DE1962620C3 - Ventil für Vakuumanlagen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für Vakuumanlagen, dessen Verschlußstück mit einer Betätigungsstange verbunden ist, an deren freiem Ende ein Schwenkhebel angeordnet ist, der in einer seiner Stellungen unter Abstützung auf einer gehäusefesten Fläche die Betätigungsstange in der Offenstellung arretiert und in der anderen Stellung die freie axiale Bewegung der Betätigungsstange in die Schließstellung gestattet, in welcher die Andrückkraft durch beim Drehen des Schwenkhebels mit einander gegenüberliegenden gehäusefesten Gegenl'lächen zusammenwirkende drehkeilartige Stützflächen erzeugt wird. Ein Ventil dieser Bauart ist aus der US-PS 17 85 766 bekannt.

Das bekannte Ventil ist ein Flüssigkeitsbehälterventil, also für ein Einsatzgebiet bestimmt, auf dem die Dichtigkeitsanforderungen nicht so hoch sind wie bei Vakuumanlagen. Vorliegend geht es um ein Ventil für Höchstvakuumanlagen, welche zur Entgasung beheizt werden und bei denen bei schneller Betätigungsmöglichkeit höchste Anforderungen an die Dichtigkeit und auch im Dauerbetrieb gleichbleibende Zuverlässigkeit gestellt werden.

Bei der bekannten Ausbildung ist die Betiitigungsstange fest mit dem SchlieGelement des Ventils verbunden. Beim Drehen der Stange mittels des Schwenkhebels zum Zwecke des Festziehens oder Lesens des Ventils führt daher auch das Schließelemeni eine Drehbewegung auf seinem Sitz aus. Hierdurch triti ίο Reibung und Verschleiß auf, der sich ungleichmäßig über den Umfang verteilen kann und die Dauerzuverlässigkeit sowie Einsetzbarkeit in Vakuumanlagen in Frage stellt.

Es kommt hinzu, daß die Anpressung des Schließelements erzeugenden drehkeilartigen Stützflächen am Schließelement selbst ausgebildet sind. Die mit diesen zusammenwirkenden ortsfesten Gegenflächen sind relativ schmale Auskragungen, die nur kurze, einander gegenüberliegende Umfangsabschnitte des Schließele-

ments erfassen, so daß die Anpreßkraft desselben auf seinen Sitz nicht gleichmäßig verteilt sein kann, sondern unter den Gegenflächen ihren größten Wert hat und auf den ungestützten Bereichen geringer sein wird. Auch dies macht die bekannte Ausbildung zum Einsatz in Vakuumanlagen ungeeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Ventils für Vakuumanlagen, das ähnlich wie die bekannte Ausbildung schnellbetätigbar ist, dabei aber zuverlässig und verschleißfrei arbeitet und eine langlebige Abdichtung für hohes und höchstes Vakuum unter Verwendung von metallischen Dichtungsflächen gewährleistet.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Anpreßkraft zum Schließen des Ventils erzeugt wird durch eine auf der Betätigungsstange drehbar und relativ dazu unverschieblich gelagerte Buchse, an der sowohl Schwenkhebel befestigt als auch radiale Vorsprünge mit den drehkeilartigen Stützflächen ausgebildet sind, welche bei der freien axialen Bewegung der Betätigungsstange in Nuten eines mit dem Ventilgehäuse verbundenen Flansches gleiten und in der Schließstellung aus diesen heraustreten, wobei die gehäusefesten Gegenflächen sich über die zwischen den Nuten verbleibenden Umfangsabschnitte erstrecken, die Steigung der zusammenwirkenden Drehkeilflächen im Selbsthemmungsbereich liegt und ein federclastischer Faltenbalg zwischen dem verschlußstückseitigen Ende der Betätigungsstange und dem Gehäuse den Mediumraum von der Atmosphäre trennt.

