DE10394005B4

DE10394005B4 - Pendelventil-Baugruppe

Info

Publication number: DE10394005B4
Application number: DE10394005T
Authority: DE
Inventors: Paul D. Melrose Lucas
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: KR100879142B1; AU2003293158A1; WO2004061341A3; WO2004061341A2; KR20050101165A; GB2412957A; GB0513271D0; US20040124392A1; JP2006512548A; AU2003293158A8; JP4387954B2; GB2412957B; DE10394005T5; WO2004061341A8; US6776394B2

Abstract

Ventilbaugruppe mit:
einem Gehäuse (12), das einen Innenraum (14) und eine Öffnung (18, 20) einschließt, durch die ein Strömungsmittel in den Innenraum (14) eintreten und aus diesem austreten kann;
einem Ventilkörper (26), der in dem Innenraum (14) des Gehäuses (12) zwischen einer vollständig geöffneten Stellung, die eine Strömungsmittel-Strömung durch die Öffnung (18, 20) ermöglicht, und einer vollständig geschlossenen Stellung beweglich ist, in der die Strömungsmittel-Strömung durch die Öffnung (18, 20) hindurch verhindert wird;
Betätigungseinrichtungen (28, 38), die Nockeneinrichtungen mit einer Nockenfläche (34) und einem Nockenfolger (36) einschließen, der von der Nockenfläche (34) aufgenommen wird, um sich entlang dieser zu bewegen und von der Nockenfläche (34) geführt zu werden, wobei die Betätigungseinrichtungen mit dem Ventilkörper (26) derart verbunden sind, dass:
(i) sich der Ventilkörper (26) mit den Betätigungseinrichtungen (28, 38) um die Längsachse (32) zwischen der vollständig offenen Stellung und einer Zwischenstellung drehen kann, in der der...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Pendel- oder Schieberventil-Baugruppen und insbesondere auf eine Pendelventil-Baugruppe, die eine neue und verbesserte Anordnung einschließt, die sowohl eine Dreh- als auch Axialbewegung einer Klappe der Pendelventil-Baugruppe ergibt.
Hintergrund der Erfindung
Eine Pendelventil-Baugruppe schließt allgemein ein Gehäuse ein, das ein Pendelventil einschließt und einen Innenraum und zwei Öffnungen einschließt, durch die hindurch gasförmiges Strömungsmittel in den Innenraum eintreten und aus diesem austreten kann. Pendelventil-Baugruppen sind insbesondere in Zuführungssystemen für Gase mit hoher Reinheit nützlich, wie sie beispielsweise bei der Halbleiter-Herstellung oder anderen Dünnfilm-Beschichtungsprozessen verwendet werden. Wie der Name andeutet, verschwenkt ein Pendelventil zwischen offenen und geschlossenen Stellungen und schließt einen Ventilkörper ein, der üblicherweise als eine Scheibe oder eine Klappe vorgesehen ist, die mit einer drehbaren Welle über einen Schwenkarm verbunden ist. In einer vollständig geöffneten Stellung wird die Klappe des Pendelventils aus dem durch die Öffnungen definierten Strömungspfad heraus bewegt, so dass das Strömungsmittel in den Innenraum des Gehäuses eintreten und aus diesem austreten kann, während in einer vollständig geschlossenen Stellung die Klappe in Abdichtberührung mit einem Ventilsitz bewegt wird, der eine der Öffnungen umgibt, so dass das Strömungsmittel nicht in den Innenraum eintreten kann.
Die Bewegung der Klappe erfordert üblicherweise eine Drehbewegung (das heißt eine Schwenk-Bewegung oder seitliche Bewegung) zwischen der vollständig geöffneten Stellung und einer Zwischenstellung, und dann zumindest eine gewisse längsgerichtete (das heißt Translations-, Linear- oder Axial-) Bewegung von der Zwischenstellung auf eine vollständige geschlossene Stellung, in der die Klappe in Dichtungsberührung mit dem Ventilsitz steht. Um diese Kombination einer Dreh- und Translationsbewegung zu erzielen, haben einige bekannte Pendelventile typischerweise mehrfache Betätigungs- oder Stellgliedelemente verwendet.
