DE1962620A1 - Ventil fuer Vakuumanlagen - Google Patents

Description

Institut Piziki Poluprovodnikov Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk SSR

VENTIL FÜR VAKUUMANLAGE*'

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vakuumanlagen, insbesondere auf Ventile für diese Anlagen·

Besonders erfolgreich kann das vorgeschlagene Ventil bei Höchstvakuumanlagen Verwendung finden, die zur Entgasung durchgeheizt werden und in denen die Auelösezeit des Ventils mit einigen Sekunden gemessen wird#

Bisher sind schnellwirkende Ventile weitgehend bekannt, bei denen die mit ein·«Hebel starr verbundene Stange des Ab-

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., Kurvennut

sperorgans einen mit einer des Gehäuses zusammenwirkenden Vorsprung aufweist. Der Mittelabschnitt dieser Nut verläuft längs der Stangenlängsachse, während die Endabschnitte der Nut senkrecht zu dieser ausgeführt sind. Die Endabschnitte dieser Figurnut sind zum Fixieren des Absperrorgans in den Stellungen "Auf" und "Zu" Vorgesehen, . der Mittelabschnitt läßt dl* freie Bewegung dieses Absperrorgans in Richtung zum bzw. vom Ventilsitz zu. · , Der Dicht Schluß des Ventils in der Stellung "Zu" wird mit Hilfe eines nichtmetallischen Dichtungsringes aus elastischem Baaterial gesichert. Der Spalt zwischen dem Gehäuse und der Stange wird mittels einer Stopfbüchse abgedichtet (s. beispielsweise das Buch von Pipko A.I. und anderen: "Ausrüstungen zum Evakuieren von Vakuumgeräten", Moskau, 1965, S. 90).

Jedoch ist die Anwendung der bekannten Ventile genannter Bauart in den Hächstvakuumanlagen dadurch erschwert, daß das Antriebswerk dieser Ventile das Abschlußelement an den Sitz mit einer Kraft von unter 10-100 kp andrückt, was offenbar ungenügend ist, um einen erforderlichen Dichtschluß zu gewinnen.

Darüber hinaus ist die Abdichtung des Ventils in seiner Stellung "Zu" durch einen nichtmetallischen Dichtungsring

bei den ' relativ hohe» Temperaturen bei durchgeheia- · dem. Zwang zu

ten Höchstvakuumanlagen mit^häufiger Auswechselung dieses

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Ringes verbunden. Die Dichtheit des Ringes ist ziemlich gering und beim Öffnen des Ventils beginnt sich das ins Körperinnere dieses Ringes ein/gedrungene Gas intensiv auszuscheiden.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.

Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, ein solches Ventil für Vakuumanlag en zu entwickeln, das bei relativ kleiner Auslösezeit das Andrücken des Abschlußelementes mit einer Kuaft sichert, die für Herstellung eines erforderlichen DichtSchlusses des Ventils sogar beim Fehlen eines nichtmetallischen Dichtungsringes genügt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe kann nur dann erfolgreich sein, wenn die gegenseitige Lage des Abschlußelementes und des Ventilsitzes in Ventilstellung "Zu" beliebig oft wiederhergestellt werden kann.

gegangen von einem Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird ^ Ventil für

Vakuumanlagen, in welchem das Abschlußelement mit dem beweglichen Teil eines Betätigungswerkes in Verbindung

Arretierung steht, das derart ausgelegt wird, daß seine V in den Ventilstellungen "Auf" und "Zu" und seine freie Bewegung zwischen diesen Stellungen möglich ist. Erfindungsgemäß enthält der bewegliche Teil des Betätigungswerkes dieses Ventils eine Büchse mit Seitenvorsprüngen,

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mit welchen diese auf ihrer freien Bewegung in in Schließrichtung verlaufenden Nuten des Ventilgehäuses geführt ist, wobei die Vorsprünge unter einem spitzen Winkel zur Ventillängsachse geneigte Schrägflanken aufweisen, die mit entsprechenden Schrägflanken des Ventilgehäuses . zum Anpressen des Abschlußelementes auf den Ventilsitz zusammenwirken, wenn die Büchse ihre freie Bewegung in Schließrichtung zurückgelegt hat und gedreht wird, nachdem ihre Vorsprünge aus den Nuten herausgetreten sind·

Der Neigungswinkel der Schrägflanken ist hierbei so gewählt, daß sich für das Abschlußelement eine ausreichend hohe Preßkraft ergibt und in der Schließstellung Selbsthemmung eintritt.

