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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumventil, das direkt zum Zuführen von Arbeitsfluid, bspw. Quellgas, in physikalische und chemische Maschinen und dgl. oder zur Druckreduzierung in einer Vakuumkammer, in der ein solches Quellgas eingesetzt wird, verwendet wird. Im Besonderen betrifft sie ein Vakuumventil mit einer Heizvorrichtung, das so ausgebildet ist, dass das Anhaften eines Produkts aus dem Arbeitsfluid an einem Ventilelement oder dgl. durch die Heizvorrichtung vermieden wird.
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STAND DER TECHNIK
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Zum Beispiel wird in Herstellungseinrichtungen für Halbleiter bspw. Quellgas mit einer hohen Temperatur für eine chemische Behandlung, bspw. in einer Vakuumkammer durchgeführtes Ätzen, verwendet, wobei ein Vakuumventil für die Zufuhr des Quellgases oder für die Reduzierung des Drucks in der Vakuumkammer verwendet wird. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass ein Produkt aus dem Quellgas ausfällt, wenn die Temperatur des Quellgases niedrig wird und das Produkt im Inneren des Vakuumventils, an dem Ventilelement oder dgl., anhaftet und dabei die Genauigkeit beim Öffnen/Schließen vermindert. Daher ist es wichtig, ein solches Vakuumventil derart auszubilden, dass das Ausfallen des Produkts aus dem Arbeitsfluid und das Anhaften des Produkts an dem Ventilelement oder dgl. vermieden wird.
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Herkömmlicher Weise werden dafür verschiedene Vakuumventile mit Heizvorrichtungen vorgeschlagen, in denen ein Gehäuse, ein Ventilelement und dgl. durch eine Heizvorrichtung beheizt werden, um das Anhaften eines Produkts zu vermeiden. Bspw. ist ein solches Ventil in dem japanischen Patent
JP 3005449 B2 offenbart, in dem eine stangenförmige Heizvorrichtung an einem Ventilelement zum Öffnen und Schließen einer Strömungsbahn angebracht ist, und bei dem ein Leitungskabel der Heizvorrichtung durch ein sich von dem Ventilelement erstreckendes Hohlrohr aus dem Gehäuse geführt wird.
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Wenn jedoch die Heizvorrichtung an dem beweglichen Ventilelement angebracht ist und das Leitungskabel der Heizeinrichtung wie oben beschrieben durch das Rohr aus dem Gehäuse geführt wird, wird das Leitungskabel bei einer Betätigung des Ventilelements ebenso verschoben und in das Gehäuse gezogen oder aus diesem herausgedrückt. Daher ist es wahrscheinlich, dass das Leitungskabel an einem Endabschnitt einer Kabeldurchgangsöffnung des Gehäuses oder eines anderen Elements hängen bleibt oder sich dort verheddert, wodurch ein Öffnen und Schließen des Ventilelements möglicherweise verhindert wird. Wenn die Heizvorrichtung einen Temperatursensor hat, sind eine Vielzahl von Leitungskabeln für die Heizvorrichtung und den Temperatursensor vorgesehen, so dass das zuvor beschriebene Problem mit höherer Wahrscheinlichkeit auftritt.
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Dieses zuvor beschriebene Problem kann gelöst werden, indem an dem Leitungskabel ein spiralförmiger Abschnitt zum Ausdehnen und Zusammenziehen vorgesehen ist, um eine Verschiebung des Leitungskabels durch Ausdehnen und Zusammenziehen des spiralförmigen Abschnitts zu absorbieren. Durch das Vorsehen eines solchen spiralförmigen Abschnitts wird das Leitungskabel jedoch lang, das Gewicht des Leitungskabels erhöht sich und das Gewicht kann sich nachteilig auf den Öffnungs- und Schließvorgang des Ventilelements auswirken. Wenn ein solcher spiralförmiger Abschnitt bei einem in ein Rohr eingeführten Abschnitt des Leitungskabels vorgesehen ist, schabt der spiralförmige Abschnitt jedes Mal an dem Rohr, wenn das Ventilelement öffnet und schließt, so dass das Leitungskabel wahrscheinlich beschädigt oder abgenutzt wird und sich der Gleitwiderstand nachteilig auf den Öffnungs- und Schließvorgang des Ventilelements auswirken kann.
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Die
JP 2001-173838 A beschreibt ein Vakuumproportionalventil bei dem Heizelemente an dem Ventilkörper und um den Ventilhauptkörper angeordnet sind und diese Elemente heizen. Ein zusätzliches Heizelement ist seitlich an dem Aktuator des Faltenbalgadapters angeordnet, um den Faltenbalgadapter durch direkten oder indirekten Kontakt zu heizen.
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Die
JP 11-315957 A beschreibt ein Vakuumventil mit einer Heizfunktion bei dem das Heizelement stabähnlich ausgeformt ist und im Inneren des Ventils befestigt wird. Das Heizelement wird über einen Zuleitungsdraht, der aus dem Vakuumelement hinausreicht, mit Energie versorgt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch ein sich von einer Heizvorrichtung erstreckendes Leitungskabel eine Behinderung des Öffnens und Schließens eines Ventilelements in einem Vakuumventil zu vermeiden, in dem die Heizvorrichtung das Ausfallen eines Produkts aus einem Arbeitsfluid auf das für das Öffnen und Schließen einer Strömungsbahn vorgesehene Ventilelement vermeidet.