Zusätzlich steigt in einem ”Standard”-Schieber- oder Pendelventil die Gasströmung sehr schnell an, wenn die Klappe beginnt, die Öffnung des Ventilgehäuses freizugeben. Weil es üblicherweise eine Überlappung zwischen der Klappe und der Öffnung gibt (das heißt, die Klappe weist einen größeren Durchmesser als die Öffnung auf) führt außerdem die Anfangsbewegung der Klappe nur zu einer geringen Änderung der Strömung, wenn überhaupt. Die Gesamt-Strömungsleitung schließt eine sehr geringe Änderung der Strömung gefolgt von einer sehr schnellen Änderung der Strömung (und umgekehrt, wenn die Klappe geschlossen wird) ein, was zu einer schlechten Steuerung der Strömung (Strömungsleitung) in diesem Betriebsbereich des Ventils führt.
Das US Patent 6089537 auf dem Namen von Olmsted, das auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und durch diese Bezugnahme hier vollinhaltlich mit aufgenommen wird, beschreibt eine verbesserte Pendelventil-Baugruppe, die einen einfachen rotierenden Nockenmechanismus verwendet, der präzise die Dreh- und Langsbewegung des Ventilkörpers zwischen einer vollständig geöffneten Position und einer vollständig geschlossenen Position steuert. Die US Patente 6161576 , 6328051 und 6409149 beschreiben ebenfalls verbesserte Pendelventil-Baugruppen und -Systeme.
Aus dem GB-Patent 1 111 281 ist weiterhin eine Pendelventil-Baugruppe bekannt, bei der eine mit dem Ventilkörper über einen Schwenkarm verbundene Welle in dem Gehäuse über eine Betätigungseinrichtung drehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Diese Welle trägt einen Nockenfolger, der mit einem in einem Ansatz des Gehäuses ausgebildeten Nockenfläche in Eingriff kommt, wobei die Welle weiterhin an ihrem freien Ende ein Außengewinde trägt, das mit einem in Axialrichtung gegenüber dem Gehäuse festgelegten und mit Innengewinde versehenen Handrad in Eingriff steht, um sowohl eine Drehung als auch eine axiale Verschiebung der Welle hervorzurufen. Hierbei ergeben sich insbesondere bei hohen Über- oder Unterdrücken Abdichtungsprobleme, und es ergibt sich insgesamt ein komplizierter Aufbau, und eine exakte Kontrolle sowohl der Axial- als auch der Drehbewegung ist aufgrund der Z-förmigen Ausgestaltung der Nockenfläche nicht erreichbar.
Was immer noch erwünscht ist, ist jedoch eine neue und verbesserte Pendelventil Baugruppe, die eine neue verbesserte Betätigungseinrichtung zur Schaffung sowohl einer Dreh- als auch eine Längsbewegung eines Ventilkörpers oder einer Klappe der Ventilbaugruppe zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung einschließt. Vorzugsweise kann eine Auflösung der Längsbewegung der Anordnung unabhängig von einer Auflösung der Drehbewegung gewählt werden. Was weiterhin erwünscht ist, ist eine neue und verbesserte Pendelventil-Baugruppe, die eine besser steuerbare und gleichförmige Änderung der Strömungsleitung durch die Ventilbaugruppe während des Öffnens und Schließens des Ventils ergibt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ergibt eine neue und verbesserte Ventilbaugruppe, die ein Gehäuse mit einem Innenraum und einer Öffnung, durch die Strömungsmittel in den Innenraum eintreten und aus diesem austreten kann, einen Ventilkörper, der in den Innenraum zwischen einer vollständig geöffneten Position, die eine Strömungsmittel-Strömung durch die Öffnung ermöglicht, und einer vollständig geschlossenen Stellung beweglich ist, die eine Strömungsmittel-Strömung durch die Öffnung verhindert, und eine Hülse einschließt, die in Längsrichtung entlang einer Längsachse und um diese herum drehbar beweglich ist. Die Hülse ist mit dem Ventilkörper derart verbunden, dass sich der Ventilkörper mit der Hülse um die Längsachse zwischen der vollständig geöffneten Stellung und einer Zwischenstellung drehen kann, in der der Ventilkörper im wesentlichen mit der Öffnung ausgerichtet ist, jedoch in Längsrichtung in Abstand von dieser angeordnet ist, so dass sich der Ventilkörper in Längsrichtung mit der Hülse zwischen der Zwischenstellung und der vollständig geschlossenen Stellung bewegen kann.