Zweckmäßigerweise ist mit der besagten Büchse wenigstens ein zweiarmiger Schwenkhebel verbunden, der sich in der Öffnungsstellung mit seinem einen Arm unter Offenhaltung des Ventils auf das Ventilgehäuse abstützt und dessen anderer Arm für die freie Bewegung und die Schließdrehung als Hebel dient«

Es ist weiter zweckmäßig, den Innenraum des Ventilgehäuses von der Atmosphäre durch eine Wellrohrmembran abzuschließen, deren eines Snde mit dem Abschlußelement oder dessen Träger und deren anderes Snde mit dem Ventilgehäuse verbunden ist«
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Die Verwendung einer metallischen Wellrohrmembran erlaubt die Aufheizung des Ventils auf verhältnismäßig hohe Temperaturen.

Ss ist schließlich zweckmäßig, den zweiarmigen Hebel an einer Konsole zu montieren, die mit der Büchse starr verbunden ist, wobei zur Selbstarretierung des Hebels in der Offenstellung dessen Aufstützpunkt auf das Gehäuse weiter von der Ventilachse entfernt ist, als der Drehpunkt des Hebels.

Sin wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils liegt darin, daß trotz der kurzen Betätigungszeit von etwa einer Sekunde die Anpresskraft des Abschlußelementes auf den Ventilsitz mehrare Sonnen beträgt·

Kachstehend folgt eine ausführliche Beschreibung der vorzugsweieen Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen darstellt:

Pig. 1 einen Längsschnitt durch das Ventil in dar Stellung "Auf";

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Fig. 2 dasselbe in der Stellung "Zu"; Fig. 3 Schnitt IH-III der Fig. 1; Fig. 4 Schnitt IV-IV der Fig. 1;

Fig. 5 schematische Darstellung der

Schrägflanken am Betätigungsteil und im Ventilgehäuse im. vergrößerten Maßstab.

Das Ventil für Vakuumanlagen (in den Zeichnungen ist die Vakuumanlage nicht angedeutet) enthält ein Abschluß element 1 (Fig. 1 und 2), welches mit dem einen Ende der Stange 2 mittels einer Stiftschraube 3 verbunden ist. Am anderen Ende der Stange 2 ist ein Gewindezapfen 4 vorhanden, an welchem eine Büchse 5 iait Hilfe der Lütter 6 festgesetzt wird· Die Büchse besitzt seitliche Vorsprünge 7 (Fig· 2-5)» die in geradlinigen, zwischen den Vor Sprüngen 10 im Flansch 9 gebildeten Nuten 8 (Fig. 5) angeordnet sind· Die senkrechten Flanken der Vorsprünge 10 dienen als Führungsflächen, für die Büchse 5 bei deren geradliniger Bewegung und verhindern eine Drehung äö£^§ '"

; Buchs»; um die Ventillängsachse. Die Länge der Nuten 8 ist gerade dem Wevg der freien Bewegung des Äbschlußelementes 1 von der Ventilstellung "Auf" bis in die Ventilstellung "Zu" gleich. Dieser Umstand ermöglicht es, daß die Vorsprünge 7 nach Beendigung der genannten freien Ventilbewegung aus den Nuten b heraustreten. Im unteren Teil des Flansches 9 ist eine Ausdrehung 11 (Fig. 1, 2 und 5) vorgesehen, die eine Llöglich-

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keit bietet, die Büchse 5 an dieser Stelle um die Ventillängsachse zu drehen.

Die oberen Flanken 12 (Fig. 5) der seitlichen Vorsprünge 7 an der Büchse 5 und die unteren Flanken 13 (Fig. 4 und 5) der Vorsprünge 10, welche die Nuten bilden, stehen zu der Ventillängsachse unter einem Winkel von 88-89° schräg.

Bei der Drehung der Büchse 5 in eier Ausdrehung 11 wirken die oberen Flanken 12 auf der Büchse mit den unteren 13 am Flansch 9 zusammen.

