DE3447008A1 - Dichtungsvorrichtung fuer ein schieberventil - Google Patents

Dichtungsvorrichtung fuer ein schieberventil

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Description

Dichtungsvorrichtung für ein Schieberventil
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung für ein Schieberventil, das dazu dient, die Leitungen verschiedener Vakuumgeräte und Vakuumbehälter zu schließen.
Es ist eine Dichtungsvorrichtung für ein Schieberventil der betreffenden Art bekannt, bei dem Ringelemente, die der Vorder- und der Rückfläche eines Schieberventilelementes mit einem durchgehenden Loch zugewandt sind, über einen inneren und einen äußeren Faltenbalg mit einem Ventilkäfig gekoppelt sind, jedes Ringelement eine ringförmige Aussparung aufweist, die an der dem Schieberventilelement zugewandten Seite ausgebildet und von einer ringförmigen verspiegelten, dünnen Platte geschlossen ist, die durch Schweißen an einer an ihr vorgesehenen Öffnung befestigt ist, die einzelnen Faltenbalge durch Fluid unter Druck gedehnt werden, das in Ringräume eingeführt wird, die vom inneren und äußeren Faltenbalg begrenzt sind und die ringförmigen verspiegelten dünnen Platten fest gegen das Schieberventilelement durch den Druck des Fluides gedrückt werden, das von den Ringräumen in die ringförmigen Aussparungen gepreßt ist, wie es in dem japanischen Gebrauchsmuster 58-102379 beschrieben ist.
Diese bekannte Dichtungsvorrichtung für ein Schieberventil ist jedoch mit den folgenden Schwierigkeiten verbunden. Die geschweißten Randbereiche der ringförmigen verspiegelten dünnen Platte, die mit dem Ringelement gekoppelt ist, haben eine niedrige mechanische Festigkeit und brechen leicht, wenn an ihnen eine große Spannungskonzentration auftritt,
344700a .
wobei die ringförmige verspiegelte dünne Platte sich aufgrund eines hohen Druckes an ihrer Rückseite wölbt.
Es besteht darüberhinaus die Gefahr, daß die auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten ringförmigen verspiegelten dünnen Platten nicht vollständig gleichzeitig mit dem Schieberventilelement in Kontakt gebracht werden, wenn das Schieberventil geschlossen wird. In diesem Flächen ist der Druck an der Vorderfläche und der Rückfläche des Schieberventi1-elementes nicht mehr im Gleichgewicht. Darüberhinaus besteht die Gefahr, daß die ringförm verspiegelten dünnen Platten nicht mit gleichmäßigem Druck über den gesamten Umfang gegen das Schieberventilelement gedruckt werden. Die fehlende Gleichmäßigkeit des Andruckes wird zu einer Teilbelastung am Dichtungsabschnitt führen, was dazu führt, daß dieser bricht.
Wenn weiterhin die auf den gegenüberliegenden Seiten angeordneten ringförmigenverspiegelten dünnen Platten vom Schieberventi lelement gelöst werden, werden sie leicht in eine Lage gebracht, in der sie verschiedene Zwischenräume mit dem Schieberventilelement bilden. Es ist denkbar, daß das den Schwankungen der Genauigkeit in der Herstellung und dem Einbau der Faltenbalge zuzuschreiben ist.
Durch die Erfindung soll eine Dichtungsvorrichtung für ein Schieberventil geschaffen werden, bei dem Ringelemente, die der Vorderfläche und der Rückfläche eines Schieberventilelementes mit einem durchgehenden Loch zugewandt sind, mit einem Ventilkäfig über einen inneren und einen äußeren Faltenbalg gekoppelt sind, jedes Ringelement eine ringförmige Aussparung aufweist, die an der Seite ausgebildet ist, die dem Schieberventilelement zugewandt ist,und die durch ein ringförmige verspiegelte dünne Platte geschlossen ist, die durch Schweißen an einer in ihr ausgebildeten öffnung be-
festigt ist, die einzelnen Faltenbalge durch ein Fluid unter Druck gedehnt werden, das in Ringräume eingeführt wird, die vom inneren und äußeren Faltenbalg begrenzt werden, und die ringförmigenverspiegelten dünnen Platten fest gegen das Schieberventilelement durch den Druck des Fluides gedrückt werden, der von den Ringräumen in die ringförmigen Aussparungen gepreßt wird.