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Um diese Aufgabe zu lösen, wird ein Vakuumventil mit einer Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, bei dem das Vakuumventil aufweist:
Ein Ventilgehäuse mit einer ersten Hauptdurchgangsöffnung, einer zweiten Hauptdurchgangsöffnung, einer die beiden Hauptdurchgangsöffnungen verbindenden Strömungsbahn und einem in der Strömungsbahn vorgesehenen ringförmigen Ventilsitz; einen an das Ventilgehäuse angeschlossenen Zylinder; ein in dem Ventilgehäuse vorgesehenes tellerartiges Ventilelement zum Öffnen und Schließen des Ventilsitzes; ein Rohr mit einem an das Ventilelement angeschlossenen Kopfende-Abschnitt und einem sich in den Zylinder erstreckenden Fußende-Abschnitt; einen zum Gleiten in dem Zylinder angeordneten und an den Fußende-Abschnitt des Rohres angeschlossenen Kolben, der durch Einwirkung von Fluiddruck angetrieben wird; eine oder mehrere erste Heizvorrichtung(en) und Temperatursensor(en), die an dem Ventilelement angebracht sind; eine an dem Kolben angebrachte Anschlussklemme, die mit dem Kolben verschoben wird; ein an den Zylinder angebrachtes Anschlussteil; einen primären Heizvorrichtungsleiter und einem primären Sensorleiter, die sich jeweils von der ersten Heizvorrichtung und dem Temperatursensor erstrecken, durch das Rohr verlaufen und deren Kopfenden an die Anschlussklemme angeschlossen sind; einen sekundären Heizvorrichtungsleiter und einen sekundären Sensorleiter, deren einen Enden jeweils über die Anschlussklemme an den primären Heizvorrichtungsleiter und den primären Sensorleiter angeschlossen sind, deren anderen Enden an das Anschlussteil angeschlossen sind und die in einem Mittelabschnitt einen spiralförmigen Abschnitt zum Ausdehnen und Zusammenziehen aufweisen.
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Durch das erfindungsgemäße Vakuumventil mit dem obigen Aufbau, bei dem der primäre Heizvorrichtungsleiter und der primäre Sensorleiter nicht direkt aus dem Zylinder gezogen werden, sind die primären Leiter durch die auf dem Kolben angebrachte Anschlussklemme nach außen gezogen, das Anschlussteil auf dem Zylinder montiert und die sekundären Leiter zwischen der Anschlussklemme und dem Anschlussteil angeschlossen. Der spiralförmige Abschnitt zum Ausdehnen und Zusammenziehen ist bei den sekundären Leitern vorgesehen und die durch das Öffnen und Schließen des Ventilelements hervorgerufenen Verschiebungen der primären Leiter werden durch Ausdehnen und Zusammenziehen des spiralförmigen Abschnitt absorbiert. Demzufolge werden die jeweiligen Leiter nicht in den Zylinder hereingezogen oder aus diesem herausgestoßen. Daher bleiben die jeweiligen Leiter nicht an Endabschnitten der Leiterdurchgangsöffnungen des Zylinders oder anderer Elemente hängen oder verheddern mit diesen, und die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilelements werden sicher. Weil der spiralförmige Abschnitt an den sekundären Leitern vorgesehen ist, die nicht mit dem Ventilelement verschoben werden, wirken sich die Gewichte der sekundären Leiter nicht nachteilig auf die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilelements aus. Darüber hinaus werden die Leiter nicht beschädigt oder abgenutzt, weil der spiralförmige Abschnitt nicht an dem Rohr reibt, und deren Gleitwiderstände beeinträchtigen die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilelements nicht im geringsten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der primäre Heizvorrichtungsleiter und der primäre Sensorleiter in eine gemeinsame Röhre eingeführt, um ein kabelartiges primäres Leiterbündel zu bilden, das in das Rohr eingeführt ist, und der sekundäre Heizvorrichtungsleiter und der sekundäre Sensorleiter in eine gemeinsame Röhre eingeführt, um ein kabelartiges sekundäres Leiterbündel zu bilden, das durch den spiralförmigen Abschnitt gebildet wird.
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Gemäß diesem Aufbau wird für eine Vielzahl von Leitern vermieden, dass diese festklemmen oder miteinander verheddern, und die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilelements werden weiter stabilisiert.
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Gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung weist der Zylinder eine mit einem Arbeitsanschluss in Verbindung stehende antriebsseitige Druckkammer auf der Vorderseite des Kolbens und eine Leiteraufnahmekammer auf der Rückseite des Kolbens auf, wobei die Anschlussklemme auf der Rückseite des Kolbens in der Leiteraufnahmekammer und eine die Leiteraufnahmekammer abschließende Kappe an einem Endabschnitt des Zylinders angebracht sind, wobei die Kappe zusammen mit dem Anschlussteil angebracht und mit einem hohlen Abschnitt versehen ist, und wobei der spiralförmige Abschnitt in dem hohlen Abschnitt aufgenommen ist.
