DE19600265A1 - Flaschenventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flaschenventil für Druckbehälter vor­ zugsweise mit hochtoxischem, - korrosivem oder - reinem Inhalt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Übliche Flaschenventile bestehen aus einem Ventilgehäuse, mit Anschlüssen zum Einsetzen in die Gasflasche oder in den Druckbehälter und zum Verbinden mit einem Verbraucher. In der im Ventilgehäuse verlaufenden Verbindung zwischen diesen beiden Anschlüssen ist die eigentliche Absperreinrichtung ange­ ordnet, in der Regel eine durch Handrad betätigte Spindel mit Sitzabdichtung die gegen einen im Ventilgehäuse fest angeord­ neten Ventilsitz gestellt wird.

Herkömmliche Flaschenventile (DE 39 28 678 C1 sind als zweiachsige Systeme ausgebildet. In der vertikalen Achse ist die Abdicht- und Schließfunktion angeordnet. Senkrecht dazu befin­ det sich in horizontaler Lage ein Seitenstutzen mit Anschlußge­ winde für den Verbraucher.

Beim An- und Abschließen des Verbrauchers gelangt über den Seitenstutzen Atmosphäre in den Ventilinnenraum, bis zum Ventilsitz. Die eingedrungene Atmosphäre muß vor der Entnah­ me von hochreinen Gasen und Gasgemischen entfernt werden. Hierzu werden in der Regel hochreine Spülgase und geeignete Spülgasarmaturen benutzt.

Besonders kritisch ist die Wechselwirkung mit Reaktivgasen. Restfeuchte- und Reaktivgas führen zu Korrosionsprodukten (Schwermetalle), die bis zum Verbraucher gelangen und dort schwermetallempfindliche Prozesse, z. B. bei der Halbleiterher­ stellung oder der Lichtleitfaserherstellung, beeinträchtigen. Die Folge ist, daß die Ausbeute des Endproduktes sinkt. Gleichzeitig führen die eingeschleppten Korrosionsprodukte zur Verkürzung der Lebensdauer des hochwertigen und teuren Gasversorgungs­ systems aus Edelstahl.

Die Spülbarkeit von Flaschenventilen ist daher von entscheiden­ der Bedeutung. Die Reinheit der Gase soll bei der Entnahme möglichst nicht verändert werden.

Um den zu spülenden Raum zu minimieren, ist in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 93 20 513.9 bereits vorgeschlagen worden, den Ventilsitz und die mit einer Spindel betätigbare Sitzabdich­ tung horizontal im Seitenstutzen anzuordnen. Der besondere Vorteil dieser Ausbildung ist, daß keine komplizierte Funktions­ geometrie wie enge Kanäle, Spalten gespült werden müssen. Es entsteht eine klare und glatte zylindrische Geometrie, die optimal spülbar ist. Dabei ist die Herstellung des insbesondere bei hoch­ reinen, korrosiven oder toxischen Gasen verwendeten, metalli­ schen Ventilsitzes innerhalb des Seitenstutzens aufwendig und kompliziert. Hinzu kommt, daß Flaschenventile, je nach Bedarfs­ fall, mit einem entsprechenden gasartspezifischen Anschluß ausgerüstet werden müssen, so daß eine Vielzahl entsprechender Flaschenventile hergestellt und bevorratet werden müssen. Im Falle des Einsat­ zes bei Reaktivgasen ist die Herstellung der Flaschenventile kostenintensiv, da das Ventilgehäuse aus hochkorresionsbe­ ständigen Werkstoffen gefertigt werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Flaschen­ ventil für Druckbehälter zu schaffen, welches variabel einsetzbar und kostengüstig sowie einfach herstellbar ist.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 berück­ sichtigten Stand der Technik, ist diese Aufgabe erfindungsge­ mäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Ventilsitzes als se­ parates Bauteil, der auswechselbar mit dem Ventilgehäuse ver­ bunden ist, wird der Fertigungsprozeß optimiert. Das Flaschen­ ventil kann flexibler an die Gasart angepaßt werden, weil ledig­ lich das Bauteil mit dem gasartspezifischen Anschluß am Ventil­ gehäuse ausgetauscht werden muß. Im Falle des Einsatzes bei Reaktivgasen kann der auswechselbare Ventilsitz aus hochkor­ rosionsbeständigem Werkstoff gefertigt sein. Denn nur in diesem Ventilbereich findet die wechselseitige Beaufschlagung statt. Dabei weist der wechselseitig beaufschlagte Ventilsitz nur ein geringes Totvolumen auf, wodurch das Spülen mit einem Inert­ gas vereinfacht wird.

