frehner; Martin Netzer
Original assignee: VAT Holding AG
Current assignee: VAT Holding AG
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-08-11
Also published as: JP2024505684A; WO2022167250A1; CN116829861A; KR20230133872A; TW202235762A

Abstract

Ventil (1) bei dem ein Ventilteller (5) in einem Ventilgehäuseinnenraum (6) eines Ventilgehäuses (2) angeordnet und an einer Welle (7) fixiert ist, wobei der Ventilteller (5) zusammen mit der Welle (7) in Richtungen (8) parallel zu einer Wellenlängsachse (9) zwischen einer Schließstellung und einer Zwischenstellung hin und her verschiebbar ist, und durch Drehen der Welle (7) um die Wellenlängsachse (9) zwischen der Zwischenstellung und einer maximalen Öffnungsstellung hin und her verschwenkbar ist, wobei eine Wellendurchführung (10) zur Abdichtung der Welle (7) gegen das Ventilgehäuse (2) einen in den Richtungen (8) parallel zur Wellenlängsachse (9) dehnbaren und zusammenschiebbaren Balg (11) aufweist, welcher mit einem ersten Balgende (12) am Ventilgehäuse (2) fixiert ist, und wobei an einem zweiten Balgende (13) ein Wellendichtring (14) angeordnet ist, in dem die Welle (7) drehbar gelagert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Vakuumventil, mit einem Ventilgehäuse und mit einer, von einem Ventilsitz umgebenen Ventilöffnung und mit einem Ventilteller, wobei der Ventilteller in einem Ventilgehäuseinnenraum des Ventilgehäuses angeordnet und an einer Welle fixiert ist, wobei der Ventilteller zusammen mit der Welle in Richtungen parallel zu einer Wellenlängsachse der Welle zwischen einer Schließstellung, in der er gegen den Ventilsitz gedrückt ist und die Ventilöffnung verschließt, und einer Zwischenstellung, in der er vom Ventilsitz abgehoben und in Deckung mit der Ventilöffnung angeordnet ist, hin und her verschiebbar ist, und wobei der Ventilteller durch Drehen der Welle um die Wellenlängsachse der Welle zwischen der Zwischenstellung und einer maximalen Öffnungsstellung, in der er die Ventilöffnung ganz oder teilweise frei gibt, hin und her verschwenkbar ist und die Welle mittels einer Wellendurchführung, in der die Welle um ihre Wellenlängsachse drehbar und in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse verschiebbar ist, gegen das Ventilgehäuse abgedichtet ist.
Ventile dieser Art sind z.B. aus der US 2007/0228314 A1 bekannt. Sie werden meist dazu eingesetzt, Kammeröffnungen einer Prozesskammer zu verschließen. Mit ihnen kann gegebenenfalls auch ein Volumenstrom eines in die Kammer einströmenden oder aus der Kammer ausströmenden Fluides kontrolliert werden. Die Ventile werden mit ihrem Ventilgehäuse so an der Prozesskammer angebracht, dass die Ventilöffnung mit der Kammeröffnung fluchtet und somit mittels des Ventils die Kammeröffnung geöffnet und verschlossen werden kann.
Bei solchen Ventilen muss in der Regel der Ventilgehäuseinnenraum gasdicht von dem Bereich außerhalb des Ventilgehäuses getrennt werden. Hierfür werden beim Stand der Technik Wellendurchführungen eingesetzt, welche einerseits eine entsprechende Abdichtung sicherstellen, aber andererseits zulassen, dass die Welle in den Wellendurchführungen um ihre Wellenlängsachse drehbar und in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse verschiebbar ist. In der US 2007/0228314 A1 werden zur Abdichtung des Ventilgehäuses gegen die Welle in der Wellendurchführung zwei O-Ringe eingesetzt, in denen die Welle einerseits in den Richtungen parallel zu ihrer Wellenlängsachse verschiebbar und andererseits um die Wellenlängsachse drehbar gelagert ist. Der Nachteil der Verwendung einer solchen Wellendurchführung, wie sie in der US 2007/0228314 A1 verwendet wird, besteht einerseits in einer Fettverschleppung und andererseits auch in einer Gasverschleppung beim Zusammenwirken von Welle und Dichtringen. Außerdem entsteht bei diesem Stand der Technik mit der Zeit auch ein relativ hoher Abrieb im Bereich von Dichtring und Welle.
Die JP 6776903 B2 offenbart ein gattungsgemäßes Ventil, bei dem die Welle in der Wellendurchführung mittels magnetischer Fluiddichtungsmechanismen gegen das Ventilgehäuse abgedichtet ist, was relativ aufwendig ist. Diese Schrift zeigt auch Beispiele, bei denen zur Verbindung des Ventilgehäuses mit einem, den Antrieb für die Welle aufnehmenden Antriebsgehäuse ein Balg eingesetzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, für Ventile der eingangs genannten Art eine Wellendurchführung zur Verfügung zu stellen, welche einerseits relativ kostengünstig realisierbar ist und andererseits aber auch eine besonders gute Abdichtung und Langlebigkeit erzielt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Ventil gemäß Patentanspruch 1 vor.
