DE2951387C2 - Schnellschlußklappenventil für Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumbetrieb - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß die Ventilsitzebene (II2j unter einem Anstellwinkel zum Gehäuseboden (10) geneigt angeordnet ist, S5

— daß Zugfedern (28) im Bereich der freien Enden (210) der Winkelhebel (210-212) angreifen, die an einem innerhalb des Gehäuses (1) am Aufzughebel (4) befestigten, absenkbaren Joch (56) eingehängt sind,

— und daß zwischen der Klappe (21) und an der Antriebsachse (24) angelenkten Klappenschenkeln (212) der Winkelhebel (210-212) Druckfedern (23) vorgesehen sind, die ein Wiederöffnen des Ventils durch Prellen der Klappe (21) verhindern.

2. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Ventilsitzebene gegenüber dem Gehäuseboden (10) 45° w beträgt.

3. Klappenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (112) als harter Partner beispielsweise aus Edelstahl und die Klappe (21) als weicher Partner beispielsweise aus einer « Titanlegierung bestehen.

4. Klappenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (112) als weicher Partner und die Klappe (21) als harter Partner ausgeführt sind. M)

5. Klappenventil in nicht ausheizbarer Ausführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (112) oder die Klappe (21) mit einer organischen Dichtung, vorzugsweise mit einem Rundschnurring, versehen t>~> sind.

6. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das außerhalb des Gehäuses (1) liegende Ende des Aufzughebels (4) mit Hilfe eines Pneumatikzylinders (31) verschwenkbar ist.

7. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinke (6) an ihrem unteren Ende eine Rolle (60) trägt, die sich bei geöffneter Klappe (21) auf einem die Klappenschenkel (211) verbindenden Auslösebalken abstützt und die geöffnete Klappe (21) verriegelt.

8. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung der Klappenschenkel (210; 211) und der Klinke (6) über einen Ständer (27; 58) aufweisende, auf dem Gehäuseboden (10) liegende Grundplatte (5) erfolgt.

Die Erfindung betrifft ein Schnellschluß-Klappenventil gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Klappenventil ist bereits aus dem CERN-Bericht 74-9 bekannt, und zwar wird dort eine im Vakuum liegende Ventilklappe unter der Einwirkung von zwei Spiralfedern auf einen orthogonal zur Strahlrichtung angeordneten Ventilsitz geschwenkt. Das öffnen des Ventils erfolgt über ein durch einen Faltenbalg nach außen geführtes Gestänge. Die gecffnete Ventilklappe wird durch einen ebenfalls über einen Faltenbalg nach außen geführten Riegel offengehalten. In dieser Öffnungsstellung sind die Spiralfedern gespannt. Das Auslösen des Klappenventils erfolgt durch einen auf das freie Ende des Riegels außerhalb des Gehäuses wirkenden Elektromagneten, welcher den Riegel um dessen im Faltenbalg liegenden Drehpunkt schwenkt und dadurch die Klappe freigibt. Dadurch bewegen die Spiralfedern die Ventilklappe auf den Ventilsitz, wozu allerdings eine relativ lange Schließzeit erforderlich ist. Diese verlängert sich noch durch ein Prellen der Ventilklappe beim Aufschlagen auf den Ventilsitz. Wenn jedoch ein Hochvakuumsystem oder ein Ultrahochvakuumsystem (etwa 10~⁵ bis 1O^-11 mbar) vor Lu^fteinbrüchen geschützt werden soll, dann ist die Schließzeit des Klappenventils ein kritischer Parameter. Beispielsweise können in Elektronen- oder Protonen-Beschleunigeranlagen Lufteinbrüche so schlagartig auftreten, daß die plötzliche Belüftung ihres Vakuumsystems zu einer zerstörerischen Stoßwelle führt, die sich etwa mit dreifacher Schallgeschwindigkeit und mit äußerst steiler Druckanstiegsflanke in das Ultrahochvakuumsystem hineinbewegt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer solchen Stoßwelle beträgt etwa 1000 m/ see, so daß sie in einer Millisekunde etwa 1 m zurücklegt. Da ferner die Lufteinbrüche in der Regel an den Experimentierstellen erfolgen, müssen diese für jede Millisekunde Schließzeit 1 m weiter vom Klappenventil wegverlegt werden. Für das zuvor erwähnte, bekannte Klappenventil mit einer Schließzeit von etwa 33 msec bedeutet dies einen Platzbedarf von mehr als 33 m, die häufig nicht zur Verfügung stehen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das bekannte Schnellschluß-Klappenventil dahingehend zu verbessern, daß eine kürzere Schließzeit erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Dadurch werden Schließzeiten von etwa 10 msec erreicht, was die Verzögerungsleitungen gegenüber bekannten Vakuumsystemen wesentlich verkürzt. Das Experimentiergebiet kann somit näher am Beschleuni-

ger liegen.