Mit minimalem Einsatz sehr teurer, hochkorrosionsbeständiger Werkstoffe erhält man eine große Steigerung der Korrosionsbe­ ständigkeit des gesamten Flaschenventils. Dies führt zur Verrin­ gerung des Schwermetallaustrags und der Minimierung von Fehlern in den Verbrauchern. Das austauschbare Bauteil ermög­ licht eine gute Zugänglichkeit zu den Innenoberflächen des Ventilsitzes und des Ventilgehäuses die damit einfach und ko­ stengünstig beschichtet werden können. Nach einem bevorzug­ ten Verfahren (PVD = Physical Vapour Deposition) wird ein me­ tallisches Ausgangsmaterial durch den Eintrag von thermischer oder kinetischer Energie in die Gasphase überführt (zer­ stäuben) und kondensiert auf dem zu beschichtenden Bauteil oder Ventilgehäuse. Das Ergebnis ist eine dichte metallische Schicht. Vorteilhaft ist zum Beispiel eine Beschichtung mit Ti oder anderen Edelmetallen wie zum Beispiel Silber. Grundsätz­ lich sind alle metallischen Werkstoffe denkbar. Die Schichtdic­ ken liegen im µm-Bereich.

Nach einem weiteren bevorzugten Verfahren (CVD = Chemical Vapour Deposition) läßt man eine oder mehrere flüchtige Ver­ bindungen mittels eines vorzugsweise inerten Trägergases so an dem Bauteil oder Ventilgehäuse vorbeiströmen, daß sie an oder nahe der Oberfläche zur Reaktion beziehungsweise Zersetzung kommen. Deren Produkt scheidet sich dort als feste Substanz ab. Das Bauteil oder Ventilgehäuse wird dabei auf Temperaturen zwischen 200 und 1200°C erhitzt. Als Ausgangsstoffe eignen sich vorzugsweise flüchtige Metallverbindungen. So entstehen zum Beispiel, aus Ni (Co)₄, Ni-Abscheidungen auf dem Bauteil oder Ventilgehäuse.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der Zeichnung ist ein Flaschenventil 15 dargestellt, das aus einem Ventilgehäuse 7, welches mit einem Anschluß 9 zum Ein­ schrauben in eine Gasflasche oder einen größeren Druckbehäl­ ters versehen ist, besteht. Ferner besitzt es einen Anschluß 4 zum Verbinden mit einem Verbraucher 12.

Die Anschlüsse 4 und 9 sind durch eine Verbindungsleitung 3 miteinander verbunden. Die Verbindungsleitung 3 weist einen vertikal im Ventilgehäuse 7 verlaufenden Abschnitt 3a auf, der in einen senkrecht dazu verlaufenden Leitungsabschnitt 3b mün­ det. In dem senkrecht zum Leitungsabschnitt 3a angeordneten, als Stufenbohrung ausgebildeten Leitungsabschnitt 3b ist die als Absperrventil ausgebildete Absperreinrichtung 16 angeordnet. Die Absperreinrichtung 16 besteht im wesentlichen aus einer Unterspindel 5 mit Sitzabdichtung 17, einer den Ventilraum 18 gegen Atmosphäre abdichtenden Membran 19 und einer Ober­ spindel 21, die mit einem Handrad 20 verbunden ist.

Die Membran 19 ist mit der Druckmutter 23 über Druckstück 22 an eine Schulter des Leitungsabschnitts 3b gedrückt. In der Druckmutter 23 ist ein Bewegungsgewinde vorgesehen in der die Oberspindel 21 mittels Handrad 20 verstellbar ist.

Die Funktion einer derartigen Absperreinrichtung 16 entspricht dem Stand der Technik und wird daher nicht näher beschrieben.

Gemäß der Erfindung ist in dem, dem Handrad 20 gegenüberlie­ genden Leitungsabschnitt 3b, ein Verbindungselement z. B. ein Innengewinde 24 vorgesehen. Über das Verbindungselement ist das separate Bauteil 2, welches dem Seitenstutzen entspricht, mit dem Ventilgehäuse 7 verbindbar. Am Umfang des separaten Bauteils 2 ist der Anschluß 4 zum Verbinden mit dem Verbrau­ cher 12 vorgesehen. Das Bauteil 2 ist als rohrförmiger Körper mit innenliegendem Steg 10 ausgebildet. In dem Steg 10 befindet sich eine Durchlaßöffnung 11, durch die das Gas zum Verbrau­ cher 12 strömt. An der zur Sitzabdichtung 17 gerichteten Seite des Stegs ist der Ventilsitz 1 vorgesehen, der die Durchlaßöff­ nung 11 umgibt. Der Ventilsitz 1 ist beispielsweise als metalli­ scher Dichtwulst ausgebildet. Das Bauteil 2 weist einen An­ schluß 25 auf mittels dem es senkrecht zum Anschluß 9 in das Innengewinde 24 des Leitungsabschnittes 3b einschraubbar ist. Über den Anschluß 25 ist das Bauteil 2 auswechselbar in der Verbindungsleitung 3 angeordnet. Nach einer Ausgestaltung des Bauteils 2 und/oder Ventilgehäuses 7 ist an der(n) Stirnseite(n) 27 zwischen Bauteil 2 und/oder des Ventilgehäuses 7 minde­ stens ein metallischer Dichtwulst 28 vorgesehen, mittels dem ei­ ne gasdichte Verbindung zwischen Bauteil 2 und Ventilgehäuse 7 erreicht wird. Sind an Ventilgehäuse 7 und Bauteil 2 jeweils ein Dichtwulst ausgebildet, ist es nach einer nicht dargestellten Ausbildung möglich, zwischen den beiden Dichtwulsten eine Dichtscheibe anzuordnen. Selbstverständlich sind andere Dich­ tungen zwischen Bauteil 2 und Ventilgehäuse 7 möglich, wie metallische Schneidringabdichtung, O-Ring-Abdichtung, Abdich­ tung mit metallischer Winkelscheibe, oder metallische Helicoflex- Abdichtung. Vorzugsweise ist auf der dem Ventilsitz 1 gegen­ überliegenden Seite des Steges ein Dichtsitz 13 vorgesehen. Über dem Dichtsitz 13 ist der Verbraucher 12 mit dem Bauteil 2 gasdicht verbindbar. Das Volumen der Durchlaßöffnung 11 zwi­ schen dem Ventilsitz 1 und dem Dichtsitz 13 ist kleiner 0,1 cm³, vorzugsweise 0,025 cm³. Dieses beim Wechsel des Verbrau­ chers 12 Umgebungsgas, z. B. Luft, enthaltende kleine Volumen kann mit geringsten Mengen eines Spülgases gespült werden. Vorteilhaft besteht das Bauteil 2 aus Edelstahl oder Ni-Basis- Legierungen, zum Beispiel Hastelloy oder unlegierten reinen Edelmetallen, zum Beispiel Ta, Ti, Pd, Pt, Platinmetalle (Ir, Os, Pd, Ru) und deren Legierungen oder Ta, Niob und deren Legie­ rungen oder Zink, Cadmium-Legierungen oder Zirkonium und Zirkonium-Legierungen und das Ventilgehäuse 7 aus Messing, Edelstahl oder C-Stahl beziehungsweise vergüteten C-Stahl. Hieraus ergeben sich entsprechend dem Medium spezifisch an­ gepaßte Kombinationen.

Beispiel Medium HCl

Vorteilhaft ist hier die Kombination Ventilgehäuse 7 aus Edel­ stahl und Bauteil 2 aus Hastelloy. Hastelloy ist im Gegensatz zu Edelstahl unempfindlich gegen chloridinduzierte Spannungs- Korrosionen.

Nach einer vorteilhaften Ausbildung wird das Bauteil 2 aufgrund seiner unkomplizierten Geometrie mittels der eingangs genann­ ten PVD- oder CVD-Verfahren beschichtet. Hierbei wird auf ei­ nem kostengünstigeren Grundmaterial eine dünne, noch korrosi­ onsbeständige Schicht erzeugt.

Beispiel:

Ventilgehäuse 7 wird aus Edelstahl und Bauteil 2 aus Edelstahl mit Ti-Beschichtung hergestellt.

Weiter sind organische Beschichtungen mit zum Beispiel PTFE oder Auskleidungen mit zum Beispiel PFA vorteilhaft, da keine metallischen Werkstoffe im Bauteil 2 wechselseitig mit Atmo­ sphäre und Reaktivgas in Kontakt kommen und damit kein me­ tallischer Austrag entstehen kann. Vorteilhaft ist auch eine Her­ stellung von Bauteil 2 aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen.

Claims (7)

1. Flaschenventil für Druckbehälter mit vorzugs­ weise hochtoxischem - korrosivem oder - reinem Inhalt, bestehend aus einem Ventilgehäuse und Anschlüssen zum Einsetzen in den Druck­ behälter und zum Verbinden mit einem Verbraucher sowie einem Ventilsitz und einer Absperreinrichtung in der Verbindungsleitung zwischen den Anschlüssen dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (1) als separates Bauteil (2) und auswechselbar in der Verbindungslei­ tung (3) angeordnet ist.

2. Flaschenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (4) zum Verbinden mit einem Verbraucher (12) an dem Bauteil (2) angeordnet ist.

3. Flaschenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (1) und die Absperreinrichtung (16) senkrecht zum Druckbehälteranschluß (9) im Ventilgehäuse (7) angeordnet sind.

4. Flaschenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (2) einem Anschluß (25) zum Verbinden mit dem Ventilgehäuse (7) aufweist.

5. Flaschenventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (25) ein Gewinde ist.

6. Flaschenventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (2) als rohrförmiger Körper mit innenliegendem Steg (10) ausgebildet ist, daß in dem Steg (10) eine Durchlaßöffnung (11) vorgesehen ist, daß an der zum Ventilkörper (5) weisenden Seite des Stegs (10) der vorzugsweise metal­ lische Ventilsitz (1) angeordnet ist und daß an der zum Verbraucher (12) weisenden Seite des Steges (10) vorzugsweise ein Dichtsitz (13) vorgesehen ist.

7. Flaschenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Durchlaßöffnung (12) zwischen dem Ventilsitz (1) und dem Dichtsitz (13) kleiner 0,1 cm³, vorzugsweise kleiner gleich 0,025 cm³, ist.