Entweder das Gehäuse oder die Hülse schließt eine Nockenfläche ein, und die Hülse oder das Gehäuse schließt einen Nockenfolger ein, der von der Nockenfläche aufgenommen wird. Die Baugruppe schließt auch eine Welle ein, die sich entlang der Längsachse der Hülse erstreckt und um diese drehbar ist, wobei die Welle in Schraubengewinde-Eingriff mit der Hülse ist, so dass eine Drehung der Welle eine Drehung oder eine längsgerichtete Bewegung der Hülse mit dem Nockenfolger hervorruft.
Neben anderen Gesichtspunkten und Vorteilen der vorliegenden Erfindung kann der Ventilkörper der Ventilbaugruppe sowohl eine Dreh- als auch eine Längsbewegung zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung ausführen. Die Ventilbaugruppe der vorliegenden Erfindung ergibt weiterhin eine Auflösung der Längsbewegung, die unabhängig von einer Auflösung der Drehbewegung des Ventilkörpers gewählt werden kann. Weiterhin ergibt die vorliegende Erfindung eine neue und verbesserte Pendelventil-Baugruppe, die eine besser steuerbare und gleichförmigere Änderung der Strömungsleitung durch die Ventilbaugruppe während des Öffnens und Schließens des Ventils ergibt.
Zusätzliche Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung erkennbar, in der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben sind, und zwar einfach zur Erläuterung der besten Ausführungsformen, die für die Durchführung der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden. Wie dies zu erkennen ist, kann die Erfindung in anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen ausgeführt werden, und die verschiedenen Einzelheiten können in verschiedenen naheliegenden Arten modifiziert werden, all dies ohne von der Erfindung abzuweichen. Entsprechend sollen die Zeichnungen und die Beschreibung als erläuternd und nicht als beschränkend betrachtet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen durchgehend gleiche Elemente darstellen, und in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Zuführungssystems für hochreine Gase ist, die ein Ausführungsbeispiel einer Pendelventil-Baugruppe einschließt, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und einen Ventilkörper aufweist, der in Drehrichtung und Längsrichtung zwischen geschlossenen und offenen Stellung beweglich ist, wie dies gezeigt ist;
2 eine perspektivische Ansicht des Pendelventils nach 1 ist;
3 eine Schnittansicht der Pendelventil-Baugruppe nach den 1 und 2 ist, wobei der Ventilkörper in einer Zwischenstellung gezeigt ist;
4 eine Seitenansicht eines Nockenfolgers, einer Nockenhülse und einer Schraubengewinde-Welle der Pendelventil-Baugruppe nach den 1 bis 3 ist;
5 eine auseinandergezogene perspektivische Seitenansicht des Nockenfolgers, der Nockenhülse und der Schraubengewinde-Welle der Pendelventil-Baugruppe nach den 1 bis 3 ist, wobei ein Teil der Nockenhülse weggebrochen dargestellt ist; und
6 eine graphische Darstellung der Strömungsleitung durch eine Ventilbaugruppe gegenüber einem prozentualen Anteil ist, mit dem die Ventilbaugruppe offen ist, wobei ein Vergleich zwischen einer vorhandenen Ventilbaugruppe und einer Ventilbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Pendelventil-Baugruppe 10 gezeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und allgemein ein Gehäuse 12 einschließt, das einen ein Pendelventil 16 enthaltenden Innenraum 14 umgrenzt und zwei gegenüberliegende Öffnungen 18, 20 aufweist, durch die hindurch Gas in den Innenraum eintreten und aus diesem austreten kann. Ventilsitze 22, 24 sind in dem Innenraum 14 des Gehäuses 12 um die Kanten der Öffnungen 18, 20 herum vorgesehen. Wie dies gezeigt ist, schließt das Pendelventil 16 einen Ventilkörper 26 ein, der zwischen einer vollständig geöffneten Stellung, in der die Strömungsmittel-Strömung durch die Öffnung 18 ermöglicht wird, wie dies mit strichpunktierten Linien gezeigt ist, und einer vollständig geschlossenen Stellung bewegt wird, in der die Strömungsmittel-Strömung durch die Öffnung 18 hindurch verhindert wird, wie dies mit durchgezogenen Linien gezeigt ist.