Die erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die ringförmigenverspiegelten dünnen Platten Randbereiche mit großem Durchmesser haben, die durch Schweissen am zugehörigen Ringelement befestigt sind.
Diese Vorrichtung ermöglicht es, daß die Randbereiche der ringf öimigen verspiegelten dünnen Platten sehr fest an die Ringelemente geschweißt werden. Selbst wenn sich die verspiegelten dünnen Platten aufgrund eines hohen Druckes an ihrer Rückfläche wölben, wird somit keine große Druckkonzentration an den geschweißten Randbereichen der verspiegelten dünnen Platten hervorgerufen, so daß es möglich ist, ein Brechen der geschweißten Randbereiche der verspiegelten dünnen Platten auszuschließen. Aufgrund der beträchtlichen Stärke der Randbereiche der verspiegelten dünnen Platten werden diese darüberhinaus selbst dann nicht brechen, wenn die verspiegelten dünnen Platten mit einem erheblich hohen Druck gegen das Schieberventilelement gedrückt werden.
Durch die Erfindung wird weiterhin eine Dichtungsvorrichtung für ein Scheiberventi1 der angegebenen Art geschaffen, die sich dadurch auszeichnet, daß eine Vielzahl von Zugschraubenfedern in jedem Ringraum in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung des Ringraumes vorgesehen ist, jede Zugfeder mit einem Ende am zugehörigen Ringelement befestigt ist und eine mit einem Gewinde versehene Stange zum Einstellendes Zuges aufweist, die am anderen Ende befestigt ist und
Α durch die entsprechende Abschlußwand des Ventilkäfigs hindurchgeht und eine Zugeinstellmutter auf die mit einem Gewinde versehene Stange geschraubt ist, die nach außen von der Abschluwand vorsteht.
Bei einer derartigen Vorrichtung wird der Zug der einzelnen Zugfedern vorher eingestellt, indem lediglich die Zugeinstellmuttern gedreht werden. Es ist somit möglich, daß die vordere und die hintere ringförmige verspiegelte dünne Platte gegen die gegenüberliegenden Seiten des Schieberventi lelementes gleichzeitig und mit einem gleichmäßigen Druck über den gesamten Umfang dadurch gedrückt werden, daß Fluid unter Druck in den vorderen und hinteren Ringraum eingeführt wird.
Durch die Erfindung wird weiterhin eine Dichtungsvorrichtung für ein Schieberventil der genannten Art geschaffen, bei der die ringförmigen verspiegeiten dünnen Platten mit Randbereichen großer Stärke aus einem weichen Material, wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bestehen.
Jede ringförmige verspiegelte dünne Platte wird dadurch gegen das Schieberventilelement über ihren gesamten Umfang selbst dann gedrückt, wenn Fremdteilchen zwischen der Platte und dem Schieberventil eingefangen sind.
Schließlich wird durch die Erfindung eine Dichtungsvorrichtung für ein Schieberventil der genannten Art geschaffen ,bei der jede ringförmige verspiegelte dünne Platte mit Randbereichen großer Stärke eine ringförmige Aussparung aufweist, die mit einem elektrolytischen Lösungsverfahren auf der dem zugehörigen Ringelement zugewandten Seite am mittleren Bereich der dünnen Platte ausgebildet ist.
Die ringförmigen verspiegelten dünnen Platten, die Randbereiche
mit großem Durchmesser aufweisen, können somit leicht hergestelIt werden .