Es ist somit erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wellendurchführung zur Abdichtung der Welle gegen das Ventilgehäuse einen in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse dehnbaren und zusammenschiebbaren Balg aufweist, welcher mit einem ersten Balgende am Ventilgehäuse fixiert ist, und wobei an einem, dem ersten Balgende gegenüberliegenden, zweiten Balgende des Balgs ein Wellendichtring angeordnet ist, in dem die Welle relativ zum Balg um die Wellenlängsachse drehbar gelagert ist.
Durch den, am zweiten Balgende des Balgs der Wellendurchführung angeordneten Wellendichtring ist die Welle so im Balg gelagert, dass sie sich um ihre Wellenlängsachse relativ zum Balg drehen kann. Durch die Dehnbarkeit und Zusammenschiebbarkeit des Balgs in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse kann das zweite Balgende mit dem Wellendichtring aber beim Hin- und Herbewegen der Welle in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse folgen, sodass es nur noch eine Relativbewegung zwischen Wellendichtring und Welle in einer Umfangsrichtung der Welle, aber nicht mehr in einer Längsrichtung der Welle gibt. Hierdurch ist die Anfälligkeit einer solchen Wellendurchführung für Fettverschleppung und Gasverschleppung gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert. Außerdem gibt es an der Welle und am Wellendichtring weniger Abrieb als beim Stand der Technik. Zusätzlich ist darauf hinzuweisen, dass eine solche Lösung bei der die Wellendurchführung einerseits ein Balg und andererseits den Wellendichtring aufweist, relativ kostengünstig und einfach realisierbar ist.
Günstigerweise ist dabei vorgesehen, dass die Welle mittels des Wellendichtrings gegen den Balg abgedichtet und bezüglich Drehbewegungen der Welle um die Wellenlängsachse mittels des Wellendichtrings vom Balg entkoppelt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Balg beim Drehen der Welle um ihre Wellenlängsachse nicht mit der Welle mitgedreht wird.
Um eine Relativbewegung zwischen dem zweiten Balgende und der Welle in Richtung parallel zur Wellenlängsachse zu verhindern, sehen bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung vor, dass der Wellendichtring an einem Dichtungsträger angeordnet ist und der Balg mit seinem zweiten Balgende am Dichtungsträger fixiert ist, wobei der Dichtungsträger bezüglich Verschiebebewegungen der Welle in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse mit der Welle zwangsgekoppelt ist. Durch diese Art der Zwangskopplung bezüglich der Verschiebebewegungen der Welle in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse wird erreicht, dass sich das zweite Balgende und damit auch der dort angeordnete Wellendichtring in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse nicht relativ zur Welle bewegt.
Der Balg der Wellendurchführung kann in bevorzugten Ausgestaltungsformen ein sogenannter Faltenbalg sein. Es können aber auch grundsätzlich andere beim Stand der Technik an sich bekannte Ausgestaltungsformen eines Balgs zum Einsatz kommen. Der Balg weist günstigerweise einen Innenraum auf, durch den die Welle hindurchgeführt ist. Die Welle könnte auch als Achsbolzen oder dergleichen bezeichnet werden. Entsprechend könnte die Wellenlängsachse dann auch als Achsbolzenlängsachse benannt werden.
Alle im Singular benannten Bauteile können, soweit sinnvoll, natürlich auch mehrfach vorhanden sein. So kann das Ventilgehäuse z.B. zusätzlich zu der Ventilöffnung, welche mittels des Ventiltellers verschlossen werden kann, eine insbesondere dazu fluchtend angeordnete, gegenüberliegende weitere Ventilöffnung aufweisen, nur um ein Beispiel zu nennen.
Der Ventilteller ist günstigerweise exzentrisch bezüglich der Wellenlängsachse oder in anderen Worten der Welle angeordnet. Die Wellenlängsachse steht in bevorzugten Ausgestaltungsformen günstigerweise normal auf einer vom Ventilsitz aufgespannten Schließebene, in der der Ventilteller in der Schließstellung am Ventilsitz anliegt. Bevorzugt sind erfindungsgemäße Ventile also als sogenannte Pendelventile ausgebildet. Zur Abdichtung in der Schließstellung können beim Stand der Technik bekannte Dichtungen sowohl am Ventilsitz als auch am Ventilteller angebracht sein. Dies ist an sich bekannt und muss nicht weiter erläutert werden.
Bei erfindungsgemäßen Ventilen mit einer entsprechenden Wellendurchführung können besonders große Hübe zwischen der Schließstellung und der Zwischenstellung, in der der Ventilteller vom Ventilsitz abgehoben und noch in Deckung mit der Ventilöffnung angeordnet ist, realisiert werden. Gemessen in Richtung parallel zur Wellenlängsachse sind mit erfindungsgemäßen Ventilen Hübe des Ventiltellers zwischen der Schließstellung und der genannten Zwischenstellung im Bereich von 3 mm bis 65 mm, vorzugsweise von 10 mm bis 35 mm realisierbar.