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Eine spulenförmige Rückstellfeder ist zwischen der Kappe und dem Kolben in der Leiteraufnahmekammer und um einen Röhrenabschnitt herum vorgesehen, welcher auf der Kappe ausgebildet ist, um den hohlen Abschnitt derart zu umgeben, dass die Rückstellfeder von dem spiralförmigen Abschnitt durch den Röhrenabschnitt getrennt ist.
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Mit einem solchen Aufbau kann die Kappe sicher dazu verwendet werden, die Spulenfeder von den jeweiligen Leitern zu separieren und eine Interferenz zwischen diesen zuverlässig und effektiv zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung weist das Ventilgehäuse ferner wenigstens einen zweiten Heizmechanismus zum Beheizen einer äußeren Fläche des Ventilgehäuses und einen dritten Heizmechanismus auf, welcher mit dem Ventilelement beim Öffnen des Ventilelements in Kontakt kommt, um das Ventilelement zu beheizen. Der zweite Heizmechanismus weist eine die äußere Oberfläche des Ventilgehäuses abdeckende wärmeleitende Abdeckung, eine oder mehrere in der wärmeleitenden Abdeckung angebrachte zweite Heizvorrichtung(en) und eine um die wärmeleitende Abdeckung herum angeordnete wärmeisolierende Abdeckung auf, wobei dazwischen ein Spalt verbleibt. Der dritte Heizmechanismus weist einen wärmeübertragenden Körper, welcher auf feste Weise in einer solchen Position angeordnet ist, dass er das Rohr in dem Gehäuse umgibt, eine oder mehrere in dem wärmeübertragenden Körper angebrachte dritte Heizvorrichtung(en) und eine an einem Kopfende des wärmeübertragenden Körpers ausgebildete wärmeübertragende Fläche auf, wobei die wärmeübertragende Fläche so ausgebildet ist, dass sie mit einer wärmeaufnehmenden Fläche des Ventilelements beim Öffnen des Ventilelements in Kontakt kommt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei geöffnetem Ventil.
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2 zeigt einen Querschnitt der ersten Ausführungsform bei geschlossenem Ventil.
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3 zeigt einen Querschnitt eines primären Leiterbündels.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anschlussklemme.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Vakuumventils mit einer Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Vakuumventil 1 ist dafür geeignet, den Druck in einer Vakuumkammer einer Halbleiterherstellungseinrichtung zu reduzieren, und weist einen Ventilöffnungs-/Schließabschnitt 2, der zum Öffnen und Schließen einer Strömungsbahn 14 mit einem Ventilelement 13 ausgebildet ist, einen zylindrischen Arbeitsabschnitt 3 zum Antreiben des Ventilelements 13 und einen wärmeisolierenden Abschnitt 4 auf, der zwischen dem Ventilöffnungs-/Schließabschnitt 2 und dem zylindrischen Arbeitsabschnitt 3 vorgesehen ist. Der Ventilöffnungs-/Schließabschnitt 2 weist erste bis dritte, d. h. drei, Heizmechanismen 5, 6 und 7 auf.
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Der Ventilöffnungs-/Schließabschnitt 2 besitzt ein Ventilgehäuse 10, das aus einem Material wie rostfreiem Stahl (SUS) in der Form eines viereckigen Pols hergestellt ist. Das Ventilgehäuse 10 weist eine Hauptdurchgangsöffnung 11 zur Verbindung mit entweder einer Vakuumkammer oder einer Vakuumpumpe und eine zweite Hauptdurchgangsöffnung 12 zur Verbindung mit dem anderen Anschlussteil auf, wobei die ersten und zweiten Hauptdurchgangsöffnungen 11, 12 in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Das Ventilgehäuse 10 weist ebenso die die beiden Hauptdurchgangsöffnungen 11 und 12 verbindende Strömungsbahn 14 auf, und ein ringförmiger Ventilsitz 15 ist in der Strömungsbahn 14 vorgesehen.
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In dem Ventilgehäuse 10 ist ein tellerartiges Ventilelement 13 zum Öffnen und Schließen des Ventilsitzes 15 vorgesehen. Das Ventilelement 13 wird durch Anbringen eines Dichtelements 13b aus Gummi, das in Kontakt mit dem Ventilsitz 15 kommt und von diesem gelöst wird, an einem äußeren Umfang einer Unterseite einer scheibenförmigen Basis 13a hergestellt. Ein Kopfende-Abschnitt eines hohlen Antriebsrohres 16 ist in einem mittigen Abschnitt einer Rückseite des Ventilelements 13 angebracht und ein Fußende-Abschnitt des Rohres 16 verläuft durch einen Zwischenboden 17 an einem Endabschnitt des Ventilgehäuses 10 und den wärmeisolierenden Abschnitt 4 und erstreckt sich zu dem zylindrischen Arbeitsabschnitt 3, wo es mit einem Kolben 21 verbunden ist. Zwischen der Rückfläche des Ventilelements 13 und dem Zwischenboden 17 ist ein das Rohr 16 umgebender Balg 18 zum Ausdehnen und Zusammenziehen angebracht.
