DE4106761A1 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF VALVE INTERNAL PARTS FOR VACUUM VALVES WITH VALVE PAD AND BELLOWS, AND INTERNAL PARTS MANUFACTURED BY THIS METHOD - Google Patents
METHOD FOR THE PRODUCTION OF VALVE INTERNAL PARTS FOR VACUUM VALVES WITH VALVE PAD AND BELLOWS, AND INTERNAL PARTS MANUFACTURED BY THIS METHODInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ventilinnenteiles für ein Vakuumventil mit Ventilteller und Faltenbalg sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Innen teil.The invention relates to a method of manufacture a valve inner part for a vacuum valve with valve disk and Bellows and an interior made using this process part.
Vakuumventile der hier betroffenen Art werden mit den verschie densten Nennweiten und mit mehreren Antrieben auf dem Markt angeboten. Die Herstellung derartiger Ventile erfolgt deshalb - soweit möglich - nach dem Baukastenprinzip.Vacuum valves of the type affected here are with the various most nominal sizes and with several drives on the market offered. Such valves are therefore manufactured - as far as possible - according to the modular principle.
Bekannte Ventile bestehen im wesentlichen aus drei Baugruppen, nämlich aus einem Ventilgehäuse mit Ventilsitz, einem Ventilan trieb sowie einem Ventil-Innenteil mit einem Ventilteller, einem Faltenbalg und einem Dichtkragen. Die Ven tilantriebe können mechanisch betätigbar sein. Üblich ist dabei die Verwendung von Drehknöpfen. Je nach dem, ob die Öffnungs- und Schließbewegung schnell oder langsam durchgeführt werden soll, sind diese mechanischen Antriebe unterschiedlich gestaltet. Außerdem sind pneumatisch, elektro-pneumatisch und elektro-ma gnetisch betätigbare Ventile bekannt. Vakuumventile der hier betroffenen Art sind beispielsweise in der Broschüre "Ventile" offenbart, welche Bestandteil des Katalogs HV 200, Teil 6, Auflage 08/86 der Anmelderin ist.Known valves essentially consist of three assemblies, namely from a valve housing with valve seat, a Ventilan as well as a valve inner part with a Valve plate, a bellows and a sealing collar. The Ven valve drives can be operated mechanically. It is common the use of knobs. Depending on whether the opening and Closing movement should be carried out quickly or slowly, these mechanical drives are designed differently. They are also pneumatic, electro-pneumatic and electro-ma known solenoid operated valves. Vacuum valves of here affected type are for example in the brochure "valves" discloses which part of the catalog HV 200, part 6, Edition 08/86 of the applicant.
Der in Vakuumventilen befindliche Faltenbalg hat die Aufgabe, den von Medien berührten Innenraum des Ventilgehäuses von der Atmo sphäre zu trennen. Der Faltenbalg erstreckt sich deshalb vom Ventilteller bis zu einem Dichtkragen, der vakuumdicht zwischen dem Antrieb und dem Ventilgehäuse montiert ist. Als geeigneter Werkstoff für den Faltenbalg, den Ventilteller und den Flansch hat sich Edelstahl erwiesen. Ein Edelstahlfaltenbalg muß sehr dünn (0,1 mm) ausgebildet sein, so daß er schnelle Bewegungen des Ventiltellers nicht allzu stark behindert. Dünnwandiger Edelstahl erfüllt außerdem die Anforderungen an eine hochvakuumdichte Trennung, ohne daß Verformungen auftreten. Schließlich ist Edelstahl relativ korrosionsfest.The bellows in vacuum valves has the task of interior of the valve housing touched by media from the Atmo separate sphere. The bellows therefore extends from Valve disc up to a sealing collar that is vacuum tight between the actuator and the valve housing is mounted. As a more appropriate Material for the bellows, the valve plate and the flange stainless steel has proven itself. A stainless steel bellows is a must be thin (0.1 mm) so that it can move quickly Valve plates not too severely hindered. Thin-walled stainless steel also meets the requirements for high vacuum tightness Separation without deformation. Finally is Stainless steel relatively corrosion resistant.
