DE19737516A1

DE19737516A1 - Ventil, insbesondere Membranventil

Info

Publication number: DE19737516A1
Application number: DE1997137516
Authority: DE
Inventors: John A Leys; Michael A Stein
Original assignee: Fluoroware Inc
Current assignee: Entegris Inc
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: FR2753253B1; DE19737516B4; KR100610770B1; KR19980024477A; JPH10115378A; FR2753253A1; US5924441A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Ventile, insbesondere Membranventile.

Membran- oder Diaphragmaventile verwenden eine nachgiebige Membran und eine Ventilschulter, um mit einem Ventilsitz in Eingriff zu stehen und den Strömungsmittelfluß am Ventil sitz vorbei zu verhindern. Membranventile liefern exzellen te Dichtungs- und Isolierungseigenschaften, um zu steuerndes Strömungsmittel einzuschließen und das Austreten desselben in die Ventilmechanismen hinein oder aus dem Ventil heraus zu verhindern.

Bei vielen Anwendungszwecken, insbesondere in der Halblei terindustrie, muß die Leckage von Strömungsmittel aufgrund der korrosiven Natur des gesteuerten Strömungsmittels strikt unterbunden werden. Ein Membranventil muß aus einem Material bestehen, das solchen korrosiven Strömungsmitteln standhält, während es dazu in der Lage ist, eine große Anzahl von Betriebsabläufen ohne Reparatur oder Ersatz standzuhalten. Stellglieder, die eingesetzt werden, um Mem branventile zu betreiben, stellen eine potentielle Leckage stelle für das Strömungsmittel aus dem Ventil heraus dar. Das Stellglied muß abgedichtet werden, um Leckagen zu ver hindern und einer mechanischen Kraft außerhalb des Ventils zu gestatten, das Stellglied zu betätigen.

Bei vielen Anwendungszwecken in der Halbleiterindustrie ist es erforderlich, unmittelbar den Strömungsmittelfluß zu einer besonderen Verfahrensstufe zu ändern. Zusätzlich ergibt sich das Erfordernis, eine besondere Verfahrensweise oder Ausrüstung abzuändern. Diese Art der Strömungsmittel schaltung kann mit zwei Zweiwegventilen und einer externen T-Verbindung erreicht werden. Wenn jedoch zwei Zweiwegventi le eingesetzt werden, erhöht der Raumbedarf zur Anbringung dieser Ventile und zusätzlicher Steuerungen für die separa te Steuerung jedes Ventils die Kosten der Installation.

Die Arbeitsströmungsmittel, die bei der Halbleiterbearbei tung eingesetzt werden, sind äußerst ätzend und müssen ultrarein sein. Die Verunreinigung dieser ultrareinen Strömungsmittel kann einen katastrophenartigen Schaden für die Wafer bzw. Halbleiterplättchen bewirken, die in inte grierten Schaltkreisen verarbeitet werden. Eine potentielle Verunreinigungsquelle ist der Kontakt des Strömungsmittels mit im wesentlichen jeglicher Art von Metallen. Prozeßsteu erventile, insbesondere Membranventile, können generell fast ausschließlich insgesamt aus Plastik hergestellt werden, einschließlich fluorpolymerer Kunststoffmateriali en. Bei Verwendung dieser Kunststoffe tritt keine Verunrei nigung der Prozeßströmungsmittel auf und sie sind demgegen über inert. Ein Teil der Kunststoffventile, der sehr schwie rig zu ersetzen ist, ist die Metallfeder die eingesetzt wird, um die normalerweise geöffnete und/oder normalerweise geschlossene Position des Ventils zu sehen. Diese Federn sind typischerweise von den Strömungsmittelflußverläufen durch eines der Ventilglieder und die zugehörigen Membranen isoliert. Das Versagen der einzigen Membran jedoch, die die Strömungsmittelflußverläufe von der Metallfeder trennt, führt zum Kontakt mit der Metallfeder durch das Strömungs mittel und kann dadurch die Verunreinigung des Strömungsmit tels hervorrufen. Eine zusätzliche Sicherung, um eine derartige Kontamination zu verhindern, ist berechtigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung umfaßt ein Dreiwegmembranventil. Das Ventil besitzt ein Gehäuse, das drei Strömungsmittelkanäle be sitzt, die jeweils in eine offene Innenkammer führen. Die offene Innenkammer ist in eine mittige Kammer, eine obere und eine untere Kammer unterteilt. Ein erster Ventilsitz ist zwischen der mittigen Kammer und der oberen Kammer positioniert. Ein zweiter Ventilsitz ist zwischen der mittigen Kammer und der unteren Kammer positioniert. Eine mittige Ventilspindelanordnung ist verschieblich im Ventil gelagert und besitzt ein erstes Ventilglied und ein zweites Ventilglied, die derart positioniert sind, daß sie alterna tiv mit dem ersten Ventilsitz bzw. dem zweiten Ventilsitz in Eingriff treten, um die Strömung von einem Durchgangsweg zum anderen zu leiten. Eine Feder liegt gegen die Ventil spindelanordnung an, um die entsprechende Position der Ventilglieder und der Ventilsitze in einer ersten vorbe stimmten Position zu beaufschlagen. Ein Stellglied, das einen Kolben umfaßt, ist verschiebbar in einer Kolbenkammer gelagert und an der Ventilspindelanordnung befestigt, um gegen die Federkraft zu wirken und die Ventilspindelanord nung in eine zweite Betätigungsposition zu bewegen. Der Kolben kann durch Druckluft oder hydraulische Strömungsmit tel bewegt werden, um automatisch das Ventil in der zweiten Betätigungsposition zu betätigen. Die Membranen sind inte gral an jedem Ventilglied ausgebildet und am Ventilgehäuse befestigt, um eine Grenze oder Außenwände der offenen Innenkammer zu bilden, damit verhindert wird, daß Strömungs mittel aus dem Ventil austritt. Eine Austrittserfassungsöff nung erstreckt sich in das Ventilgehäuse und ist in Strö mungsmittelverbindung mit dem Stellglied und der Federkam mer, um das Austreten von Strömungsmittel aus der offenen Innenkammer heraus zu ermitteln bzw. zu erfassen.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Membranventil vorzu sehen, das als Dreiwegventil ausgebildet ist und den Vor teil eines kolbenangetriebenen Stellglieds besitzt. Ein Vorteil der Erfindung ist es, daß der erforderlich Raum bedeutend geringer ist im Vergleich zu den zwei Zweiwegmem branventilen, die zum gleichen Ventileffekt kombiniert sind. Zusätzlich wird die äußere T-Verbindung eliminiert, die sonst für die zwei Zweiwegventilkombination erforder lich ist.