Je nach Einsatzgebiet und Verwendung der erfindungsgemäßen Ventile kann es von Zeit zu Zeit notwendig sein, ein stark ätzendes oder anderweitig aggressives Fluid, insbesondere Gas, in den Ventilgehäuseinnenraum einströmen zu lassen. Z.B. können solche Fluide bzw. Gase zum Reinigen der Oberflächen des Ventilgehäuseinnenraums und des Ventiltellers eingesetzt werden. Um dabei die erfindungsgemäße Wellendurchführung nicht negativ zu beeinträchtigen, können bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung vorsehen, dass am Ventilgehäuse ein Ventilgehäusedichtring angeordnet ist, durch den die Welle hindurchgeführt ist, wobei in der Schließstellung des Ventiltellers und in der maximalen Öffnungsstellung des Ventiltellers und in allen Zwischenstellungen des Ventiltellers zwischen der Schließstellung und der maximalen Öffnungsstellung zwischen der Welle und dem Ventilgehäusedichtring eine Überströmöffnung zwischen einem Innenraum des Balgs und dem Ventilgehäuseinnenraum frei bleibt und die Welle ausgehend von der maximalen Öffnungsstellung in einer der Richtungen parallel zur Wellenlängsachse in eine Servicestellung verschiebbar ist, in der der Ventilgehäusedichtring abdichtend an der Welle anliegt und den Innenraum des Balgs gegen den Ventilgehäuseinnenraum abdichtet. Bei solchen Ausgestaltungsformen wird durch den Ventilgehäusedichtring in der Servicestellung der Innenraum des Balgs gegen den Ventilgehäuseinnenraum abgedichtet. Hierdurch wird es möglich, in der Servicestellung die genannten Fluide, insbesondere Gase, in den Ventilgehäuseinnenraum einzuleiten, ohne dass sie in den Innenraum des Balgs eindringen können. Hierdurch ist der Innenraum des Balgs und damit die gesamte Wellendurchführung dann gegen die gegebenenfalls stark ätzenden oder anderweitig aggressiven Fluide und Gase geschützt.
Besonders bevorzugt ist bei solchen Ausgestaltungsformen vorgesehen, dass die Welle einen ersten Wellenabschnitt und einen zweiten Wellenabschnitt aufweist, wobei die Welle im zweite Wellenabschnitt einen größeren Durchmesser aufweist als im ersten Wellenabschnitt und der Ventilgehäusedichtring in der Servicestellung im zweiten Wellenabschnitt an der Welle abdichtend anliegt.
Grundsätzlich ist es denkbar und möglich, dass die Welle samt Ventilteller von Hand um ihre Wellenlängsachse gedreht und/oder in den Richtungen parallel zu ihrer Wellenlängsachse verschoben wird. Bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung sehen aber vor, dass das Ventil einen Ventilantrieb zum Drehen der Welle samt Ventilteller um die Wellenlängsachse und zum Verschieben der Welle samt Ventilteller in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse aufweist. Solche Ventilantriebe sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungsformen an sich bekannt. In entsprechend unterschiedlichen Ausbildungsformen können sie auch für erfindungsgemäße Ventile eingesetzt werden.
Bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung sehen vor, dass der Ventilantrieb in einem Antriebsgehäuse angeordnet ist und der Balg mit seinem ersten Balgende an einem Trägerkörper fixiert ist, wobei der Trägerkörper zur Fixierung des ersten Balgendes am Ventilgehäuse zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Ventilgehäuse eingeklemmt ist. Besonders günstig ist es dabei, wenn der Trägerkörper unter Zwischenlage einer Trägerkörperdichtung zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Ventilgehäuse eingeklemmt ist.
Als Wellendichtring, als Ventilgehäusedichtring wie auch bei der Trägerkörperdichtung können an sich bekannte Dichtringe aus Elastomer oder Metall eingesetzt werden. Besonders bevorzugt kommen hier sogenannte O-Ringe zum Einsatz. Je nach Anforderungen an das Ventil können beim Stand der Technik bekannte Dichtringe bzw. O-Ringe eingesetzt werden.
Wie vorab bereits erläutert, können die Ventilantriebe für erfindungsgemäße Ventile sehr unterschiedlich ausgestaltet werden. Hier kann auf zahlreiche beim Stand der Technik an sich bekannte Varianten zurückgegriffen werden. Eine bevorzugte Variante erfindungsgemäßer Ventile sieht aber vor, dass der Ventilantrieb einen Längsantrieb und einen Drehantrieb und ein Joch aufweist, wobei die Welle im Joch vom Drehantrieb um ihre Wellenlängsachse drehbar gelagert ist und die Welle mit dem Joch bezüglich der Richtungen parallel zur Wellenlängsachse zwangsgekoppelt ist und das Joch zusammen mit der Welle vom Längsantrieb in Richtungen parallel zur Wellenlängsachse verschiebbar ist. In solchen Ausgestaltungsformen ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Dichtungsträger, an dem der Wellendichtring angeordnet ist, zur Zwangskopplung mit der Welle bezüglich der Verschiebebewegungen der Welle in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse am Joch fixiert ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Ventil handelt es sich günstigerweise um ein sogenanntes Vakuumventil, also um ein Ventil, welches in der sogenannten Vakuumtechnik eingesetzt werden kann. In der Regel spricht man dann 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 exemplarisch anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische und schematisierte Ansicht von außen auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ventil;
2 einen schematisierten Längsschnitt durch das Ventilgehäuse des Ventils aus 1 in perspektivischer Darstellung;
3 bis 6 jeweils Vertikalschnitte durch das Ventil gemäß 1 und 2 und die
7 bis 10 den 3 bis 6 zugeordnete Detaildarstellungen im Bereich der Wellendurchführung.