Wie dies weiterhin gezeigt ist, kann die erste der Öffnungen 18 der Pendelventil-Baugruppe 10 beispielsweise mit einer Prozesskammer verbunden werden, und eine zweite der Öffnungen 20 kann mit einer Vakuumpumpe verbunden werden, um einen Teil eines Zuführungssystems für hochreine Gase zu bilden, wie sie beispielsweise bei der Halbleiter-Herstellung oder anderen Dünnfilm-Beschichtungsprozessen verwendet werden, die bei sehr niedrigen Drücken (einem hohen Vakuum) durchgeführt werden, beispielsweise bei einem Druck in der Größenordnung von einem Torr oder weniger. Im allgemeinen wird ein Werkstück, wie zum Beispiel einer Halbleiter-Scheibe, in der Kammer angeordnet, während ein Prozess-Gas in die Kammer eingeleitet wird, um chemisch mit dem Werkstück in einer vorgegebenen Weise zu reagieren. Die chemische Reaktion kann einen Restbestandteil erzeugen, wie dies gezeigt ist.
Die Pendelventil-Baugruppe 10 trägt dazu bei, die Strömung des Gases zwischen der Prozesskammer und der Vakuumpumpe dadurch zu steuern, dass die Position der Klappe 26 zwischen der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung gesteuert wird. Wenn sie sich in der geschlossenen Stellung befindet, kommt die Klappe 26 in Dichtungsberührung mit dem Ventilsitz 22, der in dem Innenraum 14 um den Rand der ersten Öffnung 18 herum vorgesehen ist.
Gemäß den 2 bis 5 ergibt die vorliegende Erfindung eine Anordnung, die präzise die Dreh- und Längsbewegung des Ventilkörpers 26 zwischen der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung kontrolliert. Im Einzelnen und gemäß den 3 bis 5 schließt die Anordnung eine Hülse 28 ein, die in Längsrichtung entlang einer Längsachse 32 beweglich und um diese drehbar ist. Die Hülse 28 ist mit dem Ventilkörper 26 derart verbunden, dass sich der Ventilkörper mit der Hülse um die Längsachse 32 zwischen der vollständig geöffneten Stellung und einer Zwischenstellung drehen kann, in der der Ventilkörper 26 im wesentlichen mit der Öffnung 18 ausgerichtet jedoch von dieser in Längsrichtung in Abstand angeordnet ist, wie dies in 3 gezeigt ist, so dass sich der Ventilkörper 26 in Längsrichtung mit der Hülse 28 zwischen der Zwischenstellung und der vollständig geschlossenen Stellung bewegen kann. Die Hülse 28 ist mit dem Ventilkörper 26 über einen Schwenkarm 30 verbunden, der sich im wesentlichen senkrecht zu der Achse 32 erstreckt.
Entweder das Gehäuse 12 oder die Hülse 28 schließt eine Nockenfläche 34 ein, und die Hülse oder das Gehäuse schließt einen Nockenfolger 26 ein, der von der Nockenfläche aufgenommen wird. Die Baugruppe 10 schließt weiterhin eine Welle 38 ein, die sich entlang der Längsachse 32 der Hülse 28 erstreckt und um diese drehbar ist, wobei die Welle in Schraubengewinde-Eingriff mit der Hülse steht, so dass eine Drehung der Welle entweder eine Drehung oder eine Längsbewegung der Hülse mit dem Nockenfolger 36 hervorruft.
Um die Position der Klappe 26 zu steuern, ist die Baugruppe 10 mit einem Motor 48 und einem Getriebemechanismus versehen, die an dem Gehäuse 12 befestigt sind, wie dies in 3 gezeigt ist. Der Motor 48 ist vorzugsweise ein in seiner Drehrichtung umkehrbarer Schrittmotor und schließt eine Motorwelle ein, an der ein erstes drehbares Zahnrad 52 des Getriebemechanismus befestigt oder auf andere Weise vorgesehen ist. Der Getriebemechanismus schließt weiterhin ein drehbares Zahnrad 54 ein, das sich entgegengesetzt zur Drehbewegung des ersten drehbaren Zahnrades 52 dreht, wenn der Motor 48 das Zahnrad in Drehrichtung antreibt. Das zweite drehbare Zahnrad 54 ist an einem Ende der Längswelle 38 des Pendelventils 16 befestigt.
Die Welle 38 ist in Längsrichtung gegenüber der Hülse 28 festgelegt. Wie dies am besten in 5 zu erkennen ist, ist die Nockenhülse 28 mit Innengewinde 40 versehen, das mit Außengewinde 42 der Welle 38 in Eingriff steht. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel steht das Außengewinde 42 in direktem Kontakt mit dem Innengewinde 40. Alternativ könnten jedoch auch Lagerkugeln zwischen dem Außengewinde und dem Innengewinde vorgesehen sein, das heißt eine Kugelmutter-Anordnung. In jedem Fall bewegt sich bei einer Drehung der Welle 38 die Nockenhülse 28 normalerweise in Längsrichtung entlang der Achse 32. Wenn jedoch die Nockenhülse 28 durch die Nockenfläche 34 und den Nockenfolger 36 an einer Bewegung in Längsrichtung gehindert ist, dreht sich die Nockenhülse 28 mit der Welle 38.
In dem Ausführungsbeispiel nach den 3 bis 5 ist der Nockenfolger 36 an dem Gehäuse 12 in einer Position befestigt, die gegenüber der beweglichen Hülse 28 festgelegt ist, und die Nockenfläche 34 ist in einer äußeren Seitenoberfläche der Hülse 28 vorgesehen. Wie dies am besten in den 4 und 5 gezeigt ist, schließt die Nockenfläche 34 einen sich seitlich erstreckenden ersten Teil 60, einen sich in Längsrichtung erstreckenden zweiten Teil 62 und einen Zwischen- oder Übergangsteil 64 ein, der die ersten und zweiten Teile verbindet. Im allgemeinen ist daher die Nockenoberfläche 34 „L-förmig”.
Der sich seitlich erstreckende erste Teil 60 bewirkt, dass sich die Hülse 28 und die Klappe 26 in einer Ebene parallel zu der ersten Öffnung 18 drehen, wobei sie von der vollständig offenen Stellung (wie sie in strichpunktierten Linien in 1 gezeigt ist) auf eine Zwischenstellung gedreht werden, in der die Klappe 26 im wesentlichen mit der ersten Öffnung 18 ausgerichtet ist, wie dies in 3 gezeigt ist. Die Klappe 26 bewegt sich in der parallelen Ebene, weil der erste Teil 60 der Nockenfläche 34 dem Nockenfolger 36 in einer reinen Drehbewegung bei einer Drehung der Welle 38 folgt. Die Hülse 28 wird an einer Bewegung in Längsrichtung durch den Nockenfolger 36 gehindert, während sich der erste Teil 60 über den Nockenfolger 36 bewegt.
Der sich in Längsrichtung erstreckende zweite Teil 62 der Nockenfläche 34 bewirkt jedoch, dass sich die Hülse 28 und die Klappe 26 parallel zu der Hülsenachse 32 in Richtung auf die erste Öffnung 18 bewegen, bis die Klappe 26 mit dem Ventilsitz 22 in Eingriff kommt (wie dies mit durchgezogenen Linien in 1 gezeigt ist). Die Hülse 28 wird durch den Nockenfolger 36 an einer Drehung gehindert, während sich der zweite Teil 62 über den Nockenfolger 36 hinweg bewegt.
Der Übergangsteil 64 der Nockenfläche 34 erstreckt sich sowohl in Längsrichtung als auch seitlich, so dass er eine Kombination von sowohl einer Drehbewegung als auch einer Längsbewegung der Hülse 28 und der Klappe 26 hervorruft. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Übergangsteil 24 der Nockenfläche 34 mit einer gekrümmten Form versehen, er könnte jedoch auch mit einer geradlinigen Form versehen sein, wenn dies erwünscht ist. Die Schraubenwelle 38, die Nockenhülse 28, die Nockenfläche 34 und der Nockenfolger 36 ergeben somit einen verbesserte aber dennoch einfache und wirksame Anordnung zur Erzeugung einer Dreh- und Längsbewegung des Pendelventils 16. Die Ventilbaugruppe 10 der vorliegenden Erfindung ergibt weiterhin eine Auflösung der Längsbewegung des Ventilkörpers 26, die unabhängig von einer Auflösung der Drehbewegung des Ventilkörpers 26 ausgelegt wenden kann, indem einfach die Länge des ersten Teils 60 der Nockenfläche 34, die Länge des zweiten Teils 62 der Nockenfläche, die Länge und die Krümmung des Übergangsteils 64 der Nockenfläche oder die Steigung der Schraubengewinde 40, 42 geändert wird.
Wie dies weiterhin in 3 gezeigt ist, kann die Baugruppe 10 weiterhin federbelastete Kolben 70 einschließen, die so angeordnet sind, dass sie den Ventilkörper 26 in Längsrichtung gegen den Ventilsitz 22 der Öffnung 18 vorspannen, wenn der Ventilkörper im wesentlichen in die vollständig geschlossene Stellung bewegt wird. Ein O-Ring 72 ist auf der Klappe 26 vorgesehen, um eine Abdichtung zwischen der Klappe und dem Ventilsitz 22 zu erzielen.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann die Baugruppe 10 einen zweiten Ventilkörper einschließen, der in dem Gehäuse 12 zwischen einer vollständig geöffneten Stellung, die den Durchgang eines Strömungsmittels durch die zweite Öffnung 20 ermöglicht, und einer vollständig geschlossenen Stellung beweglich ist, in der das Strömungsmittel nicht durch die zweite Öffnung 20 strömen kann. Ein Beispiel einer derartigen Anordnung ist in den US Patenten 6328051 und 6409149 gezeigt, die beide auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen wurden und durch diese Bezugnahme hier vollinhaltlich aufgenommen werden. Die Baugruppe 10 kann auch mit einer ringförmigen Abdeckung versehen sein, die zwischen einer Abdeckstellung, in der die Abdeckung den Ventilsitz 24 der zweiten Öffnung 20 schützt, und einer nicht abgedeckten Stellung beweglich ist, in der die Abdeckung im Abstand von der zweiten Öffnung angeordnet ist, so dass ein zweiter Ventilkörper mit dem Ventilsitz 24 der zweiten Öffnung 20 in Eingriff kommen kann. Ein Beispiel einer derartigen Anordnung ist in dem US Patent 6409149 gezeigt.
Es ist zu erkennen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann, obwohl die Nockenfläche 34 in der Nockenhülse 28 vorgesehen ist, und der Nockenfolger 36 an dem Gehäuse 12 befestigt ist, die Anordnung umgekehrt werden.
6 ist eine graphische Darstellung der Strömungsleitung durch eine Ventilbaugruppe gegenüber einem prozentualen Teil, mit dem die Ventilbaugruppe offen ist, für ein 200 mm Ventil, wobei ein Vergleich zwischen einer vorhandenen Ventilbaugruppe, die durch die Linie „II” gezeigt ist, und einer Ventilbaugruppe gezeigt ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wie zum Beispiel die Ventilbaugruppe 10, die in den 1 bis 5 gezeigt ist und durch die Linie „I” dargestellt ist. Ein Beispiel einer vorhandenen Ventilbaugruppe ist ein Pendelventil der Serie 65 der Firma VAT Vakuumventile AG, Haag, Schweiz (www.vatvalve.com).
Wie dies durch die Linie „II” der graphischen Darstellung nach 6 gezeigt ist, ändert sich, wenn das Pendelventil der Serie 65 zunächst geöffnet wird, die Strömung durch das Ventil nur wenig, und geht dann zu einer relativ schnellen Änderung der Strömung über eine relativ kleine Änderung des Winkels über (4 bis 6% offen). Diese schnelle Änderung der Steigung der Strömungsleitungs-Kurve führt zu einer schlechten Kontrolle der Strömungsleitung (und damit zu einer schlechten Steuerung oder Kontrolle des Druckes innerhalb der Prozesskammer).
Wie dies durch die Linie „I” graphischen Darstellung nach 6 gezeigt ist, kann, wenn der Ventilkörper 26 der Ventilbaugruppe 10, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, zunächst von der vollständig geschlossenen Stellung fortbewegt wird, die Strömung mit einer relativ konstanten Steigung (Strömungsleitung gegenüber % Öffnung) ansteigen, wenn die logarithmischlineare Beziehung betrachtet wird (beispielsweise ungefähr 7 L/S während der ersten 3,5% bis 4% der Ventilöffnung), indem zunächst der axiale Spalt zwischen dem Ventilkörper 26 und dem Ventilsitz 22 der Öffnung 12 vergrößert wird. Gleichzeitig wird der Ventikörper 26 gedreht, so dass der Übergang auf die Hauptströmung (von der angenommen wird, dass sie auftritt, wenn die Klappe beginnt, die Öffnung in dem Gehäuse freizugeben) gleichförmig und glatt ist und diese konstante Steigung während des Überganges beibehält. Weil eine Ventilbaugruppe, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, eine feine Auflösung der Längsbewegung des Ventilkörpers 26 ergibt, die unabhängig von einer Auflösung der Drehbewegung des Ventilkörpers 26 ausgelegt werden kann, kann die Strömungs-Charakteristik des Pendelventils so zugeschnitten werden, dass sie die Anforderungen der speziellen Anwendung dieses Ventils erfüllt. Im Fall der Anwendung des Ventils für die Halbleiter-Industrie besteht beispielsweise die Forderung darin, dass sich eine feine Steuerung in der Nähe der geschlossenen Stellung, jedoch eine hohe Strömungsleitung (Strömung) in der vollständig offenen Stellung ergibt, wie dies durch die Linie I der graphischen Darstellung nach 6 gezeigt ist. Neben anderen Vorteilen und Merkmalen ergibt daher die vorliegende Erfindung eine Ventilbaugruppe, die einen sehr großen Steuerbereich und eine gleichförmige Strömungsleitungs-(Strömungs-)Kurve hat, wenn der Ventilkörper beginnt, von einer vollständig geschlossenen Stellung fort bewegt zu werden.
Somit wurde eine neue und verbesserte Pendelventil-Baugruppe 10, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, beschrieben. Insbesondere ergibt die vorliegende Erfindung eine neue und verbesserte, und dennoch einfache und effektive Anordnung zur Schaffung einer Bewegung der Klappe 26 der Pendelventil-Baugruppe 10 in zumindest zwei Richtungen. Die in dieser Beschreibung angegebenen Ausführungsbeispiele wurden lediglich zu Erläuterungszwecken und nicht als Beschränkung angegeben, und verschiedene Modifikationen, Kombinationen und der Ersatz von Teilen kann durch den Fachmann durchgeführt werden, ohne von dem Grundgedanken oder Schutzumfang dieser Erfindung in ihren breiteren Gesichtspunkten abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüche angegeben sind. Die Ventilbaugruppe der vorliegenden Erfindung, wie sie hier offenbart ist, und alle Elemente hiervon sind im Schutzumfang von zumindest einem der folgenden Ansprüche enthalten. Es sollen keine Elemente der hier beschriebenen Ventilbaugruppe ausgeschlossen werden.

Claims

Ventilbaugruppe mit: einem Gehäuse (12), das einen Innenraum (14) und eine Öffnung (18, 20) einschließt, durch die ein Strömungsmittel in den Innenraum (14) eintreten und aus diesem austreten kann; einem Ventilkörper (26), der in dem Innenraum (14) des Gehäuses (12) zwischen einer vollständig geöffneten Stellung, die eine Strömungsmittel-Strömung durch die Öffnung (18, 20) ermöglicht, und einer vollständig geschlossenen Stellung beweglich ist, in der die Strömungsmittel-Strömung durch die Öffnung (18, 20) hindurch verhindert wird; Betätigungseinrichtungen (28, 38), die Nockeneinrichtungen mit einer Nockenfläche (34) und einem Nockenfolger (36) einschließen, der von der Nockenfläche (34) aufgenommen wird, um sich entlang dieser zu bewegen und von der Nockenfläche (34) geführt zu werden, wobei die Betätigungseinrichtungen mit dem Ventilkörper (26) derart verbunden sind, dass: (i) sich der Ventilkörper (26) mit den Betätigungseinrichtungen (28, 38) um die Längsachse (32) zwischen der vollständig offenen Stellung und einer Zwischenstellung drehen kann, in der der Ventilkörper (26) im wesentlichen mit der Öffnung (18, 20) ausgerichtet ist, jedoch einen Abstand in Längsrichtung von der Öffnung aufweist, und (ii) sich der Ventilkörper (26) in Längsrichtung mit den Betärigungseinrichtungen (28, 38)) zwischen der Zwischenstellung und der vollständig geschlossenen Stellung bewegen kann, dadurch gekennzeichnet dass die Betätigungseinrichtungen (26, 28) Folgendes umfassen: (A) eine Hülse (28), die in Längsrichtung entlang der Längsachse (32) beweglich und um diese drehbar ist, wobei die Hülse (28) mit dem Ventilkörper (26) verbunden ist; wobei entweder das Gehäuse (12) oder die Hülse (28) die Nockenfläche (34) einschließt und die Hülse (28) oder das Gehäuse (12) den Nockenfolger (36) einschließt, der von der Nockenfläche (34) aufgenommen wird, um sich entlang dieser zu bewegen und von der Nockenfläche (34) geführt zu werden; und (B) eine Welle (38), die sich entlang der Längsachse (32) der Hülse (28) erstreckt und um diese drehbar ist, wobei die Welle (38) in Schraubengewinde-Eingriff mit der Hülse (28) steht, so dass eine Drehung der Welle (38) zumindest eine einer Dreh- und Längsbewegung der Hülse (28) gegen den Nockenfolger (36) hervorruft; wobei die Hülse (28) mit Innengewinde und die Welle (38) mit Außengewinde versehen ist, und wobei das Außengewinde in direktem Kontakt mit dem Innengewinde steht und die Welle (38) in Längsrichtung festgelegt ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenfolger (36) an dem Gehäuse (12) in einer Position bezüglich der beweglichen Hülse (26) festgelegt ist und die Nockenfläche (34) in einer Außenseiten-Oberfläche der Hülse (28) vorgesehen ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenfläche (34) einen ersten Teil (60), einen zweiten Teil (62) und einen Übergangsteil (64) einschließt, der die ersten und zweiten Teile (60, 62) miteinander verbindet.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Teil (60) der Nockenfläche (34) seitlich bezüglich der Längsachse (32) erstreckt.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Teil (62) der Nockenfläche (34) in Längsrichtung bezüglich der Längsachse (32) erstreckt.
Ventilbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch einen mit der Welle (38) gekoppelten Motor (48) zur Drehung der Welle (38).
Ventilbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (48) mit der Welle (38) über einen Getriebemechanismus (52, 54) gekoppelt ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (48) eine Abtriebswelle einschließt und der Getriebemechanismus ein an der Motor-Abtriebswelle befestigtes Zahnrad (52) und ein an der Welle (38) befestigtes Zahnrad (54) einschließt.
Ventilbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (26) eine Scheibe oder Klappe (16) einschließt.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (16) einen O-Ring (72) für einen Dichtungseingriff mit dem Inneren des Gehäuses (12) um die Öffnung (18, 20) herum aufweist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) weiterhin einen Ventilsitz einschließt, der in dem Innenraum des Gehäuses (12) um einen Rand der Öffnung herum angeordnet ist, um den Ventilkörper (20) in der vollständig geschlossenen Stellung aufzunehmen.
Ventilbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch federbelastete Kolben (70), die zur Vorspannung des Ventilkörpers (26) in Längsrichtung gegen die erste Öffnung (18) angeordnet sind, wenn der Ventilkörper (26) im wesentlichen in die vollständig geschlossene Stellung bewegt wurde.
Ventilbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch eine zweite Öffnung (20) in dem Gehäuse (12) und einen zweiten Ventilkörper, der in dem Gehäuse zwischen einer vollständig geöffneten Stellung, die den Durchgang eines Strömungsmittels durch die zweite Öffnung ermöglicht, und einer vollständig geschlossenen Stellung beweglich ist, in der ein Strömungsmittel nicht durch die zweite Öffnung hindurch strömen kann.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch eine ringförmige Abdeckung, die zwischen einer abgedeckten Stellung, in der die Abdeckung den Ventilsitz der zweiten Öffnung schützt, und einer nicht abgedeckten Stellung beweglich ist, in der die Abdeckung in Abstand von der zweiten Öffnung angeordnet ist, so dass der Ventilkörper mit dem Ventilsitz der zweiten Öffnung in Eingriff kommen kann.
Ventilbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenhülse (28) mit dem Ventilkörper (26) über einen Schwenkarm (30) verbunden ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schwenkarm (30) senkrecht zur Achse der Hülse (28) erstreckt.
Ventilbaugruppe nach nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung derart ausgerichtet ist, dass sich eine Achse der Öffnung (18, 20) parallel zur Achse der Nockenhülse (28) erstreckt.
Ventilbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenfläche (34) allgemein L-förmig ist.
Ventilbaugruppe nach einem der Ansprüche 3–18, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsteil (64) der Nockenfläche (34) sich in Längsrichtung und seitlich bezüglich der Längsachse der Hülse (28) erstreckt.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsteil (64) der Nockenfläche (34) kurvenförmig ist.
System, das zur Durchführung von Dünnfilm-Beschichtungsprozessen verwendbar ist, unter Einschluss der Ventilbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und das weiterhin eine Vakuumpumpe umfasst, die über die Ventilbaugruppe mit einer Prozesskammer verbunden ist.