Vorzugsweise beträgt der Anstellwinkel der Ventilsitzebene gegenüberdem Gehäuseboden 45°.

Das erfindungsgemäße Klappenventil läßt sich bei entspannten Zugfedern ausheizen, da cie Klappe im geöffneten Zustand durch die Klink·:· verriegelt wird und das Joch des Aufzughebels nach dem Verriegeln der Klappe abgesenkt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Schnellschluß-Klappenventils;

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf das Schnellschluß-Klappenventil gemäß F i g. 1.

F i g. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Schnellschluß-Klappenventils, vorzugsweise für Ultrahochvakuum (= ΙΟ-⁸ mbar) in ausheizbarer Ganzmetallausführung mit einem zylindrischen Gehäuse 1, das an einer Seite durch einen Gehäuseboden 10 verschlossen ist. In der Mitte des Gehäusebodens 10 befindet sich eine Strahldurchführungsöffnung 110, die von einem Ventilsitzstutzen 111 umgeben ist. Der Ventilsitzstutzen 111 besteht aus Edelstahl mit in der Draufsicht rechteckigem Querschnitt, wobei auf seinem der Strahldurchführungsöffnung 110 abgewandten Ende ein Ventilsitz 112 vorgesehen ist. Der Ventilsitz 112 ist eine geschliffene Fläche, die gegenüber dem Gehäuseboden 10 einen Anstellwinkel von 45° aufweist. Ein rechteckiger Querschnitt des Ventilsitzstutzens 111 ist deswegen möglich, weil der durch das Ventil laufende Strahl, vorzugsweise Synchrotronstrahlung, kein kreisförmiges Profil hat, sondern in einer Richtung wesentlich breiter als senkrecht zu dieser Richtung ist. Durch die Anpassung des Ventilsitzquerschnittes an die Strahlform wird außerdem erreicht, daß die Schnellschlußklappe kleiner als bei kreisförmigen Ventilsitzen sein kann, so daß keine so großen Massen bewegt zu werden brauchen.

Durch die Anordnung des Ventilsitzes 112 im Anstellwinkel zum Gehäuseboden 10 wird außerdem erreicht, daß die Klappe 21 einen wesentlich kürzeren Schließweg als beim Stand der Technik hat. Die Öffnungsstellung der Klappe 21 ist in F i g. 1 gestrichelt dargestellt, und man erkennt, daß sie in dieser Stellung den optischen Weg durch den Ventilsitz 112 vollständig freigibt.

Die Klappe 21 besteht vorzugsweise aus einer Titanlegierung, beispielsweise 3.7075, wodurch gegenüber Stahl eine beträchtliche Gewichtsersparnis erzielt wird. Die Auflageseite der Klappe 21 ist ebenso wie der Ventilsitz 112 eben geschliffen.

Die Lagerung der Klappe 21 erfolgt auf einer Grundplatte 5, die an einer Seite des Ventilsitzstutzens 111 auf dem Gehäuseboden 10 montiert ist. Zwei Ständer 27 lagern eine Antriebsachse 24, die in der Nähe jedes Ständers 27 je einen kurzen und einen langen Klappenschenkel 210 bzw. 211 trägt. Der kurze und der lange Klappenschenkel 210 und 211 schließen einen etwas kleineren Winkel als 90° ein. Sie sind darüber hinaus mit einem Verbindungsschenkel 212 verbunden, dessen freies Ende über einen Halteboi/.en 22 und eine Druckfeder 23 an der Klappe 21 befestigt ist. Die Druckfeder 23 stützt sich mit einem Ende auf der Oberseite der Klappe 21 und mit dem anderen linde an der Unterseite des von einer Scheibe 3 gehaltenen Verbindungsschenkels 212 ab. Die Scheibe 3 ist durch eine auf den Halteboizen 22 aufgeschraubte Mutter gegen Verschiebung in Richtung von der Klappe 21 weg gesichert. Durch diese federnde Verbindung von Verbindungsschenkel 212 und Klappe 21 wird ein Prellen der Klappe beim Aufschlagen auf den Ventilsitz 112 zuverlässig verhindert, indem ein Großteil der Schlagenergie von der Druckfeder 23 vernichtet wird. Versuche haben gezeigt, daß die Klappe 21 tatsächlich nach dem Verschließen des Ventilsitze^ 112 von diesem

11) nicht wieder abhebt.

In den langen Klappenschenkeln 211 sind ferner Zapfen 59 für den Angriff je einer Zugfeder 28 vorgesehen. Die im Abstand zur Antriebsachse 24 liegenden Enden der langen Klappenschenkel 211 sind

Ii ferner durch einen Auslösebalken 213 miteinander verbunden.

