Hydraulisch betäti&tes ausheizbares Ultrahochvakuumventil
Die Erfindung betrifft ein Ventil für Vakuumanlagen, insbesondere Ultrahoehvakuumanlagen,
welches sowohl in geschlossenem als auch in offenem Zustand ausheizbar ist, eine
hydraulische Betätigungsvorrichtung innerhalb des Durchgangsraumes des Ventilgehäuses
aufweist, wobei diese Betätigungsvorrichtung auf derjenigen Seite des Ventiltellers
angeordnet ist, auf der der geringere Druck herrscht, und wobei in den Zylinderraum
vor dem Kolben und in den Zylinderraum hinter dem Kolben jeweils eine Leitung für
das Druckmittel mündet . Beim Betrieb von Ultrahochvakuumanlagen, in denen Drücke
von weniger als 2o 6 Torr herrschen, ist es mrteilhaft, die Vakuumrezipienten und
die an sie angeschlossenen Ventile auf höhere Temperaturen, so z.B. bis auf etwa
45o0 C auszuheizen, damit Gase, die an und in den Oberflächen absorbiert sind, bei
dieser Ausheiztemperatur frei werden und so leichter aus der Anlage durch Abpumpen
entfernt werden können. Durch das Ausheizen kann die zur Erreichung des geforderten
Ultrahochvakuums benötigte, recht beträchtiche Zeit wesentlich herabgesetzt werden.
Da sich die vielfach in der Vakuumtechnik verwendeten gummielastischen Dichtungsmittel,
wie z.B. o-Ringe aus organischem Material, bei den hohen Ausheiztemperaturen nicht
mehr verwenden lassen, sind Ventile erforderlich, welche keine derartigen gummielastischen
Dichtungsmittel haben und durch Aufeinanderpressen von metallischen Dichtungskörpern
abdichten.
Die bekannte hydraulische Betätigung eines Ventils ermöglicht
dessen Fernsteuerung und den Einbau an Stellen, die nicht leicht zugänglich sind
und dadurch eine Handbedienung des Ventils erschweren oder sogar unmöglich machen.
Bei Ultrahochvakuum sind Dichtungsprobleme besonders wichtig, denn schon kleinste
Undichtigkeiten können die Evakuierungszeit stark verlängern oder das Erreichen
eines extremen Vakuums, z.B. 10 1o Torr, überhaupt unmöglich machen. Dieses Problem
tritt besonders dann auf, wenn es sich nicht um einmalig hergestellte Abdichtungen
wie bei Flanschverbindungen handelt, sondern um Abdichtungen, diemehrfach geöffnet
und geschlossen werden sollen, wie es bei Ventilen nöti#st. Zunächst benutzte man
Ventile nach dem Alpert-Prinzip, die sich im Laboratorium bewährt haben, aber nur
einen relativ kleinen Leitwert haben. Ihre Umsetzung in den technischen Gebrauch
war daher sehr schwierig. Es sind eine ganze Reihe von Konstruktionen bekannt geworden,
die dieses technische Problem zu lösen versuchten. Auch im Ultrahochvakuumbereich
spielt der Querschnitt der Evakuierungsleitung eine sehr wichtige Rolle, da er die
Absaugleistung wesentlich mitbestimmt. Es lag also nicht nur das Problem vor, eine
Abdichtung so auszugestalten, dass sie extremen Forderungen bezüglich ihrer Dichtheit
genügt, sondern es war auch erforderlich, dass das Ventil im geöffneten Zustand
einen möglichst grossen Querschnitt freigibt. Darüberhinaus ist in der Ultrahochvakuumtechnik
noch die Forderung nach leichter Bedienbarkeit und Fernsteuerung zu stellen. Ventilkonstruktionen,
die diese Forderungen bis zu einem gewissen Grade erfüllen sind schon bekannt. Bekannt
ist ein hydraulisch betätigtes Ultrahochvakuum-Eckventil, das sowohl in offenem
als auch in geschlossenem Zustand bis 45o° C ausheizbar ist und nach dem Alpert-Prinzip
abdichtet, bei welchem ein Kegel und ein Ring aus Metall ineinander gepresst werden
(Katalog der Firma Balzers Aktiengesellschaft, Fürstentum Liechtenstein, Band 1,
Hochvakuumtechnik, Geräte und Installationstechnik, Seiten 1 J 8/9 )..Bei diesem
Ventil sind der zum
öffnen erforderliche Hub, die Abmessungen, vor
allem die Baulänge in Richtung der Hydraulik-Achse, und das Gewicht verhältnismässig
gross. Der Aufbau dieses bekannten Ventils ist darauf abgestellt, dass die Vakuumleitung
an der Stelle des Ventils einen Winkel von 9o0 bildet. Bei einem weiteren, bekannten
ausheizbaren Vakuumventil wird der Ventilteller bei jeder Schliessung tiefer in
eine auswechselbare Ventilsitzbüchm eingedrückt (DAS 1.186.712 und 1.19o.756). Dieses
Ventil kann ebenfalls nur als Eckventil gebaut werden und ist aufwendig und gross.
Obwohl diese bekannten Ventile sich anscheinend bewährt haben, besitzen sie doch
eine Reihe von Nachteilen, die ihre allgemeine Verwendung verhindert Zunächst sind
sie ihrer Konstruktion nach als Eckventile gebaut; sie zwingen also den Konstrukteur,
an ihrer Einbaustelle eine Umlenkung der Rohrleitung um 90o vorzusehen. Dies bedeutet
eine Beschränkung in ihrer Anwendung, aber. auch eine Vergrösserung des Strömungswiderständes
in der Absaugleitung, den man aus vakuumtechnischen Gründen möglichst klein halten
sollte. Bei Iqadelventilen und Ventilen. nach dem Alpert-Prinzip ist zur Schaffung
eines genügend grossen, freien Durchgangsquerschnittes ein verh#-iltnismässig grosser
Hub erforderlich, der sich auf die Bauhöhe der oberhalb der Urilenkung der Rohrleitung
liegenden hydraulischen Betätigungsvorrichtung ungünstig auswirkt, so dass die äusseren
Abmessun ?en des Ventils gross werden. Es bedarf dadurch eines grossen Einbauraumes,
und die Masse der Anlage sind um einiges vergrössert. Aus dem deutschen Gebrauchsmuster
1.751.o58 ist ferner ein Vakuumventil bekannt, welches eine hydraulische Let"itigungsvorrichtung
innerhalb des Durch ganfTraumes des Ventilgehziuses aufweist. Eine schnelle Ausheizung
der Betätigungsvorrichtung dieses Ventils ist jedoch nicht möglich, da nur jeweils
eine Leitung für das Druckmittel in die beiden Zylinderräume führt. Ausserdem
ist
dieses Ventil für Ultrahochvakuumanlagen nicht verwendbar, da es wegen der vorhandenen
gummielastischen Dichtungen nicht genügend hoch ausgebeizt werden kann. Die Erfindung
hat sich die Aufgabe gestellt, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und ein
Ventil zur Verwendung in Ultra-. hochvakuuman lagen anzugeben, welches sowohl als
Eck- als auch als Durchgangsventil Verwendung finden und wegen seines besonderen
Aufbaus schnell ausgebeizt werden kann.-Das Kennzeichnende der Erfindung wird darin
gesehen, dass an jeden Zylinderraum zusätzlich eine absperrbare Leitung angeschlossen
ist. Der Hydraulikzylinder mit Hydraulikkolben und die Ventilstange, die den Ventilteller
trägt, befinden sich vollständig im inneren Durchgangsraum des Ventilgehäuses, der
gerade ausgebildet ist. Dies hat u.a. die Vorteile, dass das Verktil sowohl als
Eck- als auch als Durchgangsventil benutzt werden kann, und dass 'die äusseren Abmessungen
sowie das Gewicht bei gleichem Durchmesser des Ansaugflansches und gleichem Leitwert
geringer sind als für ausserhalb des Ventilgehäuses.liegende Hydraulikzylinder,
die eine Umlenkung des Leitungsweges um goo innerhalb des Ventilgehäuses erzwingen.