Der Flansch 9 ist starr am Gehäuse 14 des Ventils mit vier Schrauben 15 (Fig. 3) befestigt. Im Unterteil des Ventilgehäuses 14 befindet sich ein unbeweglicher Ventilsitz

der 16 (Fig. 1 und 2) und mit diesem koaxial ist^Einlaßstutzen

der angeordnet, über dem Einlaßstutzen 17 ist in^vSeitenwand des Ventilgehäuses 14 eine Bohrung vorgesehen, in der der Auslaßstutzen 1b des Ventils eingebaut wird.

Am oberen hnäe der Büchse 5 ist ein Konsolstück 19 mit Hilfe von Schlitzen (nicht angedeutet), die auf der Büchse ausgeführt sind, und diesen entsprechenden Aussparungen

drehfest in der Wandung der Lüittelbohrung im Konsolstück 19vbefestigt,

Über den Schlitzen am oberen Ende der Büchse 5 ist ein Gewinde hergestellt, mit welchem die.Mutter 20 in Eingriff tritt, die das Konsolstück 19 in Axialrichtung festlegt. ■. Am Konsolstück 19 sind mittels Achsen 21

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zwei zweiarmige Hebel 22 montiert, deren kurze Arme 23 bei Verschwenkung der langen Arme 24, die dabei als Handhebel dienen, auf die , obere · Fläche 25 des Flansches 9 drücken.

Der Innenraum des Ventilgehäuses 14 ist durch die metallische Wellrohrmembran 26 von der Atmosphäre abgetrennt. Dabei ist das eine Ende der Wellrohrmembran an der Stange 2 und das andere an der Hülse 27 festangeschweißt, die hermetisch mittels des Flansches 2b und vier Schrauben 29 (in der Zeichnung sind nur zwei Schrauben angedeutet) mit dem Gehäuse 14 verbunden ist. Zwischen der Hülse 27 und dem Gehäuse 14 ist eine Kupferzwischenscheibe 30 eingelegt. Die Wellrohrmembran 26 dient im ßetätigungswerk nicht nur als abdichtendes Element. Ihre andere Zweckbestimmung ist eine elastische Belastung des Betätigungswerkes des Ventils.

Der Flansch 2b zentriert die Stange 2 und somit auch das Abschlußelement 1 in bezug auf den Ventilsitz 16. Im Flansch 28 ist eine Längsnut 31 vorgesehen, in der die Feder 32 gleitet, welche in der Stange 2 eingebaut ist, wodurch die Drehung der Stange 2 und des mit dieser verbundenen Abschlußelementes 1 um die Ventillängsachse verhütet wird.

Dadurch, daß die Flansche 9 und 28 miteinander nicht verbunden sind, ist der Flansch 28 von den Kräften auf das

Betätigungswerk beim Schließen des Ventils entlastet und soder
mit der Dichtungsgrad anVtrennbaren Verbindung der Wellrohr-

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membran 26 mit dem Ventilgehäuse 14 gesteigert·

Das Abschlußelement 1 weißt eine Kegelform auf und ist aus einer Kupferlegierung angefertigt. Die Verwendung von anderen Weichmetallen ist nicht ausgeschlossen. Der Ventilsitz 16 hat eine zylindrische form und ist aus einem nichtrostenden Stahl mit rechteckiger Kante hergestellt. Möglich ist auch die Benutzung anderer Hartmetalle. ,

Es versteht sich, , daß in dem beschriebenen Ventil die Schließeinheit, ■ j -, bestehend aus dem Sitz und einem Abschlußelement, auch eine andere Ausführungsform aufweisen

diese

kann, sowei-fcallen Betriebsverhältnissen der Vakuumanlagt gerecht wird.

Alle Hautbauteile und -gruppen des Ventils, und zwar das Ventilgehäuse 14, die Flansche 9 und 28, die Buchst;5 und Stange 2 sind aus einem nichtrostenden Stahl hergestellt. Bei

bei mehr

der Durchheizung^Temperaturtn von ^aIs 5QO C nimmt die Gasdurchlässigkeit des nichtrostenden Stahls stark zu und seine mechanische Festigkeit vermindert sich infolgt eines fciikrokorrosionszerfalls. Uat; diesen Prozeß zu vermeiden und unerwünschte Erscheinungen wit "Festfressen" und "-reiben" von reibenden Teilen bei erhöhten Temperaturen zu beseitigen, wird ihre Oberfläche mit bekannten hitzefesten Rostschuta- und Antifriktionsschichttn, vorzugsweise mittels Sulfidiertns und Verkadmens überzogen. Als solches Überzugsmittel kann das Molybdändisulfid Verwendung findtn»

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Das erfindungsgemäße Ventil arbeitet wie folgt.