Bei dem in den Figuren gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Ventils 1 handelt es sich um ein Vakuumventil. Es weist ein Ventilgehäuse 2, eine Ventilöffnung 4 und einen Ventilteller 5 auf. Mit dem Ventilteller 5 kann die Ventilöffnung 4 in der, in 1 dargestellten, Schließstellung des Ventils 1 verschlossen werden. Hierzu wird der Ventilteller 5 in an sich bekannter Art und Weise in der Schließstellung gegen den Ventilsitz 3 gedrückt. Am Ventilsitz 3 und/oder am Ventilteller 5 können in an sich bekannter Art und Weise Dichtungen angeordnet sein. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass bei entsprechender Modifikation des hier gezeigten Ausführungsbeispiels der Ventilsitz 3 auch die weitere Ventilöffnung 28 umgeben kann, sodass der Ventilteller 5 dann in der Schließstellung die weitere Ventilöffnung 28 verschließt.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Längsschnitts, bei der sich der Ventilteller 5 in der maximalen Öffnungsstellung befindet. In dieser gibt er die Ventilöffnung 4 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig bzw. in anderen Worten ganz frei. Es sind natürlich auch Ausführungsbeispiele der Erfindung denkbar, bei denen der Ventilteller 5 in der maximalen Öffnungsstellung die Ventilöffnung 4 nur teilweise freigibt.
Der Ventilsitz 3 umgibt die Ventilöffnung 4 und ist in dieser wie auch in anderen bevorzugten Ausgestaltungsformen der Erfindung am Ventilgehäuse 2 ausgebildet. Der Ventilteller 5 ist in dem Ventilgehäuseinnenraum 6 des Ventilgehäuses 2 angeordnet und an einer in den 1 und 2 nicht sichtbaren Welle 7 fixiert. Der Ventilteller 5 kann zusammen mit der Welle 7 in Richtung 8 parallel zu der in den 3 bis 6 eingezeichneten Wellenlängsachse 9 der Welle 7 zwischen der Schließstellung, in der er gegen den Ventilsitz 3 gedrückt ist und die Ventilöffnung 4 verschließt, und einer Zwischenstellung, in der er vom Ventilsitz 3 abgehoben und in Deckung mit der Ventilöffnung 4 angeordnet ist, hin und her verschoben werden. Durch Drehen der Welle 7 um die Wellenlängsachse 9 kann der Ventilteller 5 zwischen der genannten Zwischenstellung und der in 2 und 5 dargestellten maximalen Öffnungsstellung hin und her verschwenkt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wie auch bei anderen bevorzugten Varianten weist das Ventil 1 einen Ventilantrieb 21 zum Drehen der Welle 7 samt Ventilteller 5 um die Wellenlängsachse 9 und zum Verschieben der Welle 7 samt Ventilteller 5 in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 auf. Der Ventilantrieb 21 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Antriebsgehäuse 22 angeordnet. In den 1 und 2 ist nur das Antriebsgehäuse 22 von außen zu sehen.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Ventilgehäuse 2 zusätzlich zur Ventilöffnung 4, welche mittels des Ventiltellers 5 verschlossen werden kann, eine weitere Ventilöffnung 28 auf. Diese ist in diesem wie auch in anderen bevorzugten Ausgestaltungsformen zur Ventilöffnung 4 gegenüberliegend bzw. fluchtend ausgebildet. Dies muss aber nicht zwingend so sein. Das Ventilgehäuse 2 könnte z.B. grundsätzlich auch so ausgebildet sein, dass es nur eine Ventilöffnung 4 oder auch mehrere zusätzliche bzw. weitere Ventilöffnungen 28 aufweist.
Die 3 bis 6 zeigen nun Vertikalschnitte durch das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel des Ventils 1 gemäß der 1 und 2. Dabei zeigt 3 die Schließstellung, in der der Ventilteller 5 gegen den Ventilsitz 3 gedrückt ist und die Ventilöffnung 4 verschließt. 4 zeigt die Zwischenstellung, in der der Ventilteller 5 vom Ventilsitz 3 bereits abgehoben aber noch in Deckung mit der Ventilöffnung 4 angeordnet ist. Zwischen der Schließstellung gemäß 3 und der Zwischenstellung gemäß 4 ist der Ventilteller 5 zusammen mit der daran fixierten Welle 7 in Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 hin und her verschiebbar. 5 zeigt die maximale Öffnungsstellung des hier dargestellten Ventils 1. In dieser gibt der Ventilteller 5 die Ventilöffnung 4 vollständig frei. Der Ventilteller 5 ist dabei im Ventilgehäuseinnenraum 6 nach hinten weggeschwenkt, sodass er in 5 nicht mehr sichtbar ist. Wie gesagt, sind auch hier nicht explizit dargestellte, erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele möglich, bei denen der Ventilteller 5 die Ventilöffnung 4 in der maximalen Öffnungsstellung nicht vollständig bzw. ganz sondern nur teilweise frei gibt.