Als Dichtungselement dient eine ringförmige Dichtungsschneide am Ventilteller, welche
aus einem weicheren Metall als der Ventilsitz besteht. Es hat sich cis vorteilhaft
erwiesen, die Dichtungsschneide des Ventiltellers aus vakuumentgastem Silber herzustellen
und den Ventilsitz, z.B. durch eine Auftragsschweissung, zu panzern. Hierdurch wird
erreicht, dass die Dichtungsschneide am Ventilteller und der Ventilsitz nicht gegenseitig
zentriert sein müssen, wie dies erforderlich ist, wenn eine harte Dichtungsschneide
gegen einen weicheren Sitz gepresst wird und immer wieder an derselben Stelle in
den Sitz eindringen muss. Auss~rdem.braucht eine abgenutzte Dichtungsschneide nur
gegen eine neue ausgewechselt zu werden, was sehr einfach ist. Wegen dieser Aus')ildung
des Ventiltellers kann die Führunz der Ventilstange
sc@'r_,@ einfach gestaltet sein und auf eine Führung in der
Nähe des
verzichtet werden. Auch ermöglicht diese Ausführung
uy ä.ynt#un;sschneide und Ventilsitz einen beliebigen Einbau
des
Ventils, z.B. mit horizontalem Durchgang, da hierbei selbst bei
einem etwaigen Durchhang des an der Ventilstange befestigten und in seiner Nähe
nicht besonders geführten Ventiltellers die weiche Dichtungsschneide stets auf dem
ebenen Ventilsitz abdichtet. Zur Erleichterung einer einwandfreien Auflage der Dichtungsschneide
auf dem Ventilsitz kann der Ventilteller anstatt mit dem Ventilstangenende verschraubt,
auch etwas beweglich, z.B. mittels eines Gelenkes etwas kippbar, an diesem angebracht
sein. Der als Kolbenstange dienende Kolbenschaft ist beim erfindungsgemässen Ventil
gegen die Führungsbüchse durch eine Spaltdichtung mit Ölstaunuten abgedichtet, wodurch
besondere Dichtungselemente, wie z.B. 0-Ringe aus organischem Material, die temperaturbeständig
sein müssten, wegfallen. Das austretende Lecköl sammelt sich zunächst innerhalb
eines Metallbalges, welcher zwischen dem Hydraulikzylinder und dem aus diesem herausragenden,
den Ventilteller tragenden Ende der Ventilstange eingeschweisst ist. Der Sammelraum
des Lecköls ist gegen den Strömungsraum des Ventils vakuumdicht abgeschlossen. Das
Lecköl fliesst von hier über eine Leckölleitung, die unter Atmosphärendruck oder
auch Vakuum steht, zum Ölbehälter zurück. Die Leckölleitung bietet den Vorteil,
dass der Metallbalg "atmen" kann und nur einem Druckunterschied von max. 1 ata aus
gesetzt ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Zylinderräume auf beiden
Seiten des Kolbens, d.h. auf der Seite der vollen Kolbenfläche und der kolbenstangenseitigen
Ringfläche, über je eine Zu- und Abflussleitung mit der Ölpumpe bzw. dem Ölbehälter
zu verbinden und den Zu- und Abfluss des Öles, das die Hydraulik betätigt, so zu
steuern, dass sowohl bei geschlossenem als auch bei offenem Ventil Ö1 zur schnelleren
Kühlung oder Heizung des Ventils durch den Hydraulikzylinder fliessen kann. Der
Ölbehälter ist mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet. Das Ventil und insbesondere
seine im Durchgangsraum befindliche hydraulische An -triebsvorrichtung können so
nach dem Ausheizen durch Zirkulation von kaltem Hydrauliköl zwischen dem Innern
des Hydraulikzylinders
und dem Ölbehälter auch von innen her schell
abgekühlt werden. Das Ventil kann auch durch Zirkulation von heissem Hydrauliköl,
das durch Heizvorrichtungen erwärmt wird, schneller auf die Ausheiztemperatur gebracht
und auf ihr gehalten werden. In die Abflussleitung aus dem Ringraum zwischen Kolbenstange
und Zylinderwand ist zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Druckes im umlaufenden
Öl vorteilhafterweise ein Druckbegrenzungsventil eingebaut, welches den Anpressdruck
des Ventiltellers bei geschlossenem Ventil und bei Öldurchfluss zum Kühlen oder
Heizen konstant hält. Bei starker Abnutzung der Dichtungsschneide des Ventiltellers
kann durch eine Erhöhung des Öldruckes in der Hydraulik der Anpressdruck des Ventiltellers
vergrössert und so die erforderliche spezifische Flächenpressung der metallischen
Dichtung aufrechterhalten werden. Infolge der Möglichkeit, durch die verschiedenen
Steuerelemente den Öldruck in einem grossen Bereich frei zu wählen, kann eine einzige
Ausführung des Hydraulikaggregates auch für Ventile verschiedener Nennweite verwendet
werden, wenn die Durchmesser des Ventiltellers und des Hydraulikkolbens entsprechend
abgestuft sind. Der Hydraulikantrieb umfasst Ölbehälter, Antriebsmotor, Ölpumpe
und andere Teile wie einen Hydrospeicher, Druckschalter und Kühlvorrichtung in einer
kompletten Baueinheit. Ein Ventil und dessen Wirkungsweise gemäss der Erfindung
wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt: Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Ventil und Figur 2 einen Hydraulikschaltplan.
Das
Gehäuse 1 eines Ventils nach Figur 1 ist zusammengeschweisst aus der oberen Flanschplatte
2, dem zylindrischen Wandteil 3, auf dessen Aussenseite 4 die elektrische Widerstandsheizung
5 für das Ausheizen des Ventils angebracht ist, und dem unteren Flansch 6. Die Flanschplatte
2 und der Flansch 6 sind mit Schraubendurchgangslöchern 7 für die Befestigung versehen.
Die Flanschplatte 2, die den vorzugsweise durch Auftragsschweissung gepanzerten
Ventilsitz 32 trägt, bildet mit der kegelstumpfförmigen Trägerwand 8, die grosse
Durchgangsöffnungen 9 für das strömende Gas aufweist, und dem Hydraulikzylinder
11, der sich vollständig im Durchgangsraum 1o des Ventilgehäuses 1 befindet, eine
Einheit. Der Zylinderboden 19 ist in den Zylinder 11 eingepasst und, z.B. mit einer
Stirnflachnaht, mit diesem vakuumdicht verschweisst. Im Hydraulikzylinder 11 befindet
sich der Hydraulikkolben 12, welcher durch: metallische Kolbenrin5re 14 in Ringnuten
13 gegenüber der Zylinderinnenwand 16 abgedichtet ist.