Nehmen wir an, daß der anfängliche Zustand des Ventils der Stellung ^ftAuf^w (Pig. 1) entspricht. Um jetzt das Ventil zu schließen, werden die Hebel 22 durch ihre Drehung um die Achsen 21 in eine waagerechte Stellung übergeführt. Dabei versetzen die elastischen Kräfte, die durch die zusammengedrückte Wellrohrmembran 26 erzeugt sind, die Büchse. 5» Stange 2 und das Abschlußelement 1 abwärts in eine mittlere Gleichgewichtslage, die einem halbgeöffneten Zustand des Ventils entspricht, in welchem es durch die entlastete Wellrohrmembran 26 gehalten wird, wenn sonet an der Stange 2 keine Axialkräfta angreifen.

In neutraler Stellung nehmen die Hebel 22 eine waagerechte, zur Ventilachse senkrechte Lage ein und die seitlichen Vorsprünge 7 der Büchse 5 befinden sich in den Nuten 8 der Linienführungen des Flansches 9·

Dann wird das Abschlußelement 1 durch Herunterdrücken de'r Hebel abwärts bis zum Anschlag an den Ventilsitz 16 herangeführt· In dieser Ventilst ellung dehnt sich die #e Hr ohr membran 26 aus und die seitlichen Vor Sprünge 7 der Büchse 5 werden aus den Nuten 8 in die Ausdrehung 11 des Flansches 9 übergeführt.

.Wellen jetzt die Hebel 22 um die Ventilachse im Uhrzeigersinn um den Winkel von 15-20° gedreht, so drehen sich auoh das Konsolstück 19 und die Büchse 5; dabei wirken die oberen

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Flanken 12 der Vorsprünge 7, die unter einem Winkel von 08-69° zu der Längsachse des Ventils schrägstehen, mit den unteren Schrägflanken 13 der VorSprünge 10 des Flansches 9 zusammen. Die "bei dieser Drehung entstehende axiale Kraft, die dem Drehungswinkel der Büchse 5 proportional ist, wirkt über die St an-

das
2 auf.vAbschlußelement 1 _f wodurch das letztere

kraftbelastet an den Sitz 16 herangedrückt und das Ventil abgedichtet wird (Fig· 2)τ

In dieser Stellung des Ventils ist das Abschlußelemeni; 1

zwar selbethemmend in der Schließstellung festgelegt, und ^v infolge

der Reibungskräfte, welche im kraftübertragenden Gewindepaar entstehen, das durch die seitlichen Vorsprünge 7 an der Büchse 5 und die VorSprünge 10 des Flansches 9 gebildet wird.

Um das Ventil zu öffnen, muß das Konsolstück 19 mit Hilfe der Heoel. 22 um die Ventilachse gegen Uhrzeigersinn bis zum Anschlag gedreht werden. Dabei vermindert sich allmählich die Andrückkraft des Abschlußelementes 1 an den Ventilsitz 16, die seitlichen Vorsprünge 7 der Büchse 5 treten mit den Vorsprüngen 10 aus dem Eingriff und gehen in die Nuten Ö hinein. Die Wellrohrmembran 26 führt das Abschlußelement 1 in seine mittlere Gleichgewicht.sst ellung zurück, welche dem halbgeöffneten Zustand des Ventils entspricht.

Zum weiteren öffnen des Ventils werden dann die Hebel

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22 um ihre Achsen 21 zurückverschwenkt. Dabei heben die kürzeren Arme 23 der Hebel 22, auf der oberen Fläche 25 des Flansches 9 gleitend, das Konsolstück 19 samt der Büchse 5 der mit dieser verbundenen St enge 2 und das Abschluß element 1 hoch, indem sie die Wellrohrmembran 26 zusammendrücken. Dabei nähern sich die langen Arme 24 der Hebel 22 . und legen sich an den inneren Rand der Ausschnitte im Konsolstück 19 an, welches somit als Anschlag dient.