Zwischen der Zwischenstellung gemäß 4 und der maximalen Öffnungsstellung gemäß 5 ist der Ventilteller jedenfalls zusammen mit der Welle 7 durch Drehen der Welle 7 um die Wellenlängsachse 9 hin und her verschwenkbar.
6 zeigt eine Servicestellung, bei der der Innenraum 18 des Balgs 11 mittels des Ventilgehäusedichtrings 16 verschlossen ist. Hierauf wird weiter unten noch im Detail eingegangen.
Bei dem hier gezeigten erfindungsgemäßen Ventil 1 ist es, wie auch in anderen bevorzugten Ausgestaltungsformen der Erfindung jedenfalls so, dass die Wellenlängsachse 9 um die die Drehbewegung der Welle 7 und die Schwenkbewegung des Ventiltellers 5 herum erfolgt, normal auf der Schließebene 35 steht, welche durch den Ventilsitz 3 aufgespannt wird und in den 5 und 6 exemplarisch eingezeichnet ist.
Die 7 bis 10 zeigen vergrößert den Bereich der erfindungsgemäß ausgebildeten Wellendurchführung 10 des Ventils 1 gemäß der 1 bis 6. Hierbei zeigt 7 den Zustand in der Schließstellung gemäß 3. 8 zeigt den entsprechenden Zustand in der Zwischenstellung gemäß 4. In 9 ist dieser Bereich in der Öffnungsstellung gemäß 5 dargestellt und 10 zeigt den Zustand in der Servicestellung gemäß 6.
Die Welle 7 ist in der Wellendurchführung 10 einerseits um ihre Wellenlängsachse 9 drehbar gelagert. Andererseits ist die Welle 7 in der Wellendurchführung 10 auch in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 verschiebbar gelagert. Vor allem dient die Wellendurchführung 10 aber auch der Abdichtung der Welle 7 gegen das Ventilgehäuse 2. Hierfür ist erfindungsgemäß nun auch bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Wellendurchführung 10 zur Abdichtung der Welle 7 gegen das Ventilgehäuse 2 den in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 dehnbaren und zusammenschiebbaren Balg 11 aufweist. Dieser ist in diesem wie auch in anderen bevorzugten Ausgestaltungsformen als an sich bekannter Faltenbalg ausgeführt. Das erste Balgende 12 ist am Ventilgehäuse 2 fixiert. Hierfür kann das Balgende 12 direkt entsprechend am Ventilgehäuse 2 befestigt sein. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird diese Fixierung des Balgendes 12 am Ventilgehäuse 2 aber dadurch erreicht, dass das erste Balgende 12 an einem, hier in diesem Beispiel ebenfalls ringförmig ausgeführten, Trägerkörper 23 fixiert ist, wobei der Trägerkörper 23 zwischen dem Antriebsgehäuse 22 und dem Ventilgehäuse 2 eingeklemmt ist. Um eine entsprechende Abdichtung zu erreichen, ist dabei günstigerweise, wie hier auch realisiert, vorgesehen, dass der Trägerkörper 23 unter Zwischenlage einer Trägerkörperdichtung 24 zwischen dem Antriebsgehäuse 22 und dem Ventilgehäuse 2 eingeklemmt ist.
An dem, dem ersten Balgende 12 gegenüberliegenden zweiten Balgende 13 des Balgs 11 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß ein Wellendichtring 14 angeordnet, in welchem die Welle 7 relativ zum Balg 11 um die Wellenachse 9 drehbar gelagert ist. Die Welle 7 ist in diesem wie auch in anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen mittels des Wellendichtrings 14 gegen den Balg 11 abgedichtet, aber bezüglich der Drehbewegung der Welle 7 um die Wellenlängsachse 9 aufgrund des Wellendichtrings 14 auch vom Balg 11 entkoppelt. Hierdurch wird sichergestellt, dass es bei einer Drehung der Welle 7 um ihre Wellenlängsachse 9 nicht zu einer entsprechenden Verdrehung des Balgs 11 kommt.