Dadurch daß die drehkeilartigen Stützflächen nicht im Bereich des Schließelements ausgebildet sind, sondern an einer besonderen Buchse, die die erzeugte Axialkraft zunächst in die Betätigungsstange leitet, von wo sie das Schließelement beaufschlagt, wird von vornherein eine gleichmäßige Anpressung des Schließelements an seinen Sitz gewährleistet.

Ebenso wesentlich ist, daß bei der vorgeschlagener Ausbildung die Buchse drehbar und unverschieblich aul der Betätigungsstange sitzt, so daß die Erzeugung det Schließkraft durch Drehung nicht auch eine Drehung des Schließelements selbst erzwingt. Dies verhinder Reibung und Verschleiß.

Schließlich treten die die Stützflächen bildender Vorsprünge der Buchse in der Schließstellung aus der Nuten des Ventilgehäuses heraus, wobei die Gegenflä chen des Gehäuses sich über die gesamten zwischen dei Nuten verbleibenden Umfangsabschnitte erstrecken, S(

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daß eine maximale Stützfläche zur Krafter/eugung zur Verfügung steht.

Durch die drehfeste und nur längsverschiebliche Lagerung der Betätigungsstange mit dem Schließeiement wird es auch möglich, zur völligen Abdichtung des Ventilinnenraumes von der Atmosphäre einen Faltenbalg anzuordnen.

Es ist zweckmäßig, an der Buchse starr eine Konsole zu befestigen, an der zwei einander gegenüberliegende zweiarmige Schwenkhebel angelenkt sind, die im ausgeschwenkten Zustand als Hebel für die axiale Verschiebung cer Betätigungsstange und a's Hebel für die Verdrehung der Buchse dienen und die zur Arretierung der Offenstellung mit ihren äußeren Enden nach innen schwenkbar sind, wobei sich das freie Ende des unteren Hebelarms jedes Hebels auf dem Flansch abstützt, und zwar derart, daß ihre Abstützpunkte auf dem Flansch in einem größeren radialen Abstand von der Ventillängsachse liegen als die Drehpunkte der Hebel.

Die Anordnung von zwei einander gegenüberliegenden Schwenkhebeln erlaubt zunächst im Gegensatz zur bekannten Ausbildung, bei der nur ein solcher Hebel vorgesehen ist, die Einleitung eines reinen Drehmoments ohne Seitenkräfte. Außerdem wird bei dieser Anordnung eine schnelle und bequeme Bedienung gewährleistet; zur Betätigung des Ventils genügt beim Öffnen das Drehen und anschließende Schwenken der Hebel, um von der völligen Abdichtung zum weil offengehaltenen Zustand zu kommen und beim Schließen genügt umgekehrt das Schwenken und anschließende Drehen, um von der weit offenen Stellung die völlige Dichtheit zu erreichen.

Bei einem Versuchsmuster des erfindungsgemäßen Ventils, das für einen Durchsatz von 15 1/sec ausgelegt ist, Abmessungen von 180x80 mm, einen Durchmesser der Durchgsngsbohrung von 30 mm und ein Gewicht von 3 kg aufweist, beträgt der Hub des Verschlußstücks 18 mm und die manuelle Betätigungszeit etwa 0,5 bis 1,0 see. Das Ventil kann auch zur automatischen, z. B. ferngesteuerten Betätigung eingerichtet werden, wodurch die Betätigungszeit noch wesentlich verkürzt werden kann. Die erzielbaren Anpreßkräfte des Verschlußstücks an seinen Sitz liegen in der Größenordnung von bis zu 10 t, wobei die notwendige Drehkraft an den Hebeln 10 kp nicht übersteigt.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt durch ein Ventil für 5c Vakuumlagen in geöffneter Stellung,

Fig.2 den Längsschnitt durch das Vemil gemäß Fig. 1 in geschlossener Stellung,

Fig. 3 den Schnitt nach Linie 111-111 von Fig. 1, Fig. 4 den Schnitt nach Linie IV-IV von Fig. 1, Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Buchse mit den drehkeilartigen Stützflächen und, teilgeschnitten, den mit dieser zusammenwirkenden Flansch mit den gehäusefesten Gegenflächen.