Kritische Bereiche der vorbekannten Vakuumventil-Innenteile sind die Verbindungen der beiden Stirnseiten des Faltenbalges mit dem Ventilteller und dem Dichtkragen. Diese Verbindungen müssen hochvakuumdicht sein und sollen möglichst lange Standzeiten haben. Bei den bekannten Vakuumventilen erfolgt die Verbindung des Faltenbalges mit dem Ventilteller und dem Dichtkragen durch Schweißen. Der technische Aufwand für diese Fügeverbindung ist sehr hoch, da diese Arbeit nur von hochqualifizierten Schweißern ausgeführt werden kann. Dabei muß eine spezielle Schweißmaschine eingesetzt werden. Die Anforderungen an die Genauigkeit der Fügeteile sind sehr hoch. Weiterhin treten die bei Schweißvor gängen infolge der lokalen Erhitzungen bekannten Materialspan nungen in der Schweißnaht sowie in der Übergangszone auf. Nicht alle der in dieser Weise hergestellten Fügeverbindungen erfüllen deshalb die hohen Anforderungen an die Hochvakuumdichtheit. Schließlich sind die Standzeiten der Schweißnähte begrenzt. Immer wieder treten bereits nach relativ kurzen Betriebszeiten Reso nanz- oder Ermüdungsbrüche auf und machen das Ventil unbrauchbar. Dieses gilt insbesondere für schnellschließende Ventile mit elektrisch betätigbaren Antrieben, bei denen die Faltenbälge besonders hoch belastet werden.Critical areas of the known vacuum valve inner parts are the connections of the two faces of the bellows with the Valve plate and the sealing collar. These connections must should be highly vacuum-tight and should last as long as possible to have. In the known vacuum valves, the connection is made of the bellows with the valve plate and the sealing collar Welding. The technical effort for this joint connection is very high as this work is done only by highly qualified welders can be executed. A special welding machine must be used be used. The accuracy requirements of the Joined parts are very high. Furthermore, they occur in welding due to the local heating material chips known openings in the weld seam and in the transition zone. Not fulfill all of the joint connections produced in this way hence the high requirements for high vacuum tightness. Finally, the service life of the weld seams is limited. always again reso occur after relatively short operating times breaks or fatigue and make the valve unusable. This applies in particular to quick-closing valves electrically operated drives, in which the bellows be particularly heavily loaded.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mit der Herstellung der Verbindungen zwischen Faltenbalg und Ventil teller sowie Dichtkragen verbundenen technischen Aufwand bei gleichzeitiger Reduzierung des Ausschusses und Erhöhung der Standzeiten zu vereinfachen.The present invention has for its object with the connection between the bellows and the valve plate and sealing collar associated technical effort at the same time reducing the committee and increasing the To simplify downtimes.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verbindung zwischen dem Faltenbalg und dem Ventilteller durch Löten im Vakuum hergestellt wird. Vorzugsweise wird gleichzeitig die Verbindung zwischen dem Faltenbalg und seinem Dichtkragen ebenfalls in dieser Weise hergestellt.According to the invention this object is achieved in that the Connection between the bellows and the valve plate Soldering in a vacuum is made. Preferably at the same time the connection between the bellows and its sealing collar also made in this way.