Der Wellendichtring 14 könnte direkt am zweiten Balgende 13 des Balgs 11 befestigt oder ausgebildet sein. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel wie auch in anderen bevorzugten Varianten ist allerdings vorgesehen, dass der Wellendichtring 14 an einem Dichtungsträger 15 angeordnet ist und der Balg 11 mit seinem zweiten Balgende 13 an diesem Dichtungsträger 15 fixiert ist. Der Dichtungsträger 15 ist in diesem wie auch in anderen bevorzugten Varianten der Erfindung bezüglich der Verschiebebewegung der Welle 7 in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 mit der Welle 7 zwangsgekoppelt. Dies bedeutet, dass es bei einer Verschiebung der Welle 7 in eine der Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 zwangsweise zu einem entsprechenden Ausdehnen oder Zusammenschieben des Balgs 11 kommt. Hierdurch wird erreicht, dass es zu keiner Relativbewegung zwischen dem Wellendichtring 14 und der Welle 7 in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 kommt. Relativbewegungen zwischen Welle 7 und Wellendichtring 14 finden in diesem wie auch in anderen bevorzugten Varianten der Erfindung also nur in Umfangsrichtung der Welle 7 beim Drehen um die Wellenlängsachse 9, aber nicht beim Hin- und Herschieben in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 statt. Die Zwangskopplung des Dichtungsträgers 15 und damit auch des Wellendichtrings 14 mit der Welle 7 bezüglich der Verschiebebewegung in Richtung 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 wird in diesem Ausführungsbeispiel, wie auch in anderen bevorzugten Varianten, dadurch erreicht, dass der Dichtungsträger 15 am nachfolgend noch genauer erläuterten Jochs 27 fixiert ist und damit mit dem Joch 27 zwangsweise mitbewegt wird.
Wie eingangs bereits erläutert, sorgt der Ventilantrieb 21 einerseits für die Drehung der Welle 7 samt Ventilteller 5 um die Wellenlängsachse 9. Andererseits sorgt der Ventilantrieb 21 aber auch für das Verschieben der Welle 7 samt Ventilteller 5 in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9. Um dies zu realisieren, kann der Ventilantrieb 21 bei erfindungsgemäßen Ventilen 1 natürlich sehr unterschiedlich ausgeführt sein, wie dies aus dem Stand der Technik an sich auch bekannt ist. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel wie auch in anderen bevorzugten Varianten der Erfindung kann aber vorgesehen sein, dass der Ventilantrieb 21 einerseits einen Längsantrieb 25 und andererseits einen Drehantrieb 26 aufweist. Dies ist auch hier realisiert, wie dies insbesondere in den 3 bis 6 gut sichtbar ist. Zusätzlich zum Längsantrieb 25 und zum Drehantrieb 26 ist auch ein Joch 27 vorhanden, wobei die Welle 7 im Joch 27 um ihre Wellenlängsachse 9 drehbar gelagert ist. Diese Drehbewegung wird vom Drehantrieb 26 ausgeführt. Um die Reibung möglichst gering zu halten, sind in diesem, wie auch in anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen günstigerweise Lager 34 vorgesehen, mit denen die Welle 7 um ihre Wellenlängsachse 9 drehbar im Joch 27 gelagert ist.
Bezüglich der Richtung 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 ist die Welle 7 jedoch mit dem Joch 27 zwangsgekoppelt, sodass das Joch 27 zusammen mit der Welle 7 vom Längsantrieb 25 in Richtung parallel zur Wellenlängsachse 9 verschiebbar ist. Das Joch 27 ist im hier gezeigten Ausführungsbeispiel, wie auch in anderen erfindungsgemäßen Varianten günstigerweise bezüglich der Verschiebebewegung in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 entsprechend gelagert. Bevorzugt erfolgt diese Lagerung, wie hier auch dargestellt, mittels Führungsstangen 32, welche im Antriebsgehäuse 22 fixiert sind.
Zur Realisierung der Verschiebebewegung des Jochs 27 und damit auch der Welle 7 und des Ventiltellers 5 in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 kann der entsprechende Längsantrieb 25 sehr unterschiedlich ausgebildet sein. Es sind hier z.B. auch pneumatische oder hydraulische Antriebe denkbar, wie sie an sich bekannt sind. Bevorzugt handelt es sich aber um einen elektrischen Linearantrieb. Dieser kann, wie hier auch im Ausführungsbeispiel z.B. dadurch realisiert werden, dass ein Motor 29 des Längsantriebs 25 eine Spindel 30 dreht, welche in eine, im Joch 27 fixierte Spindelmutter 31 eingreift.
Der Drehantrieb 26 zum Drehen der Welle 7 und damit auch zum Schwenken des Ventiltellers 5 um die Wellenlängsachse 9 weist günstigerweise, wie hier auch realisiert, einen vorzugsweise elektrischen Motor 33 auf. Dieser kann, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, am Joch 27 befestigt sein, sodass er mit dem Joch 27 in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 mitbewegt wird. Über eine entsprechende Antriebswelle ist der Motor 33 jedenfalls, wie hier auch gezeigt, mit der Welle 7 verbunden, sodass mit dem Drehantrieb 26 die Welle 7 in beiden Umfangsrichtungen um die Wellenlängsachse 9 gedreht und damit der Ventilteller 5 entsprechend verschwenkt werden kann.