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben . Es zeigen :
Fig.1 eine Langsschnittansicht eines Schieber-
venti Is,
Fig.2 eine vergrößerte Querschnittsansicht längs
der Linie H-II in Fig . 1 ,
Fig.3 eine vergrößerte Langsschnittansicht eines
Teils des in Fig.1 dargestellten SchieberventiIs,
Fig.4 eine vergrößerte Langsschnittansicht einer
Zugfeder und eines Anschlags, die zwischen dem inneren und dem äußeren Faltenbalg vorgesehen sind,
Fig.5 eine vergrößerte Schnittansicht längs der
Linie V-V in Fig.1, und
Fig.6 eine vergrößerte Langsschnittansicht des
Dichtungsteils zwischen einer Verbindungsstange und einem Ventilkäfig.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Ventilkäfig 4, der eine Zwischenauslaßöffnung 3 aufweist, die mit einer Evakuierungspumpe verbunden ist, mit einer vorderen und hinteren öffnung 1 und 2 versehen, an denen jeweils Kopplungsflansche 20 und 21 vorgesehen sind.
3 U 7Ό OR, /
-3-
Die vordere und die hintere Öffnung sind koaxial miteinander ausgebildet und mit den Leitungen eines Vakuumgerätes, Vakuumbehälters oder ähnlichem verbunden.
Ein Metal 1schieberventilelement 6, das eine verspiegelte Vorderfläche und Rückfläche und ein durchgehendes Loch 5 aufweist, durch das ein Elektronenstrahl oder ähnliches hindurchgehen kann, ist im mittleren Teil des Ventilkäfigs 4 angeordnet. Eine Verbindungsstange 22 ist an einem Ende an einem Stößel des Schieberventilelementes 6 befestigt. Ein Metalldichtungsfaltenbaig 23 ist auf die Verbindungsstange 22 gepaßt. Er ist mit einem Ende an einen Flansch 24 geschweißt, der durch Bolzen 25 am Ventilkäfig 4 befestigt ist. Ein ringförmiges Metalldichtungselement 28 ist in einem Ringraum vorgesehen, der zwischen dem Flansch 24 und dem Vantilkäfig 4 begrenzt ist. Er enthält einen hohlen ringartigen Dichtungskörper 26 aus einer Aluminiumlegierung mit einem Schlitz und eine schraubenförmige Druckaufnahmemetallfeder 27, die im Dichtungskörper 26 aufgenommen ist. Dieser wird gegen den Ventilkäfig 4 und den Flansch 24 durch die Klemmkraft der 3olzen 25 gedrückt.
Ein ringartiges Element 29 ist durch Schweißen am anderen Ende des Dichtungsfaltenbalges 23 befestigt. Dieses ist auf die Verbindungsstange 22 gepaßt und dicht daran durch Schweißen befestigt. Die Verbindungsstange 22 ist mit einer Kolbenstange eines nicht dargestellten Öldruckzylinders gekoppelt, um das Schieberventilelement zu betätigen.
Die Innenwände auf den gegenüberliegenden Seiten des Ventilkäfigs 4 sind mit Führungsnuten 30 versehen, in denen die gegenüberliegenden Seitenkanten des Schieberventilelementes 6 aufgenommen sind. Die Zwischenauslaßöffnung 3 im Ventilkäfig 4 ist mit einem in einem Stück damit ausgebildeten Anschlag 31 mit einer Nut mit bogenförmiger Querschnittsform versehen,
34470Q8:
inder ein Ende des Schieberventilelementes mit bogenförmiger Querschnittsform lösbar aufgenommen wird.