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Auf der anderen Seite hat der zylindrische Arbeitsabschnitt 3 einen über den wärmeisolierenden Abschnitt 4 an den Endabschnitt des Ventilgehäuses 10 angeschlossenen Zylinder 20. Ein Endabschnitt des Zylinder 20 auf einer Seite des wärmeisolierenden Abschnitts 4 ist durch einen Zwischenboden 20a geschlossen und ein gegenüberliegender Endabschnitt des Zylinders 20 ist mit einer Kappe 23 geschlossen. In den Zylinder 20 ist ein Kolben 21 zum Gleiten mittels eines Dichtelements 22 aufgenommen. Das Rohr 16 verläuft durch einen Mittelabschnitt des Zwischenbodens 20a, um mittels eines Dichtelements 28 und eines Führungselements 29 zu gleiten, und erreicht den Kolben 21.
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Auf einer Vorderseite des Kolbens 21 ist zwischen dem Kolben 21 und dem Zwischenboden 20a eine antriebsseitige Druckkammer 24 ausgebildet und an einen Arbeitsanschluss 25 angeschlossen, der in einer Seitenfläche des Zylinders 20 vorgesehen ist. Auf einer Rückseite des Kolbens 21 ist eine rückstellseitige Druckkammer 26 zwischen dem Kolben 21 und der Kappe 23 ausgebildet, und eine spulenförmige Rückstellfeder 27 ist zwischen dem Kolben 21 und der Kappe 23 in der Druckkammer 26 vorgesehen.
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Wenn Druckfluid, wie bspw. Druckluft, über den Arbeitsanschluss 25 in die Druckkammer 24 zugeführt wird, bewegen sich der Kolben 21 und das Rohr 16 unter Zusammendrücken der Rückstellfeder 27 wie in 1 gezeigt, rückwärts. Daher bewegt sich auch das Ventilelement 13 am Kopfende der Stange 16 rückwärts und öffnet den Ventilsitz 15. Wenn der Arbeitsanschluss 25 geöffnet wird, bewegen sich der Kolben 21 und die Stange 16 aufgrund der Rückstellkraft der Rückstellfeder 27 wie in 2 gezeigt vorwärts, und das Ventilelement 13 sitzt auf dem Ventilsitz 15 auf, um den Ventilsitz 15 zu schließen.
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Der erste Heizmechanismus 5 ist auf dem Ventilelement 13 angebracht. Mit anderen Worten sind eine oder mehrere erste Heizvorrichtungen 31 mit Schrauben 32 lösbar und eine Heizungsabdeckung 33, mit der die erste Heizvorrichtung 31 abgedeckt wird, luftdicht und mit Schrauben 34 lösbar auf einem Abschnitt an der Vorderfläche des Ventilelements 13 angebracht, der in einer inneren Öffnung 15a des Ventilsitzes 15 angeordnet ist und der Strömungsbahn 14 gegenüberliegt, wenn das Ventil geschlossen ist. Ein aus einem Thermoelement oder dgl. gebildeter Temperatursensor 35 ist in der ersten Heizvorrichtung 31 angebracht, und eine Heiztemperatur der ersten Heizvorrichtung 31 wird durch einen ersten (nicht dargestellten) Heizungssteuerungskreis mit einem Detektionssignal von dem Temperatursensor 35 geregelt.
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Auch wenn die erste Heizvorrichtung 31 durch Aufnahme eines elektrischen Widerstandsheizelements, wie bspw. Chromnickeldraht in einer metallischen Hülle, mit einer exzellenten Wärmeübertragungseigenschaft in einem elektrisch isolierten Zustand gebildet ist, mag diese auch eine andere Form aufweisen. Die Form der ersten Heizvorrichtung 31 kann eine scheibenförmige, eine ringförmige, eine bogenförmige, eine spiralförmige oder eine gradlinig stabförmige Form aufweisen.
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Von den ersten Heizvorrichtungen 31 und den ersten Temperatursensoren 35 gehen jeweils eine Vielzahl von primären Heizvorrichtungsleitern 31a und primären Sensorleitern 35a aus. Nach dem Einführen dieser primären Leitern 31a und 35a in das Hohlrohr 16 durch eine Öffnung 13c in dem zentralen Abschnitt der Rückseite des Ventilelements 13 verlaufen die Leiter 31a und 35a durch die Stange 16 und werden in die rückstellseitige Druckkammer 26 auf der Rückseite des Kolbens 21 ausgeführt, und die Kopfenden der Leiter 31a und 35a sind jeweils an benötigte Anschlüsse 37a einer Anschlussklemme 37 angeschlossen, die auf der Rückseite des Kolbens 21 angeordnet ist und mit dem Kolben 21 verschoben wird. Diese jeweiligen Leiter 31a und 35a werden in einer kabelartige Führungsröhre eines primären Leiterbündels 39 zusammengefasst, indem sie wie in 3 zu erkennen in eine Röhre 38, wie bspw. ein vorzugsweise eine gewisse Flexibilität aufweisendes Glasrohr, eingeführt werden, welche in einen hohlen Abschnitt des Rohres 16 als primäres Leiterbündel 38 eingeführt wird. Die jeweiligen Leiter 31a und 35a können jedoch auch direkt in das Rohr 16 eingeführt werden, ohne sie in eine solche Röhre 38 einzuführen.