Je nachdem, welche Prozesse in der Prozesskammer durchgeführt werden, welche mit dem erfindungsgemäßen Ventil 1 verschlossen werden kann, kann es notwendig werden, ätzende oder andere aggressive Fluide, insbesondere Gase, in den Ventilgehäuseinnenraum 6 von Zeit zu Zeit einzuführen, z.B. um die dort vorhandenen Oberflächen von Ablagerungen zu reinigen. Damit diese ätzenden oder anderweitig aggressiven Fluide nicht in den Innenraum 18 des Balgs 11 eindringen können, ist in diesem Ausführungsbeispiel wie auch in anderen erfindungsgemäßen Varianten bevorzugt vorgesehen, dass es eine in den 6 und 10 dargestellte Servicestellung gibt, in der der Innenraum 18 des Balgs 11 so verschlossen wird, dass die ätzenden oder anderweitig aggressiven Fluide nicht in ihn eindringen können. Konkret kann hierfür, wie in diesem Ausführungsbeispiel auch realisiert, vorgesehen sein, dass am Ventilgehäuse 2 ein Ventilgehäusedichtring 16 angeordnet ist, durch den die Welle 7 hindurchgeführt ist, wobei in allen Stellungen des Ventils 1 abgesehen von der Servicestellung, also in der Schließstellung, der maximalen Öffnungsstellung und allen dazwischenliegenden Zwischenstellungen, zwischen der Welle 7 und dem Ventilgehäusedichtring 16 eine Überströmöffnung 17 zwischen dem Innenraum 18 des Balgs 11 und dem Ventilgehäuseinnenraum 6 frei bleibt, wobei die Welle 7 ausgehend von der maximalen Öffnungsstellung gemäß 5 in den Richtungen 8 parallel zur Wellenlängsachse 9 in die Servicestellung gemäß 6 und 10 verschiebbar ist. In dieser Servicestellung ist dann vorgesehen, dass der Ventilgehäusedichtring 16 abdichtend an der Welle 7 anliegt und so den Innenraum 18 des Balgs 11 gegen den Ventilgehäuseinnenraum 6 abdichtet. Das Freibleiben der Überströmöffnung 17 zwischen dem Innenraum 18 und dem Ventilgehäuseinnenraum 6 in der Schließstellung, der Zwischenstellung und der maximalen Öffnungsstellung ist in den 7 bis 9 gut zu sehen. Das Anliegen des Ventilgehäusedichtrings 16 an der Welle 7 zur Abdichtung in der Servicestellung ist in 10 zu sehen. Um dies zu realisieren, ist, wie in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen günstigerweise vorgesehen, dass die Welle 7 einen ersten Wellenabschnitt 19 und zumindest einen zweiten Wellenabschnitt 20 aufweist, wobei die Welle 7 im zweiten Wellenabschnitt 20 einen größeren Durchmesser als im ersten Wellenabschnitt 19 besitzt. So kann auf einfache Art und Weise erreicht werden, dass der Ventilgehäusedichtring 16 in der Servicestellung im zweiten Wellenabschnitt 20 an der Welle 7 abdichtend anliegt, während in der Schließstellung, der maximalen Öffnungsstellung und den Zwischenstellungen dazwischen sich der Ventilgehäusedichtring 16 im Bereich des ersten Wellenabschnitts 19 befindet, wodurch die bereits genannte Überströmöffnung 17 zwischen dem Ventilgehäusedichtring 16 und der Welle 7 und damit eine entsprechende Wegsamkeit zwischen dem Ventilgehäuseinnenraum 6 und dem Innenraum 18 des Balgs 11 frei bleibt.
Bezugszeichenliste

1: Ventil
2: Ventilgehäuse
3: Ventilsitz
4: Ventilöffnung
5: Ventilteller
6: Ventilgehäuseinnenraum
7: Welle
8: Richtung
9: Wellenlängsachse
10: Wellendurchführung
11: Balg
12: erstes Balgende
13: zweites Balgende
14: Wellendichtring
15: Dichtungsträger
16: Ventilgehäusedichtring
17: Überströmöffnung
18: Innenraum
19: erster Wellenabschnitt
20: zweiter Wellenabschnitt
21: Ventilantrieb
22: Antriebsgehäuse
23: Trägerkörper
24: Trägerkörperdichtung
25: Längsantrieb
26: Drehantrieb
27: Joch
28: weitere Ventilöffnung
29: Motor
30: Spindel
31: Spindelmutter
32: Führungsstange
33: Motor
34: Lager
35: Schließebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0228314 A1 [0002, 0003]
JP 6776903 B2 [0004]

Claims

Ventil (1), insbesondere Vakuumventil, mit einem Ventilgehäuse (2) und mit einer, von einem Ventilsitz (3) umgebenen Ventilöffnung (4) und mit einem Ventilteller (5), wobei der Ventilteller (5) in einem Ventilgehäuseinnenraum (6) des Ventilgehäuses (2) angeordnet und an einer Welle (7) fixiert ist, wobei der Ventilteller (5) zusammen mit der Welle (7) in Richtungen (8) parallel zu einer Wellenlängsachse (9) der Welle (7) zwischen einer Schließstellung, in der er gegen den Ventilsitz (3) gedrückt ist und die Ventilöffnung (4) verschließt, und einer Zwischenstellung, in der er vom Ventilsitz (3) abgehoben und in Deckung mit der Ventilöffnung (4) angeordnet ist, hin und her verschiebbar ist, und wobei der Ventilteller (5) durch Drehen der Welle (7) um die Wellenlängsachse (9) der Welle (7) zwischen der Zwischenstellung und einer maximalen Öffnungsstellung, in der er die Ventilöffnung (4) ganz oder teilweise frei gibt, hin und her verschwenkbar ist und die Welle (7) mittels einer Wellendurchführung (10), in der die Welle (7) um ihre Wellenlängsachse (9) drehbar und in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse (9) verschiebbar ist, gegen das Ventilgehäuse (2) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellendurchführung (10) zur Abdichtung der Welle (7) gegen das Ventilgehäuse (2) einen in den Richtungen (8) parallel zur Wellenlängsachse (9) dehnbaren und zusammenschiebbaren Balg (11) aufweist, welcher mit einem ersten Balgende (12) am Ventilgehäuse (2) fixiert ist, und wobei an einem, dem ersten Balgende (12) gegenüberliegenden, zweiten Balgende (13) des Balgs (11) ein Wellendichtring (14) angeordnet ist, in dem die Welle (7) relativ zum Balg (11) um die Wellenlängsachse (9) drehbar gelagert ist.