Ein innerer und ein äußerer zylindrischer Faltenbalg 7 und 8 sind an Teilen des Ventilkäfigs 4 auf den gegenüberliegenden Seiten des Schieberventilelementes 6 so vorgesehen, daß sie die vordere und die hintere Öffnung 1 und 2 umgeben. Die Enden des inneren und äußeren Faltenbalges 7 und 8 auf der Seite des Schieberventilelementes sind durch Schweißen an entsprechenden Ringelementen 10 befestigt, die der Vorder- und der Rückfläche des Schieberventilelementes 6 zugewandt sind. Jedes Ringelement 10 weist eine flache ringförmige Aussparung 9 auf, die dem Schieberventilelement 6 zugewandt ist. Eine ringförmige verspiegelte dünne Platte 11 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ist auf der dem Schieberventilelement zugewandten Seite des Ringelementes 10 vorgesehen. Die dünne Platte weist einen äußeren und einen inneren Randbereich 19 mit einer Stärke von 0,2 bis 0,4 mm und einen Zwischenbereich mit einer Stärke von etwa 0,1 mm zwischen dem äußeren und dem inneren Randbereich auf. Die stärkeren Randbereiche 19 der dünnen Platte 11 sind durch Schweißen am Ringelement 10 befestigt, und die offene Seite der ringförmigen Aussparung 9 ist durch die dünne Platte 11 mit stärkeren Randbereichen 19 geschlossen. Die anderen Enden der Faltenbalge 7 und 8 sind durch Schweissen an der vorderen und der hinteren Wand 17 des Ventilkäfigs 4 befestigt.
Das Ringelement 10 weist eine Vielzahl von radial beabstandeten Verbindungslöchern 13 auf, die einen Ringraum 12 zwischen den Faltenbalgen 7 und 8 mit der ringförmigen Aussparung 9 verbinden. Die Abschlußwand 17 des Ventilkäfigs 4 weist eine Vielzahl von radial beabstandeten Druckbeaufschlagungsöffnungen 14 auf, die in den Ringraum 12 münden. Druckbeaufsch 1a~ gungs- und -ablaßrohre sind mit den Druckbeaufschlagungsöffnungen 14 verbunden, um Fluid unter Druck einzuleiten und ab-
' Ai-
zuführen.
Eine Vielzahl von Zugschraubenfedern 15, von denen vier in der Zeichnung dargestelt sind, ist im Ringraum 12 in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen. Jede Zugfeder 15 besteht aus Stahl. Sie weist eine mit einem Gewinde versehene Stange 32 auf, die durch Schweißen an einem Ende befestigt und in das Ringelement 10 geschraubt ist. Eine Sicherungsmutter ist auf die mit einem Gewinde versehene Stange 32 geschraubt und gegen das Ringelement 10 gedrückt. Die Zugfeder 15 weist gleichfalls eine mit einem Gewinde versehene Zugeinstel1 stange 16 auf, die an einem Ende durch Schweißen daran befestigt ist und sich durch die Abschlußwand 17 des Ventilkäfigs 4 in eine darin vorgesehene, mit einem Innengewinde versehene Aussparung 34 erstreckt. Eine Zugeinstellmutter 18 ist auf einen Teil der mit einem Gewinde versehenen Stange 16 geschraubt, der sich in die Aussparung 34 erstreckt.
Ein O-Ring 35 ist am Boden der mit einem Innengewinde versehenen Aussparung 34 vorgesehen, und eine kastenförmige Dichtungskappe 37 mit einem Außengewinde, das am Außenumfang vorgesehen ist, ist in die mit einem Innengewinde versehene Aussparung 34 geschraubt. Die Dichtungskappe 37 weist eine Eingriff saussparung 36 für ein Drehwerkzeug auf, die am äußeren Ende ausgebildet ist. Der O-Ring 35 wird durch Festziehen der Dichtungskappe 37 zusammengedrückt.
Eine Vielzahl von stab- oder stangenartigen Anschlägen 38,von denen in der Zeichnung vier dargestellt sind, ist im Ringraum 12 in im wesentlichen gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen. Jeder Anschlag 38 ist an einem Ende mit einem mit einem Gewinde versehenen Stabteil 39 ausgebildet und an der Abschlußwand 17 mit eingeschraubtem Stabteil 39 befestigt.
