DE3000848A1

DE3000848A1 - Hochvakuumventil

Info

Publication number: DE3000848A1
Application number: DE19803000848
Authority: DE
Inventors: Otto Dr Winkler
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1980-01-11
Publication date: 1980-09-04
Also published as: GB2043839B; FR2449839B1; GB2043839A; US4343455A; NL8000430A; FR2449839A1; CH636422A5

Description

Hochvakuumventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochvakuumventil insbesondere ein Ultrahochvakuumschieberventil mit einem Ventilgehäuse mit Oeffnungen zum Gaseinlass und Gasauslass und mit einem Ventilverschlusskörper und zugeordnetem Antriebselement.

Bei Vakuumventilen ist es erforderlich, dass der Druck,mit dem der bei grossen Ventilen meist als Platte ausgebildete Verschlusskörper auf den Ventilsitz gepresst wird, genügend gross ist, um hinreichende Dichtigkeit, gegebenenfalls sogar gegen Atmosphärendruck zu gewährleisten.

An Ultrahochvakuumventile werden besonders hohe Anforderungen gestellt. Es wird hier nicht nur eine extrem niedrige Leckrate sondern auch eine geringe Gasabgabe- und Permeationsrate des Dichtungselementes und zur Beschleunigung der Entgasung eine Ausheizbarkeit bis zu 400 ⁰C gefordert. Diese beiden letzten Forderungen können nur mit Metalldichtung erfüllt werden. Zur Erreichung niedriger Leckraten sind dann ausserordentlich hohe Dichtkräfte in der Grössenordnung von 100 - 1000 N pro mm Dichtungslänge erforderlich. Bei Ventilen grösseren Druchmessers, bei denen sich eine lange Dichtungslinie entlang des Umfangs ergibt, werden deshalb sehr grosse Anpresskräfte benötigt.

Als Antriebsmechanismus werden für Vakuumschieberventile meist pneumatische Betätigungsvorrichtungen, Kniehebel- oder Keilbahnen verwendet, die zwischen der Ventilplatte und einer Gegenplatte angeordnet sind. Ventilplatte und Gegenplatte stützen sich dann am Umfang der Gehäuseoeffnungen am Gehäuse ab. Damit die grossen Kräfte vom Gehäuse, ohne dass ein Verzug der Dichtungsfläche auftritt, aufgenommen werden können, muss das Gehäuse ausserordentlich formstabil sein und dies führt dann zu hohen Material- und Herstellungskosten.

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Die vorliegende Erfindung hat sich dagegen ein Hochvakuuinventil zur Aufgabe gestellt, bei dem der Schliessdruck am Umfang des Ventilsitzes, ohne dass im übrigen das Gehäuse wesentlich beansprucht wird, aufgenommen wird. Dieses erfindungsgemässe Hochvakuumventil ist deingeinäss dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkräfte an den Umfang des Ventilsitzes als Gegenlager übertragende Stütze!emente vorgesehen sind. Damit wird einerseits eine gleichmassige Kräfteverteilung erreicht, die einen Verzug des Dichtungsflansches vermeidet, andererseits kann das Ventilgehäuse in Leichtmetallbauweise hergestellt werden. Es brauchtnur noch dem äusseren Atmosphärendurck stand zu halten. Dies fällt besonders bei grossen UHV-DurchgangsventiTen, wie sie z.B. für Fusionsreaktoren erforderlich sind, aber auch bei Hochvakuumschleusenventile mit grossen Nennweiten sehr stark ins Gewicht.

Dank der Ueberleitung der Anpresskräfte auf die unmittelbare Umgebung des Ventilsitzes genügt es, nur diesen für die Aufnahme der entsprechend grossen Kräfte auszubilden. Im übrigen kann dann aber das Ventilgehäuse selbst wesentlich schwächer dimensioniert werden und es können somit grosse Kosten- und Materialeinsparungen erzielt werden. Für die Ueberleitung der Anpresskräfte können am einfachsten mehrere über den Umfang des Ventilsitzes gleichmässig verteilte Bügel z.B. U- oder Winkelprofile dienen, die so angeordnet werden, dass sie die Bewegung des Ventilschiebers nicht behindern. Hiezu werden die genannten Stützelemente zweckmässiger Weise teils mit dem Ventil Verschlusskörper teils mit dem als Gegenlager dienenden Ventilsitz verbunden, wie die unten beschriebenen Ausführungsbeispiele näher zeigen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen ein Schleusenventil grosser Nennweite (Massstab ca. 1:10) mit rechteckiger Durchgangsöffnung. Figur 2 entspricht dem Schnitt A A¹, Figur 3 dem Schniit B B¹ in Figur 1 und Figur 1 dem Schnitt C C in Figur 2.

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Figur 1 zeigt das Ventilgehäuse 1 mit den beiden Anschlussöffnungen 2 und 3. Eine Ventilplatte 4 ergibt beim Schiiessenzusammen mit dem Ventilsitz 5 und Dichtung 6 eine vakuumdichte Absperrung der Oeffnung 2. Die Ventilplatte 4 ist zur Versteifung mit Rippen versehen und bei 7 mit einem elastischen Federkörper 8 von omegaförmigem Querschnitt, der einen geschlossenen Ring bildet, dicht verschweisst. Das andere Ende des Federkörpers ist bei 9 mit einer ebenfalls verrippten Gegenplatte 10 verschweisst, so dass ein abgeschlossener Hohlraum 11 gebildet wird,der mit einem Druckmedium gefüllt werden kann.