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (7) mittels des Wellendichtrings (14) gegen den Balg (11) abgedichtet und bezüglich Drehbewegungen der Welle (7) um die Wellenlängsachse (9) mittels des Wellendichtrings (14) vom Balg (11) entkoppelt ist.
Ventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellendichtring (14) an einem Dichtungsträger (15) angeordnet ist und der Balg (11) mit seinem zweiten Balgende (13) am Dichtungsträger (15) fixiert ist, wobei der Dichtungsträger (15) bezüglich Verschiebebewegungen der Welle (7) in den Richtungen (8) parallel zur Wellenlängsachse (9) mit der Welle (7) zwangsgekoppelt ist.
Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilgehäuse (2) ein Ventilgehäusedichtring (16) angeordnet ist, durch den die Welle (7) hindurchgeführt ist, wobei in der Schließstellung des Ventiltellers (5) und in der maximalen Öffnungsstellung des Ventiltellers (5) und in allen Zwischenstellungen des Ventiltellers (5) zwischen der Schließstellung und der maximalen Öffnungsstellung zwischen der Welle (7) und dem Ventilgehäusedichtring (16) eine Überströmöffnung (17) zwischen einem Innenraum (18) des Balgs (11) und dem Ventilgehäuseinnenraum (6) frei bleibt und die Welle (7) ausgehend von der maximalen Öffnungsstellung in einer der Richtungen (8) parallel zur Wellenlängsachse (9) in eine Servicestellung verschiebbar ist, in der der Ventilgehäusedichtring (16) abdichtend an der Welle (7) anliegt und den Innenraum (18) des Balgs (11) gegen den Ventilgehäuseinnenraum (6) abdichtet.
Ventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (7) einen ersten Wellenabschnitt (19) und einen zweiten Wellenabschnitt (20) aufweist, wobei die Welle (7) im zweite Wellenabschnitt (20) einen größeren Durchmesser aufweist als im ersten Wellenabschnitt (19) und der Ventilgehäusedichtring (16) in der Servicestellung im zweiten Wellenabschnitt (20) an der Welle (7) abdichtend anliegt.
Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) einen Ventilantrieb (21) zum Drehen der Welle (7) samt Ventilteller (5) um die Wellenlängsachse (9) und zum Verschieben der Welle (7) samt Ventilteller (5) in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse (9) aufweist.
Ventil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilantrieb (21) in einem Antriebsgehäuse (22) angeordnet ist und der Balg (11) mit seinem ersten Balgende (12) an einem Trägerkörper (23) fixiert ist, wobei der Trägerkörper (23) zur Fixierung des ersten Balgendes (12) am Ventilgehäuse (2) zwischen dem Antriebsgehäuse (22) und dem Ventilgehäuse (2) eingeklemmt ist.
Ventil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (23) unter Zwischenlage einer Trägerkörperdichtung (24) zwischen dem Antriebsgehäuse (22) und dem Ventilgehäuse (2) eingeklemmt ist.
Ventil (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilantrieb (21) einen Längsantrieb (25) und einen Drehantrieb (26) und ein Joch (27) aufweist, wobei die Welle (7) im Joch (27) vom Drehantrieb (26) um ihre Wellenlängsachse (9) drehbar gelagert ist und die Welle (7) mit dem Joch (27) bezüglich der Richtungen (8) parallel zur Wellenlängsachse (9) zwangsgekoppelt ist und das Joch (27) zusammen mit der Welle (7) vom Längsantrieb (25) in Richtungen parallel zur Wellenlängsachse (9) verschiebbar ist.
Ventil (1) nach Anspruch 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsträger (15) zur Zwangskopplung mit der Welle (7) bezüglich der Verschiebebewegungen der Welle (7) in den Richtungen parallel zur Wellenlängsachse (9) am Joch (27) fixiert ist.