Etwa in der Mitte zwischen den Ständern 27 sowie im Abstand zu diesen ist hinter dem Auslösebalken 213 der Schnellschlußklappe ein Klinkenständer 58 vorgesehen,

2u der an seinem oberen F de eine auf den Auslösebalken 213 wirkende Klinke 6 lagerE. Die Klinke 6 ist unsymmetrisch gebaut und besitzt eine Rückwand 64, die in der Höhe des Klinkenlagerpunktes etwa parallel zur Mittellinie des Klinkenständers 58 und damit parallel zur optischen oder Längsachse 11 verläuft. In dieser Stellung der Klinke 6 liegt deren unteres, freies Ende auf der dem Ständer 27 zugewandten Seite des Klinkenständers 58, so daß es mit dem Auslösebalken 213 in Eingriff gelangen kann. Dieses untere Ende der

in Klinke 6 ist mit einer Rolle 60 versehen, die sich bei gestrichelt dargestellter, geöffneter Klappe auf dem Auslösebalken 213 abstützt und damit die Klappe 21 geöffnet hält. Das freie Klinkenende ist ferner mit einer Anschlagschulter zur Begrenzung der Bewegung auf

i"> dem Auslösebalken 213 versehen.

Das öffnen der Klappe 21 erfolgt durch die Zugfedern 28, die in zusammengedrücktem Zustand als Stangen wirken. Sie bestehen in einer Ausführung aus Edelstahl der Zusammensetzung 1.4310.

->" Zum Schließen der Klappe 21 dient ferner ein mittels eines ersten Faltenbalges 45 durch die Wand des Gehäuses 1 geführter Aufzughebel 4, der zwischen der ausgezogen dargestellten Lage und der seine Mittellinie andeutenden strichpunktierten Lage verschwenkbar ist.

■>'> Sein im Gehäuse 1 liegendes freies Ende trägt ein joch 56, das sich im rechten Winkel zur Mittellinie des Aufzughebels 4 mindestens bis zu den Ständern 27 erstreckt. Im Bereich der Enden des Jochs 56 sind Federhalterungen 57 vorgesehen, in die die Zugfedern

""' 28 eingehängt sind. Die Zugfedern 28 greifen somit in F i g. 1 mit ihren oberen Enden am Joch 56 und mit ihren unteren Enden an den Zapfen 59 der Klappenschenkel 211 an. In der ausgezogen dargestellten Lage ziehen die Zugfedern 28 die langen Klappenschenkel 211 demnach

>'' nach oben und pressen dadurch die Klappe 21 auf den Ventilsitz 112. Das außerhalb des Gehäuses 1 liegende Ende des Aufzughebels 4 greift in ein Auge eines Zugstücks 16, das an einem Ende einer Kolbenstange 13 eines Pneumatikzylinders 31 befestigt ist. Durch

bo Einziehen der Kolbenstange 13 wird demnach der Aufzughebel 4 in die ,strichpunktierte Stellung verschwenkt, wodurch die Zugfedern 28 entspannt werden und die Klappe 21 öffnen. Beim Öffnen der Klappe 21 sciiwenkt der Auslöscbalken 213 unter den tiefsten

·" Punkt der Rolle 60 und wird von der Rolle 60 in dieser Stellung verriegelt. Nachdem die Rolle 60 und damit die Klinke 6 den Auslösebalken 213 und mit ihm die Klappe 21 in der gestrichelt dargestellten, offenen Stellung

verriegelt haben, kann die Kolbenstange 13 des Pneumatikzylinders 31 wieder ausgefahren und das Joch 56 nach oben geschwenkt werden. Dabei werden die 2Lugfedern 28 gespannt und verleihen der Schnellschlußklappe die zum schnellen Schließen erforderliche Vorspannung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schnellschluß-Klappenventil für Hochvakuumbetrieb, oder in ausheizbarer Ganzmetallausführung für Ultrahochvakuumbetrieb, zum Absperren großer ■; Nenndurchmesser,

— mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse,

— mit einem im Gehäuse vorgesehenen, die Gehäuselängsachse umgebenden Ventilsitz, dessen Querschnitt der Strahlform angepaßt ist,

— mit einer um eine außerhalb des Verschlußteils angeordnete Antriebsachse verschwenkbaren und unter der Wirkung von mindestens einer Feder auf den Ventilsitz bewegbaren Klappe,

— mit einem aus dem Genäuse vakuumdicht nach außen geführten Klinkenhebel,

— mit einer mit dem Klinkenhebel verbundenen und zur Verriegelung der geöffneten Klappe dienenden Klinke,

— mit einem die Klinke innerhalb von wenigen Millisekunden aus dem Eingriff mit der Klappe lösenden Hubmagneten,

— und mit einer Spanneinrichtung zum Vorspannen der Klappe im geöffneten Zustand, welche über mindestens einen Winkelhebel auf die Klappe wirkt und einen vakuumdicht aus dem Gehäuse geführten Aufzughebel aufweist,