Eine weitere Aufgabe und Vorteil der Erfindung ist es, daß sämtliche drei Strömungsmittelkanäle, die in das Ventil gehäuse austreten, sämtliche koplanar sind, was die Instal lation erleichtert.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal ist der erste Strö mungsmittelkanal, der als gemeinsamer Einlaß oder als gemeinsamer Auslaß verwendet werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Ausgestaltung des Ventils der Vorrichtung ermöglicht, daß sie leicht durch Spritzgußformung hergestellt werden kann, mit einer minimalen maschinellen Weiterverarbeitung nach der Formung.

Eine weitere Aufgabe und Vorteil der Erfindung im Hinblick auf die Ausführungsformen, die eine zusätzliche Federisolie rungsmembran verwenden, liegt darin, daß eine zusätzliche Schutzgrenze vorgesehen wird, um die Verunreinigung der Prozeßströmungsmittel zu verhindern, die durch das Ventil gesteuert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Dreiwegmem branventils.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Dreiwegmembranventil.

Fig. 3 ist ein Detailschnitt, entlang annähernd der Linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Detailschnitt, entlang etwa der Linie 4-4 der Fig. 2.

Fig. 5 ist eine Seitenansicht der Ventilspindelanordnung.

Fig. 6 und 7 sind Detailschnitte durch weitere Ausführungs formen.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 besitzt das Dreiwegmembranven til 10 ein Gehäuse 11, das einen ersten Strömungsmittelkanal 12, einen zweiten Strömungsmittelkanal 13 und einen dritten Strö mungsmittelkanal 14 besitzt. Der erste Strömungsmittelkanal 12 kann als Einlaß und der zweite Strömungsmittelkanal 13 und der dritte Strömungsmittelkanal 14 können als Auslässe ausgestaltet sein. Das Gehäuse 11 umfaßt eine Basis 16, die einen Befesti gungsflansch 17 besitzt, der durch eine untere Kappe 80 am Gehäuse 28 befestigt ist, sowie ein Stellglied 18, der durch eine obere Kappe 20 am Gehäuse 28 befestigt ist. Das Stellglied 18 umfaßt eine Einlaßöffnung und eine Anzeigeöffnung 25, die eine visuelle Anzeige 24 besitzt, die darin verschieblich gela gert ist. Wie in Fig. 2 aufgezeigt ist, ist eine Leckageermitt lungsöffnung 26 im Gehäuse 11 ausgebildet.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 wird das Dreiwegmem branventil gezeigt, wie es ein Gehäuse 28 besitzt, das am Stellglied 18 durch die obere Kappe 20 befestigt ist, wobei eine Kolbenkammer 29 im Stellglied 18 ausgebildet ist. Das Stellglied 18 besitzt einen Dichtungskanal 30 an der Außen fläche, um einen Stellglied-O-Ring zu halten, der zwischen dem Gehäuse 28 und dem Stellglied 18 zusammengedrückt wird, um die Verbindung zwischen dem Stellglied 18 und dem Gehäu se 28 abzudichten, und die Kolbenkammer 29 von der Atmosphä re zu isolieren. Das Gehäuse 28 bildet eine offene Innenkam mer 34, die in Verbindung mit dem ersten Strömungsmittelka nal 12 steht. Das Gehäuse 28 besitzt einen ersten Ventil sitz 36 und einen zweiten Ventilsitz 38, die koaxial um die Ventilachse A herum ausgebildet sind.

Unterer weiterer Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 ist eine mitti ge Ventilspindelanordnung 40 koaxial zur senkrechten Achse A in der offenen Innenkammer 34 positioniert. Die Ventilspindelanord nung 14 besitzt ein erstes Ventilglied 42 und ein zweites Ven tilglied 44. Das erste Ventilglied 42 besitzt eine erste Membran 46, die integral daran ausgebildet ist und sich umfangsmäßig um das erste Ventilglied 42 herum erstreckt. Auf gleiche Weise besitzt das zweite Ventilglied 44 eine zweite Membran 48, die integral daran ausgebildet ist und sich umfangsmäßig um das zweite Ventilglied 44 herum erstreckt. Das erste Ventilglied 42 besitzt eine erste Ventilschulter 50, die, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, daran ausgebildet ist, um den ersten Ventilsitz 36 in einer Verschluß- oder Sperrposition abdichtend in Eingriff zu halten. Das zweite Ventilglied 44 besitzt eine zweite Ventil schulter 52, um mit dem zweiten Ventilsitz 38 abdichtend in Eingriff zu stehen. Das erste Ventilglied 42 und das zweite Ventilglied 44 sind durch eine hohle Ventilstange oder Spindel 54 verbunden.