An der Gegenplatte 10 sind an ihrem Rande oben und unten sowie rechts als Stützelemente U-förmige Bügel 12 durch Schweissen oder Verschrauben befestigt, die, wenn sich das Ventil in Schiiessstellung befindet, über den Flansch 13 am Ventilsitz übergreifen. Ein ähnliches U-Profil 14 ist an der linken Seite dieses Flansches am Ventilsitz bei 5 befestigt. Es dient ebenfalls zur Abstützung der Gegenplatte bei 15, jedoch ohne dass die Gegenplatte mit dem Bügel 14 verbunden wäre.

Ist der Zwischenraum 11 druckentlastet, hebt sich die Ventil platte vom Ventilsitz und die Gegenplatte von der Auflage bei 13 und 15 als Folge¹ der Rückfederung des Federkörpers8 ab und die Dichtungseinheit kann nun nach rechts in den Gehäuseteil 16 ausgefahren werden. Damit dies praktisch reibungslos und mit geringem Kraftaufwand möglich ist, sind am Rahmen 12, der die Gegenplatte 10 umfasst, 4 Rollenlager 17 angebracht, die in Schienen 18 und 18' laufen (siehe Figur 2). Die Kraftübertragung erfolgt, wie Figur 3 zeigt, über einen Federbalg 19 und ein Gestänge 20.

Figur 4 und 5 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen metall gedichteten UHV-Schieberventils mit kleineren Dimensionen und kreisförmiger Durchgangsöffnung (Massstab ca. 1:2). Figur-4 ist ein Schnitt längs A A¹ in Figur 6; Figur 5 ein Schnitt längs B B' in Figur 4.

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Das Ventilhause 22 hat wieder zwei Anschlussflansche, von denen einer (23) an das Gehäuse 22 angeschweisst und der andere (24) an dieses angeschraubt und mit einer Metalldichtung 25 versehen ist.

Die Betätigungsmechanik für die Ventil platte ist am Flansch 26 befestigt, und dieser ist über eine Metalldichtung 27 mit dem Gehäuse verschraubt. Bei druckentlastetem Ventil kann dann die Mechanik als ganzes aus dem Gehäuse 22 nach Lösen des Flansches 26 herausgezogen werden.

Die Dichtung des Ventils erfolgt über zwei konische Tellerfedern 28 und 29j von denen eine(28)mit der Ventilmechanik., die andere (29) in das Gehäuse 22 eingeschweisst ist. Die Dichtungslinie liegt bei 30. Figur 6 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt an dieser Stelle. Die ausgezogenen Konturen der beiden Tellerfedern zeigen ihre Lage bei geschlossenem Ventil. Die gestrichelten Konturen entsprechen ihrer Lage kurz vor dem Schliessen.

Durch die Verwendung konischer Tellerfedern als Dichtungselement sind wesentlich kleinere Anpresskräfte in axialer Richtung erforderlich. Dies ist besonders bei UHV-Ventilen mit einem ungünstigen Verhältnis Dichtungslänge zu Druckfläche wichtig, besonders wenn die Anpressung pneumatisch oder hydraulisch erfolgen soll. Der erforderliche Anpressdruck bleibt dann in Grenzen, die leichter zu beherrschen sind und die Zentrierung der Dichtlinie, wo sich die Dichtungspartner berühren, erfolgt automatisch.

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Der VentiltellerMst in die Teile 31 und 32 eingeschweisst. Teil 32 ist ferner mit einem torusförmigen Federelement 33 verschweisst. Die Gegenplatte 34 ist ebenfalls mit diesem Federelement verschweisst, so dass wieder ein geschlossener Raum 36 entsteht, der mit einem Druckmedium über die Zuleitungen 37 beaufschlagt werden kann.

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Das Ventil ist als sog. Pendel schieber ausgebildet, der bei 38 (Figur 5) gelagert ist und in die in Figur 5 gestrichtelte Position 39 ausgeschwenkt werden kann.

Das Prinzip der unmittelbaren Kräfteübertragung in die Nähe des Ventilsitzes wird hier in der Weise realisiert, dass halbkreisförmige U-Profile verwendet werden, von denen eines (40) am feststehenden Teil der Abdichtung bei 41 angeschweisst oder angeschraubt ist und das andere (42) am ausschwenkbaren Teil der Ventilmechanik bei 43 befestigt ist. Das erstere dient bei 44 als Auflage für den Schieber. Das letztere greift in die Nut 45 am feststehenden Teil ein, um den Pendel schieber bei geschlossenem Ventil dort abzustützen. Die Zugkräfte werden somit gleichmässig über den ganzen Umfang der Ventil öffnung verteilt.

Wie Figur 5 zeigt, erfolgt auch hier die Kraftübertragung über einen Federbalg 46, der mit Druck beaufschlagt wird, und über eine Hebelmechanik, die an den Teilen 47 und 48, die an der Anschlussplatte befestigt sind, gelagert ist.

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Claims

PATEiMTANSPRUECHE

\.JHochvakuumventil mit einem Ventilgehäuse mit Oeffnungen zum Gaseinlass und Gasauslass und mit einem Ventilverschlusskörper und zugeordnetem Ventilsitz und Antriebsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkräfte an den Umfang des Ventilsitzes als Gegenlager übertragende Stützelemente (12, 14, 40, 42) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente teils mit dem Ventil vsrschlusskörper, teils mit dem als Gegenlager dienenden Ventilsitz verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente durch mehrere über den Umfang des Ventilsitzes gleichmässig verteilte Bügel gebildet werden.

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