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel eines Schieberventils
Fluid unter Druck, beispielsweise Druckluft, in den Ringräumen 12 nicht vorhanden ist, sind die Ringelemente, die zu den Abschlußwänden 17 hin vorgespannt sind, in Eingriff mit den entsprechenden Enden der Anschläge 38 gehalten. Unter diesen Umständen ist ein Zwischenraum zwischen jeder Seite des Schieberventilelementes 6 und der zugehörigen verspiegelten dünnen Platte 11 gebildet, so daß das Schieberventilelement 6 frei relativ zum Ventilkäfig bewegt werden kann.
Um die Leitung zu evakuieren, wird Fluid unter Druck (4 bis 8 kg/cm ) den Ringräumen 12 von den Druckbeaufschlagungsöffnungen 14 geliefert, wobei das Schieberventilelement 6 in einer derartigen Lage gehalten ist, daß sein durchgehendes Loch 5 zu den Öffnungen 1 und 2 des Ventilkäfigs 4 ausgerichtet ist, wie es in Fig.1 dargestellt ist. Der Druck des zugeführten Fluides bewirkt eine Dehnung der Faltenbalge 7 und 8 gegen ihren Dehnungswiderstand und gleichzeitig gegen die Vorspannkraft der Zugfedern 15. Die verspiegelten dünnen Platten 11, die an den Ringelementen 10 an der Vorder- und der Rückfläche des Schieberventilelementes befestigt sind, werden gegebenenfalls mit der Vorder- und der Rückfläche des Schieberventilelementes 6 in Berührung gebracht und dagegen gedruckt. Zu diesem Zeitpunkt wird das in die Ringräume 17 gelieferte Fluid unter Druck auch durch die Verbindungslöcher 13 in die ringförmigen Aussparungen 9 gedrückt, die durch die verspiegelten dünnen Platten 11 geschlossen sind. Die dünnen Platten 11 werden somit gegen die Teile der Vorder-und der Rückfläche des Schieberventilelementes 6, die das durchgehende Loch 5 umgeben, durch das Fluid unter Druck in den ringförmigen Aussparungen 9 gedrückt, so daß das Vakuum in der Leitung sichergestellt werden kann.
Um die dichte Kopplung der Leitungsteile zu lösen, wird der Druck im Ringraum 12 auf Null oder einen Unterdruck herabgesetzt, wodurch ein Zwischenraum zwischen jeder Seite des
ro
Schieberventilelementes 6 und jeder ringförmigen verspiegelten dünnen Platte 11 gebildet wird.
Um die Leitungen zu blockieren, wird der Teil ohne durchgehendes Loch 5 im Schieberventilelement 6 der verspiegelten dünnen Platte 11 zugewandt angeordnet. Dann wird jeder Faltenbalg 7 und 8 in der oben beschriebenen Weise gedehnt und wird jede verspiegelte dünne Platte 11 gegen das Schieberventilelement 6 gedrückt.
Das in die Ringräume 12 gelieferte Fluid kann entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. Als Einrichtung zum Bewegen des Schieberventilelementes 6 kann irgendeine geeignete Antriebseinrichtung anstelle des Öldruckzylinders verwandt werden .
Die verspiegelte dünne Platte 11 mit inneren und äußeren Randbereichen 19 mit größerer Stärke kann leicht dadurch hergestellt werden, daß die Rückfläche eines mittleren Bereiches oder Zwischenbereiches eines Ringelementes aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung elektrolytisch gelöst oder geätzt wird.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel war eine Vielzahl von Anschlägen 38 in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung an jeder Abschlußwand 17 des Ventilkäfigs 4 so angeordnet, daß diese Anschläge jedem Ringelement 10 zugewandt waren, so daß ein gleichmäßiger offener Zwischenraum zwischen jeder verspiegelten ringförmgen dünnen Platte 11 und dem Schieberventilelement 6 erhalten wurde, wenn die dünne Platte 11 vom Schieberventilelement 6 durch Abnahme des Druckes von jedem Ringraum 12 wegbewegt wurde.