Unter weiterer Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 umfaßt das Stellglied 18 einen Kolben 60, der verschiebbar im Stell glied 18 gelagert ist und abdichtend gegen eine innere zylindrische Wand 62 am Stellglied 18 anliegt. Der Kolben 60 ist mit der visuellen Anzeige 24 verbunden und weiter mit der Ventilspindelanordnung 40 verbunden, um die Ventil spindel 54 entlang der Ventilachse A zu bewegen, um den ersten Ventilsitz 34 alternativ zu zwingen, mit dem ersten Ventilglied 42 in Eingriff zu treten oder den zweiten Ventilsitz zu zwingen, in Eingriff mit dem zweiten Ventil griff 44 in eine Sperrposition zu gelangen. Das Stellglied 18 besitzt einen Anzeigedichtungsring 64, der in einem Ringkanal um die visuelle Anzeige 24 herum gelagert ist, um abdichtend gegen die Anzeige 24 anzuliegen und die obere Kolbenkammer 66 von der Atmosphäre zu isolieren. Ein Ringka nal 68 ist im Kolben 60 ausgebildet, der einen O-Kolbenring 70 besitzt, der darin gelagert ist und gegen die innere zylindrische Wand 62 anliegt, um eine untere Kolbenkammer 72 von der oberen Kolbenkammer 66 abdichtend zu trennen. Eine Mutter 74 ist mit dem Kolben 60 in Eingriff. Eine Schraube 76 erstreckt sich durch die Ventilspindel 56 an der Bohrung 122 (Fig. 5) und ist mit der Mutter 74 ver schraubt.

Es wird weiter auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen. Die Basis 16 kann ein Federgehäuse 78 umfassen, das am Gehäuse 28 durch die untere Kappe 80 befestigt ist. Das Federgehäu se 78 besitzt einen Boden 81 und Seitenwände 84, die eine Federkammer 82 ausbilden. Der Ringkanal 86 ist in der Außenfläche der Seitenwände 84 ausgebildet und ein O-Feder ring 88 ist im Ringkanal gelagert, um mit dem Gehäuse 28 abdichtend in Eingriff zu stehen, um die Federkammer 82 von der äußeren Atmosphäre abzudichten. Die untere Kappe 80 kann mit dem Gehäuse 28 verschraubt sein, um das Federgehäu se 78 an Ort und Stelle zu halten. Eine Feder 90 ist in der Federkammer 82 positioniert und liegt gegen den Boden 81 und die Ventilspindelanordnung 40 an, um die Position der mittigen Federspindelanordnung 14 in einer nicht betätigten vorbestimmten ersten Stellung vorzuspannen, wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt wird.

Es wird weiter auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen, in denen die erste Membran 46 und die zweite Membran 48 abdich tend mit dem Gehäuse 28 in Eingriff stehen, damit das Strömungsmittel in der offenen Innenkammer 34 gehalten wird. Ein unterer Dichtungsring 94 kann zwischen dem Feder gehäuse 78 und dem Gehäuse 28 positioniert werden, um den Kantenabschnitt 116 (Fig. 5) der ersten Membran zwischen dem unteren Dichtungsring 94 und dem Gehäuse 28 zu halten. Der untere Dichtungsring 94 kann eine Nut 96 besitzen, die entlang des Außenumfangs des unteren Abdichtungsringes 94 ausgebildet ist, um einen ersten O-Haltering 98 zu positio nieren. Der erste O-Haltering 98 dichtet zwischen dem unteren Dichtungsring 94 und dem Gehäuse 28 ab und kann mit dem Kantenabschnitt 118 der ersten Membran 46 in Eingriff stehen, damit die erste Membran 46 zwischen dem ersten O-Haltering 98 und dem Gehäuse 28 festgehalten wird. Die durch die untere Kappe 80 auf das Federgehäuse 78 ausgeübte Kraft drückt den ersten O-Haltering 98 zusammen, um die erste Membran 46 so zu halten, daß sie die offene Innenkam mer 34 und die Federkammer 82 abdichtend trennt. Die erste Membran 46 bildet eine untere Außenwand der unteren Kammer 112.

Es wird weiter Bezug genommen auf die Fig. 3 und 4, in denen ein oberer Dichtungsring 100 zwischen dem Stellglied 18 und dem Gehäuse 28 in einer im wesentlichen gleichen Weise am unteren Dichtungsring 94 positioniert werden kann. Der obere Dichtungsring 100 kann eine Nut 102 besitzen, die entlang des Außenumfangs des oberen Dichtungsrings 100 ausgebildet ist, um einen zweiten O-Haltering zu positionie ren. Der zweite O-Haltering 104 liefert eine abdichtende Verbindung zwischen dem Gehäuse 28 und dem oberen Dichtungs ring 100. Der Kantenabschnitt 118 (Fig. 5) der zweiten Membran kann zwischen dem oberen Dichtungsring 100 und dem Gehäuse 28 gehalten werden, um die offene Innenkammer 34 und das Stellglied 18 abdichtend zu trennen. Der Kantenab schnitt 118 der zweiten Membran 48 kann zwischen dem zwei ten O-Haltering 104 und dem Gehäuse 28 gehalten werden. Die zweite Membran 48 bildet die obere Außenwand der oberen Kammer 114.

Bezugnehmend auf Fig. 3 wird ein Leckerfassungskanal 106 im Gehäuse in Strömungsmittelverbindung mit der Federkammer 82 und der unteren Kolbenkammer 72 ausgebildet. Der Leckerfas sungskanal 106 erstreckt sich bis zur Leckerfassungsöffnung 26, die an der Außenseite des Gehäuses 28 ausgebildet ist. Wie es in Fig. 4 gezeigt wird, kann der Leckerfassungskanal 106 sich durch den unteren Dichtungsring 94 erstrecken, damit die Leckerfassungsöffnung 26 eine Strömungsmittelver bindung mit der Federkammer 82 besitzt. Ferner kann, wie es in Fig. 4 gezeigt wird, der Leckerfassungskanal 106 sich durch den oberen Dichtungsring 100 erstrecken, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Leckerfassungsöff nung 26 und der unteren Kolbenkammer 72 zu ermöglichen.

