DE4023845C1

DE4023845C1 - Shut-off valve for semiconductor producinvacuum equipment - has valve disc pressed against valve seal by actuator and seal between disc and seat

Info

Publication number: DE4023845C1
Application number: DE19904023845
Authority: DE
Inventors: Friedrich Nueziders At Geiser
Original assignee: VAT Holding AG
Current assignee: VAT Holding AG
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1992-04-02
Anticipated expiration: 2010-07-28
Also published as: AT396285B; ATA211991A; JPH04236866A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperrventil mit den Merkmalen des Oberbe griffes des Patentanspruches 1.

Absperrventile dieser Art sind für viele Zwecke bekannt geworden. Bei modernen Fertigungstechnologien, beispielsweise bei der Halbleiterfertigung, werden in Vakuumbehältern Arbeitsvorgänge abgewickelt, wobei in dem vom Behälter um schlossenen "Arbeitsraum" nicht nur ein sehr niedriger Unterdruck (Vakuum) herrscht, dieser "Arbeitsraum" muß auch möglichst rein - staubfrei - sein. Um die Werkstücke in diese Arbeitsstation zu bringen, müssen diese geöffnet wer den, darüber hinaus ist es notwendig, zwischen den einzelnen Arbeitstakten - Beschicken - Bearbeiten - Entnahme - Beschicken - usf. - den Behälter zu be lüften bzw. das in ihm befindliche Gas abzusaugen, aus welchem Grund diese Be hälter u. a. an einer zu einer Vakuumpumpe führenden Leitung angeschlossen sind, wobei zwischen Behälter und Vakuumpumpe in dieser Leitung ein Absperr ventil liegen muß. Aus all diesen Gründen ist trotz Beachtung höchster Rein heitsvorschriften kaum vermeidbar, daß nicht wenigstens einzelne Staubpartikeln in den Vakuumbehälter gelangen. Um zu vermeiden, daß diese eingedrungenen Staubpartikeln im Inneren des Behälters sich frei bewegen und sich gar auf dem zu behandelnden Werkstück absetzen, ist sowohl beim Absaugen des im Behälter befindlichen Gases zur Herstellung des Vakuums wie auch beim nachfolgenden Be lüften darauf zu achten, daß bei der Einleitung der genannten Prozesse im Be hälter turbulente Gasströmungen vermieden werden, die die eingedrungenen Staub partikeln im Behälter bewegen könnten. Beim Beginn des Absaugvorganges muß da her die Leistung der Vakuumpumpe so lange gedrosselt sein, bis die mittleren freien molekularen Weglängen des im Behälter befindlichen Gases einen ausrei chend hohen Wert erreicht haben, erst dann darf die volle Leistung der Vakuum pumpe wirksam werden. Korrespondierend gilt diese Aussage für das nachfolgende Belüften des Rezipienten oder Behälters. Zur Drosselung der Belüftung bzw. des Absaugvorganges dient unter anderem das Absperrventil.

Aus der DE 31 26 584 A1 ist ein Schieber mit variablem Durchlaßquerschnitt be kannt. Der Ventilteller ist zweigeteilt und besteht aus einem Oberteil und einem Unterteil, welcher um seine Mittelachse gegenüber dem Oberteil gedreht werden kann. In das Oberteil und das Unterteil ist je eine quadratische Öff nung eingelassen, welche bei geschlossenem Ventil nicht übereinander liegen, so daß zur vakuumdichten Absperrung des Ventils der gesamte Ventilteller mit Hilfe der Dichtungen vakuumdicht verspannt wird, wenn Kugelpaare von der sich weiterbewegten Stange aus den Vertiefungen herausgedrückt werden.

Zur Einstellung des maximalen Saugquerschnittes wird wieder der gesamte Dicht block, bestehend aus dem zweigeteilten Ventilteller, den eingebauten Drossel scheiben und dem Gegenteller mit Hilfe der Stange in den Gehäuseinnenraum ge zogen. Um den Saugquerschnitt der Saugleitung auf den gewünschten Wert zu dros seln, wird der Dichtblock vom Gehäuseinnenraum in die Saugleitung vollständig bis zum Anschlag zurückgeschoben. Das Ventilteller-Unterteil dreht sich dabei um seine Mittelachse soweit, daß die Öffnungen übereinander liegen. Um eine Dre hung ohne Reibung der Dichtung durchzuführen, können z. B. die beiden Teile mit Hilfe einer Feder auf Abstand gehalten werden. Die Drehung des Unterteiles beim Herausfahren des Dichtblockes aus dem Gehäuseinnenraum kann z. B. dadurch erreicht werden, daß mit Hilfe einer Arretierung der Kopf eines am Unterteil befestigten Bautenzugs fixiert wird. Wird nun der Dichtblock in die Saugleitung verschoben, so dreht sich der Unterteil um einen festgelegten Winkel. Durch die Größe der Öffnungen im Ventilteller wird der maximale Saugquerschnitt im Drosselzustand festgelegt. Dabei sind zur Leitwertverbesserung auch im Gegen teller Öffnungen eingeschnitten, welche den Öffnungen gegenüberliegen. Um den durch den Querschnitt der Öffnungen festgelegten Leitwert des Schieber ventils weiter zu verkleinern, sind auf dem Ventilteller-Oberteil Drossel schieber seitlich vor jeder Öffnung angebracht, welche z. B. durch Schienen zwangsgeführt und mit Hilfe von Federn fixiert sind. Dieser Schieber ist sehr kompliziert aufgebaut und enthält zahlreiche, im unmittelbaren Dichtbe reich bewegbare Teile, so daß dieser Schieber nicht nur sehr teuer in der Her stellung ist, sondern noch sehr störanfällig dazu.

Hier setzt die Erfindung ein, die darauf abzielt, ein Absperrventil mit einer Drosselmöglichkeit zu schaffen, das gegenüber der bekannten Konstruktion einen sehr einfachen und damit betriebssicheren Aufbau hat, was vorschlagsgemäß durch jene Maßnahmen gelingt, die Gegenstand und Inhalt des Patentanspruches 1 sind. In den Unteransprüchen werden zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfin dung erläutert.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, ohne sie auf dieses Ausführungsbeispiel einzuschränken.

Es zeigen:

Die Fig. 1, 2 und 3 ein Absperrventil nach der Erfindung im Längsschnitt, und zwar in drei verschiedenen Betriebsstellungen nämlich offen, gedrosselt und geschlossen;

Fig. 4 veranschaulicht ein Detail.

Das als Eckventil ausgebildete Absperrventil besitzt ein Ventilgehäuse 1 mit einem seitlichen Anschlußflansch 2 und einem unteren Anschlußflansch 3. Nach oben hin ist das Ventilgehäuse 1 mit einem Kopfflansch 4 abgeschlossen, der einen Teil des Gehäuses bildet, wobei zwischen Gehäuserand und Kopfflansch 4 eine Kopfdichtung 5 liegt. Im Inneren des Gehäuses 1 und benachbart dem unte ren Anschlußflansch 3 liegt der Ventilsitz 11 und - bei geöffnetem Ventil oberhalb desselben der Ventilteller 10, der hier als dünnwandiger Hohlkegel ausgebildet ist, der an seiner, dem Ventilsitz 11 zugewandten Seite eine um laufende Dichtung 24 trägt. Innerhalb des von dieser Dichtung 24 umgrenzten Bereiches des Ventiltellers 1 liegt eine Drosselöffnung 13, die ihrerseits von einer Drosseldichtung 12 umgeben ist (Fig. 4). Diese Drosseldichtung 12 liegt auf der Seite des Ventiltellers 10, der dem Ventilkloben 8 zugewandt ist, an dem der Ventilteller 10 befestigt ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei entlastetem Ventilteller 10 zwischen dessen Oberseite, die die Dros seldichtung 12 trägt, und der Unterseite des Ventilklobens 8 ein Zwischenraum verbleibt (Fig. 1 und 2). Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser Ventil kloben 8 mit einer als Kolbenstange 9 ausgebildeten Ventilspindel verbunden. Diese Kolbenstange 9 ragt durch eine im Kopfflansch 4 vorgesehene und mit einer Ventilspindeldichtung 6 bestückte Bohrung in einen Zylinder 14 einer Kolben- Zylinder-Einheit, die vorzugsweise mittels eines gasförmigen Mediums beauf schlagbar ist.

An ihrem inneren Ende trägt die Kolbenstange 9 einen scheibenförmigen Kolben 17 mit einer Kolbendichtung 19. Dieser Kolben 17 ist mit der Kolbenstange 9 fest verbunden. Zwischen diesem Kolben 17 und dem Kopfflansch 4 des Ventilge häuses 1 ist ein weiterer scheibenförmiger Kolben 18 mit einer Kolbendichtung 20 vorgesehen, der jedoch auf der Kolbenstange 9 axial verschiebbar gelagert ist. Die Außendurchmesser dieser beiden Kolben 17 und 18 sind unterschiedlich, wobei der Durchmesser des verschiebbar gelagerten Kolbens 18 etwas größer ist als jener des fest mit der Kolbenstange 9 verbundenen Kolbens 17. Entsprechend abgestuft ist die Bohrung des Zylinders 14, wobei der durch die unterschied lichen Durchmesser der Bohrungen gebildete Absatz 25 einen Anschlag für den Kolben 18 bildet.

In die jeweils dem Kopfflansch 4 zugewandten Abschnitte der beiden Bohrungsab schnitte des Zylinders 14 münden Einlaßbohrungen 15 und 16 für die Beaufschla gung der Kolben 17 bzw. 18 mit einem vorzugsweise gasförmigen Druckmedium (Druckluft).

Im oberen Zylinderboden ist eine Ent- bzw. Belüftungsöffnung 22 vorgesehen. Eine in diesem Boden angeordnete, fixierbare Schraube 26 dient als einstell barer Anschlag für den Kolben 17. Schlußendlich ist noch zu erwähnen, daß zwi schen der Innenseite des Kopfflansches 4 und dem Ventilkloben 8 eine von der Kolbenstange 9 durchsetzte Schließfeder 7 vorgesehen ist, wobei diese Bauteile noch zusätzlich von einem dichten, axial verformbaren Metallbalg 27 umschlos sen sind. Zwischen dem Zylinder 14 und dem Kopfflansch 4 ist noch eine Dich tung 21 vorgesehen.

Soweit zum konstruktiven Aufbau des Absperrventiles nach den vorliegenden Zeichnungen.

Bei geöffnetem Absperrventil (Fig. 1) ist der Kolben 17 in seiner oberen End lage; der Kolben 18 liegt am Kopfflansch 4 an und der zwischen den beiden Kol ben befindliche Zylinderraum ist über die Bohrung 15 mit dem Druckmedium beauf schlagt; die Schließfeder 7 ist vorgespannt, der Ventilkloben 8 mit dem Ventil teller 10 angehoben.

In der Drosselstellung (Fig. 2) ist über die Bohrung 16 der unterhalb des Kol bens 18 befindliche Zylinderraum mit dem Druckmedium beaufschlagt. Der zwischen beiden Kolben 17 und 18 befindliche Zwischenraum wird über die Bohrung 15 entlüftet, der Ventilteller 10 liegt über seine Dichtung 24 dicht am Ventilsitz 11 auf. Über die Drosselöffnung 13 sind die beidseitig des Ventiltellers 10 liegenden Räume des Ventilgehäuses 1 miteinander verbunden. Der Dichtdruck wird über die Schließfeder 7 aufgebracht, der verschiebbar gelagerte Kolben 18 liegt am Ab satz 25 an.

In der Schließstellung (Fig. 3) ist der Zylinder 14 zur Gänze entlüftet, der Ventilteller 10 wird durch die Kraft der Schließfeder 7 flachgedrückt, so daß die Drosseldichtung 12 an der Wandung 23 des Ventilklobens 8 dicht anliegt.

Soll aus dieser Schließstellung nach Fig. 3 wieder in die Drosselstellung nach Fig. 2 übergegangen werden, so wird der unterhalb des Kolbens 18 liegende Zy linderraum über die Bohrung 16 beaufschlagt, so daß dieser frei bewegliche Kolben 18 bis zum Anschlag 25 angehoben wird und dabei den Kolben 17 mit der Kolbenstange 9 etwas anhebt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ventilteller 10 als Hohlkegel ausge bildet. Es ist möglich und liegt im Rahmen der Erfindung, den Ventilteller 10 so auszubilden, daß er die Form einer flachen, ebenen Scheibe besitzt, wenn er unbelastet ist. In diesem Fall ist die Unterseite des Ventilklobens 8 als flacher Kegel oder etwas bombiert ausgebildet, so daß der erforderliche Zwi schenraum entsteht. Anstelle einer einzigen Drosselöffnung 13, wie gezeigt, können im Ventilteller 10 mehrere solcher Öffnungen vorgesehen sein. Es ist auch möglich, die Drosselöffnung 13 so auszubilden, daß in sie eine Düse ein setzbar ist, wobei eventuell mehrere solcher einsetzbarer Düsen mit unter schiedlichen Düsenöffnungen bevorratet werden, so daß je nach Verwendungszweck Drosselöffnungen unterschiedlicher Öffnungsweiten einsetzbar sind. Zweckmäßiger weise ist der Ventilteller 10 am Kloben 8 leicht lösbar befestigt, so daß auch mehrere Ventilteller 10 mit unterschiedlichen Drosselöffnungen bevorratet werden können. Zeigt das besprochene Ausführungsbeispiel als Betätigungseinrichtung für das Absperrventil eine pneumatisch beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheit, so liegt es im Rahmen der Erfindung, einen Stellmotor oder einen Handantrieb mit einer Gewindespindel vorzusehen, wobei in diesem Falle die Gewindespindel die Kolbenstange 9 ersetzt und Gewindespindel und Ventilkloben über ein Dreh gelenk miteinander verbunden werden.

Legende zu den Hinweisziffern

1 Ventilgehäuse
2 Anschlußflansch
3 Anschlußflansch
4 Kopfflansch
5 Kopfdichtung
6 Ventilspindeldichtung
7 Schließfeder
8 Ventilkloben
9 Kolbenstange
10 Ventilteller
11 Ventilsitz
12 Drosseldichtung
13 Drosselöffnung
14 Zylinder
15 Bohrung
16 Bohrung
17 Kolben
18 Kolben
19 Kolbendichtung
20 Kolbendichtung
21 Dichtung
22 Ent- bzw. Belüftungsöffnung
23 Wandung
24 Dichtung
25 Absatz
26 Anschlagschraube
27 Metallbalg

Claims

1. Absperrventil mit einem Ventilgehäuse (1) und einem Ventilsitz (11), gegen den mittels eines Betätigungsmechanismus ein Ventilteller (10) verstellbar und andrückbar ist und bei geschlossenem Ventil zwischen Ventilteller (10) und Ventilsitz (11) eine vorzugsweise ringförmige Dichtung (24) liegt, da durch gekennzeichnet, daß der von einem Ventilkloben (8) getragene Ventil teller (10) mit den betriebsmäßig über den Betätigungsmechanismus aufbring baren Stellkräften elastisch verformbar ist und innerhalb der von Ventilsitz (11) und Ventilteller (10) bei geschlossenem Ventil begrenzten Dichtzone im Ventilteller (10) und vorzugsweise benachbart dieser Dichtzone eine Öff nung (13) vorgesehen ist und zumindest der diese Öffnung (13) aufweisende Teil des Ventiltellers (10) durch Erhöhung des mit dem Betätigungsmechanis mus aufbringbaren Schließdruckes gegen den Ventilkloben (8) drückbar ist und bei gegen den Ventilkloben (8) gedrücktem Ventilteller (10) zwischen Ventilkloben (8) und Ventilteller (10) eine diese Öffnung (13) umschließen de Dichtung (12) liegt.

2. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (10) als flacher Hohlkegel ausgebildet ist und randseitig eine Dichtung (24) trägt.

3. Absperrventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ventilteller (10) benachbarte Wandung (23) des Ventilklobens (8) als ebene Fläche ausgebildet ist.

4. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Ventilkloben (8) und Ventilteller (10) vorgesehene, die Öffnung (13) umge bende Dichtung (12) am Ventilteller (10) angeordnet ist.

5. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Ventil teller (13) vorgesehene Öffnung (13) einen Düseneinsatz trägt und der Dü seneinsatz austauschbar im Ventilteller (10) angeordnet ist.

6. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Betätigungsmechanismus eine vorzugsweise motorisch antreibbare Ge windespindel vorgesehen ist, die an ihrem freien Ende den Ventilkloben (8) trägt.

7. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Betätigungsmechanismus eine Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen ist und am freien Ende der Kolbenstange (9) der Ventilkloben (8) befestigt ist.

8. Absperrventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Zylinder (14) aufgenommene innere Ende der Kolbenstange (9) einen daran befestigten, vorzugsweise scheibenförmigen Kolben (17) trägt und auf der Kolbenstange (9) ein weiterer, vorzugsweise scheibenförmiger Kolben (18) verschiebbar gelagert ist, wobei der Durchmesser des verschiebbaren Kolbens (18) größer ist als der Durchmesser des fest an der Kolbenstange (9) angeordneten Kol bens (17) und die Bohrung des Zylinders (14) abgestuft ist und in der Wan dung des Zylinders (14) mindestens zwei Bohrungen (15, 16) zur Zuleitung eines Druckmediums vorgesehen sind und bei geschlossenem Ventil (Fig. 3) die Mündung der einen Bohrung (15) zwischen den beiden Kolben (17, 18) und die Mündung der anderen Bohrung (16) unter dem beweglich auf der Kolben stange (9) gelagerten Kolben (18) liegt.

9. Absperrventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlosse nem Ventil (Fig. 3) die beiden Kolben (17, 18) aneinander anliegen und dabei der Kolben (18) mit dem größeren Durchmesser von dem durch die un terschiedlichen Durchmesser des Zylinders (14) gebildeten stufenförmigen Absatz (25) distanziert ist.

10. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Hub (H) des auf der Kolbenstange (9) verschiebbar gelager ten Kolbens (18) gleich oder etwas größer ist als das Ausmaß der axialen Verformung des Dichttellers (10).

11. Absperrventil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Kolbenstange (9) verschiebbar gelagerte Kolben (18) zwi schen dem auf der Kolbenstange (9) befestigten Kolben (17) und dem Ventil gehäuse (1) liegt und die Zylinderbohrung mit dem vergrößerten Durchmesser dem Ventilgehäuse (1) zugewandt ist.

12. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ventilkloben (8) und Ventilgehäuse (1) mindestens eine von der Gewindespindel bzw. der Kolbenstange (9) durchsetzte Schließfeder (7) vorgesehen ist und vorzugsweise ein diese Konstruktionsteile dicht um schließender, axial verformbarer Metallbalg (27) angeordnet ist.