In der Anschlags st ellung nehmen die zweiarmigen Hebel 22 solch eine Stellung! Bei der die Enden der kürzeren Arme 23 dieser Hebel von der Ventillängsachse weiter als die

der langen Arme 24 abstehen. In dieser Stellung werden die Heder
bei unter^vWirkung der We Hr ohr membran 26 mit Kraft an das 'Konsolstück angedrückt und können sich nicht von selbst um die Achsen 21 verschwenken. Auf diese Weise wird das Zurückhalten der Büchse 5i Stange 2 und des Abschlußelementes 1 sichergestellt. Dieser Ventilzustand entspricht dem erzwungenen Festlegen des Abschlußelementes 1 in der Stellung "Auf".

Das Versuchsmuster des Ventils, das gemäß der vorliegeneinen
den Erfindung hergestellt und auf^vDurchsatz von 15 l/'sek im molekularen Betrieb berechnet worden ist, weist bei den Abmessungen von 1oGx80 mm und der größten Entfernung zwischen den Enden der auseinanderverschwenkten HeDeI von 1öO mm einen

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von von

Durchmesser der Durchgangsbohrung^v30 mm und das Gewicht^ kg auf. Der Gang der freien Büchsenbewegung beträgt 18 mm und deren Ablaufzeit übersteigt nicht 0,5 -1,0 sek. Die Verschiebungsgröße des Abschlußelementes bei dessen Andrücken an den Ventilsitz beträgt 0,1 - 0,5 mni| die einer Drehung des die Hebel tragenden Konsolstückes von 15-20° und der Andrückkraft bis 10 t entspricht.

den

Die zur Drehung des Konsolstückes an^vHebeln erforderliche Kraft aber übersteigt nicht 10 kp·

Das betreffende Ventil kann auch mit einem schnellwirkenden, ferngesteuerten Betätigungswerk ausgerüstet werden, wodurch eine weitere ZeitveikÜrzung beim öffnen und Schließen des Ventils möglich wird·

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Claims (2)

1. PATBNTANSPEÜCHB

   J Ventil für Vakuumanlagen, dessen Abschlußelement durch ein Betätigungswerk in den Stellungen 'Auf¹ und ¹Zu¹ arretierbar ist und die Möglichkeit zur freien Bewegung zwischen diesen Stellungen hat, dadurch gekennzeichnet , daß der bewegliche Teil des Betätigungswerkes eine Büchse (5) mit seitlichen Vorsprüngen (7) enthält, mit welcher diese auf ihrer freien Bewegung in in Sqhließrichtung verlaufenden Nuten (8) des Ventilgehäuses geführt ist, wobei die Vorsprünge (7) unter einem spitzen Winkel zur Ventillängsachse geneigte Schrägflanken (12) aufweisen, die mit entsprechenden Schrägflanken (13) des Ventilgehäuses zum Anpressen des Abschlußelementes (l) auf den Ventilsitz (16) zusammenwirken, wenn die Büchse (5) ihre freie Bewegung in Schließrichtung zurückgelegt hat und gedreht wird, nachdem ihre Vor Sprünge (7) aus den Nuten (8) herausgetreten sind·
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen drehfest mit der Büchse (5) verbundenen zweiarmigen Schwenkhebel (22), der sich in der Öffnungsstellung mit seinem einen Arm (23) unter Offenhaltung des

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   Ventils auf das Ventilgehäuse abstützt und dessen anderer Arm (24) für die freie Bewegung und die Schließdrehung als Hebel dient.

   3 m Ventil nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Ventilgehäuses (14) von der Atmosphäre durch eine Wellrohrmembran (26) abgeschlossen ist, deren eines Ende mit dem Abschlußelement (l) oder dessen Träger und deren anderes Ende mit dem Ventilgehäuse verbunden ist·

   4· Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiarmige Hebel (22) an einer Konsole (19) mon- tiert ist, die mit der Büchse (5) starr verbunden ist, und daß in der Öffnungsstellung der Abstützpunkt des Hebels (22) auf das Gehäuse (9) weiter von der Ventillangsachse entfernt ist als der Drehpunkt (21) des Hebels·

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