Der Hydraulikkolben 12 ist mit einem als Kolbenstange dienenlen
Kolbenschaft 17, welcher durch die in der Bohrung 23 des Hydrau-
likzylinders 11 sitzende Führungsbüchse 24 geführt wird, aus
e---..,
Stück gefertigt. Zur Abdichtung zwischen dem Kolbenschaft 17
und der Führungsbüchse 24 dient eine Spaltdichtung mit Ölstaunutc-
25, welche gummielastische Dichtungselemente, wie z.B. 0-Ringe
aus organischen Materialien, entbehrlich machen. Hydraulikkoll,:r.
12 und Kolbenschaft 17 nehmen in einer abgesetzten Bohrung
26,
die mit ihnen verschraubte Ventilstange 27 auf, die an dem
aus
Hydraulikzylinder 11 herausragenden Ventilstangenende 28 den
alxfw
geschraubten Ventilteller 3o mit der aufgelöteten ringförmiger
Dichtungsschneide 31 trägt. Diese ist vorteilhafterweise aus
vakuumentgastem Silber hergestellt und kann nach crem Versch"_;---
leicht ?e-,en eine neue ausgewechselt werden. Der Ventilteller,
@@
kann anstatt mit dem Ventilstangenende 28 verschraubt auch
e°--.-;:5
beweglich, z.B. mittels eines Gelenkes etwas kippbar, an diesem
angebracht sein. Der Metallbalg (33) schliesst ausserhalb dc-
draulikzylinders 11 das Hydrauliksystem sowohl bei geschloss<-
auch bei offenem Ventil zuverlässig gegen den Durchgangsrau?
er ist oben mit der tellerartigen Bund 29 der Ventilstanr;.
und unten mit einem auf den Zylinderdeckel 18 aufgeschweissten
Deckel 2o vakuumdicht verschweisst und so eingebaut, dass er beim Schliessen des
Ventils entgegen seiner Federkraft zusammengedrückt wird, sich beim Öffnen des Ventils
entspannt und so den öffnungsvorgang unterstützt, sowie schliesslich bei offenem
Ventil nach dem Abschalten der Ölpumpe 46 und nachfolgendem Druckausgleich zwischen
dem Zylinderraum 21 auf der Seite der vollen Kolbenfläche 35 und dem Zylinderringraum
22 zwischen Kolbenschaft 17 und Zylinderinnenwand 16 in seiner Nullage das Ventil
offenhält. Der Zylinderraum 21 und der Zylinderringraum 22 sind über je eine .Zuflussleitung
37,38 und je eine Abflussleitung 39,4o, welche durch die zwischen den Durchgangsöffnungen
9 der Trägerwand 8 verbliebenen Stege 41 führen, mit der Ölpumpe 46 bzw. mit dem
Ölbehälter 48 verbunden. Das durch die Spaltdichtung 25 in den Raum 34 innerhalb
des Metallbalges 33 austretende Lecköl sammelt sich hier und fliesst durch einen
Spalt 43, welcher durch die Bohrung 23 und die Abflachung 44 an der Führungsbüchse
24 gebildet wird, zu der Ringnut 45 der Führungsbüchse 24 und von hier über die
Leckölleitung 42, welcfhe durch einen Steg 41 der Trägerwand 8 führt und unter Atmosphärendruck
oder. Vakuum steht, zum Ölbehälter 48 zurück. Der Ölkreislauf kann z.B. wie in Figur
2 geschaltet sein. Die von dem Motor 47 angetriebene Ölpumpe 46 fördert das Öl unter
Druck über das Rücksehlagventil 5o in die Zuflussleitung 49 zum magnetbetätigten
Vierwegeventil 51. Das an die Zuflussleitung 49 angeschlossene Druckbegrenzungsventil
52 leitet bei Überschreitung des eingestellten höheren Öldruckes das Öl über die
Rückleitung 63 zum Ölbehälter 48 zurück. In der Mittelstellung des Vierwegeventils
51 kann das Öl von diesem über die Rückleitung 64 unmittelbar zum ölbehälter 48
zurückströmen. Vom Vierwegeventil 51 führen die beiden. Zuflussleitungen 37,38,
die mit Heizvorrichtungen 59,6ö .zur Heizung des dem Hydraulikzylinder 11 zufliessenden
Drucköles ausgestattet sein können, zum Zylinderraum 21 und zum Zylinderringraum
22. An die zu letzterem führende Zuflussleitung 38 sind der Druckschalter für kleinsten
zulässigen Druck 55, der Druckschalter
für grössten zulässigen
Druck 56, der Hydrospeicher 57 und das Manometer 58 angeschlossen. Hydraulically actuated ultra-high vacuum valve The invention relates to a valve for vacuum systems, in particular ultra-high vacuum systems, which can be heated both in the closed and in the open state, has a hydraulic actuation device within the passage space of the valve housing, this actuation device being arranged on that side of the valve disk on which the lower pressure prevails, and a line for the pressure medium opens into the cylinder space in front of the piston and in the cylinder space behind the piston. When operating ultra-high vacuum systems in which pressures of less than 2o 6 Torr prevail, it is advantageous to heat the vacuum recipients and the valves connected to them to higher temperatures, e.g. up to about 45o0 C, so that gases that are on and in the surfaces are absorbed, are released at this bakeout temperature and can thus be more easily removed from the system by pumping out. Baking out can significantly reduce the time required to achieve the required ultra-high vacuum, which is quite considerable. Since the rubber-elastic sealing means, such as o-rings made of organic material, which are often used in vacuum technology, can no longer be used at the high bake-out temperatures, valves are required which have no such rubber-elastic sealing means and which seal by pressing metallic sealing bodies together. The known hydraulic actuation of a valve enables its remote control and installation in places that are not easily accessible and thereby make manual operation of the valve difficult or even impossible. In the case of ultra-high vacuum, sealing problems are particularly important, because even the smallest leaks can greatly extend the evacuation time or make it impossible to achieve an extreme vacuum, for example 10 10 Torr. This problem occurs particularly when the seals are not produced once, as is the case with flange connections, but rather seals that are to be opened and closed several times, as is necessary with valves. Initially, valves based on the Alpert principle were used, which have proven themselves in the laboratory, but have only a relatively low conductance. Their implementation in technical use was therefore very difficult. A number of designs have become known which attempted to solve this technical problem. The cross-section of the evacuation line also plays a very important role in the ultra-high vacuum range, as it has a significant influence on the extraction performance. So there was not only the problem of designing a seal in such a way that it meets extreme requirements with regard to its tightness, but it was also necessary for the valve to release the largest possible cross-section in the open state. In addition, in ultra-high vacuum technology, there is still a requirement for ease of use and remote control. Valve constructions which meet these requirements to a certain extent are already known. A hydraulically operated ultra-high vacuum angle valve is known, which can be baked out to 45o ° C both in the open and in the closed state and seals according to the Alpert principle, in which a cone and a metal ring are pressed into one another (catalog from Balzers Aktiengesellschaft , Principality of Liechtenstein, Volume 1, High vacuum technology, equipment and installation technology, pages 1 J 8/9) .. With this valve, the stroke required to open, the dimensions, especially the length in the direction of the hydraulic axis, and the weight are proportionate great. The construction of this known valve is based on the fact that the vacuum line forms an angle of 90 ° at the point of the valve. In another known vacuum valve that can be baked out, the valve disk is pressed deeper into an exchangeable valve seat book each time it is closed (DAS 1.186.712 and 1.19o.756). This valve can also only be built as a corner valve and is complex and large. Although these known valves appear to have worked, they have a number of disadvantages which prevent their general use. First of all, they are designed as angle valves; they therefore force the designer to divert the pipeline by 90o at its installation point. This imposes a limitation in their application, however. also an increase in the flow resistance in the suction line, which should be kept as small as possible for reasons of vacuum technology. For needle valves and valves. According to the Alpert principle, to create a sufficiently large, free passage cross-section, a relatively large stroke is required, which has an unfavorable effect on the height of the hydraulic actuating device located above the steering of the pipeline, so that the external dimensions of the valve are large will. This requires a large installation space, and the dimensions of the system are considerably increased. A vacuum valve is also known from German utility model 1.751.o58, which has a hydraulic release device within the passage of the valve housing. However, rapid heating of the actuating device of this valve is not possible, since there is only one line for the pressure medium in each of the two In addition, this valve cannot be used for ultra-high vacuum systems because it cannot be pickled to a sufficiently high level because of the rubber-elastic seals that are present indicate which can be used both as an angle valve and as a straight-way valve and can be pickled quickly due to its special structure The hydraulic piston and the valve rod, which carries the valve disk, are located completely in the inner passage space of the valve housing, which is currently designed. This has the advantages, among other things, that the Verktil can be used both as an angle valve and as a straight-way valve, and that 'the external dimensions and weight are lower for the same diameter of the suction flange and the same conductance than for hydraulic cylinders located outside the valve housing Force a diversion of the line path to goo within the valve housing. An annular cutting edge on the valve disk, which is made of a softer metal than the valve seat, serves as the sealing element. It has proven to be advantageous to manufacture the sealing edge of the valve disk from vacuum-degassed silver and to armor the valve seat, for example by means of build-up welding. This ensures that the sealing edge on the valve plate and the valve seat do not have to be mutually centered, as is necessary when a hard sealing edge is pressed against a softer seat and has to repeatedly penetrate the seat at the same point. In addition, a worn sealing edge only needs to be exchanged for a new one, which is very easy. Because of this design of the valve disk, the guide of the valve rod sc @ 'r _, @ be simple and on a guided tour near the
be waived. This execution also enables
uy Ä.ynt # un; sschneide and valve seat any installation of the
Valve, for example with a horizontal passage, since even with a possible sagging of the valve plate attached to the valve rod and not particularly guided in its vicinity, the soft sealing edge always seals on the flat valve seat. To make it easier for the sealing edge to rest properly on the valve seat, the valve plate can be attached to the valve seat, instead of being screwed to the end of the valve rod, and also to be somewhat movable, for example somewhat tiltable by means of a joint. In the valve according to the invention, the piston shaft serving as a piston rod is sealed against the guide bushing by a gap seal with oil retention grooves, so that special sealing elements, such as O-rings made of organic material, which would have to be temperature-resistant, are omitted. The leaking oil first collects within a metal bellows which is welded between the hydraulic cylinder and the end of the valve rod that protrudes from this and carries the valve disk. The collecting space of the leakage oil is sealed off in a vacuum-tight manner from the flow space of the valve. The leakage oil flows from here via a leakage oil line, which is under atmospheric pressure or vacuum, back to the oil tank. The leakage oil line offers the advantage that the metal bellows can "breathe" and is only exposed to a pressure difference of no more than 1 ata. It has proven to be advantageous to connect the cylinder spaces on both sides of the piston, ie on the side of the full piston surface and the piston rod-side ring surface, via an inflow and outflow line to the oil pump or the oil container and to connect the inflow and outflow of the To control the oil that operates the hydraulics in such a way that, when the valve is closed as well as when the valve is open, oil can flow through the hydraulic cylinder for faster cooling or heating of the valve. The oil tank is equipped with a cooling device. The valve, and in particular its hydraulic drive device located in the passage space, can thus also be quickly cooled from the inside after heating through the circulation of cold hydraulic oil between the interior of the hydraulic cylinder and the oil container. The valve can also be brought to and maintained at the bake-out temperature more quickly by circulating hot hydraulic oil, which is heated by heating devices. In order to maintain a desired pressure in the circulating oil, a pressure relief valve is advantageously built into the discharge line from the annular space between the piston rod and the cylinder wall, which keeps the contact pressure of the valve disk constant when the valve is closed and when the oil is flowing for cooling or heating. If the sealing edge of the valve disk is severely worn, the contact pressure of the valve disk can be increased by increasing the oil pressure in the hydraulics, thus maintaining the required specific surface pressure of the metallic seal. As a result of the possibility of freely selecting the oil pressure over a wide range with the various control elements, a single version of the hydraulic unit can also be used for valves of different nominal sizes if the diameters of the valve plate and the hydraulic piston are graded accordingly. The hydraulic drive comprises an oil tank, drive motor, oil pump and other parts such as a hydraulic accumulator, pressure switch and cooling device in one complete unit. A valve and its mode of operation according to the invention is described in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawings. It shows: FIG. 1 a longitudinal section through a valve and FIG. 2 a hydraulic circuit diagram. The housing 1 of a valve according to FIG. 1 is welded together from the upper flange plate 2, the cylindrical wall part 3, on the outside 4 of which the electrical resistance heater 5 is attached for heating the valve, and the lower flange 6. The flange plate 2 and the flange 6 are provided with screw through holes 7 for fastening. The flange plate 2, which carries the valve seat 32, which is preferably armored by build-up welding, forms a unit with the frustoconical support wall 8, which has large through openings 9 for the flowing gas, and the hydraulic cylinder 11, which is located completely in the through space 1o of the valve housing 1. The cylinder base 19 is fitted into the cylinder 11 and welded to it in a vacuum-tight manner, for example with a flat end seam. The hydraulic piston 12 is located in the hydraulic cylinder 11 and is sealed off from the inner wall 16 of the cylinder by means of: metallic piston rings 14 in annular grooves 13. The hydraulic piston 12 is used with a piston rod
Piston skirt 17, which through the bore 23 of the hydraulic
likzylinders 11 seated guide bush 24 is guided, from e --- ..,
Piece made. For sealing between the piston skirt 17
and the guide bush 24 is a gap seal with oil storage groove
25, which rubber elastic sealing elements, such as O-rings
made of organic materials, dispensable. Hydraulikkoll,: r.
12 and piston skirt 17 take in a stepped bore 26,
the valve rod 27 screwed to them, which is attached to the
Hydraulic cylinder 11 protruding valve rod end 28 the alxfw
screwed valve plate 3o with the soldered ring-shaped
Sealing cutting edge 31 carries. This is advantageously off
made of vacuum-degassed silver and can be used after crem "_; ---
easy to replace with a new one. The valve disc, @@
can also be screwed to the valve rod end 28 instead of e ° --.- ;: 5
movable, for example a bit tiltable by means of a joint, on this
to be appropriate. The metal bellows (33) closes outside the
hydraulic cylinder 11 the hydraulic system both when closed <-
reliably against the passage area even with the valve open?
it is at the top with the plate-like collar 29 of the valve stem.
and at the bottom with a cover 2o welded onto the cylinder cover 18 vacuum-tight and installed in such a way that it is compressed against its spring force when the valve is closed, relaxes when the valve is opened and thus supports the opening process, and finally when the valve is open after the Oil pump 46 and subsequent pressure equalization between the cylinder space 21 on the side of the full piston surface 35 and the cylinder ring space 22 between the piston shaft 17 and the cylinder inner wall 16 keeps the valve open in its zero position. The cylinder chamber 21 and the cylinder ring chamber 22 are each connected to the oil pump 46 and to the oil container 48 via an inflow line 37,38 and an outflow line 39,4o each, which lead through the webs 41 remaining between the through openings 9 of the support wall 8 . The leakage oil exiting through the gap seal 25 into the space 34 within the metal bellows 33 collects here and flows through a gap 43, which is formed by the bore 23 and the flattening 44 on the guide bushing 24, to the annular groove 45 of the guide bushing 24 and from here via the leakage oil line 42, which leads through a web 41 of the support wall 8 and under atmospheric pressure or. Vacuum is back to the oil tank 48. The oil circuit can be connected as in FIG. 2, for example. The oil pump 46 driven by the motor 47 conveys the oil under pressure via the non-return valve 5o into the supply line 49 to the solenoid-operated four-way valve 51. The pressure relief valve 52 connected to the supply line 49 directs the oil via the return line 63 to the oil container 48 when the set higher oil pressure is exceeded return. In the middle position of the four-way valve 51, the oil can flow back from this via the return line 64 directly to the oil container 48. The two lead from the four-way valve 51. Inflow lines 37,38, which can be equipped with heating devices 59,6ö. For heating the pressure oil flowing into the hydraulic cylinder 11, to the cylinder chamber 21 and to the cylinder annulus 22. On the inflow line 38 leading to the latter are the pressure switch for the lowest permissible pressure 55, the pressure switch for maximum permissible pressure 56, the hydraulic accumulator 57 and the pressure gauge 58 are connected.
Die Abflussleitung 4o des Zylinderringraumes 22 mit dem magnetbetätigten
Zweiwegeventil 62 und dem Druckbegrenzungsventil 53 sowie die Rückleitung 66 ermöglichen
den Durchsatz von Ö1 zur Kühlung oder Heizung bei geschlossenem Ventil und unter
Aufrechterhaltung des erforderlichen Dichtungsdruckes, der durch das Druckbegrenzungsventil
53 geregelt wird. Die Abflussleitung 39 des Zylinderraumes 21 mit dem magnetbetätigten
Zweiwepeventil 61 und der Drossel 54, welche den Abfluss des Öls regelt und für
einen niedrigen Öldruck im Zylinderraum 21 ausreicht, sowie die Rückleitung 65 gestatten
den Öldurchsatz bei offenem Ventil. In dem Ölbehälter 48 kann eine Kühlvorrichtung
67 eingebaut sein, welche das beim Durchfluss durch das Ventil erwärmte Ö1 wieder
auf die günstigste Temperatur abkühlt. Das Vierwegeventil 51 ermöglicht in seiner
Schaltstellung "auf", im Hydraulikschaltplan (Fig. 2) und in der Tabelle mit A bezeichnet,
beim Öffnen des Ventils und bei offenem Ventil den Zufluss von Drucköl aus der Zuflussleitung
49 in die Zuflussleitung 37 und in den Zylinderraum 21 und den Abfluss von Rücköl
aus dem Zylinderringraum 22 über die Zuflussleitung 38 in die Rückleitung 64 und
zum ölbehälter 48. In der Schaltstellung "zu", C im Schaltplan und in der Tabelle,
beim Schliessen des Ventils und bei geschlossenem Ventil lässt das Vierwegeventil
51 das zuströmende Drucköl über die Zuflussleitung 38 in den Zylinderringraum 22
und das Rücköl aus dem Zylinderraum 21 über die Zuflussleitung 37 in die Rückleitung
64 und den Ölbehälter48 fliessen. Sobald der Ventilteller 3o mit der Dichtungsschneide
31 fest auf den Ventilsitz 32 gepresst wird, ist Drucköl nur noch zur Aufrechterhaltung
des Dichtungsdruckes und zum Ersatz des entweichenden Lecköls erforderlich. Diese
Aufgabe übernimmt der Hydrospeicher 57, der durch die Ölförderung der Ölpumpe 46
so lange gespannt wird, bis der Druckschalter 56 bei Erreichen des grössten zulässigen
Ö1-druekes
den Motor 47 der Ölpumpe 46 ausschaltet. Nun liefert
der gespannte Hydrospeicher 57 den nötigen Öldruck und den Ersatz für das austretende
Lecköl, während das Rbkschlagventil 5o das Auslaufen des unter dem Druck des Hydrospeichers
57 stehenden Öls durch die stillstehende Ölpumpe 46 hindurch verhindert. Wenn der
Öldruck infolge der Leckölverluste im Hydraulikzylinder 11 bis auf den kleinsten
zulässigen Öldruck abgefallen ist, schaltet der Druckschalter 55 den Motor 47 wieder
ein, so dass die Ölpumpe 46 Drucköl fördert und den Hydrospeicher 57 bis zum grössten
zulässigen Öldruck spannt, bei dem der Druckschalter 56 den Motor 47 wieder abschaltet.
Am Manometer 58 kann der Öldruck auf der Schliessseite des Hydraulikkolbens 12 bzw.
im Zylinderringraum 22 abgelesen werden. Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen
Ventils und seine Betätigung durch die im Beispiel gezeigte Hydraulikeinrichtung
-aerden für die verschiedenen Schaltmöglichkeiten im folgenden näher erläutert.
Es sind nachstehende Schaltstellungen der Hydraulikeinrichtung möglich: Schaltstellung
"auf" zum Öffnen und Offenhalten des Ventils und "zu" zum Schliessen und Geschlossenhalten,
wobei in beiden Fällen die Zweiwegeventile 61,62 die Abflussleitungen 39,4o geschlossen
halten. Für das Durchleiten von Ö1 zur Kühlung oder Heizung des Hydraulikzylinders
11 bei offenem oder geschlossenem Ventil wird jeweils das auf der Druckseite liegende
Zweiwegeventil 61,62 in der Abflussleitung 39,4o geöffnet, so dass das Ö1 über die
Drossel 54 bzw. das Druckbegrenzungsventil 53 zum Ölbehälter 48 zurückfliessen kann.
In der nachstehenden Tabelle sind die möglichen Schaltstellungen der Hydraulikeinrichtung
zusammengestellt. Die Buchstaben A,B und C kennzeichnen die verschiedenen Schaltstellungen
des Vierwegeventils. 51, D und E sowie F und G die der Zweiwegeventile 61,62
, wie diese in dem Hydraulikschaltplan (Fig. 2) angegeben sind.
Schaltstellungen Vier- Zwei- Zwei-
wege- we;e- 1.,e-e- Ulf umpe
ventil ventl ventil
51 61 62 46
0 Aus--oder Leerlauf d. Ölpumpe B D F aus oder ein
I Öffnen A D F ständig ein
II Offen ohne Öldurchlauf A D F ständig aus
III Offen mit Öldurchlauf A E F ständig ein
IV Schliessen C D F ständig ein
V Geschlossen ohne Öldurchlauf C D F zeitweise ein
VI Geschlossen mit Öldurchlauf C D G ständig ein
Tabelle 1. Schaltstellung der Hydraulikeinrichtung. .
Beim Öffnen des Ventils, Schaltstellung I, ist das Vierwegeventil 51 in seiner Schaltstellung
A und die Zweiwegeventile 61,62 in den Abflussleitungen 39,4o sind in ihren Schaltstellungen
D bzw. F geschlossen. Das Vierwegeventil 51 leitet das von der Ölpumpe 46 über das
Rückschlagventil 5o und die Zuflussleitung 49 zuströmende Drucköl über die Zuflussleitung
37 in den Zylinderraum 21 und das aus dem Zylinderringraum 22 verdrängte Rücköl
über die Zuflussleitung 38 in die Rückleitung 64 und in den Ölbehälter 48. Der Hydraulikkolben
12 wird durch den auf die volle Kolbenfläche 35 wirkenden Öldruck nach oben bewegt
und so das Ventil geöffnet. Nach Beendigung der Kolbenbewegung am Anschlag steigt
der Öldruck durch das noch von der Ölpumpe 46 geförderte Drucköl soweit an, bis
das überschüssige Drucköl über das Druckbegrenzungsventil 52 und die Rückleitung.63
in den Ölbehälter 48 zurückfliesst.
.Nach dem Öffnen des Ventils
können der Motor 47 und die Ölpumpe 46 von Hand oder von einem druck- oder zeitabhängigen
Steuerorgan abgestellt werden, Schaltstellung 1I, weil der Metallbalg 33 so eingebaut
ist, dass er in seiner Nullage das Ventil offenhält, infolgedessen beim Schliessen
des Ventils zusammengedrückt wird, beim Öffnen wieder die unbelastete Nullage einnehmen
will und hierdurch den Öffnungsvorgang unterstützt. Bei stillgesetzter Ölpumpe 46
findet allmählich eil Druckausgleich zwischen dem unter Druck stehenden Zylinderraum
21 und dem unbelasteten Zylinderringraum 22 . statt, wobei das in den letzteren
übertretende Öl über die Zuflussleitung 38 in die Rückleitung 64 und den Ölbehälter
48 fliessen kann. Beim Durchfluss von Öl zum Kühlen oder Heizen des offenen Ventils,
Schaltstellung 11I, ist das Vierwegeventil 51 in seiner Schaltstellung A, das Zweiwegeventil
61 in seiner Schaltstellung E offen und das Zweiwegeventil: 62 in seiner Schaltstellung
F geschlossen. Das Ö1 strömt über die Zuflussleitung 37 in den Zylinderraum 21 und
über die Abflussleitung 4o zum offenen Zweiwegeventil 61 und zur Drossel 54, die
einen geringen Druck im Zylinderraum 21 aufrechterhält und die durchfliessende Ölmenge
regelt, und von hier über die Rückleitung 65 zum Ölbehalter 48. Zum Schliessen des
Ventils, Schaltstellung IV, ist das Vierwegeventil 51 in seiner Schaltstellung
C und die Zweiwegeventile 61,62 sind in ihren Schaltstellungen D bzw. F geschlossen.
Das Vierwegeventil 51 leitet das Drucköl über die Zuflussleitung 38 in den Zylinderringraum
22 und das Rücköl vom Zylinderraum 21 über die Zuflussleitung 37 in die Rückleitung
64 und zurück in den Ölbehälte^ 48. Die vom Drucköl auf die kolbenstangenseitige
Kolben-Ringfläche 36. ausgeübte Druckkraft bewegt den Hydraulikkolben 12 und damit
auch den Ventilteller 3o solange nach unten, bis die Dichtungsschneide 31 des Ventiltellers
3o auf den Ventilsitz 32 am Ventilgehäuse 1 gepresst wird und so das@Ventil geschlossen
ist. Der Öldruck im Zylinderringraum 22 steigt nun, weil sich .der Hydraulikkolben
12 nicht mehr bewegen kann, so weit an, bis der an die Zuflugsleitung 38 angeschlossene
Druckschalter 56 bei
Erreichen des eingestellten, grössten zulässigen
Öldruckes den Motor 47 der Ölpumpe 46 abschaltet.The drain line 4o of the annular cylinder space 22 with the solenoid-operated two-way valve 62 and the pressure relief valve 53 as well as the return line 66 enable the throughput of oil for cooling or heating when the valve is closed and while maintaining the required sealing pressure, which is regulated by the pressure relief valve 53. The outflow line 39 of the cylinder chamber 21 with the solenoid-operated two-way valve 61 and the throttle 54, which regulates the outflow of the oil and is sufficient for a low oil pressure in the cylinder chamber 21, and the return line 65 allow the oil throughput when the valve is open. A cooling device 67 can be installed in the oil container 48, which cools the oil heated as it flows through the valve back to the most favorable temperature. The four-way valve 51 in its "open" switch position, labeled A in the hydraulic circuit diagram (FIG. 2) and in the table, allows pressurized oil to flow from the supply line 49 into the supply line 37 and into the cylinder chamber when the valve is opened and the valve is open 21 and the outflow of return oil from the cylinder annulus 22 via the inflow line 38 into the return line 64 and to the oil container 48. In the switch position "closed", C in the circuit diagram and in the table, when the valve is closed and the valve is closed, the four-way valve 51 the inflowing pressure oil flows through the inflow line 38 into the cylinder ring space 22 and the return oil from the cylinder space 21 through the inflow line 37 into the return line 64 and the oil container 48. As soon as the valve disk 3o with the sealing blade 31 is pressed firmly onto the valve seat 32, pressurized oil is only required to maintain the sealing pressure and to replace the escaping leakage oil. This task is taken over by the hydraulic accumulator 57, which is tensioned by the oil delivery from the oil pump 46 until the pressure switch 56 switches off the motor 47 of the oil pump 46 when the maximum permissible oil pressure is reached. The tensioned hydraulic accumulator 57 now supplies the necessary oil pressure and the replacement for the leaking oil, while the check valve 5o prevents the oil under the pressure of the hydraulic accumulator 57 from leaking through the stationary oil pump 46. When the oil pressure has dropped to the lowest permissible oil pressure as a result of the leakage oil losses in the hydraulic cylinder 11, the pressure switch 55 switches the motor 47 on again, so that the oil pump 46 delivers pressure oil and clamps the hydraulic accumulator 57 up to the highest permissible oil pressure at which the pressure switch 56 switches off the motor 47 again. The oil pressure on the closing side of the hydraulic piston 12 or in the annular cylinder space 22 can be read off at the manometer 58. The mode of operation of the valve according to the invention and its actuation by the hydraulic device shown in the example are explained in more detail below for the various switching options. The following switching positions of the hydraulic device are possible: switching position "open" for opening and keeping the valve open and "closed" for closing and keeping it closed, with the two-way valves 61, 62 keeping the drain lines 39, 40 closed in both cases. For the passage of oil to cool or heat the hydraulic cylinder 11 when the valve is open or closed, the two-way valve 61,62 on the pressure side is opened in the discharge line 39,4o, so that the oil via the throttle 54 or the pressure limiting valve 53 to Oil reservoir 48 can flow back. The possible switching positions of the hydraulic device are compiled in the table below. The letters A, B and C identify the different switching positions of the four-way valve. 51, D and E and F and G are those of the two-way valves 61 , 62, as indicated in the hydraulic circuit diagram (FIG. 2). Switch positions four- two- two-
wege- we; e- 1., ee- Ulf umpe
valve valve valve
51 61 62 46
0 off or idle d. BDF oil pump off or on
I keep opening the ADF
II Open without oil passage ADF constantly off
III Open with oil flow AEF constantly on
IV Include CDF at all times
V Closed temporarily without oil flow CDF
VI Enclosed with CDG oil pass-through at all times
Table 1. Switching position of the hydraulic device. .
When the valve is opened, switching position I, the four-way valve 51 is in its switching position A and the two-way valves 61, 62 in the discharge lines 39, 40 are closed in their switching positions D and F, respectively. The four-way valve 51 directs the pressure oil flowing in from the oil pump 46 via the check valve 5o and the supply line 49 via the supply line 37 into the cylinder chamber 21 and the return oil displaced from the cylinder annulus 22 via the supply line 38 into the return line 64 and into the oil tank 48 Hydraulic piston 12 is moved upwards by the oil pressure acting on the full piston surface 35 and thus the valve is opened. After the piston movement has ended at the stop, the oil pressure increases due to the pressure oil still being pumped by the oil pump 46 until the excess pressure oil flows back into the oil container 48 via the pressure limiting valve 52 and the return line 63. After opening the valve, the motor 47 and the oil pump 46 can be switched off by hand or by a pressure or time-dependent control element, switch position 1I, because the metal bellows 33 is installed in such a way that it keeps the valve open in its zero position, as a result when it closes of the valve is compressed, wants to assume the unloaded zero position again when opening and thereby supports the opening process. When the oil pump 46 is at a standstill, a pressure equalization gradually takes place between the pressurized cylinder space 21 and the unloaded cylinder ring space 22. instead, the oil overflowing into the latter being able to flow via the inflow line 38 into the return line 64 and the oil container 48. When oil flows through for cooling or heating the open valve, switching position 11I, the four-way valve 51 is in its switching position A, the two-way valve 61 is open in its switching position E and the two-way valve 62 is closed in its switching position F. The oil flows via the inflow line 37 into the cylinder space 21 and via the outflow line 4o to the open two-way valve 61 and to the throttle 54, which maintains a low pressure in the cylinder space 21 and regulates the amount of oil flowing through, and from here via the return line 65 to the oil tank 48. To close the valve, switching position IV, the four-way valve 51 is in its switching position C and the two-way valves 61, 62 are closed in their switching positions D and F, respectively. The four-way valve 51 directs the pressurized oil via the supply line 38 into the cylinder ring chamber 22 and the return oil from the cylinder chamber 21 via the supply line 37 into the return line 64 and back into the oil reservoir ^ 48 the hydraulic piston 12 and thus also the valve disk 3o downward until the sealing edge 31 of the valve disk 3o is pressed onto the valve seat 32 on the valve housing 1 and the valve is thus closed. The oil pressure in the cylinder annulus 22 now rises because the hydraulic piston 12 can no longer move until the pressure switch 56 connected to the feed line 38 switches off the motor 47 of the oil pump 46 when the set maximum permissible oil pressure is reached.
Bei geschlossenem Ventil, Schaltstellung V, liefert zunächst der an
die Zuflussleitung 38 angeschlossene und während des Förderns der Ölpumpe 46 auf
den grössten zulässigen Öldruck gespannte Hydrospeicher 57 die nötige Dichtkraft,
während das Rückschlag-- ventil 5o in der Zuflussleitung 49 das Auslaufen des unter
dem Druck des Hydrospeichers 57 stehenden Öles durch die stillstehende Ölpumpe 46
hindurch verhindert. Infolge der Leckölverluste, die dadurch entstehen, dass Ö1
vom Zylinderringraum 22 durch den Spalt 15 zwischen Hydraulikkolben 12 und Zylinderinnenwand
16 sowie an den Kolbenringen 14 vorbei und durch deren Stossfugen hindurch in den
Zylinderraum 21 übertritt und zudem Öl durch die Spaltdichtung 25 zwischen Kolbenschaft
17 und der Führungsbüchse 24 austritt, fällt der Öldruck im Zylinderringraum 22
ab. Sowie der eingestellte, kleinste zulässige Öldruck erreicht ist, schaltet der
an die Zuflussleitung 38 angeschlossene Druckschalter 55 den Motor 47 der Ölpumpe
46 wieder ein, damit der Hydrospeicher 57 durch das zugepumpte Drucköl erneut bis
auf den grössten zulässigen Öldruck gespannt wird, bei dessen Erreichen der Druckschalter
56 den Motor 47 der Ölpumpe 46 wieder abschaltet. Dieses Spiel wiederholt sich immer
wieder, solange das Ventil geschlossen bleibt. Das in den Zylinderraum 21 übertretende
Lecköl kann über die Zuflussleitung 37, das Vierwegeventil 51 und die Rückleitung
64 in den Ölbehälter zurückfliessen. Das durch die Spaltdichtung 25 austretende
Lecköl geht vom Raum 34 innerhalb des Metallbalges 33 durch den Spalt 43 zwischen
der Bohrung 23 und der Abflachung 44 an der Führungsbüchse 24 zur Ringnut 45 und
über die Leckölleitung 42, die durch einen Steg 41 der Trägerwand 8 führt, zum Ölbehälter
48. Der Raum 34 und die Leckälleitung 42 stehen unter Atmosphärendruck, sie können
aber auch abgesaugt werden.
Beim Kühlen oder Heizen des geschlossenen
Ventils, Schaltstellung VI, ist das Vierwegeventil in seiner Schaltstellung C, das
Zweiwegeventil 61 in seiner Schaltstellung D geschlossen und das Zweiwegeventil
62 in seiner Schaltstellung G offen. Das Drucköl strömt über die Zuflussleitung
38 zu dem Zylinderringraum 22 und über die Abflussleitung 4o durch das offene Zweiwe;eventil
62 zum Druckbegrenzungsventil 53, das den zum Schliessen des Ventils erforderlichen
Öldruck aufrecht erhält und beim Überschreiten dieses Druckes das Öl in die Rückleitung
66 und zum Ölbehälter 48 fliessen lässt. Ventile gemäss der Erfindung lassen sich
nicht nur bei Vakuum sondern auch bei Überdrücken einsetzen. Das einzige Innenteil
des Ventils, das ausser dem Ventilteller eine Druckdifferenz auszuhalten hat, ist
der Metallbalg 33. Wird das Ventil bei Vakuum verwendet, herrscht auf der Aussenseite
des Metallbalges 33 dieses Vakuum, während der Druck im Innern maximal 1 ata beträgt.
Wird das Ventil jedoch für höhere Drücke verwendet, so herrscht auf der Aussenseite
des Metallbalgs 33 der hohe Druck der abzusperrenden Leitung. Solch ein Metallbalg
lässt sich aber nur in einem beschränkten Bereich der Druckdifferenz verwenden.
Die Verwendung bei-kleinen Überdrücken wird durch die je nach Ausführung des Metallbalges
33 unterschiedliche zulässige Druckdifferenz zwischen der Aussen- und Innenseite
des Metallbalges 33, d.h. zwischen dem Durchgangsraum 1o und dem Raum 34 innerhalb
des Metallbalges 33 begrenzt. Bei noch darüber hinausgehenden Drücken im Durchgangsraum
1o kann ein erfindungsgemässes Ventil verwendet werden, wenn im Raum 34 innerhalb
des Metallbalges 33 durch geeignete Mittel, so z.B. durch eine Drucksperre 68 und
eventuell eine zusätzliche Druckpumpe in der Leckölleitung 42, ein solcher Gegendruck
geschaffen wird, dass die für den Metallbalg 33 zulässige Druckdifferenz-zwischen
Aussen- und Innenseite nicht überschritten wird. _ Als Beispiel wird ein gemäss
der Erfindung ausgeführtes Ultrahochvakuumventil kurz beschrieben.When the valve is closed, switch position V, the first delivers
the inflow line 38 connected and during the delivery of the oil pump 46
the highest admissible oil pressure hydraulic accumulator 57 the necessary sealing force,
while the check valve 5o in the inflow line 49 prevents the under
the pressure of the hydraulic accumulator 57 by the stationary oil pump 46
prevented through. As a result of the leakage oil losses that arise from the fact that Ö1
from the annular cylinder space 22 through the gap 15 between the hydraulic piston 12 and the inner wall of the cylinder
16 and past the piston rings 14 and through their butt joints into the
Cylinder space 21 and also oil passes through the gap seal 25 between the piston skirt
17 and the guide bush 24 emerges, the oil pressure in the cylinder annulus 22 drops
away. As soon as the set, lowest permissible oil pressure is reached, the
Pressure switch 55 connected to the inflow line 38 controls the motor 47 of the oil pump
46 on again so that the hydraulic accumulator 57 is again up to through the pumped-in pressurized oil
is tensioned to the highest permissible oil pressure, when it is reached the pressure switch
56 switches off the motor 47 of the oil pump 46 again. This game repeats itself over and over again
again as long as the valve remains closed. That which enters the cylinder space 21
Leak oil can via the inflow line 37, the four-way valve 51 and the return line
64 flow back into the oil container. The emerging through the gap seal 25
Leak oil goes from the space 34 within the metal bellows 33 through the gap 43 between
the bore 23 and the flat 44 on the guide bushing 24 to the annular groove 45 and
Via the leakage oil line 42, which leads through a web 41 of the support wall 8, to the oil tank
48. The space 34 and the leakage line 42 are under atmospheric pressure, they can
but can also be suctioned off.
When cooling or heating the closed
Valve, switching position VI, is the four-way valve in its switching position C, the
Two-way valve 61 is closed in its switching position D and the two-way valve
62 in its switching position G open. The pressurized oil flows through the inflow line
38 to the annular cylinder space 22 and via the drain line 4o through the open two-wire; eventil
62 to the pressure relief valve 53, which has the necessary to close the valve
Oil pressure is maintained and when this pressure is exceeded the oil in the return line
66 and to the oil container 48 can flow. Valves according to the invention can
Use not only with vacuum but also with overpressure. The only inside part
of the valve, which apart from the valve disk has to withstand a pressure difference
the metal bellows 33. If the valve is used with a vacuum, it prevails on the outside
of the metal bellows 33 this vacuum, while the pressure inside is a maximum of 1 ata.
However, if the valve is used for higher pressures, the outside prevails
of the metal bellows 33 is the high pressure of the line to be shut off. Such a metal bellows
but can only be used in a limited range of the pressure difference.
The use with small overpressures is dependent on the design of the metal bellows
33 different permissible pressure difference between the outside and inside
of the metal bellows 33, i.e. between the passage space 1o and the space 34 within
of the metal bellows 33 limited. In the case of pressures in excess of this in the passage area
1o a valve according to the invention can be used when in space 34 within
of the metal bellows 33 by any suitable means such as a pressure barrier 68 and
possibly an additional pressure pump in the leakage oil line 42, such a counter pressure
is created that the allowable for the metal bellows 33 pressure difference between
Outside and inside is not exceeded. _ As an example, an according to
the invention executed ultra-high vacuum valve briefly described.
Das Ventil mit einem Durchmesser des Ventiltellers 3o von 16o mm:.
hat in offenem Zustand einen Leitwart von 25o l.sec-1 und in geschlossenem
Zustand
eine Gesamtleckrate von weniger als lo-1o Torr. l.sec-1. Ein Austausch oder Nachbearbeiten
der auf den Ventilteller 3o aufgelöteten ringförmigen Dichtungsschneide 31 aus vakuumentgastem
Silber ist frühestens nach 1.ooo Schliessvorgängen erforderlich. Die bei diesem
Ventil verwendete Hydraulik ist für Drücke bis Zoo atü ausgelegt. Zur betriebssicheren
Abdichtung eines Ultrahochvakuumventils mit metallischen Dichtungselementen ist
bei jedem Schliessvorgang eine geringe bleibende Verformung des weicheren Dichtungselementes,
im vorliegenden Falle also der ringfd^migen Dichtungsschneide, notwendig. Hierfür
ist eine gewisse Druckkraft erforderlich, die durch die Hydraulik aufgebracht werden
muss. Bereits bei einem Druck von 8o atü, bei dem der Ventilteller 3o mit einer
Anpresskraft von 5.ooo kp gegen den Ventilsitz 32 gedrückt wird, ist der durch das
Dichtungselement hindurchgehende Leckgasstrom kleiner als 1o 10
Torr. 1. sec-1.
Bei geschlossenem Ventil wird die Ölpumpe 46 bei einem kleinsten zulässigen Uldruck
von 8o atü durch den Druckschalter 55.ein-und bei einem grössten zulässigen Öldruck
von 95 atü durch den Druckschalter 56 wieder ausgeschaltet. Das Druckbegrenzungsventil
52 ist auf Zoo atü eingestellt. Soll bei geschlossenem Ventil ein Ölumlauf zum Kühlen
oder Heizen erfolgen, bleibt die Ölpumpe 46 ständig in Betrieb, das Zweiwegeventil
62 ist zu öffnen, Schaltstellung G, und das Druckbegrenzungsventil 53 auf einen
kleinsten zulässigen Uldruck von 8o atü einzustellen. Nach dem Öffnen des Ventils
kann die Ölpumpe 46 von Hand oder von druck- oder zeitabhängigen Steuerorganen abgeschaltet
werden. Für einen Ölumlauf bei offenem Ventil bleibt die Ölpumpe 46 ständig in Betrieb,
das Zweiwegeventil 61 ist zu öffnen, Schaltstellung E, und als Drucksperre ist anstelle
eines Druckbegrenzungsventiles eine geeignet dimensionierte Drossel 54 eingebaut.The valve with a diameter of the valve plate 3o of 16o mm :. has a control attendant of 25o l.sec-1 when open and a total leak rate of less than lo-1o Torr when closed. l.sec-1. An exchange or reworking of the ring-shaped sealing blade 31 made of vacuum-degassed silver soldered onto the valve disk 3o is necessary after 1,000 closing operations at the earliest. The hydraulics used in this valve are designed for pressures up to zoo atü. For reliable sealing of an ultra-high vacuum valve with metallic sealing elements, a slight permanent deformation of the softer sealing element, in the present case the annular sealing edge, is necessary with each closing process. For this a certain pressure force is required, which has to be applied by the hydraulics. Even at a pressure of 8o atm, at which the valve disk 3o is pressed against the valve seat 32 with a contact force of 5,000 kp, the leakage gas flow passing through the sealing element is less than 1o 10 Torr. 1. sec-1. When the valve is closed, the oil pump 46 is switched on again by the pressure switch 55 at a lowest admissible oil pressure of 80 atmospheres and switched off again by the pressure switch 56 when the highest admissible oil pressure is 95 atmospheres. The pressure relief valve 52 is set to Zoo atü. If oil is to be circulated for cooling or heating when the valve is closed, the oil pump 46 remains in operation, the two-way valve 62 is to be opened, switch position G, and the pressure relief valve 53 is to be set to a minimum permissible oil pressure of 8o atm. After the valve has been opened, the oil pump 46 can be switched off manually or by pressure-dependent or time-dependent control elements. For oil circulation when the valve is open, the oil pump 46 remains in constant operation, the two-way valve 61 is to be opened, switch position E, and a suitably dimensioned throttle 54 is installed as a pressure lock instead of a pressure limiting valve.