Die Anwendung dieser Erfindung hat zunächst den Vorteil, daß der erforderliche technische Aufwand und damit die Herstellkosten im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich geringer sind. Hoch qualifizierte Mitarbeiter sind zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Faltenbalg und seinen angrenzenden Bauteilen nicht mehr erforderlich. Die Anforderungen an die Genauigkeit der miteinander zu verbindenden Bauteile sind wesentlich geringer. Weiterhin ist vorteilhaft, daß das Ventilinnenteil nach der Herstellung der Verbindungen durch Löten im Vakuumofen ausgeheizt ist und damit unmittelbar der Weiterverarbeitung bzw. Montage zur Verfügung steht. Ein Reinigungsvorgang, wie er nach Schweißvor gängen wegen der Anlauffarben und der vorhandenen Fette nötig ist, entfällt. Die unmittelbaren Kontaktflächen zwischen dem Faltenbalg und seinen angrenzenden Bauteilen sind nach dem erfindungsgemäßen Lötvorgang wesentlich größer als beim Schweiß vorgang nach dem Stand der Technik. Die Dichtheit der Verbin dungen ist damit gewährleistet. Ausschüsse wegen undichter Verbindungen treten nicht mehr auf. Vorteilhaft ist weiterhin, daß der mit dem Faltenbalg zu verbindende Dichtkragen keinen sich in axialer Richtung erstreckenden Anschweißkragen mehr benötigt. Der Dichtkragen kann als einfache Ringscheibe gestaltet sein, so daß sich durch die Anwendung der Erfindung die Möglichkeit ergibt, Ventilinnenteile mit geringeren Bauhöhen als beim Stand der Technik herzustellen. Kleinere Ventilinnenteile sind viel seitiger einsetzbar und erhöhen damit die Flexibilität der Fertigung nach dem Baukastenprinzip. The application of this invention has the advantage that the required technical effort and thus the manufacturing costs in Compared to the prior art are significantly lower. High qualified employees are responsible for establishing the connection not between the bellows and its adjacent components more needed. The accuracy requirements of the components to be connected to each other are much smaller. It is also advantageous that the valve inner part after Production of the connections heated by soldering in a vacuum oven is and thus immediately for further processing or assembly Available. A cleaning process like that after welding gears due to the tarnish and the available fats is eliminated. The immediate contact areas between the Bellows and its adjacent components are according to the soldering process according to the invention much larger than with welding state of the art process. The tightness of the connection is guaranteed. Leakage committees Connections no longer occur. It is also advantageous that the sealing collar to be connected to the bellows is not itself Welding collar extending in the axial direction required more. The sealing collar can be designed as a simple washer, so that the possibility of using the invention results in valve inner parts with lower overall heights than in the stand of technology. Smaller valve inner parts are a lot can be used on both sides and thus increase the flexibility of the Manufacturing according to the modular principle.
Ein wesentlicher und überraschender Vorteil besteht noch darin, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Ventilin nenteile eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich höhere - um mehr als den Faktor 4 - Standzeit haben. Offensichtlich beruht dieser Vorteil darauf, daß das Material durch den Lötvorgang insbesondere in der Lötzone eine gleichmäßige Struktur ohne die beim Schweißen auftretenden Temperaturzonen hinter der Naht erhält. Resonanz- oder Ermüdungsbrüche treten wesentlich sel tener auf.A significant and surprising advantage is still that Ventilin manufactured by the method according to the invention parts are significantly higher than in the prior art - by more than a factor of 4 - have a service life. Obviously based this advantage insists that the material through the soldering process especially in the soldering zone a uniform structure without the Temperature zones behind the seam that occur during welding receives. Breaks of resonance or fatigue occur significantly sel tener on.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigtFurther advantages and details of the invention will be explained with reference to exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2. It shows
Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ventil und Fig. 1 shows a partial section through a valve designed according to the invention and
Fig. 2 ein Ventilinnenteil nach der Erfindung. Fig. 2 shows an inner valve part according to the invention.