Das Ventil für Vakuumanlagen hat ein Verschlußstück I. das mittels einer Stiftschraube 3 an dem einen Ende der Betätigungsstange 2 befestigt ist. Am anderen Ende der Betätigungsstange 2 ist ein Gewindezapfen vorgesehen an welchem eine Buchse 5 mit Hilfe einer Mutter 6 verschiebefest und drehbar gehalten ist.

Die Buchse 5 besitzt radiale Vorsprünge 7. die in geradlinigen, zwischen den Vorsprüngen 10 im Flansch 9 gebildeten Nuten 8 gleiten können. Die senkrechten

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40 Flanken der Vorsprünge 10 dienen als Führungsflächen für die Buchse 5 bei deren geradliniger Bewegung und verhindern ihre Drehung um die Vemillängsachse. Die Länge der Nuten 8 ist gerade dem Weg der freien Bewegung des Verschlußstücks 1 zwischen der Offen-Stellung and der Schließstellung des Ventils gleich. Dabei treten die radialen Vorsprünge 7 nach Beendigung der genannten freien Veniilbewegung aus den Nuten 8 heraus.

Im unteren Teil des Flansches 9 ist eine Ausdrehung 11 vorgesehen, in die die radialen Vorsprünge 7 eintreten, in welcher Stellung eine Drehung der Buchse 5 um die Ventillängsachse möglich wird.

Die oberen Flächen 12 der radialen Vorsprünge 7 und die unteren Flächen 13 der Vorsprünge 10 stellen zusammenwirkende drehkeilartige Stützflächen dar. welche zu der Ventillängsachse unter einem Winkel von 88" bis 89° schräg stehen, d. h. einen Steigungswinkel von 1 bis 2° aufweisen.

Bei der Drehung der Buchse 5 in der Ausdrehung 11 wirken die drehkeilartigen Stützflächen 12 auf der Buchse mit den gehäusefesten Gegenflächen 13 am Flansch 9 zusammen.

Der Flansch 9 ist starr am Gehäuse 14 des Ventils mit vier Schrauben 15 befestigt. Im Unterteil des Ventilgehäuses 14 befindet sich ein unbeweglicher Ventilsitz 16 und koaxial zu diesem ist der Einlaßstutzen 17 angeordnet. Über dem Einlaßstutzen 17 ist in der Seitenwand des Ventilgehäuses 14 eine Bohrung vorgesehen, in der der Auslaßstutzen 18 des Ventils befestigt ist.

Am oberen Ende der Buchse 5 ist eine Konsole 19 drehfest, z. B. mittels einer geeigneten formschlüssigen Verbindung befestigt. Am oberen Ende der Buchse 5 ist ein Gewinde eingeschnitten, auf welchem die Mutter 20 die Konsole 19 in Axialrichtung festlegt.

An der Konsole 19 sind zwei zweiarmige Schwenkhebel 22 an Drehpunkten 21 angelcnkt, deren längere Hebelarme 24 als Handhebel dienen und deren kürzere, in der Offenstellung gemäß Fig. 1 untere Hebelarme 23 sich auf die obere Fläche 25 des Flansches 9 abstützen.

Der Innenraum des Ventilgehäuses 14 ist durch einen metallischen Faltenbalg 26 von der Atmosphäre getrennt. Dabei ist das eine Ende des Faltenbalgs an der Betätigungsstange 2 und das andere an einer Hülse 27 dichtgeschweißt. Die Hülse 27 ist mittels der Schrauben

29 zwischen dem Flansch 28 und dem Gehäuse eingeklemmt, wobei noch eine Kupferzwischenscheibe

30 eingelegt ist.

Der Faltenbalg 26 dient nicht nur als abdichtendes Element, sondern wirkt aufgrund seiner elastischen Eigenschaften auch als Feder, die die Betätigungsstange 2 in der Offenstellung oder einer mittleren Stellung zu halten sucht.