Es wird Bezug genommen auf die Fig. 3 und 4, in denen die offene Innenkammer 34 ferner in eine mittige Kammer 110,, eine untere Kammer 112 und eine obere Kammer 114 unterteilt ist. Die mittige Kammer 110 ist nahe an der mittigen Ven tilspindelanordnung 14 und in Kommunikation mit dem ersten Strömungsmittelkanal 12. Die untere Kammer 112 ist von der mittigen Kammer 110 durch den ersten Ventilsitz 36 getrennt. Die obere Kammer 114 ist von der mittigen Kammer 110 durch den zweiten Ventilsitz 38 getrennt. Die Ventil spindelanordnung 40 bewegt sich axial im Gehäuse 28 entlang der Achse A, um das erste Ventilglied 42 in Verschlußein griff mit dem ersten Ventilsitz 36 oder alternativ das zweite Ventilglied 44 in Verschlußeingriff mit dem zweiten Ventilsitz 38 zu drücken.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 4, in der die obere Strömungskam mer 114 in Strömungsmittelkommunikation mit dem zweiten Strö mungsmittelkanal 13 steht. Die untere Kammer 112 ist in Strömungsmittelverbindung mit dem dritten Strömungsmittelka nal 14. Wenn die Ventilspindelanordnung 14 in einer nicht betätigten ersten vorbestimmten Position ist, liegt das erste Ventilglied gegen den ersten Ventilsitz 36 an, um die mittige Kammer 110 von der unteren Kammer 112 abdichtend zu trennen, um zu verhindern, daß Strömungsmittel zwischen dem ersten Strömungsmittelkanal 12 und dem dritten Strömungsmit telkanal 14 fließt. Das zweite Ventilglied 44 ist vom zweiten Ventilsitz 38 beabstandet und ermöglicht die Strö mungsmittelverbindung zwischen der mittigen Kammer 110 und der oberen Kammer 114, so daß Strömungsmittel zwischen dem ersten Strömungsmittelkanal 12 und dem zweiten Strömungsmit telkanal 13 strömen kann. Eine Antriebskraft, wie z. B. Druckluft, unter Druck stehendes Wasser oder ein hydrauli sches Strömungsmittel, kann einer Medienöffnung 22 angelegt werden und die obere Kolbenstellgliedkammer 66 unter Druck setzen und den Kolben 60 drücken, die Kraft der Feder 90 zu überwinden, und die mittige Ventilspindelanordnung 40 entlang der Achse A nach unten in Richtung auf die Federkam mer 82 zu drücken, wodurch das erste Ventilglied 42 gezwun gen wird, sich vom ersten Ventilsitz 36 zu trennen und die Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Strömungska nal 12 und dem dritten Strömungskanal 14 zu ermöglichen. Auf gleiche Weise drückt die Axialbewegung des Kolbens 60 im Stellglied 18 entlang der senkrechten Achse das zweite Ventilglied 44 in eine Verschluß- oder Sperrposition mit dem zweiten Ventilsitz 38, wodurch die Strömungsmittelver bindung zwischen dem ersten Strömungsmittelkanal und dem zweiten Strömungsmittelkanal 13 verschlossen wird.

Es wird auf Fig. 5 Bezug genommen, in der die mittige Ventilspindelanordnung oder -zusammenbau 40 entfernt vom Ventil 10 gezeigt wird. Die mittige Ventilspindelanordnung 40 umfaßt ein erstes Ventilglied 42, das integral mit einer hohlen Spindel bzw. Stange 54 geformt ist. Eine erste Ven tilschulter 50 und eine erste Membran 46 werden integral mit dem ersten Ventilglied 42 geformt. Die erste Membran 46 besitzt einen Kantenabschnitt 116. Das zweite Ventilglied 44 kann getrennt von dem ersten Ventilglied 42 und der hohlen Spindel 54 geformt werden. Das zweite Ventilglied 44 umfaßt eine zweite Membran 48 und eine zweite Ventilschul ter 52. Die zweite Membran 48 besitzt einen Kantenabschnitt 118. Das zweite Ventilglied 44 besitzt eine zentrale Boh rung 120, die größenmäßig so ausgelegt ist, daß sie über die hohle Spindel 54 paßt. Die zentrale Bohrung 120 kann konzentrisch zum Kantenabschnitt 118 der zweiten Membran 48 sein.

Das zweite Ventilglied 44 kann nicht entfernbar an der hohlen Spindel 54 durch Schweißen oder mittels Klebemittel an der Fläche 121 angebracht sein und bildet eine einstücki ge Ventilspindelanordnung 40. Die hohle Spindel 54 wird in die mittige Bohrung 120 eingesetzt, um das erste Ventil glied 42 koaxial mit dem zweiten Ventilglied 44 um die hohle Spindel 54 herum zu positionieren. Die hohle Spindel 54 besitzt eine Bohrung 122 zur Aufnahme der Schraube 76, die verwendet werden kann, um die mittige Ventilspindelan ordnung 40 mit dem Kolben 60 zu verbinden.

Im Betrieb kann, unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4, das Gehäuse 28 aus einem Teflon®-Material, wie z. B. Dupont PFA 445 geformt werden. Die Ventilspindelanordnung 40 kann aus einem Teflon-Material, wie z. B. Dupont PFA 450 geformt werden. Die Schraube 76 kann aus einem Kohlenstoff-Faser pultrudiertem PEEK, Polyether-ether-keton-Material geformt werden. Die O-Ringe, wie z. B. der erste O-Haltering 98, der O-Kolbenring 70 und die Gehäuseabdichtungsringe 32, 88 können aus einem Viton-eingekapseltem PFA, Perfluoralkoxy, bestehen. Die Feder 90 ist aus einem rostfreien Stahl gebildet, der einen Fluorpolymerüberzug besitzt. Das Stell glied 18, die obere Kappe 20, das Federgehäuse 78 und die untere Kappe 80, die die Basis 16 besitzt, können aus einem PVDF, Polyvinylidenfluorid, z. B. erhältlich von KYNAR, geformt werden. Jede dieser Materialien ist insbesondere so ausgelegt, daß es der Korrosion und der Reaktion mit Chemi kalien widersteht, die in der Industrie, wie z. B. der Halbleiterindustrie, eingesetzt werden. Alternative Materia lien können nach Belieben verwendet werden.

Es wird weiterhin auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen, in denen das Ventil 10 zusammengebaut wird, indem die hohle Spindel 54, die das erste Ventilglied 42 integral ausge formt besitzt, in das Ventilgehäuse 28 eingesetzt wird. Das zweite Ventilglied 44 wird auf die Ventilspindel 54 gesetzt und permanent an der Ventilspindel 54 bei der zentralen Bohrung 120 des zweiten Ventilgliedes 44 durch Schweißen oder Verklebung, oder andere im Stand der Technik bekannte Mittel zum Verbinden von Kunststoffteilen befestigt. Der zweite Niederhalte-O-Ring 104 wird danach über den oberen Dichtungsring 100 plaziert. Der obere Dichtungsring 100 wird nahe an der oberen Kammer 114 plaziert, die den zwei ten Niederhalte-O-Ring 104 besitzt, der gegen den Kanten abschnitt 118 zweiten Membran 48 anliegt. Der Kolben 60, an dem die Mutter 74 befestigt ist, wird positioniert und ermöglicht, daß sich die Schraube 76 durch die Bohrung 122 erstreckt und mit der Mutter 74 verschraubt wird, um die mittige Ventilspindelanordnung 40 am Kolben 60 zu befesti gen. Das Stellglied wird am Gehäuse 24 plaziert und abdich tend durch die obere Kappe 20 und den O-Ring 32 angebracht und steht in Eingriff mit dem Gehäuse 28. Die obere Kappe 20 besitzt eine Verbindungslippe 120, die sich über das Stellglied 18 erstreckt und dagegen anliegt, um das Stell glied 18 fest am Gehäuse 28 zu halten.

Es wird weiter auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen, in denen der erste Niederhaltering 98 über den unteren Dich tungsring 94 plaziert wird. Der untere Dichtungsring 94 wird nahe an der unteren Kammer 112 positioniert, und steht in Eingriff mit dem Kantenabschnitt 116 der ersten Membran 46 zwischen dem ersten Niederhalte-O-Ring 98 und dem Gehäu se 28. Der O-Federring 88 wird in der Ringkammer 86 an den seitenwänden 84 des Federgehäuses 78 eingesetzt. Das Feder gehäuse 78, das die Feder 90 darin besitzt, wird in das Gehäuse 28 eingesetzt. Die Feder 90 liegt gegen die Ventil spindelanordnung 40 und den Boden 81 an. Die Seitenwände 84 des Federgehäuses 78 liegen gegen den unteren Dichtungsring 94 an und halten den Kantenabschnitt 116 der ersten Membran 46 am Gehäuse 28. Die untere Kappe 80 wird am Gehäuse 28 befestigt, um die Basis 16 zu halten, die das Federgehäuse 78 am Gehäuse 28 besitzt.

Es wird auf die Fig. 1 und 3 Bezug genommen, in denen eine Quelle unter Druck stehenden Strömungsmittels (nicht ge zeigt) mit der Öffnung 22 verbunden wird, um die Strömungs mittelverbindung mit der oberen Kolbenstellgliedkammer 66 zu ermöglichen. Die Installation, wie sie zum Pumpen des Strömungsmittels erforderlich ist, wird dann mit dem er sten, zweiten und dritten Strömungsmittelkanal 12, 13 bzw. 14 verbunden. Ein Leckerfasser (nicht gezeigt) wird an der Leckerfassungsöffnung 26 befestigt, um ein Leck oder Aus tritt von Strömungsmittel aus der offenen Innenkammer 34 in das Stellglied 18 oder das Federgehäuse 78 zu erfassen.

Die an der Öffnung 22 angelegte Druckkraft zwingt den Kolben 60 dazu, daß er sich axial in das Stellglied 18 bewegt, wodurch die mittige Ventilspindelanordnung 14 gezwungen wird, sich axial entlang der Ventilachse A zu bewegen, was das erste Ventilglied 42 und das zweite Ven tilglied 44 in eine Sperrposition mit den entsprechenden Ventilsitzen 36 bzw. 38 und aus ihr heraus bewegt. Der erste Ventilsitz 36 und der zweite Ventilsitz 38 kann umfangsmäßig um die Ventilachse A herumverlaufen und sie können koaxial zueinander sein. Ferner verlaufen die erste Ventilschulter 50 und die zweite Ventilschulter 52 umfangs mäßig um die Hohlspindel 54 herum und sind positioniert, mit dem ersten Ventilsitz 36 bzw. den zweiten Ventilsitz 38 in Eingriff zu treten. Nach Lösen der Druckkraft an der Öff nung 22 kann die Federkraft der Feder 90, die gegen die mittige Ventilspindelanordnung 40 anliegt, den Druck in der oberen Stellgliedkammer 66 überwinden und den Kolben 60 zwingen, entlang der Ventilachse A sich nach oben zu bewe gen. Diese nach oben gerichtete Bewegung, die durch die Feder 90 erzwungen wird, bewirkt, daß die mittige Ventil spindelanordnung 40 sich zu einer ersten vorbestimmten Position bewegt, wie es vorher erwähnt wurde. Die Anzeige kann manuell durch einen Betreiber gedrückt werden, um die Bewegung des Kolbens 60 entlang der Ventilachse A zu testen und das Funktionieren der Ventilglieder 42 bzw. 44 zu testen, die sich in eine Sperrposition mit den entsprechen den Ventilsitzen 36 bzw. 38 hineinbewegen oder aus solcher Position wegbewegen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird eine zusätzliche Ausgestal tung gezeigt, die eine zusätzliche Doppeleindämmungs-(Con tainment)-Membran 130 umfaßt, die integral mit dem Federein griffsglied 136 und abdichtend in Eingriff mit dem Ventilge hause ist.

Wie in dieser Ausführungsform gezeigt wird, besitzt das Ventilgehäuse eine erste Kammer 142 mit einem ersten Strömungskanal 144, der in Verbindung mit dieser Kammer steht, sowie eine zweite Kammer 148, die in Verbindung mit einem zweiten Strömungskanal ist, der in dieser Ansicht nicht gezeigt wird. Der erste Strömungskanal 142 und der zweite Strömungskanal 148 sind voneinander mittels des ersten Ventilsitzes 36 getrennt, wobei die Verbindung zwischen dieser ersten Kammer und der zweiten Kammer mit tels des ersten Ventilgliedes 42 gesteuert wird, insbesonde re mittels Betätigung der Ventilspindelanordnung durch den Kolben 60.

Es wird weiter Bezug genommen auf die Fig. 6, wo eine zusätzliche dritte Kammer 142 von der ersten Kammer 142 mittels des zweiten Ventilsitzes 38 getrennt ist. Die Verbindung zwischen der ersten Kammer und der dritten Kammer wird gesteuert mittels des zweiten Ventilgliedes 44, das mit dem zweiten Ventilsitz 38 in Eingriff steht. Die zweite Membran 48 ist integral mit dem zweiten Ventilglied und steht abdichtend in Eingriff mit dem Ventilgehäuse, wodurch verhindert wird, daß irgendetwas vom Strömungsmit tel in der dritten Kammer in den Kolbenzylinder eintritt.

Diese besondere Ausführungsform schafft den Vorteil der sekundären oder doppelten Eindämmung oder Umhüllung der Metallfedern von den Strömungsmittelflußverläufen. Falls so die erste Membran aufbricht oder die Dichtung 158 zwischen der ersten Membran und dem Ventilgehäuse versagt, schafft die Doppeleindämmungsmembran einen zusätzlichen Sicherheits faktor, um einen Kontakt durch das Strömungsmittel zu verhindern, das durch das Ventil mit der Metallfeder gesteu ert wird, welches eine Verunreinigung und katastrophalen Schaden im Hinblick auf die durch das Strömungsmittel bearbeiteten Halbleiter bewirken könnte.

Eine weitere Ausführungsform, ähnlich zu der in Fig. 6 gezeigten, wird in Fig. 7 gezeigt. In dieser Ausführungs form gibt es wiederum eine Doppeleindämmungsmembran 130, um eine zusätzliche Grenze zur Isolierung der Feder 90 vorzuse hen. Das Stellglied 166 ist in diesem Fall eine bewegliche Stellgliedmembran 172, die in einer Stellgliedkammer 174 querverläuft. Die Stellgliedmembran 172 besitzt einen mittigen Stellgliedabschnitt 178, der mit der Mutter 74 und der Ventilspindelanordnung 40 in Eingriff steht. Das Ventil verläuft quer in der Ventilstellgliedkammer und bildet eine innere Stellgliedkammer 182 und eine äußere Stellgliedkam mer 184. Das Unterdrucksetzen der äußeren Stellgliedkammer 184 durch den Stellgliedkanal 186 drückt so die Stellglied membran 172 und so die Ventilspindelanordnung nach unten, was die Verbindung zwischen der ersten Kammer und der dritten Kammer stoppt und die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer öffnet.

Die vorliegende Erfindung kann in anderen, besonderen Ausgestaltungen vorgenommen werden, ohne ihren Sinn oder ihre wichtigen Merkmale zu verlassen, weshalb es gewünscht ist, daß die vorliegende Ausführungsform in jeglicher Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend be trachtet wird, wobei eher auf die beiliegenden Ansprüche Bezug genommen wird, als die vorstehende Beschreibung, um den Umfang der Erfindung aufzuzeigen.

Claims

1. Membranventil, umfassend:

a) ein Ventilgehäuse, das eine Achse, eine erste Kammer, eine zweite, an die erste Kammer angrenzende Kammer und eine Federkammer besitzt, die an die zweite Kammer angrenzt, wobei das Ventilgehäuse einen ersten Ventilsitz zwischen der ersten und der zweiten Kammer besitzt, und wobei das Ventilgehäuse ferner einen ersten, mit der ersten Kammer in Verbindung stehenden, Strömungskanal und einen zweiten mit der zweiten Kammer in Verbindung stehenden Strömungskanal besitzt;
b) eine Ventilspindelanordnung, die axial im Gehäuse bewegbar ist, umfassend:
i) ein erstes Ventilglied, das an den ersten Ventilsitz größenmäßig angepaßt ist, eine erste Membran, die sich vom ersten Ventilglied nach außen erstreckt und abdichtend mit dem Ventilgehäuse in Eingriff steht, wobei das Ventilglied in eine Absperrposition mit dem Ventilsitz hinein und aus ihr heraus bewegbar ist, wobei die Membran die Isolierung zwischen dem Ventilsitz und der Federkammer vorsieht;
c) eine Feder, die in der Federkammer positioniert ist und eine axiale Beaufschlagung auf die Ventilspindelanord nung vorsieht;
d) eine Doppeleindämmungsmembran, die abdichtend mit dem Ventilgehäuse in Eingriff steht und der Feder eine sekundä re Isolierung gegenüber dem Ventilsitz verleiht.

2. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Stellglied innerhalb des Ventilgehäuses vorgesehen wird, um die Ventilspindelanordnung axial zu bewegen.

3. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ventilgehäuse einen inneren Kolbenzylin der aufweist, und wobei das Ventil ferner einen beweglichen Kolben (60) umfaßt, der abdichtend und beweglich mit dem Kolbenzylinder in Eingriff steht, und eine innere Kolben kammer (72) sowie eine äußere Kolbenkammer (66) ausbildet, und wobei der Kolben in einer Eingriffsbeziehung mit der Ventilspindelanordnung steht, und durch Unterdrucksetzen einer der Kolbenkammern betätigbar ist, wodurch die Ven tilspindelanordnung axial bewegt wird.

4. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ventilgehäuse eine Ventilstellgliedkammer besitzt und das Ventil ferner eine bewegliche Membran umfaßt, die in der Ventilstellgliedkammer quer verläuft und eine innere und äußere Ventilstellgliedkammer besitzt, und wobei die Membran einen mittigen Stellgliedabschnitt (178) besitzt, der in einer Eingriffsbeziehung mit der Ventil spindelanordnung steht, wobei der mittige Stellgliedab schnitt durch Unterdrucksetzen der inneren oder äußeren Ventilbetätigungskammer beweglich ist, wodurch das Ventil glied in und aus einem Dichtungseingriff mit dem Ventilsitz bewegbar ist.

5. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die äußere Ventilstellgliedkammer, die innere Ventilstellgliedkammer, die erste Kammer, die zweite Kammer und die Federkammer, reihenfolgemäßig positioniert und im wesentlichen in axialer Ausrichtung zueinander positioniert sind.

6. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Membran und die Federisolierungsmem bran abdichtend in Eingriff mit dem Ventilgehäuse an axial getrennten Stellen im Ventilgehäuse in Eingriff stehen.

7. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ventilgehäuse eine dritte Kammer besitzt, die an die erste Kammer angrenzt und gegenüberliegend der zweiten Kammer positioniert ist, sowie einen dritten Strömungsmittelkanal, der in Verbindung mit der vierten Kammer steht, und einen zweiten Ventilsitz zwischen der ersten und der vierten Kammer, wobei die Ventilspindelan ordnung ferner ein zweites Ventilglied und eine Spindel umfaßt, und wobei das erste Ventilglied und das zweite Ventilglied an gegenüberliegenden Enden der Spindel fixiert sind, wobei das zweite Ventilglied an den zweiten Ventilsitz größenmäßig angepaßt ist, und wobei sich die zweite Membran vom zweiten Ventilglied erstreckt, und abdichtend mit dem Ventilgehäuse in Eingriff steht, und wobei das zweite Ventilglied axial in und aus einem Ver schluß mit dem zweiten Ventilglied bringbar ist.

8. Membranventil nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste Ventilglied, die Ventilspindel und das zweite Ventilglied miteinander verschweißt sind.

9. Membranventil nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß es ferner ein Ventilstellglied umfaßt, das im Ventilgehäuse zur axialen Bewegung der Ventilspindelanord nung positioniert ist.

10. Membranventil, umfassend:

a) ein Ventilgehäuse, das eine Achse, einen ersten Strö mungskanal, einen zweiten Strömungskanal und einen dritten Strömungskanal, sowie eine offene Innenkammer im Gehäuse in Strömungsverbindung mit dem ersten Strömungskanal besitzt, sowie einen ersten Ventilsitz im Gehäuse in der offenen Innenkammer zwischen dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Strömungskanal, einen zweiten Ventilsitz im Gehäuse in der offenen Innenkammer zwischen dem ersten Strömungska nal und dem dritten Strömungskanal;
b) eine Ventilspindelanordnung, die beweglich in der offenen Innenkammer gelagert ist, wobei die Ventilspindela nordnung folgendes umfaßt:
i) ein erstes Ventilglied (42), das eine erste Membran (46) besitzt, die abdichtend mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das erste Ventilglied so positioniert und ausgestal tet ist, daß es sich in und aus einer Sperrposition mit einem ersten Ventilsitz bewegt,
ii) ein zweites Ventilglied (44), das eine zweite Membran (48) besitzt, die abdichtend mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das zweite Ventilglied so ausgestaltet und positio niert ist, daß es sich in und aus einer Verschlußposition mit dem zweiten Ventilsitz bewegt,
iii) eine Spindel, die am ersten Ventilglied und am zweiten Ventilglied befestigt ist, und
c) ein Stellglied im Ventilgehäuse, das mit der Ventilspindelanordnung in Eingriff steht, um dieselbe axial in die offene Innenkammer zu bewegen, wodurch die Ventilglieder in und aus ihren Verschlußpositionen bewegt werden,
d) eine Metallfeder, die so positioniert ist, daß sie die Ventilspindelanordnung in einer axialen Richtung beaufschlagt, wobei die Feder in einer Federkammer im Ventilgehäuse positioniert ist, und wobei die Federkammer angrenzend an die offene Innenkammer positioniert ist, und
e) eine Membran mit einem mittigen Abschnitt, wobei der mittige Abschnitt die Vorspannung von der Feder auf die Ventilspindel überträgt, und wobei die Membran abdichtend mit dem Ventilgehäuse verbunden ist, wodurch die Feder von der Innenkammer isoliert wird.

11. Membran nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß das erste Ventilglied und das zweite Ventilglied integral mit der Spindel oder der Stange sind.

12. Membran nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß das Ventilgehäuse einen Kolbenzylinder besitzt, und wobei das Stellglied im Ventilgehäuse als Kolben ausge staltet ist, der mit dem Zylinder in Eingriff steht, wobei der Zylinder durch Druckausübung betätigbar ist.

13. Membranventil nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß das erste Ventilglied, das zweite Ventil glied und die Spindel jeweils eine axiale Bohrung besitzen, die sich dadurch erstrecken, und wobei die Ventilanordnung ferner ein mit Gewinde versehenes Glied umfaßt, das sich durch die Ventilanordnung hindurcherstreckt, um die Anord nung bzw. den Zusammenbau zusammenzuhalten.

14. Ventil, umfassend:

a) ein Ventilgehäuse, das eine Achse, eine erste Kammer, eine zweite, an die erste Kammer angrenzende Kammer und eine Federkammer besitzt, die an die zweite Kammer angrenzt, wobei das Ventilgehäuse einen ersten Ventilsitz zwischen der ersten und der zweiten Kammer besitzt, und wobei das Ventilgehäuse ferner einen ersten mit der ersten Kammer in Verbindung stehenden Strömungskanal und einen zweiten, mit der zweiten Kammer in Verbindung stehenden Strömungskanal besitzt,
b) eine Ventilspindelanordnung, die axial im Gehäuse bewegbar ist, umfassend:
i) ein erstes Ventilglied, das an den ersten Ventilsitz größenmäßig angepaßt ist, wobei das Ventilglied in und aus einer Verschlußposition mit dem Ventilglied bewegbar ist, wodurch die Verbindung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer geschlossen und geöffnet wird,
c) eine Feder, die in der Federkammer positioniert ist und eine axiale Beaufschlagung auf die Ventilspindelanord nung vorsieht,
d) eine Membran, die abdichtend mit dem Ventilgehäuse in Eingriff steht und mit der Feder in Eingriff ist, wodurch sich die Membran bewegt, während die Feder zusammengedrückt und ausgestreckt wird, wobei die Membran für die Feder eine Isolierung vorsieht.

15. Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß es ferner ein Stellglied innerhalb des Ventilge häuses zur axialen Bewegung der Ventilspindelanordnung vorsieht.

16. Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß das Ventilgehäuse eine Ventilstellgliedkammer besitzt und wobei das Ventil ferner eine bewegliche Membran umfaßt, die die Ventilstellgliedkammer durchläuft und eine innere Ventilstellgliedkammer und eine äußere Ventilstell gliedkammer ausbildet, wobei die Membran einen mittigen Stellgliedabschnitt (178) besitzt, der in einer Eingriffsbe ziehung mit der Ventilspindelanordnung steht, und wobei der mittige Stellgliedabschnitt durch Druckausübung auf die innere oder die äußere Ventilstellgliedkammer beweglich ist, wodurch das Ventilglied in und aus dem Dichtungsein griff mit dem Ventilsitz bewegbar ist.

17. Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die äußere Ventilstellgliedkammer, die innere Ventilstellgliedkammer, die erste Kammer, die zweite Kammer und die Federkammer, aufeinanderfolgend positioniert und in wesentlicher axialer Ausrichtung zueinander sind.

18. Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß das Ventilgehäuse eine dritte Kammer besitzt, die an die erste Kammer angrenzt und der zweiten Kammer gegenüberliegend angeordnet ist, sowie einen dritten Strömungskanal in Verbindung mit der vierten Kammer, und einen zweiten Ventilsitz zwischen der ersten und der vier ten Kammer, wobei die Ventilspindelanordnung ferner ein zweites Ventilglied und eine Spindel umfaßt, wobei das erste Ventilglied und das zweite Ventilglied an den gegen überliegenden Enden der Spindel fixiert sind, und wobei das zweite Ventilglied größenmäßig an den zweiten Ventilsitz angepaßt ist, und wobei das zweite Ventilglied axial beweg lich in und aus einem Verschluß mit dem zweiten Ventilsitz bewegbar ist.

19. Membranventil, umfassend:

a) ein Gehäuse, das einen ersten, zweiten und dritten Strömungsmittelkanal besitzt, eine mittige Kammer, die im Gehäuse mit dem ersten Strömungsmittelkanal verbunden ist, eine untere Kammer im Gehäuse, die mit dem zweiten Strömungsmittelkanal verbunden ist, eine obere Kammer, die mit dem dritten Strömungsmittelkanal verbunden ist, einen ersten Ventilsitz am Gehäuse zwischen der mittigen Kammer und der unteren Kammer, einen zweiten Ventilsitz im Gehäuse zwischen der mittigen Kammer und der oberen Kammer;
b) eine bewegbare Ventilspindelanordnung im Gehäuse, umfassend:
i) ein erstes Ventilglied in der unteren Kammer, wobei das erste Ventilglied eine erste Membran besitzt, die mit dem Gehäuse verbunden ist und eine Außenwand der unteren Kammer bildet, wobei das erste Ventilglied in und aus dem Eingriff mit dem ersten Ventilsitz bewegbar ist;
ii) ein zweites Ventilglied in der oberen Kammer, wobei das zweite Ventilglied eine zweite Membran besitzt, die mit dem Gehäuse verbunden ist, und eine Außenwand der oberen Kammer bildet, wobei das zweite Ventilglied in und aus dem Eingriff mit dem zweiten Ventilsitz bewegbar ist;
c) ein Stellglied zum axialen Bewegen der Ventilspindel, wobei das Glied einen Kolben in einer Kolbenkammer umfaßt, die im Gehäuse ausgebildet ist;
d) eine Feder, die gegen die Ventilspindelanordnung anliegt, um die Ventilspindelanordnung in einer ersten Position zu beaufschlagen, wodurch ein unter Druck stehen des Strömungsmittel, das in die Strömungsmittelöffnung am Stellglied eingeführt worden ist, die obere Kolbenkammer unter Druck setzt und den Kolben zwingt, die Federkraft zu überwinden und die Ventilspindelanordnung in eine zweite Position zu bewegen.

20. Membranventil nach Anspruch 19, gekennzeich net durch ein Federgehäuse am Gehäuse, wobei das Federgehäu se eine Federkammer und eine Feder in der Federkammer besitzt.

21. Membranventil nach Anspruch 20, gekennzeich net durch eine zusätzliche Membran, die so positioniert ist, daß sie eine sekundäre Eindämmung oder Umhüllung der Feder und der Federkammer vorsieht.