Das in Fig. 1 dargestellte Ventil 1 umfaßt den teilweise darge stellten elektromagnetischen Antrieb 2, von dem im wesentlichen nur der Anker 3 sichtbar ist. An einem flanschartigen Rand 4 des Antriebs 2 ist das Ventilgehäuse 5 befestigt. In die dem Rand 4 zugewandte Stirnseite des Ventilgehäuses 5 ist der Dichtring 6 eingelassen, so daß die Verbindung zum Prozeßraum vakuumdicht ist. Das Ventilgehäuse 5 weist zwei Anschlußstutzen 7 und 8 auf, die über die Öffnung 9 miteinander verbindbar sind. Der obere Rand der Öffnung 9 bildet einen Ventilsitz 11. Dem Ventilsitz 11 und damit der Öffnung 9 ist der Ventilteller 12 mit dem Dichtring 13 zugeordnet. Der Ventilteller 12 ist am unteren Ende des Ventilstempels 14 gehaltert. Das obere Ende des Ventilstempels 14 ist über einen Gewindestutzen 15 in den Anker 3 des Ventilan triebs 2 eingeschraubt.The valve 1 shown in FIG. 1 comprises the partially Darge presented electromagnetic drive 2, essentially only the armature 3 is visible from the. The valve housing 5 is fastened to a flange-like edge 4 of the drive 2 . The sealing ring 6 is embedded in the end face of the valve housing 5 facing the edge 4 , so that the connection to the process space is vacuum-tight. The valve housing 5 has two connecting pieces 7 and 8 , which can be connected to one another via the opening 9 . The upper edge of the opening 9 forms a valve seat 11 . The valve seat 12 with the sealing ring 13 is assigned to the valve seat 11 and thus the opening 9 . The valve plate 12 is held at the lower end of the valve plunger 14 . The upper end of the valve stem 14 is screwed via a threaded connector 15 in the armature 3 of the Ventilan 2 drive.
Um den Innenraum des Antriebs 2 vakuumdicht vom Innenraum des Ventilgehäuses 5 zu trennen, ist ein Faltenbalg 16 vorgesehen, der sich zwischen dem Ventilteller 12 und einer Ringscheibe 17 erstreckt. Sowohl der Ventilteller 12 als auch die Ringscheibe 17 weisen Eindrehungen 18 bzw. 19 auf, in die der Balg 16 eingelötet und damit vakuumdicht mit diesen Bauteilen verbunden ist. Der Außenrand der Ringscheibe 17 befindet sich zwischen dem Flansch 4 des Antriebs 2 und der Stirnseite des Ventilgehäuses 5 und erstreckt sich bis in den Bereich des Dichtringes 6, so daß auch in diesem Bereich die Dichtheit gewährleistet ist. Mit 21 ist noch ein Schlauchabschnitt bezeichnet, der dem Faltenbalg 16 von innen anliegt und eine Dämpfung von Balgschwingungen bewirkt.In order to separate the interior of the drive 2 in a vacuum-tight manner from the interior of the valve housing 5 , a bellows 16 is provided which extends between the valve plate 12 and an annular disk 17 . Both the valve plate 12 and the annular disk 17 have recesses 18 and 19 , respectively, into which the bellows 16 are soldered and thus connected to these components in a vacuum-tight manner. The outer edge of the annular disc 17 is located between the flange 4 of the drive 2 and the end face of the valve housing 5 and extends into the area of the sealing ring 6 , so that tightness is ensured in this area as well. 21 also designates a tube section which bears against the bellows 16 from the inside and dampens bellows vibrations.
Fig. 2 zeigt vergrößert ein Ventilinnenteil, bestehend aus Teller 12, Balg 16 und Flansch bzw. Ringscheibe 17. Der Teller 12 ist mit einer Eindrehung 18 mit äußerem Rand ausgerüstet, welcher der untere, sich senkrecht zur Balgachse nach außen erstreckende Balgteilabschnitt auf- bzw. anliegt. Dementsprechend weist der Dichtkragen 17 eine innere Eindrehung 19 mit äußerem Rand auf, in welche sich der obere, sich senkrecht zu Balgachse nach außen erstreckende Balgteilabschnitt erstreckt. Fig. 2 shows an enlarged valve inner part, consisting of plate 12 , bellows 16 and flange or washer 17th The plate 12 is equipped with a recess 18 with an outer edge, which rests or rests on the lower part of the bellows, which extends perpendicularly to the bellows axis. Correspondingly, the sealing collar 17 has an inner recess 19 with an outer edge, into which the upper part of the bellows, which extends perpendicularly to the bellows axis, extends.