Der Flansch 28 zentriert die Stange 2 und somit auch das Verschlußstück 1 in bezug auf den Ventilsitz 16. Im Flansch 28 ist eine Längsnut 31 vorgesehen, in der eine in die Stange 2 eingelegte Feder 32 gleitet, wodurch eine Drehung der Stange 2 und des mit dieser verbundenen Verschlußstücks 1 um die Ventillängsachse verhindert

ist.

Dadurch daß die Flansche 9 und 28 miteinander nicht verbunden sind, wird der Flansch 28 von den beim Schließen des Ventils wirkenden Axialkräften nicht beaufschlagt und die Dichtheit der Verbindung zwischen Flansch 28, Hülse 27, Kupferscheibe 30 und Ventilgehäuse 14 ist nicht gefährdet.

Das Verschlußstück 1 weist eine Kegelform auf und

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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.

Alle Bauteile des Ventils, nämlich das Ventilgehäuse 14, die Flansche 9 und 28, die Buchse 5 und die Betätigungsstange 2 sind aus einem nichtrostenden Stahl hergestellt. Bei einer Erhitzung auf Temperaturen von mehr als 500° C nimmt jedoch die Gasdurchlässigkeit des nichtrostenden Stahls stark zu und seine mechanische Festigkeit vermindert sich infolge eines Mikrokorrosionszerfalls. Um diese Einflüsse zu vermeiden und das im Vakuum leicht auftretende unerwünschte Festfressen der reibenden Teile bei erhöhten Temperaturen zu verhindern, wird ihre Oberfläche mit bekannten hitzefesten Rostschutz- und Antifriktionsschichten, z. B. mittels Sulfidierens und Verkadmens überzogen. Als solches Überzugsmittel kann Molybdändisulfid Verwendung finden.

Das beschriebene Ventil wird wie folgt betrieben:

Wenn von der in F i g. 1 gezeigten Offenstellung ausgegangen wird, so werden zum Schließen des Ventils die Schwenkhebel 22 durch Drehung um die Drehpunkte 21 in die waagerechte Stellung geschwenkt. Wenn die Federkraft des Faltenbalgs 26 so gewählt ist, daß dieser das Ventil in einer mittleren, halboffenen Stellung zu halten sucht, so wird sich die Baueinheit aus Buchse 5. Stange 2 und Verschlußstück 1 abwärts in diese mitilere Gleichgewichtslage bewegen, in der sie durch den entlasteten Faltenbalg 26 gehalten wird, wenn sonst an der Stange 2 keine Axialkräfte angreifen. Dabei befinden sich die radialen Vorsprünge 7 der Buchse 5 in den Nuten8des Flanschest

Dann wird das Verschlußstück 1 durch Heruntcrdrükkcn der Hebel abwärts bis zum Anschlag an den Ventilsitz 16 herangeführt. In dieser Ventilstellung dehnt sich der Faltenbalg 26 und die radialen Vorsprünge 7 der Buchse 5 treten aus den Nuten 8 aus und in die Ausdrehung 11 des Flansches 9 ein.

Werden jetzt die Hebel 22 um die Venlilachsc im nert¹

Uhrzeigersinn um einen Winkel von 15 bis 20° gedreht, so drehen sich auch die Konsole 19 und die Buchse 5. Dabei wirken die drehkcilartigen Stützflächen 12 der Vorsprünge 7 mit den gehäusefesten Gegenflächen 13 der Vorsprünge 10 des Flansches 9 zusammen. Die bei dieser Drehung entstehende axiale Kraft, die dem Drchungswinkel der Buchse 5 proportional ist, wirkt über die Stange 2 auf das Verschlußstück 1 und dieses wird mit großer Kraft auf den Sitz 16 gedruckt, wodurch das Ventil dicht geschlossen ist. Diese Schließtstellung ist in Fi g. 2 gezeigt.

In dieser Stellung des Ventils ist das Verschlußstück 1 selbsthemmend in der Schließstellung festgelegt, und zwar infolge der Reibungskräfte, welche zwischen den drehkeilartigen Stützflächen 12 und 13 wirken.

Um das Ventil zu öffnen, muß die Konsole 19 mit Hilfe der Hebel 22 um die Venlilachsc gegen den Uhrzeigersinn bis zum Anschlag gedreht werden. Dabei kommen die radialen Vorsprünge 7 der Buchse 5 außer Eingriff mit den Vorsprüngen 10 und treten in die Nuten 8 ein. Der Faltenbalg 26 führt das Verschlußstück 1 in seine mittlere Gleichgewichtsstellung zurück, welche dem halbgeöffneten Zustand des Ventils entspricht.

Zum weiteren öffnen des Ventils werden dann die Hebel 22 um ihre Drehpunkte 21 zurückversehwenkt. Dabei gleiten die kürzeren Hebelarme 23 auf der oberen Fläche 25 des Flansches 9 und heben die Konsole 19 samt der Buchse 5 der mit dieser verbundenen Stange 2 und dem Verschlußstück 1 hoch, wobei der Faltenbalg 26 zusammengedrückt wird. Dabei nähern sich die langen Hebelarme 24 und legen sich an den inneren Rand der Ausschnitte in der Konsole 19 an, welches somit als Anschlag dient.

In dieser Anschlagstellung nehmen die zweiarmigen Schwenkhebel 22 eine solche Stellung ein, daß die Enden der unteren Hebelarme 23 sich auf Stellen des Flansches 9 stützen, die radial von der Ventillängsachsc weiter entfernt sind als die Drehpunkte 21. In dieser Stellung werden die Hebel unter der Wirkung des Faltenbalgs 26 mit Kraft angedrückt und können sich nicht von selbst zurückdrehen. Die Offenstellung de« Ventils ist damit zuverlässig fixiert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Ventil für Vakuumanlagen, dessen Verschlußstück mit einer Betätigungsstange verbunden ist, an deren freiem Ende ein Schwenkhebel angeordnet ist, der in einer seiner Stellungen unter Abstützung auf einer gehäusefesten Fläche die Betätigungsstange in der Offenstellung arretiert und in der anderen Stellung die freie axiale Bewegung der Betätigungsstange in die Schließstellung gestattet, in welcher die Andrückkraft durch beim Drehen des Schwenkhebels mit einander gegenüberliegenden gehäusefesten Gegenflächen zusammenwirkende drehkeilartige Stützflächen erzeugt wird, gekennzeichnet d u r c h eine auf der Betätigungsstange (2) drehbar und relativ dazu unverschieblich gelagerte Buchse (5), an der sowohl Schwenkhebel (22) befestigt als auch radiale Vorsprünge (7) mit den drehkeilartigen Stützflächen (12) ausgebildet sind, welche bei der freien axialen Bewegung der Betätigungsstange in Nuten (8) eines mit dem Ventilgehäuse (14) verbundenen Flansches (9) gleiten und in der Schließstellung aus diesen heraustreten, wobei die gehäusefesten Gegenflächen (13) sieh über die zwischen den Nuten verbleibenden Umfangsabschnitte erstrecken, die Steigung der zusammenwirkenden Drehkeilflächen (12, 13) im Selbsthemmungsbereich liegt und ein federelastischer Faltenbalg (26) /wischen dem verschlußstückseitigen Ende der Betätigungsstange und dem Gehäuse den Mediumraum von der Atmosphäre trennt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Buchse (5) starr eine Konsole (19) befestigt ist, an der zwei einander gegenüberliegende zweiarmige Schwenkhebel (22) angelenki sind, die im ausgeschwenkten Zustand als Hebel für die axiale Verschiebung der Betätigungsstange (2) und als Hebel für die Verdrehung der Buchse dienen und die zur Arretierung der Offenstellung mit ihren äußeren Enden nach innen schwenkbar sind, wobei sich das freie Ende des unteren Hebelarms (23) jedes Hebels auf dem Flansch (9) abstützt, und zwar derart, daß ihre Abstützpunkte auf dem Flansch in einem größeren radialen Abstand von der Ventillängsachse liegen als die Drehpunkte (21) der Hebel.