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Am Ende des Zylinders 20 ist ein Anschlussteil 42 auf einen zentralen Abschnitt der Kappe 23 montiert, an das ein äußerer Leiter 41 von dem (nicht dargestellten) Heizungssteuerungskreis angeschlossen werden kann. An das Anschlussteil 42 und die Anschlussklemme 37 sind eine Vielzahl von sekundären Heizvorrichtungsleitern 31b und sekundären Sensorleitern 35b angeschlossen. Diese sekundären Leiter 31b und 35b sind von den primären Heizvorrichtungsleitern 31a und den primären Sensorleitern 35a getrennt ausgebildet. Die einen Enden der sekundären Leiter 31b und 35b sind über die entsprechenden Anschlüsse 37a der Anschlussklemme 37 an die jeweiligen primären Leiter 31a und 35a angeschlossen, und die anderen Enden der Leiter 31b und 35b sind an das Anschlussteil 42 angeschlossen, um eine Verbindung zwischen den primären Leitern 31a und 35a und dem Anschlussteil 42 in der rückstellseitigen Druckkammer zu schaffen. Daher dient die rückstellseitige Druckkammer 26 auch als Kammer zur Aufnahme der sekundären Leiter.
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Die entsprechenden sekundären Leiter 31b und 35b sind in einem kabelförmigen sekundären Leiterbündel 44 zusammengefasst, indem sie in eine flexible Röhre 43 eingeführt werden, und ein spiralförmiger Abschnitt 44a zum Ausdehnen und Zusammenziehen wird in einem mittleren Abschnitt des sekundären Leiterbündels 44 ausgebildet. Der spiralförmige Abschnitt 44a ist in einem in einem zentralen Abschnitt der Kappe 23 ausgebildeten hohlen Abschnitt 23a aufgenommen und zieht sich in den hohlen Abschnitt 23a zusammen. An einer der Druckkammer 26 gegenüberliegenden vorderen Endseite der Kappe 23 umgibt ein Röhrenabschnitt 23b den hohlen Abschnitt 23a. Die Rückstellfeder 27 ist derart angeordnet, dass sie einen äußeren Umfang des Röhrenabschnitts 23b umgibt. Durch den Röhrenabschnitt 23b werden die Rückstellfeder 27 und das sekundäre Leiterbündel 44 voneinander isoliert, so dass sie nicht aufeinander einwirken. Die jeweiligen sekundären Leiter 31b und 35b können auch für sich ohne Einführung in eine Röhre 43 angeordnet werden. In diesem Fall sind die sekundären Leiter 31b und 35b unmittelbar durch den spiralförmigen Abschnitt 44a gebildet.
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Daher sind die primären Heizungsvorrichtungsleiter 31a und die primären Sensorleiter 35a an die sekundären Heizungsvorrichtungsleiter 31b und die sekundären Sensorleiter 35b über die Anschlussklemme 37 und das Anschlussteil 42 entlang einer geraden Achse angeschlossen.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die primären Heizvorrichtungsleiter 31a und die primären Sensorleiter 35a über die auf dem Kolben 21 angebrachte Anschlussklemme 37, das an dem Zylinder 20 angebrachte Anschlussteil 42 und die dazwischen angeschlossenen sekundären Leiter 31b und 35b nach außen gezogen, ohne dass der primäre Heizvorrichtungsleiter 31a und der primäre Sensorleiter 35a unmittelbar aus dem Zylinder 20 gezogen werden. Der spiralförmige Abschnitt 44a zum Expandieren und Kontrahieren ist an den sekundären Leitern 31b und 35b vorgesehen, und Verschiebungen der jeweiligen primären Leiter 31a und 35a, die durch das Öffnen und Schließen des Ventilelements 13 verursacht werden, werden durch ein Ausdehnen und Zusammenziehen des spiralförmigen Abschnitts 44a absorbiert. Im Ergebnis werden die jeweiligen Leiter nicht in den Zylinder 20 hereingezogen oder aus diesem herausgedrückt. Daher werden die entsprechenden Leiter nicht an einer Durchgangsöffnung oder anderen Elementen festgehalten oder verheddern sich mit diesen, und die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilelements 13 werden sicher. Weil der spiralförmige Abschnitt 44a an den sekundären Leitern 31b und 35b vorgesehen ist, die nicht in dem Rohr 16 aufgenommen sind, wirken sich die Gewichte der sekundären Leiter 31b und 35b nicht nachteilig auf die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilelements 13 aus. Weil darüber hinaus der spiralförmige Abschnitt 44a nicht an dem Rohr 16 reibt, werden die entsprechenden Leiter 31b und 35b und die Röhre 43 nicht beschädigt oder abgenutzt, und deren Gleitwiderstände beeinträchtigen die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilelements 13 nicht.
