DE69617316T2

DE69617316T2 - Schwenkbare Ventilanordnung

Info

Publication number: DE69617316T2
Application number: DE69617316T
Authority: DE
Inventors: Walter Dennis Robertson Iii
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Brooks Instrument LLC
Priority date: 1995-06-01
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: CA2176979C; US5699995A; EP0745797B1; CA2176979A1; EP0745797A1; DE69617316D1

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Steuerung des Flüssigkeitsflusses und genauer eine Ventilanordnung, bei welcher ein Regulierventil schwenkbar beweglich bezüglich eines Ventilsitzes angeordnet ist, um den Flüssigkeitsfluß durch das Ventil zu steuern, und bei welchem durch Ausübung seitlicher Kräfte auf das Ventil der Durchflußquerschnitt durch eine Öffnung in dem Ventil verändert wird. Die schwenkbare Ventilanordnung ist besonders nützlich bei Herstellungs- oder Verarbeitungsverhältnissen, bei denen extrem hohe Sauberkeitsbedingungen erforderlich sind.
Flüssigkeitsfließventile werden in einer großen Anwendungsvielfalt eingesetzt, um den Flüssigkeitsfluß von einem Punkt in einem System zu einem anderen zu steuern. Bei konventionellen Flußsteuerventilen wird der Flüssigkeitsfluß durch Vergrößerung oder Verminderung des Durchflußquerschnitts zwischen einem Ventilsitz und einer Öffnung, mit welcher der Ventilsitz verbunden ist, verändert oder gesteuert. Verschiedene Arten von Stellantrieben werden benutzt, um die Bewegung eines Ventilsitzes bezüglich der Öffnung durchzuführen. Die Art des Stellantriebs hängt in gewissem Maße von dem bestimmten Einsatz eines Steuerventils ab. Ein wichtiger Faktor ist jedoch in jedem Fall der Auflösungsgrad, der zwischen einer eingesetzten Eingabe in das Ventil und der resultierenden Veränderung in dem Flüssigkeitsfluß erzielt wird. Ein Ventil, das eine größere Auflösung oder einen größeren Steuerbereich aufweist, erlaubt eine größere Gestaltungsflexibilität und eine verbesserte Systemleistung.
Bei konventionellen Steuerventilen (siehe z. B. US-A-5,259,416, auf welcher die zweigeteilte Form der unabhängigen Ansprüche 1 und 22 basiert), wird das Betätigungselement für den Ventilsitz in eine lineare Richtung und axial bezüglich einer Öffnung bewegt. Der Bewegungsgrad legt einen größeren oder kleineren Durchflußquerschnitt frei. Auch sind sowohl der Ventilsitz als auch die Öffnung typischerweise aus Metall hergestellt oder gebildet. Bei einer Dichtung von Metall zu Metall muß eine große Kraft aufgebracht werden, um eine dichte Versiegelung zu erreichen. Diese Kraft muß dann von dem Stellantrieb bewältigt werden, um das Ventil zu öffnen. Die Kosten eines Steuerventils hängen zu einem Großteil von der erforderlichen Kraft ab, die auf das Ventil ausgeübt werden muß, um eine bestimmte Menge an Auflösung der Flüssigkeissteuerung zu erreichen. Als Folge enden einige Flüssigkeitssysteme dabei, sehr teuere Ventile einzusetzen, selbst wenn der Auflösungsgrad nicht besonders präzise sein muß. Es wäre daher sehr nützlich, ein Steuerventil zur Verfügung zu haben, mit welchem eine hoher Auflösungsgrad erzielt werden kann; aber welches zugleich nicht ungefähr die Kraftmenge aufwenden muß, die bei konventionellen Steuerventilen erforderlich ist, um die erforderliche Auflösung zu erzielen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ventilanordnung zur Verwendung in Steuersystemen für den Flüssigkeitsfluß bereitzustellen, welche ein einzigartiges Betriebskonzept einsetzt, um einen hohen Auflösungsgrad zu erzielen, ohne den Kraftaufwand einsetzen zu müssen, der von konventionellen Ventilen aufgebracht werden muß, um einen vergleichbaren Auflösungsgrad zu erreichen.
Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine Ventilanordnung zur Verwendung in einem Flüssigkeitsfließsystem bereitgestellt, welche aufweist: einen Ventilkörper mit einem Einlaß, einem Auslaß und einer zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordneten Öffnung, wobei die Öffnung eine Kante definiert; einen Ventilsitz, der beweglich bezüglich der Öffnung angeordnet ist, wobei der Ventilsitz zwischen einer ersten und Ventilverschlußposition, in welcher der Ventilsitz auf der Kante ruht, und einer zweiten und Ventilöffnungsposition beweglich angeordnet ist; einen Ventilschaft mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei an einem der Enden der Ventilsitz damit verbunden ist; Vorrichtungen, welche den Ventilsitz zu einer der ersten und zweiten Position hin vorspannen; und Vorrichtungen, um den Ventilschaft durch Anwendung von Antriebskräften darauf zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bewegung des Ventilschaftes derart wirkt, daß sie die Antriebskräfte auf eine Hebelarmvorrichtung senkrecht zu der Achse des Ventilsitzes ausübt, um eine Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung um eine quer zu der Achse des Ventilsitzes liegende Achse zu bewirken, und dadurch, daß die Ventilanordnung ferner aufweist: Vorrichtungen, welche die Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung in eine Bewegung des Ventilsitzes bezüglich der Öffnung umsetzen, um einen Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß durch die Öffnung zu öffnen; Vorrichtungen, welche das Ausmaß der Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung steuern, um das Ausmaß der Bewegung des Ventilsitzes bezüglich der Öffnung zu steuern; und Vorrichtungen, welche die Hebelarmvorrichtung zentrieren, wobei sich der Ventilsitz in seiner Ventilverschlußposition befindet, wenn die Hebelarmvorrichtung zentriert ist, wobei die Steuervorrichtungen Stoppvorrichtungen umfassen, um die Bewegung der Hebelarmvorrichtung zu begrenzen, und wobei die Zentriervorrichtungen Federvorrichtungen aufweisen, welche die Hebelarmvorrichtung zu einer zentrierten Ventilverschlußposition hin drücken.
Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betrieb einer Ventilanordnung bereitgestellt, wobei die Ventilanordnung aufweist: einen Ventilkörper mit einem Flüssigkeitseinlaß, einem Flüssigkeitsauslaß und einer Öffnung, welche den darin gebildeten Einlaß und Auslaß miteinander verbindet; einen Ventilschaft mit einem Ventilsitz, der bezüglich der Öffnung beweglich angeordnet ist, um die Öffnung zu öffnen und zu schließen; und eine Hebelarmvorrichtung zur Bewegung des Ventilsitzes bezüglich der Öffnung; wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Ausübung einer Ventilantriebskraft auf die Hebelarmvorrichtung, um die Hebelarmvorrichtung um eine senkrecht zu der Achse des Ventilsitzes liegende Achse zu schwenken, wobei jegliche Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung in eine Bewegung des Ventilsitzes an der Öffnung umgesetzt wird, um die Öffnung zu öffnen; Steuerung des Ausmaßes der Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung, um dadurch das Ausmaß der Bewegung des Ventilsitzes bezüglich der Öffnung zu steuern; Zentrieren der Hebelarmvorrichtung einschließlich des Drückens der Hebelarmvorrichtung zu einer zentrierten Ventilverschlußposition hin, wobei sich der Ventilsitz in seiner Ventilverschlußposition befindet, wenn die Hebelarmvorrichtung zentriert ist; und Begrenzung der Bewegung der Hebelarmvorrichtung.
Die Ventilanordnung der Erfindung umfaßt einen Ventilsitz, der das Öffnen und Schließen einer einzigen Öffnung steuert. In der CH-A-481 335 und der US-A- 3,692,057 sind Ventile dargelegt mit einem sich hin- und herbewegenden Ventilelement zur Steuerung von zwei Öffnungen und mit einem Elektromagneten zum Schwenken eines mit dem sich hin- und herbewegenden Ventilelement verbundenen Ankers.
Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung wird eine Kraft an dem Ende der Hebelarmvorrichtung ausgeübt, das von dem Ventilsitz entfernt liegt, so daß eine wesentlich geringere Kraft erforderlich ist, um eine Bewegung des Sitzes zu erreichen, als bei konventionellen Steuerventilen erforderlich ist. Die Ventilanordnung weist eine Auflösung in einer Größenordnung auf, die dreizehn mal größer ist als diejenige, die mit vergleichbaren konventionellen Steuerventilen erreichbar ist. Ein Antriebsmechanismus mit einstellbarer Länge kann vorgesehen werden, um die Auflösung des Ventils zu bewirken. Die Ventilanordnung erreicht diesen höheren Auflösungsgrad, indem sie eine seitliche Kraft auf die Hebelarmvorrichtung mit einem bedeutenden Abstand von dem Ventilsitz wirken läßt. Ferner verbraucht die Ventilanordnung weniger Energie als ein vergleichbares, konventionelles Ventil, und sie ist betriebssicher.
In einer Ausführung wird ein Steuerventil vorgesehen, welches arbeitet, indem es einen Ventilsitz schwenkend um eine Öffnung bewegt, um das Öffnen der Öffnung zu bewirken, anstatt den Ventilsitz in einer linearen Richtung bezüglich der Öffnung zu bewegen. In dieser Ausführung ist der Sitz an dem Ventilschaft als einem Teil der Hebelarmvorrichtung befestigt.
Unter Herstellungsbedingungen, bei denen extrem hohe Sauberkeitsanforderungen eingehalten werden müssen, sind konventionelle Ventilkonstruktionen und - betriebsweisen nicht geeignet, den gewünschten Grad an Sauberkeit aufrechtzuerhalten. Ein Beispiel für diese Art von Herstellungsverhältnissen ist die Halbleiterindustrie. Diese Industrie hat sehr strenge Anforderungen bezüglich der Erzeugung von Partikeln und der Reinheit. Bei konventionellen Ventilkonstruktionen ist es nicht unüblich, daß während des Ventilbetriebs kleine Partikel unterhalb der Größe von Mikrometern erzeugt werden. Diese Partikel führen zu einer Verunreinigung der hergestellten Halbleiter. Dies geschieht auch durch das Eintragen von Verschmutzungen, die durch ein Ventil eingetragen werden, da der Auflösungsgrad des Ventils nicht ausreichend ist, um eine Verunreinigung daran zu hindern durch das Ventil zu fließen. Daher ist es sehr wichtig für die Industrie, Ventile zur Verwendung im Halbleiter-Herstellungsverfahren zur Verfügung zu haben, welche das Verfahren nicht verunreinigen und welche in der Lage sind, mit einem solchen Auflösungsgrad gesteuert zu werden, daß Schmutzstoffe nicht durch das Verfahren fließen können.
Zur Bereitstellung einer Ventilanordnung, welche diesen Anforderungen genügt, wird gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung eine Ventilanordnung bereitgestellt, bei welcher der Ventilsitz in Reaktion auf die Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung axial beweglich ist, um einen Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zu öffnen und zu schließen. Diese Ventilanordnung umfaßt ein Kugelelement, das zwischen dem Ventilschaft und der Hebelarmvorrichtung angeordnet ist, und ein Diaphragma, welches die Hebelarmvorrichtung gegen die durch die Ventilanordnung fließende Flüssigkeit isoliert.
In einer Ventilanordnung dieser Ausführung wird ein in einem Verfahren eingesetztes Flüssigkeitsmedium von dem Arbeitsbereich des Ventils isoliert. Somit ist die Ventilanordnung dieser Ausführung geeignet zur Verwendung in Herstellungs- und Fertigungsverfahren, welche hochreine Verhältnisse erfordern. Das Steuerventil ist vorzugsweise aus Materialien, wie 316L V. A. R. hergestellt, welches korrosionsbeständig ist. Diese Ventilanordnung erzeugt keine Partikel, welche das Verfahren während der Benutzung des Ventils verschmutzen und ist auf eine Auflösung steuerbar, mit welcher Partikel unterhalb Mikrometergröße nicht durch eine Ventilöffnung gelangen können, wenn das Ventil geöffnet ist.