In der dargestellten oder in der auf den Kopf gestellten Position werden die Bauteile 12, 16, 17 miteinander durch Löten im Vakuum verbunden. Dazu wird beim Aufbau der Teile in die dargestellte Lötposition das Lot z. B. in Form von dünnen Ringscheiben oder als Lötpaste zwischen die miteinander zu verbindenden Bereiche eingebracht. Danach werden die Teile - vorzugsweise eine Mehrzahl von zu verlötenden Innenteilen - in einen Vakuumofen eingesetzt. Im Ofen erfolgt der Lötvorgang unter Vakuum und bei erhöhter Temperatur.In the position shown or in the position turned upside down, the components 12 , 16 , 17 are connected to one another by soldering in a vacuum. For this purpose, the solder z. B. in the form of thin washers or as a solder paste between the areas to be connected. The parts - preferably a plurality of inner parts to be soldered - are then inserted into a vacuum oven. The soldering process takes place in the oven under vacuum and at elevated temperature.
Je nach Lot liegt die Ofentemperatur zwischen 600°C und 1130°C. Bei der Verwendung von Silber-Kupfer-Basislot reicht eine zwi schen 600°C und 1000°C liegende Temperatur aus. Besonders zweckmäßig sind jedoch die Verwendung von Nickelbasislot und eine Ofentemperatur von etwa 1050°C. Während des Lötens wird im Ofen ein Vakuum mit einem Wert zwischen 10-2 und 10-4 mbar aufrecht erhalten; vorzugsweise ist er kleiner als 10-3 mbar. Die Dauer des Lötvorganges beträgt etwa 2 bis 3 Stunden.Depending on the solder, the furnace temperature is between 600 ° C and 1130 ° C. When using silver-copper base solder, a temperature between 600 ° C and 1000 ° C is sufficient. However, the use of nickel-based solder and an oven temperature of approximately 1050 ° C. are particularly expedient. A vacuum with a value between 10 -2 and 10 -4 mbar is maintained in the furnace during the soldering; it is preferably less than 10 -3 mbar. The duration of the soldering process is approximately 2 to 3 hours.
Die Abkühlung der gelöteten Teile muß zur Vermeidung von Materi al-Strukturveränderungen möglichst schnell erfolgen, d. h., innerhalb weniger Minuten. Dazu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Abkühlung unter einer Schutzgasatmosphäre im Ofen durchgeführt wird. Dazu wird der Ofen zunächst mit Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, geflutet. Zur Beschleuni gung der Abkühlung wird kühles Inertgas ständig - z. B. im Kreis lauf - in den Ofen eingelassen und das aufgewärmte Inertgas abgeführt. Nach wenigen Minuten stehen die Innenteile mit einer den hohen Anforderungen in der Hochvakuumtechnik genügenden Reinheit unmittelbar zur weiteren Montage zur Verfügung.The cooling of the soldered parts must be avoided to avoid materi al structural changes occur as quickly as possible, d. H., within a few minutes. To do this, it has proven to be beneficial proven when cooling under a protective gas atmosphere in the Oven is carried out. To do this, the furnace is first filled with inert gas, for example nitrogen or argon. For acceleration Cooling is cool inert gas constantly - z. B. in a circle run - let into the oven and the warmed inert gas dissipated. After a few minutes, the inner parts stand with one meet the high requirements in high vacuum technology Purity immediately available for further assembly.
Es hat sich gezeigt, daß ein Federbalg durch das mit dem Löten verbundene zeitweise Aufheizen weicher wird. Dieses ist für den Einsatz in schnellschaltenden Ventilen zunächst günstig. Die Gefahr von unerwünschten Deformationen kann mit Hilfe des in Fig. 1 dargestellten Dämpfungsgliedes 21 vermieden werden, welches dann gleichzeitig eine Stützfunktion hat. Nach einer längeren Bewegung des Faltenbalges während des Normalbetriebes tritt jedoch wieder die ursprüngliche Federsteifigkeit ein.It has been shown that a bellows becomes softer due to the temporary heating associated with soldering. This is initially cheap for use in fast-switching valves. The risk of undesired deformations can be avoided with the aid of the damping element 21 shown in FIG. 1, which then also has a supporting function. After a longer movement of the bellows during normal operation, however, the original spring stiffness returns.
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BALZERS UND LEYBOLD DEUTSCHLAND HOLDING AG, 63450 |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |