DE2840618A1

DE2840618A1 - Hochvakuumdichter verschluss

Info

Publication number: DE2840618A1
Application number: DE19782840618
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Polhede; Reinhard Reiter
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1980-03-27

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Hochvakuumdichter Verschluß

Die Erfindung betrifft einen hochvakuumdichten Verschluß für vorzugsweise große Nennweiten mit einem Ventilsitz, einem spreizbaren Ventilteller und Mitteln zur zentrierten Führung des Ventiltellers während seiner Schließbewegung.

Für ausheizbare Hochvakuumsy sterne,insbesondere zur Anwendung in kerntechnischen Anlagen, werden zunehmend Absperr-Armaturen mit metallischen Dichtstellen benötigt, da diese bei Temperaturen oberhalb 300⁰C ausheizbar sein müssen und ihre Strahlenbeständigkeit bedeutend besser ist als die von Elastomer-Dichtungen.

Um bei metallischen Dichtungen die gewünschte kleine Leckrate

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(besser als 10 mbar · 1 · s bei einer"Nennweite bis 1000 mm) zu erzielen, ist es erforderlich, daß sich die Oberflächen der Dichtpartner durch plastische und/oder elastische Verformung derart einander anpassen, daß der verbleibende Restspalt in der Größenordnung der Oberflächen-Rauigkeit liegt. Um das zu erreichen, sind hohe Anpreßkräfte und extrem saubere sowie von Schadstellen völlig freie Dichtflächen erforderlich. Es ist deshalb nachteilig für die Dichtflächen, wenn an ihnen in irgendeiner Form Reibungen auftreten.

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Aus der DE-OS 25 11 591 = US-PS 39 73 753 ist es bekannt, an der Außenkante des spreizbaren Ventiltellers drei Wülste vorzusehen, von denen die äußeren die Funktion von Schützwülsten haben und der innere Wulst die eigentliche Dichtfläche bzw. -kante bildet. Der der zu verschließenden Öffnung zugewandte Schutzwulst dient außerdem der Führung des Tellers während seiner Schließbewegung. Während dieser Schließbewegung bewegt sich dieser Schutzwulst an der den Ventilsitz bildenden Dichtfläche vorbei, so daß nicht zu vermeiden ist, daß während der Schließbewegung Reibungen zwischen dem vorderen Schutzwulst und der Dichtfläche auftreten. Dadurch entstehen am Ventilsitz unerwünschte Riefen, die zu wesentlich erhöhten Leckraten führen können. Gerade bei besonders großen Dichtsystemen, die in kerntechnischenAnlagen eingebaut sind, führen schadhafte Dichtflächen zu langen und kostspieligen Betriebsunterbrechungen. Weiterhin ist nicht ausgeschlossen, daß auch zwischen den eigentlichen Dichtflächen Reibungen auftreten, bevor der Ventilteller seine Schließlage eingenommen hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochvakuumdichten Verschluß für vorzugsweise große Nennweiten mit einem Ventilsitz, einem spreizbaren Ventilteller und Mitteln zur zentrie°rten Führung des Ventiltellers während seiner Schließbewegung zu schaffen, bei dem mit Sicherheit vermieden ist, daß während der Schließbewegung unerwünschte Reibungen an den Dichtflächen auftreten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Bereich des Ventilsitzes von der eigentlichenDichtkante beabstandete Führungsflächen vorgesehen sind, denen mit dem Ventilteller verbundene Bauteile mit Gegenführungsflächen zugeordnet sind,

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daß der Ventilsitz innerhalb eines Rohrabschnittes angeordnet ist und daß am äußeren Bereich des Ventiltellers der Außenseite des Rohrabschnittes zugeordnete Führungen befestigt sind. Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Verschluß dienen nicht die Dichtflächen selber zur zentrierten Führung des Ventiltellers, so daß keine unerwünschten Berührungen der Führungsmittel mit dem Ventilsitz auftreten können. Der Teller selbst kann mit Hilfe dieser Führungen bis in seine Endposition (vor dem eigentlichen Spreizen des Ventiltellers) gefahren werden, ohne daß sich die Dichtflächen einander berühren. Auch in dieser Phase treten also keine unerwünschten Reibungen zwischen den Dichtflächen auf. Die mit dem Ventilsitz verbundenen Führungsflächen und die mit dem Ventilteller verbundenen Gegenführungsflächen können in der unterschiedlichsten Weise gestaltet sein. Sie können z.B. von über die von der Dichtkante gebildete Ebene hervorragenden-Bauteilen, z.B. von zwei oder mehr Anschlägen, gebildet werden. Die zugehörigen Gegenführungsflächen können an Bauteilen vorgesehen sein, die am Ventilteller oder an einem Träger für den Ventilteller befestigt sind . Der Außenrand des Trägers kann auch selbst als Gegenführungsfläche ausgebildet sein. Wesentlich ist nur, daß die Führungs- und Gegenführungsflächen in Bezug auf die Achse des Ventils im wesentlichen konzentrisch liegen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Ventilsitz innerhalb eines Rohrabschnittes angeordnet. Die Innen- und/ oder Außenflächen dieses Rohrabschnittes können dann als Führungsflächen dienen. Bei einer solchen Lösung ist zweckmäßig, wenn die Gegenführungsflächen an den Innenseiten der freien Enden von am Ventilteller befestigten Winkelstücken angeordnet sind, mit denen der Rohrstutzen von außen umfaßt wird. Ein wesentlicher Vorteil eines in dieser Weise gestalteten Verschleses nach der

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Erfindung liegt darin, daß das Spreizen des Tellers ein Abheben der Führungen von der Außenfläche des Rohrstutzens bewirkt. Während des Spreizvorganges kann sich deshalb der Teller frei im Sitz zentrieren, was ebenfalls die beim Spreizvorgang möglicherweise auftretendenReibungen auf ein Minimum reduziert. Beim Öffnungsvorgang bewirkt ein Nachlassen der Spreizung, daß sich die Führungen der von der Außenfläche des Rohrstutzens gebildeten Führungsfläche wieder anlegen und damit den Ventilteller in eine Position bringen, in der sich die Dichtflächen nicht mehr berühren. Damit ist sichergestellt, daß auch während der Öffnungsbewegung keine unerwünschten Reibungen auftreten.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusses ist dadurch gekennzeichnet, daß für den Ventilteller ein parallel zur Tellerebene liegender Anschlag vorgesehen ist und daß der Ventilsitz von einer zylindrischen Fläche gebildet wird. Bei einer solchen Ausführungsform wird erreicht, daß sich die Dichtkante des Tellers während des Spreizvorganges senkrecht zur Sitzoberfläche bewegt, also nahezu ohne schädliche Reibungskomponente. Dadurch wird eine äußerst hohe Zahl von Schließvorgängen ohne Verschleiß der Dichtpartner möglich. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der zylindrische Ventilsitz und die zur Ventilachse konzentrisch liegenden Führungsflächen "in einer Spannung" bearbeitet werden können, so daß die Toleranzen in Bezug auf diese Flächen auf das fertigungstechnisch mögliche Minimum reduziert sind. Mit einer solchen Vorrichtung können - wie Versuche gezeigt haben - mehr als 1000 Schließvorgänge durchgeführt werden, ohne daß die Leckrate größer als 10 Torr 1 · s~ wird. Der Anschlag begrenzt die axiale Bewegung des Ventiltelirs und stellt sicher, daß sich die Dichtkante

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des Tellers und der Sitz immer auf derselben Dichtlinie berühren. Außerdem erlaubt die einfache Gestaltung des Ventilsitzes, des Anschlages und des Ventiltellers eine präzise Bearbeitung der Dichtflächen ohne großen Fertigungsaufwand. Für den Ventilteller und den Ventilsitz kommen zweckmäßig Werkstoffe infrage, die sich bei BEanspruchung der Oberfläche verfestigen. Dadurch sind sie zunächst plastisch und danach elastisch verformbar. Geringfügige relative Formfehler zwischen Teller und Sitz gleichen sich während der plastischen Verformungsphase aus. Danach tritt eine Verfestigung der Dichtlinie ein, wodurch sich auch der Verschleißwiderstand der Oberfläche erhöht, so daß diese auch sehr hohen Dichtkräften standhalten. Werkstoffe mit diesen Eigenschaften sind hochfeste Nickellegierungen, die zweckmäßig auch noch eine hohe Streckgrenze aufweisen, damit ein starkes Spreizen des Tellers möglich ist.

Zweckmäßig ist weiterhin, wenn die Führungsflächen und der zylindrische Ventilsitz auf einer gemeinsamen Zylinderfläche um dieVentilachse liegen. Die Bearbeitung in einer Spannung ist dann besonders einfach.

Die Dichtkante des Tellers ist zweckmäßig mit Edelmetall (z.B. Feingold) beschichtet. Dadurch wird das Kaltverschweißen der Werkstoffe an der Dichtstelle vermieden. Nahezu alle diese Materialien sind außerdem unempfindlich gegen ionisierende Strahlen, was für die Anwendung in kerntechnischen Anlagen besondere Bedeutung hat.

Bei einer weiteren vorteilhaftenAusführungsform ist ein gesonderter Anschlagring für den Teller vorgesehen. Ein solcher Anschlagring ist ein einfaches Teil, welches separat gefertigt und dann

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in den Ventilsitz eingebaut werden kann. Außerdem ermöglicht diese Konstruktion, für den Raum zwischen der Dichtlinie und der Anschlaglinie eine Zwischenabsaugung vorzusehen. Diese Zwischenabsaugung erfolgt über den Spalt zwischen dem Anschlagring und der zylindrischen Verlängerung des Ventilsitzes. Da der dadurch gebildete Spalt in unmittelbarer Nähe der Dichtlinie mündet, kann dieser auch dazu benutzt werden, die Dichtlinie vor der eigentlichen Beanspruchung mitHilfe eines Druckluftstoßes sauber zu blasen.

Zweckmäßig ist der erfindungsgemäße hochvakuumdichte Verschluß als Pendelschieber ausgebildet. Das ermöglicht es, dengesamten Strömungsquerschnitt beim öffnen des Ventils freizugeben. Außerdem besteht die Möglichkeit, beide in das Gehäuse des Schiebers hineinmündende Leitungen mit einem erfindungsgemäßen Verschluß zu versehen, wobei sich bei der Erzeugung der Anpreßkräfte die Teller gegenseitig abstützen. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Erzeugung der Dichtkraft pneumatisch erfolgen. Dadurch kann auf durch Keile oder Rollen bewirkte Spreizmittel für die Teller verzichtet werden, so daß das erfindungsgemäße Ventil auch im geschlossenen Zustand ausheizbar ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten sollen anhand von in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch einen als Pendelschieber ausgebildeten Verschluß mit zwei einander gegenüberliegenden Ventiltellern;

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Figur 2 einen Teilschnitt durch einen Verschluß nach

Figur 1 im Bereich der Dichtlinie und Figur 3 einen der Figur 2 entsprechenden Teilschnitt im Bereich der Dichtlinie mit in anderer Art gestalteten Führungsmitteln

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Schiebergehäuse 1 vorgesehen, in dem das eigentliche Dichtsystem mittels der Lagerböcke 3 und 4, dem Träger 5 und der Pendelstange 6 pendelnd gelagert ist. In der dargestellten Stellung befinden sich die beiden einander gegenüberliegenden Ventilteller 7 und 8 vor den in das Schiebergehäuse 1 mündenden Öffnungen 9 und 10, die mit Hilfe des Dichtsystems 2 hochvakuumdicht verschließbar sein müssen. Dazu sind den Ventiltellera7 und zylindrische Sitzflächen 11 und 12 zugeordnet, welche sich an der Innenfläche von in das Gehäuse 1 hineinragendenRohrstutzen 13 und 14 befinden. Die Achse des Ventils ist mit 15 bezeichnet.

Die Art der Halterung der Ventilteller 7 und 8 an der Pendelstange 6 ist im einzelnen aus Ubersichlichkeitsgründen nicht genau dargestellt. Wesentlich sind jedoch,die Bälge 16, die zwischen den VEntiltellern 7 und 8 einen abgeschlossenen Raum bilden. Wird in diesem Raum 17 der Druck erhöht, dann bewegen sich die Ventilteller in Richtung der zu verschließenden öffnungen 7 und 8, und zwar jeweils bis zu den Anschlagen 18 und Eine weitere Druckerhöhung im Raum 17 hat ein Anpressen der äußeren Dichtkanten der Teller 7 und 8 an die zylindrischen Sitzflächen 11 und 12 zur Folge, wodurch die Abdichtung bewirkt wird.

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Damit sich die eigentlichenDichtflachen an der Außenkante der Teller 7 und 8 und im Bereich der zylindrischen Dichtflächen 11 und 12 vor der Spreizbewegung der Teller 7 und 8 nicht berühren, sind Mittel zur zentrierten Führung der Teller vorgesehen. Als Führungsflächen dienen die konzentrisch zur Achse 15 liegenden Außenseiten der Rohrstutzen 13 und 14. Als Gegenführungsflächen dienen die Innenseiten von winkelförmigen Bauteilen 20 und 21 , welche mit ihrem eien Ende auf dem äußeren Bereich der Ventilteller 7 und 8 befestigt sind und mit ihrem anderenEnde die Rohrstutzen 13 und 14 während der Bewegung der Teller 7 und 8 in Richtung der Sitzflächen 11 und 12 übergreifen und dadurch führen. Während der Spreizbewegung der Teller 7 und 8 heben diese Führungen von der Außenfläche der Rohrstutzen 13 und 14 ab und geben damit den Tellern 7 und 8 die Möglichkeit, sich zu zentrieren.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wird der Anschlag 19 von einem gesonderten Ring 23 gebildet, der an der Innenseite des Rohrstutzens 14 mittei der Schweißnaht 24 gehaltert ist. Der Ventilteller 7 nimmt eine Stellung ein, in der er der Dichtfläche und dem Anschlag 19 anliegt. Dadurch entsteht ein Raum 25, der über den Spalt 26 zwischen dem Anschlagrihg 23 und dem Rohrstutzen 14 abgesaugt werden. Der Spalt .26 mündet in eine durch Ausfräsung des Rohrstutzens 14 entstände Ringkammer 27. In diese Ringkammer mündet der Kanal 28, über den die Absaugung! oder die Zuführung von Druckluft erfolgen kann. Beim in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 9 verschlossen, also der Teller 7 gespreizt. Dadurch liegt der den Stutzen 14 umfassende Teil der winkelförmigen Führung 21 seiner Führungsfläche nicht an.

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.Beim Ausführungsbeispxel nach· Figur 3 sind anstelle des Rohrstutzens 14 mindestens zwei Anschläge 30 (nur einer ist auf dem Teilschnitt sichtbar) vorgesehen. Die Innenfläche 31 dieses Anschlages, die gemeinsam mit der Dichtfläche 12 auf einer Zylinderfläche zur Achse 15 liegt und deshalb in einfacher Weise mit dieser in einer Spannung bearbeitet werden kann, dient als Führungsfläche. Als Gegenführungsfläche 32 dient der
Außenrand eines scheiben- oder ringförmigen Trägers 33 für den Ventilteller 7, der aus diesem Grunde in diesem Bereich mit einem Lagerwerkstoff 34, vorzugsweise Polyimid, belegt ist.

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Claims

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ANSPRÜCHE

(1.jHochvakuumdichter Verschluß für vorzugsweise große Nennweiten mit einem Ventilsitz, einem spreizbaren Ventilteller und Mitteln zur zentrierten Führung des Ventiltellers während seiner Schließbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ventilsitzes von der eigentlichenDichtkante beabstandete Führungsflächen vorgesehen sind, denen mit dem Ventilteller verbundene Bauteile mit Gegenführungsflächen zugeordnet sind.

2. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die von der Dichtkante gebildete Ebene hervorragende, mit dem Ventilsitz fest verbundene Bauteile vorgesehen sind, deren Innen- und Außenseiten im wesentlichen konzentrisch zur Ventilachse liegende Führungsflächen bilden.

3. Verschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile von zwei, vorzugsweise drei Anschlägen gebildet werden.

4. Verschluß nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilteller oder an einem Träger für den Ventilteller Bauteile mit im wesentlichen konzentrisch zur Ventilachse liegenden Gegenführungsflächen angeordnet sind.

5. Verschluß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenführungsflächen am freien Ende von der Dichtebene züge-

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ORtGlNAL INSPECTED

wandten Winkelstücken angeordnet sind, deren anderes Ende am Ventilteller oder am Träger befestigt, z.B. angeschweißt, ist.

6. Verschluß nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenführungsflächen vom äußeren Rand eines Trägers für den Ventilteller gebildet werden.

7. Verschluß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger scheiben- oder ringförmig ausgebildet ist und an seinem gesamten Umfang als Gegenführungsfläche ausgebildet ist.

8. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz innerhalb eines Rohrabschnittes angeordnet ist und daß die Innen- oder Außenseite des Rohrabschnittes als Führungsfläche dient.

9. Verschluß nach Anspruch 5 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenführungsflächen an den Innenseiten der freien Enden von am Ventiltellerrand befestigten Winkelstücken angeordnet sind, mit denen der Rohrstutzen von außen umfaßt wird.

10.Verschluß nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ventilteller ein parallel zur Tellerebene liegender Anschlag vorgesehen ist und daß der Ventilsitz von einer zylindrischen Fläche gebildet wird.

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11.Verschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen aus einer hochfesten Nickellegierung mit hoher Streckgrenze bestehen.

18.Verschluß nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtkante des Ventiltellers mit Edelmetall beschichtet ist.

13.Verschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesonderter Anschlagring für den Ventilteller vorgesehen ist.

14.Verschluß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohrstutzen und dem Anschlagring ein Spalt zur Bildung eines in den Raum zwischen Anschlaglinien und Dichtlinie führenden Kanals vorgesehen ist.

15.Verschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Pendelschieber ausgebildet ist.

16.Verschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Doppelsitzverschluß ausgebildet ist.

17.Verschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Führungsflächen oder die Gegenführungsflächen mit einem Lägerwerkstoff, z.B. Polyimid, belegt ist.

18.Verschluß nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen und der zylindrische Ventilsitz auf einer gemeinsamen Zylinderfläche um die Ventilachse liegen.

G30Ö13/04Ö3