Allgemein wird ein Drehsteuerventil bereitgestellt, bei welchem ein Ventilantrieb erzeugt wird, indem eine seitliche Kraft auf ein Antriebselement ausgeübt wird, um ein Ventilelement von seinem Sitz abzuheben; und ein Drehsteuerventil, das von kleiner Größe ist, kann mit einer Vielzahl von Stellantrieben benutzt werden, weist eine verbesserte Absperrfähigkeit zusätzlich zu der verbesserten Auflösung auf, die beim Öffnen des Ventils erreicht wird, ist weniger empfindlich gegenüber Druckänderungen und weist eine verhältnismäßig einfache Umwandlung zwischen dem normal geschlossenen und dem normal offenen Betrieb auf.
Zusammenfassend wird eine einstellbare Drehventilanordnung zur Verwendung in einem Flüssigkeitsfließsystem bereitgestellt. Ein Ventilkörper weist einen darin gebildeten Flüssigkeitsfließweg auf, der einen Einlaß, einen Auslaß und eine zwischen dem Einlaß und Auslaß ausgebildete Ventilöffnung umfaßt. Ein Ventilsitz ist beweglich bezüglich der Öffnung angeordnet und ruht gegen die Öffnung, um den Fließweg zu verschließen. Der Ventilsitz ist an einem Ventilschaft befestigt, um eine Bewegung des Sitzes zur Öffnung und zum Schließen der Öffnung durchzuführen. Was sonst eine lineare Bewegung des Ventilantriebselementes wäre, wird in eine seitliche Bewegung umgesetzt, welche senkrecht zu einer Längsachse des Ventilschaftes liegt. Diese umgesetzte oder umgewandelte Bewegung bewirkt, daß der Ventilsitz (in einer Ausführung) in Schwenkbewegung bezüglich der Öffnung bewegt wird, um die Öffnung für den Flüssigkeitsfluß zwischen dem Einlaß und Auslaß zu öffnen. Der Ventilschaft umfaßt einen Bereich einer Hebelarmvorrichtung, der die Schwenkbewegung durchführt. Eine Eingabe wird von einer Sensor-/Steuereinheit an eine Elektromagnetanordnung übertragen, um die Bewegung des Ventilelementes durchzuführen. Der Elektromagnet wirkt auf die Hebelarmvorrichtung ein und (in einer anderen Ausführung) eine auf dem Ventilschaft angeordnete Kugel kommt mit der Hebelarmvorrichtung in Kontakt, um sich zu bewegen, wenn sich die Hebelarmvorrichtung bewegt, um eine lineare Bewegung des Ventilsitzes zu ermöglichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Abb. 1 ist ein Aufriß, teilweise im Querschnitt, einer ersten Ausführung einer Drehventilanordnung der vorliegenden Erfindung;
Abb. 2 ist eine Draufsicht von oben auf die Ventilanordnung, wobei eine Abdeckung der Anordnung entfernt ist;
Abb. 3 ist eine Teilquerschnittsansicht der Ventilanordnung, die entlang der Linie 3-3 in Abb. 1 genommen ist;
Abb. 4 ist ein Aufriß im Querschnitt einer zweiten Ausführung der Drehventilanordnung;
Abb. 5 ist eine Draufsicht von oben auf die Ventilanordnung der Abb. 4, wobei eine Abdeckung der Anordnung entfernt ist;
Abb. 6 ist eine Teilquerschnittsansicht der Ventilanordnung, die entlang der Linie 6-6 in Abb. 4 genommen ist;
Abb. 7 ist ein Aufriß im Querschnitt einer dritten Ausführung der Drehventilanordnung;
Abb. 8 ist eine Draufsicht von oben auf die Ventilanordnung der Abb. 7, wobei eine Abdeckung der Anordnung entfernt ist;
Abb. 9 ist eine Querschnittsansicht der Ventilanordnung, die entlang der Linie 9-9 in Abb. 7 genommen ist;
Abb. 10 ist eine Querschnittsansicht der Ventilanordnung der Abb. 1, welche die Schwenkbewegung des Ventils illustriert;
Abb. 11 ist eine Teilquerschnittsansicht der Ventilanordnung, die entlang der Linie 11- 11 in Abb. 10 genommen ist;
die Abb. 12A-12C illustrieren weitere Vorrichtungen zur Bewegung eines Ventilschaftes der Ventilanordnung;
Abb. 13 ist eine Teilquerschnittsansicht einer konventionellen Ventilkonstruktion gemäß Stand der Technik;
Abb. 14 ist eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführung der Drehventilanordnung zur Verwendung in der Halbleiterindustrie;
Abb. 15 ist eine Draufsicht von oben auf die Ventilanordnung der Abb. 14, wobei eine Abdeckung der Anordnung entfernt ist;
Abb. 16 ist eine Teilquerschnittsansicht der Ventilanordnung, die entlang der Linie 16- 16 in Abb. 14 genommen ist;
Abb. 17 ist eine Querschnittsansicht einer fünften Ausführung der Drehventilanordnung, welche einen Blasebalg anstelle eines Diaphragmas einsetzt;
Abb. 18 ist eine Draufsicht von oben auf die Ventilanordnung der Abb. 17, wobei eine Abdeckung der Anordnung entfernt ist; und
Abb. 19 ist eine Teilquerschnittsansicht der Ventilanordnung, die entlang der Linie 19- 19 in Abb. 17 genommen ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Ventilanordnung 10 der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Flüssigkeitsfließsystem S gezeigt. Das Flüssigkeitsfließsystem kann eines aus einer Vielzahl von in verschiedenen Industrien verwendeten Systemen sein; beispielsweise in der chemischen oder Halbleiterfertigungsindustrie. Oder das System, welches die Ventilanordnung 10 umfaßt, kann in einer Pilotanlage eingesetzt werden. Unabhängig davon, weist die Ventilanordnung eine Anzahl von Eigenschaften auf, welche sie als Alternative zu konventionellen Ventilkonstruktionenen des Standes der Technik attraktiv machen. Wie hiernach beschrieben, erfordert die Ventilanordnung 10 für den Betrieb eine wesentlich geringere Kraft als konventionelle Ventile. Sie liefert auch einen Auflösungsfaktor, der wenigstens um eine Größenordnung größer als derjenige konventioneller Ventile ist, und weist eine verhältnismäßig einfache Umstellung zwischen den normal geschlossenen und den normal offenen Ventilpositionen auf. Dieser höhere Auflösungsgrad wird erreicht, indem seitlich ausgeübte Kräfte anstelle linear ausgeübter Kräfte zur Steuerung des Öffnens und Schließens eines Ventils eingesetzt werden. Die Ventilanordnung 10 verbraucht weniger Energie als konventionelle Ventile. Das Ventil kann auch kleiner als konventionelle Ventile ausgebildet sein, welche eingesetzt werden, um dieselbe Funktion zu erfüllen. Aufgrund der Verringerung der erforderlichen Kräfte kann ein Diaphragma mit kleinerem Durchmesser eingesetzt werden, um das Ventil abzudichten. Dieses Diaphragma weist eine kleinere Nutzfläche auf, wodurch das Ventil weniger empfindlich gegenüber Druckänderungen wird.
In Abb. 1 ist ein Flüssigkeitsfließsystem S gezeigt, welches eine Flüssigkeitsquelle F, die oberstromig von der Ventilanordnung 10 angeordnet ist, und eine Leitung D, die unterstromig von der Ventilanordnung angeordnet ist, umfaßt. Eine Sensor- /Steuereinheit U wird in Verbindung mit der Ventilanordnung verwendet, um den Betrieb des Ventils zu steuern. Der Abtastbereich der Einheit kann beispielsweise die Temperatur der Flüssigkeit, ihren Mengendurchfluß durch das System, etc. überwachen. In Reaktion auf die abgetasteten Flüssigkeitsbedingungen sendet die Steuereinheit elektrische Signale an die Ventilanordnung aus, um sowohl das Öffnen als auch das Schließen des Ventils zu steuern. Zusätzlich steuern die Steuersignale auch den Grad der Ventilöffnung. Der Grad der Ventilöffnung steuert den Mengenfluß der Flüssigkeit durch das Ventil.
Die Ventilanordnung 10 umfaßt zunächst einen Ventilkörper 12. Der Ventilkörper besteht aus einem geeigneten Metall- oder Kunststoffmaterial und ein Einlaß 14 und ein Auslaß 16 sind in dem Ventilkörper ausgebildet. Der Einlaß 14 umfaßt einen L-förmigen Durchgang mit einer ersten Anschlußöffnung 14a, die mit der Flüssigkeitsquelle F in Verbindung steht, und einer zweiten Anschlußöffnung 14b, die in eine Seitenwand 12s des Ventilkörpers mündet. Der Auslaß 16 weist in ähnlicher Weise einen L-förmigen Durchgang auf. Der Auslaß 16 umfaßt eine Anschlußöffnung 16a, die in die Flüssigkeitsleitung D des Systems mündet, und eine Anschlußöffnung 16b, die ebenfalls in der Seitenwand 12 s des Ventilkörpers ausgebildet ist. Die Anschlußöffnungen 14b und 16b sind voneinander beabstandet angeordnet. Eine Öffnung 18, welche zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 16 angeordnet ist, ist an der Anschlußöffnung 16b des Auslasses 16 ausgebildet. Die Öffnung umfaßt einen Umfangskranz 20, welcher auf einem an der Anschlußöffnung 16b ausgebildeten ringförmigen Ansatz 22 gelagert ist. Der Kranz 20 ist aus einem geeigneten Material hergestellt. Der Kranz 20 weist eine Basis 20b auf, welche auf dem Ansatz 22 ruht. Die Höhe des Kranzes ist derart bemessen, daß er sich leicht über die Seitenwand 12 s des Ventilkörpers hinaus erstreckt, wie in den Abb. 1 und 3 gezeigt. Die Außenfläche des Kranzes ist, wie mit 24 angezeigt, spitzzulaufend oder abgerundet ausgebildet, um eine Kante zu definieren.
Die Ventilanordnung 10 umfaßt weiterhin einen Körper 26 zum Tragen und Positionieren eines Ventilsitzes 28, der in dem Körper 26 zur Bewegung bezüglich der Öffnung 18 angeordnet ist. Der Ventilsitz 28 umfaßt eine kreisförmige Platte, deren Durchmesser größer ist als derjenige der Öffnung 18. Wie hiernach beschrieben, ist der Sitz 28 zwischen einer ersten und Ventilverschlußposition, in welcher eine Fläche 28f des Ventilsitzes auf der Kante 24 ruht, und einer zweiten und Ventilöffnungsposition beweglich angeordnet. Der Ventilsitz kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein, oder der Sitz kann aus Metall mit einem elastischen Einsatz bestehen.
Der Ventilsitz 28 weist einen mit ihm verbundenen Ventilschaft 30 auf. Der Ventilschaft weist jeweils ein erstes und zweites Ende 30a, 30b auf. Der Ventilsitz 28 ist beispielsweise einstückig mit einem Ende 30a des Schaftes 30 ausgebildet. Oder der Ventilsitz kann, wie hiernach beschrieben wird, ein getrenntes Element sein, das an dem einen Ende des Ventilschaftes befestigt werden kann. In jedem Fall ist an einem der Ventilenden der Ventilsitz damit verbunden. Der Körper 26 weist eine längliche zentrale Bohrung 32 auf, die sich in der Länge des Körpers erstreckt. Der Körper weist einen an einem Ende ausgebildeten Umfangsansatz 34 auf. Der Ventilkörper 12 weist einen entsprechenden Umfangsansatz 36 auf, der gegen den Ansatz 34 anstößt, wenn das Ventil zusammengebaut ist. Wie in den Abb. 1 und 3 gezeigt, weist der Ventilschaft 30 einen Mittelabschnitt mit gleichförmigem Durchmesser auf. Wenn der Ventilsitz 28 einstückig mit dem einen Ende des Schaftes ausgebildet ist, dann befindet sich an dem Ende 30a des Schaftes ein Abschnitt 38 mit vergrößertem Durchmesser. Die Platte 28 ist an dem äußeren Ende des Abschnittes 38 ausgebildet.
Eine Platte oder ein Einsatz 40 weist einen Außendurchmesser auf, der derart dimensioniert ist, daß der Einsatz in den von dem Ansatz 34 des Körpers 26 definierten Hohlraum oder die Kammer paßt. Die Höhe des Einsatzes ist etwas geringer als die Höhe des Ansatzes 34. Die Platte weist eine zentrale Öffnung 42 auf, die derart bemessen ist, daß der Abschnitt 38 mit dem vergrößerten Durchmesser des Schaftes 30 durch die Platte paßt. Der Durchmesser der Öffnung 42 ist kleiner als derjenige des Ventilsitzes, damit der Ventilsitz in dem zwischen dem Ventilkörper 12 und dem Körper 26 ausgebildeten Hohlraum gehalten wird. Angrenzend an das gegenüberliegende Ende des Körpers 26 weist die Bohrung 32 einen Abschnitt 32a mit verkleinertem Durchmesser auf. Der Durchmesser dieses Abschnittes der Bohrung ist etwas größer als der gleichförmige Durchmesserbereich des Ventilschaftes 30. Der verkleinerte Durchmesserabschnitt der Bohrung 32 bildet eine Wand 44 innerhalb des Körpers 26. Eine Vorspannfeder 46 weist ein Ende auf, welches gegen die Wand 44 stößt. Eine Federplatte 48 fügt sich auf den Ventilschaft 30 auf. Die Platte 48 weist eine zentrale Öffnung auf, deren Durchmesser allgemein demjenigen des gleichförmigen Durchmesserbereiches des Ventilschaftes entspricht, damit der Sitz auf dem Schaft mit einem Preßsitz angeordnet werden kann. Das andere Ende der Feder 46 stößt gegen die Platte 48, um den Ventilsitz 28 gegen die Kante 24 der Öffnung zu pressen, um den Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 16 zu schließen. Eine Umfangsdichtung 41 ist zwischen dem Ansatz 34 des Körpers 26 und dem Ventilkörper 12 festgeklemmt. Die Platte 40 weist eine Außenfläche 43 auf, die sich in den zwischen dem Ventilkörper und dem Körper 26 ausgebildeten Hohlraum oder die Kammer erstreckt. Die Dicke der Platte erhöht sich von dem an die Öffnung 42 angrenzenden Bereich nach außen zu dem äußeren Rand der Platte hin. Die Fläche 43 umfaßt ferner einen ringförmigen erhöhten Bereich 45. Der Innendurchmesser dieses erhöhten Bereiches ist etwas größer als der Durchmesser des Ventilsitzes 28. Wenn der Ventilsitz geöffnet ist, kann der äußere Rand des Ventilsitzes, wie hiernach beschrieben wird, gegen die Plattenfläche 43 auf der Innenseite des erhöhten Bereiches lagern. Ein biegsames Diaphragma 47 ist durch eine geeignete Vorrichtung an der Platte 40 befestigt. Das Diaphragma weist eine zentrale Öffnung auf, die derart bemessen ist, daß das Diaphragma auf dem Schaft 30 auf der Rückseite des Ventilsitzes 28 angebracht werden kann. Das Diaphragma weist einen ringförmigen Abschnitt auf, der in Größe und Form dem erhöhten Bereich der Platte 40 entspricht. Wenn sich der Sitz 28 in seiner Ventilverschlußposition der Abb. 1 und 3 befindet, wird das Diaphragma von der Fläche 43 der Platte 40 weggezogen. Wenn der Ventilsitz jedoch in die Ventilöffnungsposition bewegt wird, wird das Diaphragma zu der Platte hin bewegt. Dies ist die in den Abb. 10 und 11 gezeigte Position. Es wichtig festzuhalten, daß das Diaphragma den Kontakt zwischen dem in dem Verfahren eingesetzten Flüssigkeitsmedium und dem Ventilmechanismus, der das Öffnen und Schließen des Ventils durchführt, verhindert.
Die Ventilanordnung 10 umfaßt ferner eine allgemein mit 50 bezeichnete Vorrichtung zur Bewegung des Ventilschaftes 30. In Abb. 1 ist die Vorrichtung 50 derart gezeigt, daß sie einen Elektromagneten 52 mit einer Spule 54 und einem Polstück 56 aufweist. Die Spule 54 ist eine ringförmige Spule mit einem offenen zentralen Kern 58, in welchem das Polstück 56 zur Bewegung angeordnet ist. Das Polstück weist einen mittleren Abschnitt mit einem gleichförmigen Durchmesser auf, wobei ein Abschnitt 56a, 56b mit verkleinertem Durchmesser an jedem Ende des Polstücks ausgebildet ist. Die Bohrung 32 des Körpers 26 weist einen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser an dem oberen Ende des Körpers auf, wie in Abb. 1 gezeigt. Das obere Ende des Ventilschaftes 30 erstreckt sich in diesen Bereich der Bohrung. Das Ende 30b des Schaftes 30 umfaßt einen Abschnitt mit verkleinertem Durchmesser des Ventilschaftes. Eine zentrale Bohrung 60 ist in dem Abschnitt 56a des Polstücks 56 ausgebildet und das Ende 30b des Ventilschaftes ist derart bemessen, daß es in der Bohrung 60 aufgenommen werden kann. Wenn die Sensor-/Steuereinheit S bestimmt, den Flüssigkeitsweg zwischen dem Einlaß und Auslaß zu öffnen, versorgt sie die Spule 54 mit einer geeigneten elektrischen Eingabe. Das Polstück 56 wird mit dem resultierenden, erzeugten elektromagnetischen Feld unter Spannung gesetzt.
Unter Bezugnahme auf die Abb. 12A-12C kann die Antriebsvorrichtung 50 etwas anderes als einen Elektromagneten 52 aufweisen. In Abb. 12A weist eine Antriebsvorrichtung 50' beispielsweise einen piezoelektrischen Registerstapel 62. Die Erregung des Stapels 62 erzeugt die Bewegung eines Ankers 64. In Abb. 12B umfaßt eine Antriebsvorrichtung 50" eine dynamoelektrische Maschine 66, welche einen elektrischen Motor aufweist. Die dynamoelektrische Maschine 66 umfaßt eine elektrische Wicklung 68, welche durch eine geeignete Eingabe von der Sensor- /Steuereinheit S erregt wird. Dies wiederum bewirkt die Bewegung eines Ankers 70. Eine weitere Ausführung 50''' der Antriebsvorrichtung umfaßt den Einsatz eines magnetorestriktiven Werkstoffs 72, um die Bewegung eines Ankers 74 zu bewirken. Bei jeder dieser alternativen Ausführungen bewegt die auf den jeweiligen Anker ausgeübte Kraft den Anker entlang einer seitlichen Achse L, welche senkrecht zu der mittleren Längsachse X des Ankers liegt.
Ein Umfangsansatz 26 s ist auf der Außenfläche des Körpers 26 ausgebildet. An dem oberen Ende des Körpers ist, wie in Abb. 1 gezeigt, ein ringförmiger Flansch 26f angeordnet, der um das obere Ende der Bohrung 32 ausgebildet ist. Die Spule 54 des Elektromagneten 52 weist ein Ende auf, welches gegen das obere Ende des Körpers 26 stößt und durch den Flansch 26f in Position gehalten wird. Der Außendurchmesser der Spule ist gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser des Körpers 26. Eine Einfassung 75 umfaßt einen Blechbehälter mit offenem Ende, der über die Außenseite des Körpers 26 paßt und auf dem Ansatz 26 s ruht. Die Länge des Blechbehälters ist derart bemessen, daß er die Spule des Elektromagneten umschließt. Ein Ende 75e des Blechbehälters, das an das obere Ende der Spule 54 angrenzt, weist, wie in Abb. 1 gezeigt, eine zentrale Öffnung 75c auf, durch welche sich das Ende 56b des Polstücks 56 erstreckt.
Es ist eine wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfindung, daß, im Gegensatz zu konventionellen Ventilen des Standes der Technik, bei welchen die Erregung einer Antriebsvorrichtung zu einer linearen Verschiebung eines Ventilsitzes bezüglich einer Öffnung führt, die Ventilanordnung 10 eine Vorrichtung 76 umfaßt, um die Bewegung des Ventilschaftes 30 in eine Schwenk- oder Drehbewegung des Ventilsitzes 28 um die Öffnungskante 24 umzusetzen, um einen Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß 14 und Auslaß 16 durch die Öffnung zu öffnen. Die Vorrichtung 76 umfaßt einen Plunger 78, welcher auf dem Ende 56b des Ankers gelagert ist. Der Plunger ist in einem Haubenbereich 80 der Ventilanordnung angeordnet. Eine Abdeckung 82 paßt über das Haubenende der Anordnung, um den Plunger zu umschließen. Der Plunger 78 weist eine ringförmige Rille 84 auf, die an das Ende des Plungers anstößt, welches das Polstück 56 berührt. Die Federn 86a, 86b sind in der Haube 80 auf gegenüberliegenden Seiten des Plungers angebracht. Jede Feder weist einen zugeordneten Sitz 88a, 88b auf, damit ein Ende der Feder gegen den Sitz lagern kann. Das andere Ende der Feder wird in der Rille 84 aufgenommen, um den Plunger in eine Richtung zu drücken, die senkrecht zu der Längsachse sowohl des Schaftes 30 als auch des Polstücks 56 liegt. Diese Bewegung wird normalerweise von der anderen Feder erzwungen. Die Folge ist, daß die Federn die Zentrierung des Plungers bewirken. Wenn Strom an die Spule 54 angelegt wird, wird das Polstück 56 an einer linearen oder in Längsrichtung ausgerichteten Bewegung durch die Federn gehindert. Der Spulenstrom erzeugt jedoch eine Kraft, die den Plunger zur Seite zieht, wie durch die Pfeile angedeutet. Diese Bewegung wird von jeweiligen Stoppvorrichtungen 90a, 90b gesteuert. Wenn der Plunger zur einen oder anderen Seite gezogen wird, berührt er eine jeweilige Stoppvorrichtung 90.
Die Stoppvorrichtungen sind in einem Träger 92 angeordnet, der in den Blechbehälter 75 eingearbeitet ist. Der Träger weist axiale Öffnungen 94 auf, in welchen die Stoppvorrichtungen 90a, 90b angebracht sind. Die Stoppvorrichtungen sind jeweils einstellbar, um das Ausmaß zu steuern, bis zu welchem der Plunger 78 sich zu einer Seite der Haube bewegen kann. Die Federsitze 88a, 88b sind zwischen dem Ende 75e des Blechbehälters 75 und der Unterseite des Trägers 92 angebracht. Die Sitze sind auch einstellbar, um die Federkräfte, die auf den Plunger einwirken, zu steuern. Zusätzlich ist eine Stellschraube 96 mit dem äußeren Ende des Plungers 78 verbunden. Die Stellschraube 96 steuert die effektive Länge eines Hebelarms, der aus der Kombination des Ventilschaftes 30, des Polstücks 56 und des Plungers 78 besteht.
Es ist festzustellen, daß die Federn eine Kraft erzeugen, welche der elektromagnetischen Kraft entgegenwirkt. Durch Veränderung des Vorspannungsumfangs an den Federn kann der Öffnungspunkt des Ventils gesteuert werden. Für Ventile mit verschiedenen Größen können Federn mit größeren oder kleineren Federkonstanten benutzt werden. Dies verändert das Verhältnis zwischen der an das Ventil angelegten Spannung und den erzeugten resultierenden Kräften. Ferner ermöglicht die Stellschraube 96, daß der Plunger 78 bewegt wird, um den Luftspalt zwischen der Plungerfläche und dem Blechbehälter zu verändern. Die Veränderung dieses Luftspaltes verändert auch die Leistungsmerkmale des Ventils. Auch die Anordnung von Abstandsplatten (nicht gezeigt) zwischen dem Plunger 78 und dem Anker 56 stellt den Hebelarm so ein, daß die Auflösung des Ventils verändert werden kann.
Unter Bezugnahme auf Abb. 13 umfaßt eine Ventilkonstruktion des Standes der Technik einen Ventilsitz 100, der mit einem Ventilschaft 102 verbunden ist. Eine Vorspannfeder 104 preßt den Ventilsitz gegen eine Öffnung 106. Wenn das Ventil betätigt wird, zieht eine lineare Bewegung des Ventilschaftes entlang seiner Längsachse (wie durch die Pfeile angedeutet) den Ventilsitz gegen die Kraft der Feder weg von der Öffnung. Abhängig von der Kraft der Feder 104 kann der erforderliche Kraftaufwand zum Öffnen des Ventils erheblich sein. Wenn das Ventil nicht mehr betätigt wird, führt die Kraft der Vorspannfeder den Ventilsitz wieder in seine Verschlußposition zurück.
Unter Bezugnahme auf die Abb. 10 und 11 ist der Betrieb der Ventilanordnung 10 im Gegensatz zu dem oben beschriebenen gezeigt. In den Abb. 10 und 11 ist die Ventilanordnung 10 gezeigt, wobei der Ventilsitz 28 gegen die Kante 24 des Öffnungskranzes geschwenkt ist, so daß er in eine offene Position geneigt oder seitwärts gekippt wird. Der aus der Kombination des Ventilschaftes 30, des Polstücks 56 und des Plungers 78 gebildete Hebelarm führt dazu, daß weniger Kraft erforderlich ist, um den Sitz 28 gegen die Kraft der Feder 46 zu bewegen, als erforderlich ist, um den Sitz 100 gegen die Kraft der Feder 104 zu bewegen. Der Drehventilaufbau der Ventilanordnung 10 bewirkt, daß die Antriebskräfte senkrecht zu der Ventilsitzachse ausgeübt werden. Und diese Kraft wird mit einem erheblichen Abstand von dem Ventilsitz ausgeübt. Die Einstellung der Schraube 96 ermöglicht, daß dieser Abstand vergrößert oder verkleinert wird, abhängig von den Erfordernissen einer bestimmten Anwendung. Dies wird durchgeführt, um eine gewünschte Kraft und einen gewünschten Durchflußquerschnitt für eine Verdrängungsauflösung zu erreichen. Der sich ergebende mechanische Vorteil der oben beschriebenen Konstruktion gegenüber konventionellen Ventilkonstruktionen, wie in Abb. 13 gezeigt, ist signifikant.
Zusätzlich zu dem mechanischen Vorteil, der erreicht wird, indem der Ventilsitz seitlich anstatt linear bewegt wird, um den Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß und Auslaß zu öffnen und zu schließen, besteht ein weiterer signifikanter Vorteil der vorliegenden Erfindung in dem Auflösungsgrad zwischen der Bewegung des Sitzes 28 und dem freigelegten Durchflußquerschnitt, der im Vergleich zu demjenigen konventioneller Ventilgestaltungen erreicht werden kann. Bei beispielsweise einem Drehventil 10 mit einem Ventilsitz mit einer Abmessung von 3" (7,62 cm) und einer Öffnung 18 mit einem Durchmesser von 0,076" (0,19 cm) erzeugt die Bewegung des Sitzes um 0,046" (0,12 cm) einen Durchflußquerschnitt von 1,43·10&supmin;&sup4; in². Ein konventionell verschobener Ventilsitz mit demselben Durchflußquerschnitt muß um 0,0034" (0,009 cm) bewegt werden. Das sich ergebende Verschiebungsverhältnis zeigt eine Verbesserung von 13 in der Auflösung an, d. h. 0,046/0,0034 = 13,5.
Unter Bezugnahme auf die Abb. 4-6 ist eine zweite Ausführung der Erfindung gezeigt. Hier wird ein Ventil 210 mit dem Flüssigkeitsfließsystem S der Abb. 1 anstelle des zuvor beschriebenen Ventils 10 eingesetzt. Das Ventil 210 umfaßt einen Ventilkörper 212, in welchem ein Einlaß 214 und ein Auslaß 216 ausgebildet sind. Der Einlaß 214 und der Auslaß 216 sind ähnlich dem zuvor beschriebenen Einlaß 14 und Auslaß 16 ausgebildet, wobei der Einlaß 214 eine Anschlußöffnung 214a, die an die Flüssigkeitsquelle angeschlossen ist, und eine in eine Seitenwand 212 s des Ventilkörpers mündende Anschlußöffnung 214b aufweist. Der Auslaß 216 umfaßt eine in eine Flüssigkeitsleitung des Systems mündende Anschlußöffnung 216a und eine in der Seitenwand 212 s des Ventilkörpers ausgebildete Anschlußöffnung 216b. Eine Öffnung 218 ist an der Anschlußöffnung 216b des Auslasses 216 ausgebildet. Die Öffnung umfaßt einen ringförmigen Kranz 220, der auf einem an der Anschlußöffnung 216b ausgebildeten Ansatz 222 gelagert ist. Der Kranz weist eine Basis auf, die auf dem Ansatz 222 ruht und sich über die Seitenwand 212 s des Ventilkörpers hinaus erstreckt. Die Außenfläche des Kranzes ist spitzzulaufend oder abgerundet ausgebildet, wie mit 224 angedeutet, um einen Kante für die Lagerung eines Ventilsitzes zu definieren.
Ein Körper 226 trägt einen Ventilsitz 228, der in dem Körper für Öffnungs- und Schließbewegungen bezüglich der Öffnung 218 angebracht ist. Der Ventilsitz umfaßt eine Platte mit einem Durchmesser, der größer als derjenige der Öffnung 218 ist. Eine Fläche 228f des Ventilsitzes lagert auf der Kante 224, um die Öffnung zu verschließen. Der Ventilsitz weist einen verbundenen Ventilschaft 230 auf, welcher ein jeweiliges erstes und zweites Ende 230a, 230b aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite der Fläche 228f weist der Ventilsitz einen runden Vorsprung 229 auf, in welchem eine gewindete Bohrung 231 ausgebildet ist. Das Ende 230a bildet einen gewindeten Stiel, der so bemessen ist, daß er in die Bohrung 231 eingedreht werden kann, um den Ventilsitz an dem Schaft zu befestigen. Der Körper 226 umfaßt eine längliche zentrale Bohrung 232, die sich in der Länge des Körpers erstreckt. Ein Umfangsansatz 234 ist an dem einen Ende des Körpers 226 ausgebildet. Der Ventilkörper 212 weist einen entsprechenden Ansatz 236 auf. Die Ansätze stoßen aneinander an, wenn das Ventil 210 zusammengebaut ist.
Der Ventilschaft 230 weist einen mittleren Bereich mit gleichförmigem Durchmesser auf. Eine Platte 240 ist derart bemessen, daß sie in den von dem Ansatz 234 definierten Hohlraum oder die Kammer paßt und die Höhe der Platte ist etwas geringer als diejenige des Ansatzes 234. Die Platte weist eine zentrale Bohrung 242 auf, die derart bemessen ist, daß der runde Vorsprung 229 des Ventilsitzes sich durch die Öffnung hin- und herbewegen kann. Der Durchmesser der Öffnung ist jedoch kleiner als derjenige des Ventilsitzes. An dem gegenüberliegenden Ende des Körpers 226 weist die Bohrung 232 einen Abschnitt 232a mit verkleinertem Durchmesser auf, wobei der Durchmesser etwas größer ist als derjenige des gleichförmigen Durchmesserbereiches des Ventilschaftes 230. Dieser verkleinerte Durchmesserabschnitt der Bohrung 232 bildet eine Wand 244 innerhalb des Körpers 226. Ein Ende einer Vorspannfeder 246 stößt gegen die Wand 244. Eine Federplatte 248 ist derart bemessen, daß sie auf den Ventilschaft 230 paßt. Die Federplatte 248 weist eine zentrale Öffnung auf, welche in der Größe dem Durchmesser des Ventilschaftes entspricht, damit die Platte auf dem Schaft aufgenommen werden kann. Die Platte 248 ist mit einem Preßsitz auf dem Ventilschaft angeordnet. Ein Ende der Feder 246 stößt gegen die Platte, um den Ventilsitz gegen die Kante 224 der Öffnung 218 zu pressen; dies dient dazu, den Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß 214 und dem Auslaß 216 zu schließen.
Eine Dichtung 241 ist zwischen dem Ansatz 234 des Körpers 226 und dem Ventilkörper festgeklemmt. Die Platte 240 weist eine Außenfläche 243 auf, deren Dicke sich von der Öffnung 242 nach außen zu dem äußeren Rand der Platte hin erhöht. Die Fläche umfaßt einen ringförmigen erhöhten Bereich 245, dessen Innendurchmesser größer als der Durchmesser des Ventilsitzes 228 ist. Ein biegsames Diaphragma 247 ist durch eine geeignete Vorrichtung an der Platte 240 befestigt. Das Diaphragma ist über dem Schaft 230 angeordnet und weist eine Öffnung auf, welche zuläßt, daß ein Innenrand des Diaphragmas auf der Rückseite des Ventilsitzes 228 lagern kann. Das Diaphragma weist einen ringförmigen erhöhten Bereich auf, der genau über den erhöhten Bereich der Platte 240 paßt. Wenn der Sitz 228 die Öffnung 218 verschließt, wird das Diaphragma von der Fläche 243 der Platte 240 weggezogen. Wenn der Sitz 228 in eine Richtung geschwenkt wird, um die Öffnung freizulegen, wird das Diaphragma zu der Platte 240 hin bewegt.
Die Ventilanordnung 210 umfaßt eine Antriebsvorrichtung 250 zur Bewegung des Ventilschaftes 230. Wie in Abb. 4 gezeigt, umfaßt die Vorrichtung 250 einen Elektromagneten 252 mit einer Spule 254 und einem Polstück 256. Die Spule 254 ist eine ringförmige Spule mit einer zentralen Öffnung 258, in welcher das Polstück 256 angeordnet ist. Das Polstück weist ein langgestrecktes L-förmiges Polstück auf, das in einer umgedrehten Konfiguration in Abb. 4 angeordnet ist, so daß der Hauptarm des Polstücks in der Öffnung 258 angeordnet ist. Wie bei dem Elektromagneten der Ventilanordnung 10, wird, wenn eine Sensor-/Steuereinheit bestimmt, den Flüssigkeitsweg zwischen dem Einlaß und Auslaß des Ventils zu öffnen, eine geeignete elektrische Eingabe auf die Spule 254 übertragen. Es versteht sich, daß die alternativen Bauweisen der Antriebsvorrichtung 50'-50''' (siehe Abb. 12A-12C) auch in dem Ventil 210 eingesetzt werden können.
Die Bohrung 232 weist einen Abschnitt mit einem vergrößerten Durchmesser an dem oberen Ende des Körpers 226 auf. Das obere Ende des Ventilschaftes 230 erstreckt sich in diesen Bereich der Bohrung. Das Ende 230b des Ventilschaftes bildet einen Abschnitt des Ventilschaftes mit verkleinertem Durchmesser. Ein Umfangsansatz 226a ist auf der Außenfläche des Körpers 226 ausgebildet, und an dem oberen Ende des Körpers befindet sich ein ringförmiger Flansch 226f. Die Spule 254 weist ein Ende auf, das gegen das obere Ende des Körpers 226 lagert. Ein Blechbehälter 275 mit offenem Ende liegt über der Außenseite des Körpers 226, wobei das offene Ende gegen den Ansatz 226a ruht. Der Blechbehälter umschließt die Spule 254. Ein Ende 275e des Blechbehälters weist eine zentrale Öffnung 275c auf, durch welche sich das Polstück erstreckt.
Wie bei der Ventilanordnung 10 ist es eine wichtige Eigenschaft des Ventils 210, daß, anstelle einer linearen Bewegung des Polstücks, die bei Erregung der Spule 254 erzeugt wird, eine seitliche Bewegung des Ventilschaftes 230 stattfindet, um den Sitz bezüglich der Öffnung 218 zu bewegen und den Flüssigkeitsweg zwischen dem Ventileinlaß und -auslaß zu öffnen. Zu diesem Zweck umfaßt das Ventil 210 eine Vorrichtung 276, um die Bewegung des Ventilschaftes 230 in eine Schwenkbewegung des Ventilsitzes um die Öffnungskante 224 umzusetzen, um den Flüssigkeitsfließweg durch die Öffnung zu öffnen. Die Vorrichtung 276 umfaßt einen Plunger 278, welcher derart in der Ventilanordnung angebracht ist, daß er sich parallel zu dem Polstück durch die zentrale Öffnung 258 der Spule 254 erstreckt. Wie in Abb. 5 gezeigt, sind sowohl das Polstück 256 als auch der Plunger halbkreisförmig ausgebildet, wenn man sie im Grundriß betrachtet. Wenn das Ventil zusammengebaut ist, ist das Polstück derart angeordnet, daß es auf einer Seite der Längsachse des Ventils positioniert ist, wobei sich der Plunger 276 parallel dazu auf der anderen Seite der Achse erstreckt. Die Länge, über welche sich der Plunger 278 durch die Ventilanordnung erstreckt, ist größer als diejenige des Polstücks. An seiner Basis weist der Plunger 278 einen Abschnitt 278a mit vergrößertem Durchmesser auf Der Durchmesser dieses Plungerabschnitts ist derart bemessen, daß er konzentrisch mit dem oberen Bereich der Bohrung 232 in dem Ventilkörper 226 ausgebildet ist. Der Plungerabschnitt 278a weist eine Öffnung 278b auf, die derart bemessen ist, daß sie das obere Ende 230b des Ventilschaftes 230 aufnehmen kann.
Das obere Ende 278c des Plungers 278 ist in einem Haubenende 280 der Ventilanordnung angeordnet. Eine Abdeckung 282 ist über die Haube der Anordnung geschoben, um den Plunger zu umschließen. Das Polstück 256 weist eine erste Queröffnung 284 an seinem oberen Ende auf. Eine Feder 286b erstreckt sich durch die Öffnung 284, um eine Seite des Plungers 278 zu berühren. Eine zweite Feder 286a lagert gegen die gegenüberliegende Seite des Plungers. Jede Feder weist einen zugeordneten Sitz 288a, 288b auf. Die Federn drücken den Plunger 278 in eine Richtung, die senkrecht zu der Längsachse des Schaftes 230 und des Polstücks 256 liegt. Jegliche seitliche Bewegung des Plungers wird durch die Kraft der jeweiligen Federn verhindert, welche die Zentrierung des Plungers bewirken. Wenn Strom an die Spule 254 angelegt wird, erzeugt der Spulenstrom, wie zuvor, eine Kraft, die den Plunger zur Seite zieht, wie durch die Pfeile angedeutet. Die Bewegung des Plungers 278 wird durch jeweilige Stoppvorrichtungen 290a, 290b begrenzt. Die Stoppvorrichtungen sind zusammen mit den Federn in einem Träger 292 angeordnet, der in der Haube 280 angebracht ist. Die Basis des Polstücks 256 fügt sich über das obere Ende des Trägers 292, wenn das Ventil zusammengebaut ist. Der Träger 292 weist axiale Öffnungen 294 auf, in welche die Stoppvorrichtungen eingepaßt sind. Das Polstück 256 weist eine zweite Queröffnung 295 auf, durch welche sich die Stoppvorrichtung 290b erstreckt. Diese zweite Queröffnung erstreckt sich auch vollständig durch das Polstück, damit das innere Ende der Stoppvorrichtung von dem Plunger berührt werden kann. Beide Stoppvorrichtungen sind einstellbar, um das Ausmaß zu begrenzen, mit welchem sich der Plunger 278 zu einer Seite der Haube 280 bewegen kann. Die Federsitze 288a, 288b sind zwischen dem Ende 275e des Blechbehälters 275 und der Basis des Trägers 292 angeordnet. Diese Sitze sind auch einstellbar, um die Federkräfte, die auf den Plunger 278 einwirken, zu steuern.
Der Betrieb der Ventilanordnung 210, wenn die Spule 254 mit Strom versorgt wird, ist ähnlich demjenigen des Ventils 10, wie in den Abb. 10 und 11 gezeigt. Dies bedeutet, daß der Ventilsitz 228 auf die Kante 224 der Öffnung 218 geschwenkt wird, so daß er in eine offene Position geneigt oder seitwärts gekippt werden kann. Der aus der Kombination des Ventilschaftes 230 und des Plungers 278 gebildete Hebelarm führt dazu, daß weniger Kraft erforderlich ist, um den Ventilsitz 228 gegen die Kraft der Feder 246 in die Ventilöffnungsposition zu bewegen, als erforderlich ist, um den Sitz 100 gegen die Kraft der Feder, welche normalerweise das Ventil geschlossen hält, zu bewegen. Wieder bewirkt die Drehventilanordnung der Erfindung, daß die Antriebskräfte senkrecht zu der Achse des Ventilsitzes ausgeübt werden; diese Kräfte werden mit einem erheblichen Abstand von dem Ventilsitz ausgeübt. Auch wie schon zuvor, wird neben dem erzielten mechanischen Vorteil wieder ein größerer Auflösungsgrad erreicht. Wie bereits bemerkt, liegt diese Auflösung in einer Größenordnung, die dreizehn mal größer ist als diejenige, die in einem konventionellen Ventil erzielt wird.
Eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in den Abb. 7-9 gezeigt und allgemein mit 410 bezeichnet. Eine Ventilanordnung 410 umfaßt zunächst einen Ventilkörper 412 aus geeignetem Material. Ein Einlaß 414 und ein Auslaß 416 sind in dem Ventilkörper ausgebildet. Sowohl der Einlaß 414 als auch der Auslaß 416 weisen L-förmige Durchgänge auf, wobei jeder Durchgang jeweils eine erste Anschlußöffnung 414a, 416a und eine zweite Anschlußöffnung 414b, 416b aufweist. Eine zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnete Öffnung 418 weist einen Umfangskranz 420 auf, der auf einem an der Anschlußöffnung 416b ausgebildeten, ringförmigen Ansatz 422 lagert. Der Kranz umfaßt eine Basis, die auf dem Ansatz 422 ruht und sich über eine Seitenwand 412 s des Ventilkörpers hinaus erstreckt. Der obere Bereich des Kranzes ist spitzzulaufend oder abgerundet ausgebildet, wie mit 424 angedeutet, um eine Kante für die Lagerung eines Ventilsitzes zu definieren.
Ein Körper 426 hilft einen Ventilsitz 428 zu tragen und zu positionieren, der in dem Körper zur Bewegung des Ventilsitzes bezüglich der Öffnung 418 angeordnet ist. Der Ventilsitz 428 besteht aus einer kreisförmigen Platte mit einem größeren Durchmesser als demjenigen der Öffnung. Der Ventilsitz wird schwenkbar zwischen einer Ventilverschlußposition und einer Ventilöffnungsposition bewegt. Der Ventilsitz weist einen mit ihm verbundenen Schaft 430 auf. Der Ventilschaft weist jeweilige Enden 430a, 430b auf. Wie bei der Ausführung der Abb. 1-3, ist der Ventilsitz 428 einstückig mit dem Ende 430a des Ventilschaftes ausgebildet. Der Körper 426 umfaßt eine längliche, zentrale Bohrung 432, die sich über die Länge des Körpers erstreckt. Der Körper 426 weist auch einen Umfangsansatz 434 auf, der an einem Ende ausgebildet ist. Der Ventilkörper 412 weist einen entsprechenden Umfangsansatz 436 auf, der gegen den Ansatz 434 anstößt. Der mittlere Bereich des Ventilschaftes weist einen gleichförmigen Durchmesser auf. Da der Ventilsitz 428 an dem Ende 430a des Schaftes einstückig mit dem Ventilschaft ausgebildet ist, weist dieses Ende des Schaftes einen Abschnitt mit vergrößerten Durchmesser 438 auf. Der Ventilsitz 428 ist an dem äußeren Ende dieses vergrößerten Durchmessers ausgebildet.
Ein Einsatz 440 weist einen Außendurchmesser auf, der derart bemessen ist, daß die Platte in den von dem Ansatz 434 definierten Hohlraum paßt. Die Höhe der Platte entspricht der Höhe des Ansatzes. Der Einsatz 440 weist eine zentrale Öffnung 442 auf, in welche sich der Abschnitt 438 mit vergrößertem Durchmesser des Ventilschaftes 430 einpaßt. An dem gegenüberliegenden Ende des Körpers 426 befindet sich ein Abschnitt 432a mit verkleinertem Durchmesser der Bohrung 432, wobei der Durchmesser dieses Abschnittes der Bohrung etwas größer als der gleichförmige Durchmesserbereich des Ventilschaftes 430 ist. Eine Wand 444 ist an dem Übergang in dem Durchmesser der Bohrung gebildet. Ein Ende einer Vorspannfeder 446 stößt gegen die Wand 444. Eine Federplatte 448 weist einen Preßsitz mit dem Ventilschaft 430 auf. Das andere Ende der Feder 446 stößt gegen diese Platte, um den Ventilsitz 428 gegen die Kante 424 der Öffnung zu drücken. In dieser Position ist der Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß 414 und dem Auslaß 416 geschlossen. Eine Umfangsdichtung 441 ist zwischen den Ansatz 434 des Körpers 426 und den Ventilkörper eingepreßt. Eine Blasebalg 447 ist in geeigneter Weise mit einem Ende an der Fläche 430c auf dem Ventilschaft 430 und mit dem anderen Ende in geeigneter Weise an der Fläche 442 der Platte 440 befestigt. Der Blasebalg erstreckt sich entlang der Länge des Ventilschaftabschnitts 430a, wobei sich das andere Ende des Blasebalgs um den Ventilsitz 428 fügt. Wenn der Ventilsitz in seiner Position zum Öffnen der Öffnung 418 geschwenkt wird, biegt sich der Blasebalg in die entsprechende Richtung.
Eine Antriebsvorrichtung 450 zur Bewegung des Ventilschaftes 430 umfaßt einen Elektromagneten 452 mit einer Spule 454 und einem beweglichen Polstück 456. Wie in den vorherigen Ausführungen ist die Spule 454 ist eine ringförmige Spule mit einer zentralen Öffnung 458, in welcher das Polstück beweglich angeordnet ist. Das Polstück weist einen mittleren Abschnitt mit einem gleichförmigen Durchmesser auf, wobei sich Abschnitte 456a, 456b mit verkleinertem Durchmesser an den jeweiligen Enden des Polstücks befinden. Die Bohrung 432 weist einen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser an dem oberen Ende des Körpers 426 auf, wie in Abb. 7 zu sehen. Das obere Ende 430b des Ventilschaftes erstreckt sich in dieses Ende der Bohrung und bildet einen Abschnitt mit verkleinertem Durchmesser des Ventilschaftes. Eine Öffnung 460 ist in dem Abschnitt 456a des Polstücks ausgebildet. Das Ende 430b des Ventilschaftes wird in dieser Öffnung aufgenommen. Wenn ein geeigneter elektrischer Strom an die Spule 454 angelegt wird, bewirkt das sich bildende elektromagnetische Feld, wie zuvor, die Bewegung des Polstücks. Ein Umfangsansatz 426 s ist auf der Außenfläche des Körpers 426 und ein ringförmiger Flansch 426f ist an dem oberen Ende des Körpers ausgebildet. Ein Ende der Spule 454 stößt gegen das obere Ende des Körpers 426 und wird von dem Flansch 426f am Platz gehalten. Ein Blechbehälter 475 ist ein Blechkanister mit offenem Ende, der über dem Körper 426 liegt, wobei das offene Ende des Blechbehälters auf dem Ansatz 426 s ruht. Der Blechbehälter liegt über der Elektromagnetspule 454. Das Ende 475e des Blechbehälters weist eine zentrale Öffnung 475c auf, durch welche sich das Ende 456b des Polstücks erstreckt. Wieder ist klar, daß die alternativen Formen der in den Abb. 12A-12C beschriebenen Antriebsvorrichtung anstelle der Vorrichtung 450, wie beschrieben, ein gesetzt werden können.
Die Ventilanordnung 410 umfaßt eine Vorrichtung 476 zum Umsetzen der Bewegung des Ventilschaftes 430 in eine Schwenkbewegung des Ventilsitzes 428 um die Öffnungskante 424, um den Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß 414 und dem Auslaß 416 durch die Öffnung zu öffnen. Die Vorrichtung 476 umfaßt einen Plunger 478, der auf dem Ende 456b des Polstücks lagert. Der Plunger 478 ist in einer Haube 480 der Ventilanordnung angebracht und umfaßt eine Abdeckung 482, welche über das Haubenende der Anordnung paßt, die den Plunger umschließt. Der Plunger umfaßt eine ringförmige Rille 484, die angrenzend an das untere Ende des Plungers ausgebildet ist. Federn 486a, 486b sind in der Haube 480 auf gegenüberliegenden Seiten des Plungers angebracht. Jede Feder umfaßt jeweils einen Sitz 488a, 488b, damit ein Ende der Feder gegen den Sitz stoßen kann. Das andere Ende jeder Feder paßt sich in die Rille 484 ein, um den Plunger 478 in einer Richtung vorzuspannen, die senkrecht zu der Längsachse sowohl des Schaftes 430 als auch des Polstücks 456 liegt. Diese Bewegung wird normalerweise durch die andere Feder gehemmt. Als Folge bewirken die Federn die Zentrierung des Plungers. Wenn Strom an die Spule 454 angelegt wird, wird das Polstück 456 durch die Federn 486a, 486b an einer linearen oder in Längsrichtung ausgerichteten Bewegung gehindert. Folglich bewirkt die durch das resultierende elektromagnetische Feld erzeugte Kraft, daß der Plunger 478 sich seitlich anstatt linear bewegt. Und diese seitliche Bewegung wird durch jeweilige Plunger-Stoppvorrichtungen 490a, 490b gesteuert. Wenn sich der Plunger zur einen oder anderen Seite bewegt, berührt er eine der jeweiligen Stoppvorrichtungen.
Die Stoppvorrichtungen 490a, 490b sind in einem Träger 492 angeordnet, der in der Haube 480 angebracht ist. Dieser Träger weist jeweilige axiale Öffnungen 494 auf, in welchen die Stoppvorrichtungen angebracht sind. Jede Stoppvorrichtung ist getrennt einstellbar, um das Ausmaß zu steuern, bis zu welchem der Plunger 478 sich von Seite zu Seite bewegen kann. Die jeweiligen Federsitze 488a, 488b sind zwischen dem Ende 475e des Blechbehälters 475 und der Unterseite des Trägers 492 angebracht. Die Position der Sitze in dem Träger ist auch einstellbar, um die Federkräfte, die auf den Plunger 478 einwirken, zu steuern. Zusätzlich ist eine Stellschraube 96 mit dem äußeren Ende des Plungers 78 verbunden. Eine Stellschraube 496 ist mit dem äußeren Ende des Plungers verbunden. Die Stellschraube ermöglicht die Einstellung der effektiven Länge des Hebelarms, der aus dem Ventilschaft 430, dem Polstück 456 und dem Plunger 478 besteht.
Die zuvor beschriebenen Ausführungen der Erfindung sind nützlich für industrielle Anwendungen, bei welchen zusätzlich zu der größeren Auflösung, die im Gegensatz zu konventionellen Ventilen erreichbar ist, die Auswahl geeigneter Materialien für den Ventilsitz und die Öffnung den Verschleiß verringert. Diese Materialien umfassen Weichmetalle, Kunststoffe und elastische Materialien. Es gibt jedoch Anwendungsfälle für das Drehventil in der Halbleiterindustrie, welche extrem strenge Anforderungen bezüglich der Reinheit und der Partikelerzeugung aufgrund von Verschleiß haben. Die Verwendung der zuvor genannten Materialien ist in der Halbleiterindustrie nicht möglich. In dieser Industrie müssen benetzte Materialien aus korrosionsbeständigem Material, wie 316L V. A. R. hergestellt sein. Bei der in den vorausgehenden Ausführungen beschriebenen Ventilkonstruktion besteht die Möglichkeit, daß beim Betrieb des Ventils Partikel unter Mikrometergröße erzeugt werden. Die Halbleiterindustrie akzeptiert keine Ventile, bei denen Partikel erzeugt werden, die eine Größe von mehr als 0,01 Mikrometer aufweisen.
Unter Bezugnahme auf die Abb. 14-16 wird eine vierte Ausführung der Erfindung gezeigt, welche den spezifischen Problemen der Halbleiterindustrie Rechnung trägt und eine Drehventilanordnung liefert, die in der Herstellung von Halbleiterkomponenten einsetzbar ist. In dieser Ausführung umfaßt eine Ventilanordnung 610 einen Ventilkörper 612 aus einem geeigneten Metall- oder Kunststoffmaterial. Ein Einlaß 614 und ein Auslaß 616 sind in dem Körper ausgebildet.
Der Einlaß 614, welcher einen L-förmigen Durchgang aufweist, umfaßt eine Anschlußöffnung 614a, die mit der Flüssigkeitsquelle verbunden ist, und eine Anschlußöffnung 614b, die in eine Seitenwand 612 s des Ventilkörpers mündet. Der einen L-förmigen Durchgang aufweisende Auslaß 616 umfaßt eine Anschlußöffnung 616a, welche in die Flüssigkeitsleitung mündet, und eine auch in der Seitenwand 612 s ausgebildete Anschlußöffnung 616b. Die Anschlußöffnungen 614b und 616b sind voneinander beabstandet angeordnet, und eine Öffnung 618, die zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet ist, ist an der Anschlußöffnung 616b ausgebildet. Ein Umfangskranz 620 bildet eine erhöhte Fläche oder einen Ansatz um die Öffnung 618 und erstreckt sich leicht über die Seitenwand 612 s des Ventilkörpers hinaus. Das äußere Ende des Kranzes ist eine flache, geschlossene Fläche, wie mit 624 angedeutet, um eine Kante zu bilden.
Die Ventilanordnung weist einen Körper 626 auf, in welchem ein Ventilsitz 628 zur Bewegung bezüglich der Öffnung 618 angebracht ist. Der Sitz 628 ist von einer kreisförmigen Platte gebildet, deren Durchmesser größer ist als derjenige der Öffnung 618. In einer ersten und Ventilverschlußposition lagert eine Fläche 628f des Ventilsitzes auf der Kante 624; und in einer zweiten und Ventilöffnungsposition wird das Ventil von der Kante weggezogen. Der Ventilsitz weist einen einstückig mit ihm ausgebildeten Ventilschaft 630 auf. Der Ventilschaft weist einen Umfangsansatz 630 s auf, der angrenzend an den Ventilsitz ausgebildet ist. Der Rest des Ventilschaftes weist einen gleichförmigen Durchmesser auf. An dem Ende des Schaftes, welches dem Ventilsitz gegenüberliegt, ist eine Tasche oder eine Vertiefung 631 ausgebildet, um eine Kugel 633 zu tragen. Die Kugel weist einen kleineren Durchmesser auf als derjenige des Ventilschaftes, und die Vertiefung 631 ist zentral in dem Ende des Schaftes ausgebildet.
Der Körper 626 umfaßt eine sich in der Länge erstreckende zentrale Bohrung 632, die an einem Ende ausgebildet ist, und einen Umfangsansatz 634, der an seinem an den Ventilkörper 612 anstoßenden Ende ausgebildet ist. Das Ventil 612 weist einen vorspringenden Umfangsansatz 636 auf. Eine Platte 640 weist einen solchen Durchmesser auf, daß die Platte in die von dem Ansatz 634 und der Seite 612 s des Ventilkörpers definierte Kammer paßt. Die Platte weist eine zentrale Öffnung 642 auf, die derart bemessen ist, daß der Ventilschaft 630 durch die Platte paßt. Der Durchmesser der Öffnung ist kleiner als derjenige des Ventilsitzes 628, so daß der Ventilsitz in dem von dem Ventilkörper und dem Körper 626 gebildeten Hohlraum gehalten wird. Die Bohrung 632 weist einen Bereich 632a mit verringertem Durchmesser auf, wobei der Durchmesser dieses Bohrungsabschnittes größer ist als der Ventilschaft 630, und er eine Wand 644 in dem Körper 626 definiert. Eine Vorspannfeder 646 weist ein Ende auf, das gegen die Wand 644 lagert.
Eine hohle, zylindrische Hülse 648 erstreckt sich im wesentlichen über die Länge der durch Wand 644 und Platte 640 gebildeten Kammer. Das Ende der Hülse 648, das an die Platte 640 anstößt, weist einen abgeflachten Bereich 648a mit vergrößertem Durchmesser auf. Die Unterseite des Bereiches 648a umfaßt einen erhöhten, halbkreisförmigen Umfangsansatz 648b, der gegen die Rückseite 640b der Platte 640 stößt. Die Außenfläche der Hülse 648 weist einen gleichförmigen Durchmesser auf, und die Feder 646 ist derart bemessen, daß sie um die Hülse paßt, wobei das andere Ende der Feder gegen den Hülsenbereich 648a lagert, um die Hülse gegen die Platte 640 zu pressen. Wie in Abb. 14 gezeigt, ist der Innendurchmesser der Hülse derart abgestuft, daß es einen ersten Durchmesserabschnitt 648c an dem Ende der Hülse gibt, das an die Platte 640 anstößt. Danach folgt ein Abschnitt 648d mit vergrößertem Durchmesser und danach folgt ein Abschnitt 648e mit noch mehr vergrößertem Durchmesser. Ein Stiel 649 weist einen unteren Abschnitt 649a auf, dessen Durchmesser demjenigen des Hülsenabschnitts 648c entspricht, damit dieses Ende des Stiels in dem Abschnitt 648c aufgenommen werden kann. Die Außenfläche 649f des Stiels ist in Kontakt mit der Kugel 633. An dem gegenüberliegenden Ende des Stiels ist ein Abschnitt 649b mit vergrößertem Durchmesser ausgebildet, dessen eines Ende auf dem an der Verbindungsstelle zwischen den Hülsenabschnitten 648d und 648e ausgebildeten Ansatz ruht. Eine Feder 651 weist ein Ende auf, das gegen eine Fläche des Stielabschnitts 649b lagert und ein anderes Ende, das gegen den an der Verbindungsstelle zwischen den Hülsenabschnitten 648d und 648e ausgebildeten Ansatz lagert. Die Feder 651 drückt den Stiel 649 in die entgegengesetzte Richtung zu derjenigen, in welche die Feder 646 die Hülse 648 drückt. Wenn der Stiel 649 in der Fläche 649f verschraubt ist, berührt er die Kugel 633 und zwingt die Fläche 628f auf dem Ventilsitz 628 die Kante 624 zu berühren, was das Ventil schließt. Die Feder 651 trägt den Stiel 649, um während der Durchführung der Einstellung ein Gewindespiel zu verhindern.
Eine Umfangsdichtung 641 ist zwischen dem Ansatz 634 des Körpers 626 und dem Ventilkörper 612 befestigt. Die Platte 640 weist eine abgestufte Außenfläche 643 auf, welche sich in den zwischen dem Ventilkörper und dem Körper 626 ausgebildeten Hohlraum erstreckt. Es gibt eine schrittweise Erhöhung der Dicke der Platte, damit sich die Dicke der Platte von dem an die zentrale Öffnung 642 in der Platte angrenzenden Bereich nach außen zu dem Außenrand der Platte hin vergrößert. Ein biegsames Diaphragma 647 ist mit geeigneten Vorrichtungen an der Platte 640 befestigt. Das Diaphragma weist eine zentrale Öffnung auf, die derart bemessen ist, daß das Diaphragma auf den Ventilschaft 630 auf der Rückseite des Ventilsitzes paßt und mit einer geeigneten Vorrichtung an dem Schaft 630 befestigt werden kann. Der mittlere Bereich des Diaphragmas ist geriffelt, um Raum für die Biegung des Diaphragmas zu schaffen, wenn der Ventilsitz 628 axial von der Kante 624 weg bewegt wird.
Die Ventilanordnung 610 umfaßt ferner eine Antriebsvorrichtung, die allgemein mit 650 bezeichnet ist, um das Öffnen und Schließen des Ventils durchzuführen. Die Vorrichtung 650 umfaßt einen Elektromagneten 652 mit einer ringförmigen Spule 654 und einem Polstück 656. Die Spule 654 weist einen offenen zentralen Kern 658 auf, in welchem sich das Polstück bewegt. Das Polstück 656 umfaßt einen mittleren Bereich mit gleichförmigem Durchmesser und Bereiche 565a, 565b mit verkleinertem Durchmesser, die an den jeweiligen Enden des Polstücks ausgebildet sind. Die Bohrung 632 weist einen Bereich 632b mit vergrößertem Durchmesser an dem oberen Ende des Körpers 626 auf. Das Ende 656a des Polstücks erstreckt sich durch diesen Bereich des Körpers, durch den Bereich 632a mit verkleinertem Durchmesser der Bohrung und in ein offenes Ende der Hülse 648. Wenn die Sensor-/Steuereinheit S bestimmt, den Flüssigkeitsweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zu öffnen, versorgt sie, wieder wie zuvor, die Spule 654 mit einer geeigneten elektrischen Eingabe, wobei das resultierende elektromagnetische Feld das Polstück 656 unter Spannung setzt.
Ein Umfangsansatz 626 s ist auf der Außenfläche des Körpers 626 ausgebildet. An dem gegenüberliegenden Ende des Körpers befindet sich ein ringförmiger Flansch 626f, der sich um das obere Ende der Bohrung 632 erstreckt. Die Spule 654 weist ein Ende auf, das gegen das obere Ende des Körpers 626 lagert und durch den Flansch 626f in Position gehalten wird. Ein Blechbehälter 675 ist als Blechbehälter mit offenem Ende ausgebildet, der über die Außenseite des Körpers 626 paßt und auf dem Ansatz 626 s ruht. Das Ende 675e des Blechbehälters weist eine zentrale Öffnung 675c auf, durch welche sich das Ende 656b des Polstücks erstreckt.
Die Ventilanordnung 610 umfaßt außerdem eine Vorrichtung 676 zum Umsetzen der Bewegung des Ventilschaftes 630 in die axiale Bewegung des Ventilsitzes 628 von der Kante 624 weg, wodurch der Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Ventileinlaß und dem Ventilauslaß durch die Öffnung geöffnet wird. Die Vorrichtung 676 umfaßt einen Plunger 678, der auf dem Ende 656b des Polstücks lagert. Der Plunger 678 paßt sich in eine Haube 680 der Ventilanordnung ein, welche eine Abdeckung 682 aufweist, die den Plunger umschließt. Der Plunger umfaßt eine ringförmige Rille 684, die angrenzend an das Ende des Plungers, welches das Polstück berührt, ausgebildet ist. Federn 686a, 686b sind in der Haube auf gegenüberliegenden Seiten des Plungers angebracht. Jede Feder umfaßt einen zugeordneten Sitz 688a, 688b, damit ein Ende der Feder gegen den Sitz stoßen kann. Das andere Ende der Feder wird in der Rille aufgenommen und drückt den Plunger in eine Richtung, die senkrecht zu der Längsachse des Ventils und des Polstücks 656 liegt. Da, wie zuvor beschrieben, diese Bewegung normalerweise durch die andere Feder gehemmt wird, erzeugt der an die Spule angelegte Strom eine Kraft, die den Plunger seitlich bewegt, wobei diese Bewegung durch jeweilige Stoppvorrichtungen 690a, 690b gesteuert wird, die in einem Träger 692 angebracht sind. Die Stoppvorrichtungen sind in Öffnungen 694 in dem Träger angeordnet und jeweils einstellbar, um das Ausmaß, bis zu welchem sich der Plunger bewegen kann, zu steuern. Eine mit dem äußeren Ende des Plungers verbundene Stellschraube 696 variiert die effektive Länge eines Hebelarms, der aus dem Ventilschaft, dem Polstück und dem Plunger besteht.
Die wichtige Eigenschaft der Bauweise der Ventilanordnung 610 besteht darin, daß das Schwenkelement des Ventils jetzt aus dem Fließstrom zwischen dem Einlaß 614 und dem Auslaß 616 durch die Öffnung 618 heraus bewegt ist. Dies bedeutet, daß jetzt die Hülse 648, der Stiel 649 und die Kugel 633 die Schwenkelemente aufweisen, wobei das Ventilelement 628, ähnlich konventionellen Ventilen, in eine axiale Richtung bewegt wird. Wenn ein Strom an die Spule 654 angelegt wird, wird der Hebel mit dem Plunger 678, dem Polstück 656, der Hülse 648 und dem Stiel 649 entlang eines Bogens bewegt. Die Fläche 649f des Stiels ist eine flache Fläche. Dementsprechend schwenkt dann, wenn sich der Hebelarm bewegt, die Hülse 648 um einen Punkt zwischen der Fläche 648b und der Fläche 640b. Die Fläche 649f auf Stiel 649 bewegt sich wiederum entlang eines Bogens, was bewirkt, daß sich die Kugel 633 in eine axiale Richtung zu dem Stiel 649 hin bewegt. Während dieser Bewegung wird durch die von dem Diaphragma 647 ausgeübte Aufwärtskraft ein Kontakt zwischen der Kugel 633 und dem Stiel 649 beibehalten. Wenn sich die Kugel bewegt, bewegt sich das Ventilelement 628 von der Kante 624 weg. Dies öffnet das Ventil. Der Grad der Öffnung hängt ab von dem Ausmaß, in welchem der Hebelarm bewegt wird. Dies wiederum hängt von der an die Spule angelegten Strommenge ab. Wenn der Stromfluß aufhört, kehrt der Hebel in seine ursprüngliche Position zurück, in der das Ventilelement 628 die Öffnungskante 624 berührt.
Die benetzten Materialien, die in der Ventilanordnung eingesetzt werden, bestehen jetzt alle aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff, wie 316L V. A. R. Ein Vorteil dieser Bauweise für die Verwendung in der Halbleiterindustrie besteht darin, daß, während das Ventilelement 628 in einer konventionelleren Weise von dem Ventilsitz 624 abgehoben wird, kein physischer Kontakt zwischen dem Ventilelement und dem Sitz besteht, außer beim Verschluß. Dies eliminiert die mögliche Erzeugung von Partikeln unterhalb Mikrometergröße, welche das Halbleiterherstellungsverfahren kontaminieren könnten. Das Ergebnis ist ein saubereres Herstellungsverfahren. Zusätzlich bietet die Kugel- und Ventilelementkonstruktion dieser Ausführung die Möglichkeit, den Drehwinkel gegenüber der vertikalen Bewegung der Kugel zu verändern. Dies wirkt dich direkt auf die Ventilauflösung aus. Auch wird durch diese Bauweise eine verbesserte Ventilabsperrung geschaffen.
In den Abb. 17-19 setzt eine fünfte Ausführung der Erfindung einen Blasebalg 1047 anstelle eines Diaphragmas 647, wie es in den Abb. 14-16 gezeigt ist, ein. Eine Ventilanordnung 1010 weist einen Ventilkörper 1012 auf, wobei ein Einlaß 1014 und ein Auslaß 1016 in dem Körper ausgebildet sind. Der Einlaß 1014 umfaßt eine Anschlußöffnung 1014a, die mit einer Flüssigkeitsquelle verbunden ist, und eine Anschlußöffnung 1014b, die in eine Seitenwand 1012 s des Ventilkörpers mündet. Der einen L-förmigen Durchgang aufweisende Auslaß 1016 umfaßt eine Anschlußöffnung 1016a, welche in die Flüssigkeitsleitung mündet, und eine Anschlußöffnung 1016b, die auch in der Seitenwand 1012 s ausgebildet ist. Die Anschlußöffnungen 1014b und 1016b sind voneinander beabstandet angeordnet, wobei eine Öffnung 1018, die zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet ist, an der Anschlußöffnung 1016b ausgebildet ist. Ein Kranz 1020 bildet einen Ansatz um die Öffnung und erstreckt sich etwas über die Seitenwand 1012 s des Ventilkörpers hinaus. Das äußere Ende des Kranzes bildet eine Kante 1024.
Die Ventilanordnung 1010 weist einen Körper 1026 auf, in welchem ein Ventilsitz 1028 zur Bewegung bezüglich der Öffnung 1018 angebracht ist. Der Sitz 1028 bildet eine kreisförmige Platte, deren Durchmesser größer ist als derjenige der Öffnung 1018. Wenn das Ventil geschlossen ist, lagert eine Fläche 1028f des Ventilsitzes auf der Kante 1024. Wenn das Ventil offen ist, ist das Ventil von der Kante weggezogen. Der Ventilsitz weist einen einstückig mit ihm ausgebildeten Ventilschaft 1030 auf, der einen Umfangsansatz 1030 s umfaßt, welcher angrenzend an den Ventilsitz ausgebildet ist. Der Rest des Ventilschaftes weist einen gleichförmigen Durchmesser auf. Das Ende des Schaftes, das dem Ventilsitz gegenüberliegt, umfaßt eine zentral ausgebildete Tasche 1031, um eine Kugel 1033 zu tragen, deren Durchmesser kleiner als derjenige des Ventilschaftes ist.
Der Körper 1026 weist eine sich in der Länge erstreckende zentrale Bohrung 1032 auf, die an einem Ende ausgebildet ist, und einen Umfangsansatz 1034, der an seinem Ende ausgebildet ist, das an den Ventilkörper 1012 anstößt. Das Ventil weist einen vorspringenden Umfangsansatz 1036 auf. Eine Platte 1040 weist einen derartigen Durchmesser auf, daß die Platte in die von dem Ansatz 1034 und der Seite 1012s des Ventilkörpers definierte Kammer paßt. Der Schaft 1030 paßt durch eine zentrale Öffnung 1042 in der Platte. Der Durchmesser der Öffnung ist kleiner als derjenige des Ventilsitzes, und der Ventilsitz wird in dem von dem Ventilkörper und dem Körper 1026 ausgebildeten Hohlraum gehalten. Die Bohrung 1032 weist einen Abschnitt 1032a mit verkleinertem Durchmesser auf. Dieser Durchmesser ist größer als derjenige des Ventilschaftes 1030 und definiert eine Wand 1044 in dem Körper 1026. Eine Vorspannfeder 1046 weist ein Ende auf, das gegen diese Wand lagert.
Eine hohle, zylindrische Hülse 1048 erstreckt sich im wesentlichen über die Länge der durch Wand 1044 und Platte 1040 gebildeten Kammer. Das Ende der Hülse 1048, das an die Platte 1040 anstößt, weist einen abgeflachten Bereich 1048a mit vergrößertem Durchmesser auf, dessen Unterseite einen erhöhten, halbkreisförmigen Umfangsansatz 1048b umfaßt, der gegen die Rückseite 1040b der Platte 1040 stößt. Die Außenfläche der Hülse 1048 weist einen gleichförmigen Durchmesser auf, und die Feder 1046 ist paßt um die Hülse. Das andere Ende der Feder lagert gegen den Hülsenbereich 1048a, um die Hülse gegen die Platte 1040 zu pressen. Der Innendurchmesser der Hülse 1048 ist abgestuft und umfaßt einen ersten Durchmesserabschnitt 1048c an dem Ende der Hülse, das an die Platte 1040 anstößt, einen anstoßenden Abschnitt 1048d mit vergrößertem Durchmesser und einen Abschnitt 1048e mit noch mehr vergrößertem Durchmesser. Ein Stiel 1049 weist einen Abschnitt 1049a auf, dessen Durchmesser demjenigen des Hülsenabschnitts 1048c entspricht, damit dieses Ende des Stiels in dem Abschnitt 1048c aufgenommen werden kann. Eine Außenfläche 1049f des Stiels ist in Kontakt mit der Kugel 1033. Das gegenüberliegende Ende des Stiels bildet einen Abschnitt 1049b mit vergrößertem Durchmesser, der auf dem an der Verbindungsstelle zwischen den Hülsenabschnitten 1048d und 1048e ausgebildeten Ansatz ruht. Ein Ende einer Feder 1051 lagert gegen eine Fläche des Stielabschnitts 1049b und das andere Ende lagert gegen einen an der Verbindungsstelle zwischen den Hülsenabschnitten 1048c und 1 048d ausgebildeten Ansatz. Die Feder drückt den Stiel 1049 in die entgegengesetzte Richtung zu derjenigen, in welche die Feder 1046 die Hülse 1048 drückt. Eine Fläche 1049f des Stiels berührt die Kugel 1033, wodurch sie die Fläche 1028f des Ventilsitzes 1028 zwingt, die Kante 1024 zu berühren, was das Ventil schließt. Die Feder 1051 trägt den Stiel 1049, um ein Gewindespiel zu verhindern.
Eine Dichtung 1041 ist zwischen dem Ansatz 1034 und dem Ventilkörper 1012 eingefügt. Die Platte 1040 weist eine abgestufte Außenfläche 1043 auf, wobei es eine schrittweise Erhöhung der Dicke der Platte von dem an die zentrale Öffnung 1042 in der Platte angrenzenden Bereich nach außen zu dem Außenrand der Platte hin gibt. Ein Blasebalg 1047 (siehe Abb. 17 und 19) ist zwischen den Sitz 1028 und die Platte 1040 eingefügt. Die Funktion des Blasebalgs ist ähnlich derjenigen, die von dem Diaphragma 647 in der zuvor beschriebenen Ausführung erfüllt wird, wobei Bewegungen des Blasebalgs auftreten, wenn der Ventilsitz 1028 axial von der Kante 1024 weg bewegt wird.
Eine Antriebsvorrichtung 1050 führt das Öffnen und Schließen des Ventils durch und umfaßt einen Elektromagneten 1052 mit einer ringförmigen Spule 1054 und einem Polstück 1056. Die Spule weist einen zentralen Kern 1058 auf, in welchem sich das Polstück bewegt, wobei das Polstück einen mittleren Bereich mit gleichförmigem Durchmesser und Endbereiche 1056a, 1056b mit verkleinertem Durchmesser aufweist. Die Bohrung 1032 weist einen Bereich 1032b mit vergrößertem Durchmesser an dem oberen Ende des Körpers 1026 auf und der Endbereich 1056a erstreckt sich durch diesen Bereich des Körpers, durch den Bereich 1032a der Bohrung und in ein offenes Ende der Hülse 1048. Wenn die Spule mit einer geeigneten elektrischen Eingabe versorgt wird, wird das Polstück mit dem resultierenden elektromagnetischen Feld unter Spannung gesetzt. Ein Umfangsansatz 1026 s ist auf der Außenfläche des Körpers 1026 ausgebildet. An dem gegenüberliegenden Ende des Körpers befindet sich ein ringförmiger Flansch 1026f, der sich um das obere Ende der Bohrung 1032 erstreckt. Die Spule weist ein Ende auf, das gegen das obere Ende des Körpers 1026 lagert. Ein Blechbehälter 1075 ist mit offenem Ende ausgebildet, paßt über die Außenseite des Körpers 1026 und ruht auf dem Ansatz 1026 s. Das Ende 1075e des Blechbehälters weist eine zentrale Öffnung 1075c auf, durch welche sich das Ende 1056b des Polstücks erstreckt.
Eine Vorrichtung 1076 setzt die Bewegung des Ventilschaftes 1030 in die axiale Bewegung des Ventilsitzes weg von der Kante 1024 um. Dies öffnet den Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Ventileinlaß und dem Ventilauslaß. Diese Vorrichtung umfaßt einen Plunger 1078, der auf dem Ende 1056b des Polstücks lagert. Der Plunger 1078 paßt sich in eine Haube 1080 der Ventilanordnung ein, welche eine Abdeckung 1082 aufweist, die den Plunger umschließt. Eine in dem Plunger ausgebildete ringförmige Rille 1084, berührt das Polstück. Federn 1086a, 1086b sind in der Haube auf gegenüberliegenden Seiten des Plungers angebracht und jede Feder umfaßt einen zugeordneten Sitz 1088a, 1088b. Ein Ende der Federn paßt sich in die Rille 1084 ein, wodurch der Plunger in eine Richtung gedrückt wird, die senkrecht zu der Längsachse des Ventils und des Polstücks 1056 liegt Der an die Spule angelegte Strom erzeugt eine Kraft, die den Plunger seitlich bewegt, wobei diese Bewegung durch jeweilige Stoppvorrichtungen 1090a, 1090b gesteuert wird, die in einem Träger 1092 angebracht sind. Die Stoppvorrichtungen sind in Öffnungen 1094 aufgenommen und einstellbar, um das Ausmaß, bis zu welchem sich der Plunger bewegen kann, zu steuern. Eine Stellschraube 1096 des Plungers variiert die effektive Länge eines Hebelarms, der aus dem Ventilschaft, dem Polstück und dem Plunger besteht.
Was beschrieben wurde, ist ein Steuerventil und eine Ventilanordnung zur Verwendung in Steuersystemen für den Flüssigkeitsfluß. Das Steuerventil setzt ein einzigartiges Betriebskonzept ein, um einen hohen Auflösungsgrad zu erzielen, ohne den Kraftaufwand einsetzen zu müssen, der von konventionellen Steuerventilen aufgebracht werden muß, um einen vergleichbaren Auflösungsgrad zu erreichen. Das Ventil ist ein Drehventil, das arbeitet, indem es zum Öffnen der Öffnung einen Ventilsitz schwenkend bewegt. Dies wird anstelle der linearen Bewegung des Ventilsitzes bezüglich der Öffnung durchgeführt. Der Ventilsitz ist an einem Ventilschaft befestigt, der als Teil eines Hebelarms dient. Eine Kraft wird an dem Ende des Hebelarms ausgeübt, das von dem Ventilsitz entfernt liegt, so daß eine wesentlich geringere Kraft erforderlich ist, um die Bewegung des Sitzes zu erreichen, als bei konventionellen Steuerventilen erforderlich ist. Das Drehsteuerventil der Erfindung weist eine dreizehn mal größere Auflösung auf, als diejenige, die mit konventionellen Steuerventilen erreichbar ist. Dieser höhere Auflösungsgrad wird erzielt, indem eine seitliche Kraft auf den Hebelarm mit einem erheblichen Abstand von dem Ventilsitz ausgeübt wird. Als Folge verbraucht das Steuerventil weniger Energie als ein vergleichbares konventionelles Ventil. Zusätzlich zu einem sicheren Betrieb kann das Drehsteuerventil auch eine kleinere Größe aufweisen, ist es mit einer Vielfalt von verschiedenen Stellantrieben einsetzbar, weist es neben seiner verbesserten Auflösung eine verbesserte Absperrfähigkeit auf, ist es weniger empfindlich gegenüber Druckveränderungen und weist es eine relativ einfache Umstellung zwischen den normalerweise geschlossenen und normalerweise offenen Betrieb auf. Ferner kann ein Elektromagnet, der eingesetzt wird, um die Bewegung des Ventilelementes durchzuführen, axial mit einem Plunger ausgerichtet werden, der einen Teil eines Hebelarms bildet, der für die Bewegung des Ventilelementes eingesetzt wird. Oder der Elektromagnet kann senkrecht zu oder seitlich an dem Plunger angebracht sein. Verschiedene Arten von Ventilbauweisen sind beschrieben, die Federn, Blasebälge und reibungsfreie Lager einsetzen, um die Bewegung eines Ventilsitzes bezüglich einer Öffnung zu erzeugen.
Zusätzlich zu den beschriebenen verschiedenen Ausführungen, bei welchen ein Ventilelement direkt auf einem Ventilsitz oder einer Kante schwenkt, ist auch eine Ventilanordnung zum Einsatz bei ultrareinen Herstellungsbedingungen dargelegt. In dieser Ausführung findet der Schwenkvorgang von der Öffnung entfernt liegend statt, die von dem Ventilelement geöffnet und geschlossen wird. Dies geschieht, um den Verschleiß zu verringern und die Erzeugung von Partikeln mit einer Größe unter Mikrometer zu verhindern, welche sonst das Verfahren verunreinigen könnten.
Im Hinblick auf die vorausgehende Ausführung ist zu sehen, daß die verschiedenen Ziele der Erfindung erreicht und andere vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden.
Da verschiedene Änderungen an den oben beschriebenen Bauweisen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Ansprüche zu verlassen, ist beabsichtigt, daß alle in der oben gegebenen Beschreibung oder in den anliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungen als illustrativ und nicht in einem begrenzenden Sinn interpretiert werden.

Claims

1. Ventilanordnung (10; 210; 410, 610; 1010) zur Verwendung in einem Flüssigkeitsfließsystem (S) mit:

einem Ventilkörper (12; 212; 412; 612; 1012) mit einem Einlaß (14; 214; 414; 614; 1014), einem Auslaß (16; 216; 416; 616; 1016) und einer Öffnung (18; 218; 418; 618; 1018), welche zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet ist, wobei die Öffnung eine Kante (24; 224; 424; 624; 1024) definiert;

einem Ventilsitz (28; 228; 428; 628; 1028), welcher zur Bewegung bezüglich der Öffnung angebracht ist, wobei der Ventilsitz zwischen einer ersten und Ventilverschlußposition, in welcher der Ventilsitz auf der Kante ruht, und einer zweiten und Ventilöffnungsposition beweglich angeordnet ist;

einem Ventilschaft (30; 230; 430; 630; 1030) mit einem ersten Ende (30a; 230a; 430a) und einem zweiten Ende (30b; 230b; 430b), wobei an einem der Enden der Ventilsitz damit verbunden ist;

Vorrichtungen (46; 246; 446; 646; 1046), welche den Ventilsitz zu einer der ersten und zweiten Position hin vorspannen;

Vorrichtungen (50; 250; 450; 650; 1050), um den Ventilschaft durch Anwendung von Antriebskräften darauf zu bewegen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bewegung des Ventilschaftes derart wirkt, daß sie die Antriebskräfte auf eine Hebelarmvorrichtung senkrecht zu der Achse des Ventilsitzes ausübt, um eine Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung um eine quer zu der Achse des Ventilsitzes liegende Achse zu bewirken, und dadurch, daß die Ventilanordnung ferner aufweist:

Vorrichtungen, welche die Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung in eine Bewegung des Ventilsitzes bezüglich der Öffnung umsetzen, um einen Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß durch die Öffnung zu öffnen;

Vorrichtungen (90a, 90b; 290a, 290b; 490a, 490b; 690a, 690b: 1090a, 1090b), welche das Ausmaß der Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung steuern, um das Ausmaß der Bewegung des Ventilsitzes bezüglich der Öffnung zu steuern; und Vorrichtungen, welche die Hebelarmvorrichtung zentrieren, wobei sich der Ventilsitz in seiner Ventilverschlußposition befindet, wenn die Hebelarmvorrichtung zentriert ist, wobei die Steuervorrichtungen Stoppvorrichtungen (90a, 90b; 290a, 290b; 490a, 490b; 690a, 690b; 1090a, 1090b) umfassen, um die Bewegung der Hebelarmvorrichtung zu begrenzen, und wobei die Zentriervorrichtungen Federvorrichtungen (86a, 86b; 286a, 286b; 486a, 486b; 686a, 686b; 1086a, 1086b) aufweisen, welche die Hebelarmvorrichtung zu einer zentrierten Ventilverschlußposition hin drücken.

2. Ventilanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannvorrichtung eine Vorspannfeder aufweist, welche derart wirkt, daß sie den Ventilsitz in seine Verschlußposition preßt.

3. Ventilanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (28; 228; 428) schwenkbar um die Öffnungskante (24; 224; 424) angeordnet ist, um einen Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zu öffnen und zu schließen.

4. Ventilanordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (28; 228; 428) einstückig mit dem Schaft (30; 230; 430) ausgebildet ist, wobei der Schaft eine Komponente der Hebelarmvorrichtung bildet.

5. Ventilanordnung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Vorrichtung zur Einstellung der Länge der Hebelarmvorrichtung umfaßt, um die auf den Ventilsitz (28; 428) ausgeübte Kraft zu variieren.

6. Ventilanordnung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (50; 450) Vorrichtungen umfaßt, an welche ein elektrischer Strom angelegt wird, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, und ein Polstück (56; 256), das in Reaktion auf die elektromotorische Kraft schwenkbar ist.

7. Ventilanordnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einstellung der Länge der Hebelarmvorrichtung einen Plunger (78; 478) umfaßt, der mit einem Ende des Polstückes (56; 456) verbunden ist, und eine Stellschraube (96; 496), die mit dem Plunger verbunden ist.

8. Ventilanordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelarmvorrichtung den Ventilschaft (30; 230), den Plunger (78; 478) und das Polstück (56; 456) aufweist.

9. Ventilanordnung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (250) eine Spule (254) umfaßt, an welche ein elektrischer Strom angelegt wird, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, und ein Polstück (256), welches in der Spule angeordnet ist, und wobei die Hebelarmvorrichtung einen parallel zu dem Polstück (256) liegenden Plunger (278) umfaßt und der Ventilschaft (230) zur Schwenkbewegung mit dem Plunger (278) damit verbunden ist.

10. Ventilanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (628; 1028) axial beweglich angeordnet ist, um einen Flüssigkeitsfließweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zu öffnen und zu verschließen, wobei der Ventilschaft (630; 1030) einstückig mit dem Ventilsitz ausgebildet ist, und wobei die Ventilanordnung ein Kugelelement (633; 1033) zwischen dem Ventilschaft und der Hebelarmvorrichtung und ein Diaphragma (647; 1047) umfaßt, das die Hebelarmvorrichtung gegen die durch die Ventilanordnung fließende Flüssigkeit isoliert.

11. Ventilanordnung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tasche in dem Ventilschaft (630; 1030) gebildet und das Kugelelement (633; 1022) in der Tasche angeordnet ist.

12. Ventilanordnung gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelarmvorrichtung ein flaches Ende aufweist, welches sich in Kontakt mit dem Kugelelement (633; 1033) befindet.

13. Ventilanordnung gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Vorrichtung zur Einstellung der Länge der Hebelarmvorrichtung umfaßt, um die auf den Ventilsitz (628; 1028) ausgeübte Kraft zu variieren.

14. Ventilanordnung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung Vorrichtungen umfaßt, an welche ein elektrischer Strom angelegt wird, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, und ein Polstück (656; 1056), das in Reaktion auf die elektromotorische Kraft schwenkbar ist.

15. Ventilanordnung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einstellung der Länge der Hebelarmvorrichtung einen Plunger (678; 1078) umfaßt, der mit einem Ende des Polstückes (656; 1056) verbunden ist, und eine Stellschraube (696; 1096), die an dem Plunger befestigt ist.

16. Ventilanordnung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (50) ein Elektromagnet (52) ist.

17. Ventilanordnung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (50') ein piezoelektrischer Registerstapel (62) ist.

18. Ventilanordnung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (50") eine dynamoelektrische Maschine (66) ist.

19. Ventilanordnung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (50"') ein magnetorestriktiver Werkstoff (72) ist.

20. Verfahren zum Betrieb einer Ventilanordnung, wobei die Ventilanordnung aufweist:

einen Ventilkörper (12; 212; 412; 612; 1012) mit einem Flüssigkeitseinlaß (14; 214; 414; 614; 1014), einem Flüssigkeitsauslaß (16; 216; 416; 616; 1016) und einer Öffnung (18; 218; 418; 618; 1018), welche den darin gebildeten Einlaß und Auslaß miteinander verbindet;

einen Ventilschaft (30; 230; 430; 630; 1030) mit einem Ventilsitz (28; 228; 428; 628; 1028), der bezüglich der Öffnung beweglich angeordnet ist, um die Öffnung zu öffnen und zu schließen; und

eine Hebelarmvorrichtung zur Bewegung des Ventilsitzes (28; 228; 428; 628; 1028) bezüglich der Öffnung (18; 218; 418; 618; 1018);

wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

Ausübung einer Ventilantriebskraft auf die Hebelarmvorrichtung, um die Hebelarmvorrichtung um eine senkrecht zu der Achse des Ventilsitzes liegende Achse zu schwenken, wobei jegliche Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung in eine Bewegung des Ventilsitzes an der Öffnung umgesetzt wird, um die Öffnung zu öffnen;

Steuerung des Ausmaßes der Schwenkbewegung der Hebelarmvorrichtung, um dadurch das Ausmaß der Bewegung des Ventilsitzes bezüglich der Öffnung zu steuern;

Zentrieren der Hebelarmvorrichtung einschließlich des Drückens der Hebelarmvorrichtung zu einer zentrierten Ventilverschlußposition hin, wobei sich der Ventilsitz in seiner Ventilverschlußposition befindet, wenn die Hebelarmvorrichtung zentriert ist; und

Begrenzung der Bewegung der Hebelarmvorrichtung.

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, gekennzeichnet durch die Ausübung der Antriebskraft auf die Hebelarmvorrichtung an einer Stelle, welche von dem Ventilsitz entfernt liegt.

22. Verfahren gemäß Anspruch 20, gekennzeichnet durch die Einstellung der Länge der Hebelarmvorrichtung, um die auf die Hebelarmvorrichtung ausgeübte Kraft zur Durchführung der Schwenkbewegung zu variieren.

23. Verfahren gemäß Anspruch 20, gekennzeichnet durch das Vorspannen des Ventilsitzes zum Schließen der Öffnung.

24. Verfahren gemäß Anspruch 20, gekennzeichnet durch das Schwenken des Ventilschaftes (30; 230; 430) und -sitzes (28; 228; 428) mit der Hebelarmvorrichtung.

25. Verfahren gemäß Anspruch 20, gekennzeichnet durch die axiale Bewegung des Ventilschaftes (630; 830; 1030) und -sitzes (628; 1028) in Reaktion auf das Schwenken der Hebelarmvorrichtung.