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Auch wenn die Anschlussklemme 37 jede beliebige Form aufweisen kann, solange sie zuverlässig und einfach die jeweiligen Leiter verbindet, weist die in der Ausführungsform gezeigte Anschlussklemme 37, wie 4 zu entnehmen, einen mit Schrauben 46 an dem Kolben 21 befestigten flanschartigen Fußabschnitt 37b, einen von einem mittleren Abschnitt des Fußabschnitts 37b vorstehenden ringförmig-zylindrischen Verbindungsabschnitt 37c und eine Vielzahl von Anschlüssen 37a auf, die radial auf dem Verbindungsabschnitt 37c ausgebildet sind. Die Anschlussklemme 37 ist derart ausgebildet, dass die jeweiligen primären Leiter 31a und 35a und die sekundären Leiter 31b und 35b an die jeweiligen Anschlüsse 37a angeschlossen sind.
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Wenn das Ventilelement 13 mit einer Öffnung 13c versehen ist, durch die der primäre Heizvorrichtungsleiter 31a und der primäre Sensorleiter 35a wie oben beschrieben nach außen geführt werden, kann die Luftdichtigkeit zwischen der Vorder- und der Rückseite des Ventilelements 13 aufgrund der Öffnung 13c verloren werden. Daher wird die Heizungsabdeckung 33 auf der Vorderseite des Ventilelements 13 derart montiert, dass die Öffnung 13c, die erste Heizvorrichtung 31 und der Temperatursensor 35 luftdicht durch die Heizungsabdeckung 33 abgedeckt werden. Durch die Heizungsabdeckung 33 werden die erste Heizvorrichtung 31 und der Temperatursensor 35 geschützt, damit sie nicht mit dem Quellgas in Kontakt kommen und Luftdichtigkeit zwischen der Vorder- und Rückseite des Ventilelements 13 zufriedenstellend hergestellt wird.
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So ist es durch Anbringen der ersten Heizvorrichtung 31 an einem Abschnitt der Vorderseite des Ventilelements 13, die mit dem Quellgas in Kontakt kommt, und durch direkte Beheizung der mit dem Gas in Kontakt stehenden Seite möglich, zuverlässig das Anhaften eines Nebenprodukts aufgrund von Kondensation oder dgl. des Quellgases zu vermeiden. Darüber hinaus kann die erste Heizvorrichtung 31 im Fall eines Fehlers oder um die Heizwertzahl zu ändern durch Lösen der Heizungsabdeckung 33 leicht ausgetauscht werden, weil die erste Heizvorrichtung 31 auf der Vorderseite des Ventilelements 13 angebracht ist.
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Der zweite Heizmechanismus 6 ist an einer äußeren Fläche des Ventilgehäuses 10 angebracht und wie folgt aufgebaut. Der zweite Heizmechanismus 6 hat eine prismaförmige wärmeleitende Abdeckung 50, die so an dem Ventilgehäuse 10 angebracht ist, dass sie die gesamte äußere periphere Fläche umgibt. Die wärmeleitende Abdeckung 50 ist aus einem festen Material, wie bspw. Aluminium, mit einer hervorragenden thermischen Leitfähigkeit hergestellt, um einen bestimmten Grad einer Wanddicke zu erreichen, und ist in engem Kontakt mit der äußeren Fläche des Ventilgehäuses 10 angebracht. Die gesamte wärmeleitende Abdeckung 50 kann einteilig ausgebildet sein oder kann aus einer Vielzahl von miteinander kombinierten Teilen gebildet sein, bspw. unterschiedlichen Teilen, die jeweils den vier Seiten des Ventilgehäuses 10 entsprechen.
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Innerhalb der Wanddicke der wärmeleitenden Abdeckung 50 sind eine Vielzahl von Heizöffnungen 51 parallel zu einer Achse des Ventilgehäuses 10 ausgebildet, und eine röhrenförmige zweite Heizvorrichtung 52 ist in jede dieser Heizöffnungen 51 eingeführt. Die Wärme von der zweiten Heizvorrichtung 52 wird durch die wärmeleitende Abdeckung 50 gleichmäßig verteilt und gleichmäßig auf das gesamte Ventilgehäuse 10 übertragen. Die zweite Heizvorrichtung 52 weist auch einen Temperatursensor 53 und ein kabelartiges Leiterbündel 54 auf, das durch Zusammenfassung der Leiter von der zweiten Heizvorrichtung 52 und dem Temperatursensor 53 gebildet wird, sich nach außen erstreckt und an einen (nicht dargestellten) Heizungssteuerungskreis angeschlossen ist.
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Die zweite Heizvorrichtung 52 kann in vier Ecken der wärmeleitenden Abdeckung 50 oder in einem zentralen Abschnitt der jeweiligen Seiten angeordnet sein. Die Anzahl der zweiten Heizvorrichtungen 52 ist nicht auf vier begrenzt und kann drei oder weniger, fünf oder mehr oder nur eine betragen, abhängig von den Heizbedingungen.