Ein Ende der Zugschraubenfedern 15 kann am Ringelement 10 durch Schweißen oder durch irgendeine geeignete Befestigungs-
■/He
einrichtung befestigt sein.

Claims (3)

  1. Dr. F. Zumstein sen. - Dr/E. As-srrvann - ; ; "■■■ Dipl.-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.~
    PAT E N TA N WA LT E
    ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT.OFFICE
    3/Li
    (58-244231)
    FUJI SEIKO KABUSHIKI KAISHA5 Tokyo, Japan
    Hajime ISHIMARU, Niihari-gun,Ibaraki-ken, Japan
    Dichtungsvorrichtung für ein Schieberventil
    PATENTANSPRÜCHE
    Dichtungsvorrichtung für ein Schieberventil, bei dem ein Schieberventilelement (6) mit einem durchgehenden Loch
    (5) in eine Richtung senkrecht zum Strömungsweg in einem Ventilkäfig (4) mit einer vorderen und einer hinteren öffnung (1 und 2) bewegbar vorgesehen ist, innere
    und äußere Faltenbalge (7 und 8) an Teilen des Ventilkäfigs (4) an den gegenüberliegenden Seiten des Schieberventilelementes (6) so vorgesehen sind, daß sie die vordere und die hintere Öffnung (1 und 2) umgeben, das Ende der inneren und äußeren Faltenbalge (7 und 8) auf der
    Seite des Schieberventilelementes mit Ringelementen (10) gekoppelt ist, die jeweils eine Ringaussparung (9) aufweisen, die dem Schieberventilelement (6) zugewandt ist, das andere Ende der inneren und äußeren Faltenbalge (7
    und 8) am Ventilkäfig (4) befestigt ist, die offene Seite jeder Ringaussparung (9) durch eine ringförmige ver-
    spiegelte dünne Platte (11) geschlossen ist, die durch Schweißen an der Seite jedes Ringelernentes (10) befestigt ist, die dem Schieberventilelement (6) zugewandt ist, jedes Ringelement (10) Verbindungslöcher (13 )auf we'ist, die einen Ringraum (12) zwischen den zugehörigen inneren und äußeren Faltenbalgen (7 und 8) und die Ringaussparung (9) verbinden, und der Ventilkäfig (4) Druckbeaufschlagungsöffnungen (14) aufweist, die in die Ringräume (12) münden,
    dadurch gekennzeichnet, daß Randbereiche (19) mit größerer Stärke an den ringförmigen verspiegelten dünnen Platten (11) vorgesehen sind und die Randbereiche (19) mit größerer Stärke durch Schweißen an jedem Ringelement (10) befestigt sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Vielzahl von Zugschraubenfedern (15) in jedem Ringraum (12) im Abstand in Umfangsrichtung des Ringraumes (12) voneinander vorgesehen ist, wobei jede Zugschraubenfeder (15) mit einem Ende am zugehörigen Ringelement (10 ) befestigt ist und eine mit einem Aussengewinde versehene Zugeinstel1 stange (16) aufweist,die am anderen Ende befestigt ist und in die zugehörige Abschlußwand (17) des Ventilkäfigs (4) geschraubt ist,wobei eine Zugeinstellmutter (18) auf die mit einem Gewinde versehene Stange (16) geschraubt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die ringförmigen verspiegelten Platten (11), die Randbereiche (19) mit größerer Stärke aufweisen, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
    Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jede ringförmige verspiegelte dünne Platte (11) mit Randbereichen (19) mit größerer Stärke eine Ringaussparung aufweist, die durch ein elektrolytisches Lösungsverfahren in der Seite, die dem zugehörigen Ringele· ment (10) zugewandt ist, an einem mittleren ringförmigen Bereich ausgebildet ist.
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