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An einer Außenseite jeder Seite der wärmeleitenden Abdeckung 50 ist eine wärmeisolierende Abdeckung 57 angebracht, um eine Wärmeübertragung von jeder Seite nach außen zu vermeiden. Die wärmeisolierende Abdeckung 57 wird durch eine dünne wärmeverteilende Platte 57b mit der Funktion gebildet, die Wärme von der wärmeleitenden Abdeckung 50 auf eine Innenseite einer wärmeisolierenden Platte 57a in Form einer flachen Platte zu verteilen, die aus Silikongummi, Fluorgummi, geschäumten Fluorgummi oder dgl. gebildet ist. Die wärmeisolierende Abdeckung 57 wird auf jeder Seite der wärmeleitenden Abdeckung 50 durch Schrauben 60 angebracht, wobei ein konstanter Spalt 59 zwischen der wärmeleitenden Abdeckung 50 und der wärmeisolierenden Abdeckung 57 durch das Vorsehen eines Abstandselements 58 dazwischen erhalten wird. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass ein Teil der Schrauben 60 der wärmeisolierenden Abdeckung 57 auch für die Fixierung der zweiten Heizvorrichtung 52 verwendet wird, indem Kopfenden der Schrauben 60 in Kontakt mit der zweiten Heizvorrichtung 52 gebracht werden.
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Die wärmeverteilende Platte 57b kann aus einem wärmeleitenden Material, wie bspw. Aluminium oder anderen Materialien, bestehen. Die wärmeisolierende Abdeckung 57 kann in vier Teile entsprechend den jeweiligen Seiten der wärmeleitenden Abdeckung 50 unterteilt oder als einteiliger Körper gebildet sein.
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Weil der zweite Heizmechanismus 6 die obige Struktur aufweist, wird die Wärme von der zweiten Heizvorrichtung 52 durch die wärmeleitende Abdeckung 50 gleichmäßig über die gesamte Abdeckung verteilt und gleichmäßig auf die gesamte äußere periphere Fläche des Ventilgehäuses 10 übertragen. Demgemäß ist es möglich, die gesamte äußere periphere Fläche des Ventilgehäuses 10 mit günstigen rohrförmigen Heizvorrichtungen 52 über die wärmeleitende Abdeckung 50 zu beheizen, obwohl das Ventilgehäuse 10 aus einem Material wie SUS mit geringeren wärmeleitenden Eigenschaften besteht.
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Darüber hinaus weist der dritte Heizmechanismus 7 den wärmeleitenden Körper 62 auf, der innerhalb des Balgs 18 in dem Ventilgehäuse 10 entlang des Rohres 16 angeordnet ist, wobei eine oder mehrere dritte Heizvorrichtung(en) 63 in dem wärmeleitenden Körper 62 angebracht sind. Der wärmeleitende Körper 62 ist unter Verwendung eines metallischen Materials, wie bspw. Aluminium, mit hervorragenden wärmeleitenden Eigenschaften in einer zylindrischen Form ausgebildet und konzentrisch um das Rohr 16 mit einem minimalen Abstand dazwischen angeordnet. Durch Befestigung eines Fußendeabschnitts des wärmeleitenden Körpers 62 an den Zwischenboden 17 mit einem Bolzen wird der wärmeleitende Körper 62 in einer festgelegten Position in dem Ventilgehäuse 10 in festgelegter Weise fixiert. Innerhalb der Wanddicke des wärmeleitenden Körpers 62 sind eine oder mehrere Heizvorrichtungsöffnung(en) 64 parallel zu der Mittelachse des wärmeleitenden Körpers 62 ausgebildet, und die stangenartigen dritten Heizvorrichtungen 63 sind in den Heizvorrichtungsöffnungen 64 parallel zu dem Rohr 16 angebracht. Ein Kopfendeabschnitt des wärmeleitenden Körpers 62 ist als ringförmige wärmeleitende Fläche 62a ausgebildet, und die wärmeleitende Fläche 62a weist einen bestimmten Abstand zu dem Ventilelement 13 auf und kommt mit diesem nicht in Kontakt, wenn das Ventilelement 13 wie in 2 gezeigt vorwärts in eine das Ventil schließende Position bewegt wurde. Es kommt jedoch in Kontakt mit einer ringförmigen, wärmeempfangenden Seite 13c auf der Rückseite des Ventilelements 13, wenn sich das Ventilelement rückwärts in eine Ventilöffnung bewegt, wie in 1 dargestellt.
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Die dritte Heizvorrichtung 63 weist ebenso einen Temperatursensor 65 auf, und ein kabelartiges Leiterbündel 66, das durch Zusammenfassen der Leiter der dritten Heizvorrichtungen 63 und der Temperatursensoren 65 gebildet ist, wird durch eine Öffnung 4b in einer Seite des wärmeisolierenden Abschnitts 4 herausgeführt. In diesem Fall braucht das Leiterbündel 66 nicht gebogen oder in eine spulenförmige Form gebracht zu werden, weil die dritten Heizvorrichtungen 63 nicht verschoben werden.
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Der dritte Heizmechanismus 7 funktioniert wie folgt. Wie in 2 gezeigt, befindet sich das Ventilelement 13 in einem bestimmten Abstand von dem wärmeübertragenden Körper 62, wenn das Ventilelement 13 den Ventilsitz 15 schließt, und durch den wärmeleitenden Körper 62 wird keine Wärme von der dritten Heizvorrichtung 63 auf die wärmeaufnehmende Seite 13c übertragen. Wenn sich das Ventilelement 13 jedoch rückwärts bewegt, um den Ventilsitz 15 wie in 1 dargestellt zu öffnen, kommt die wärmeaufnehmende Seite 13d des Ventilelements 13 in Kontakt mit der wärmeleitenden Fläche 62a am Kopfende des wärmeleitenden Körpers 62 und Wärme von der dritten Heizvorrichtung 63 wird von dem wärmeleitenden Körper 62 übertragen und die wärmeaufnehmende Fläche 13d wird beheizt. Wie zuvor beschrieben ist das Beheizen sehr effektiv und das Anhaften von Nebenprodukten kann zuverlässig vermieden werden, weil das Ventilelement 13 direkt durch die dritten Heizvorrichtungen 63 beheizt wird, wenn das Ventilelement 13 geöffnet ist und in Kontakt mit einer großen Menge von Quellgas kommt. Obwohl eine Innenseite des Balgs 18 atmet und einen zeitweiligen Temperaturabfall durch Ausdehnen und Zusammenziehen des Balgs 18 hervorruft, das durch die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilelements 13 hervorgerufen wird, wird der Temperaturabfall sehr klein gehalten, weil das Innere des Balgs 18 konstant durch die dritten Heizvorrichtungen 63 über den wärmeleitenden Körper 62 beheizt wird und das Beheizen des Ventilelements 13 auf eine hohe Temperatur möglich ist.
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Darüber hinaus ist der wärmeisolierende Abschnitt 4 aus einem zylindrischen wärmeisolierenden Element 4a gebildet, das eine Vielzahl von Luftzirkulationslöchern 4b aufweist, wobei das wärmeisolierende Element 4a konzentrisch zwischen dem Ventilgehäuse 10 und dem Zylinder 20 angeordnet ist, um das Rohr 16 zu umgeben. Das Rohr 16 wird durch in dem wärmeisolierenden Element 4a zirkulierende Luft gekühlt. Mit anderen Worten fließt durch die ersten Heizvorrichtungen 31 und die dritten Heizvorrichtungen 63 auf das Rohr 16 übertragende Wärme von dem Rohr 16 zu dem Kolben 21, wobei jedoch ein großer Teil dieser Wärme aufgrund von Wärmestrahlung in dem wärmeisolierenden Abschnitt 4 abgefangen und nur wenig Wärme zu dem Kolben 21 transportiert wird.
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Auch wenn das Vakuumventil in der beschriebenen Ausführungsform drei Heizmechanismen 5 bis 7 aufweist, ist es auch möglich, dass bspw. der dritte Heizmechanismus 7 weggelassen wird und nur der erste und zweite Heizmechanismus 5 und 6 vorgesehen sind.
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Die Rückstellfeder 27 kann zwischen dem Zwischenboden 17 und dem Ventilelement 13 innerhalb des Balgs 18 statt, wie in der Zeichnung dargestellt, in der rückstellseitigen Druckkammer 26 hinter dem Kolben 21 vorgesehen werden.
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Die Form des Ventilgehäuses 10 ist nicht auf einen viereckigen Pol beschränkt und kann eine rund-zylindrische Form oder andere Formen aufweisen. Es ist unnötig darauf hinzuweisen, dass in diesem Fall die wärmeleitende Abdeckung 62 und die wärmeisolierende Abdeckung 57 in dem zweiten Heizmechanismus 6 in an diese Form angefassten Formen ausgeführt sind.
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Gemäß dem Vakuumventil der Erfindung werden die primären Leiter über die sekundären Leiter herausgeführt, ohne die sich von den an dem Ventilelement angebrachten Heizvorrichtung und Temperatursensor erstreckenden primären Leitungen unmittelbar herauszuführen. Der spiralförmige Abschnitt ist in den sekundären Leitern ausgebildet und die durch Öffnen und Schließen des Ventilelements hervorgerufenen Verschiebungen der primären Leiter werden durch Ausdehnen und Zusammenziehen des spiralförmigen Abschnitts absorbiert. Im Ergebnis werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden und die Öffnungs- und Schließoperationen der Ventilelemente können sicher ausgeführt werden.
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Eine Heizvorrichtung und ein Temperatursensor sind an einem Ventilelement angebracht, das zum Öffnen und Schließen durch einen Kolben und ein Rohr angetrieben wird, wobei sich von der Heizvorrichtung und dem Temperatursensor erstreckende primäre Leiter mit einer auf dem Kolben angebrachten Anschlussklemme verbunden sind, ein einen spiralförmigen Abschnitt zum Ausdehnen und Zusammenziehen aufweisender sekundärer Leiter zwischen der Anschlussklemme und einem auf einer Kappe montierten Anschlussteil angeschlossen ist, und durch das Öffnen und Schließen des Ventilelements verursachte Verschiebungen der primären Leiter durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des spiralförmigen Abschnitts absorbiert werden.
