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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Rohrverbindungen nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Rohrverbindungen
mit ersten und zweiten Verbindungselementen, die jeweils einen eine
Dichtung haltenden ringförmigen
Steg an ihren aneinanderstoßenden
Endflächen
und eine ringförmige
Dichtung, welche zwischen den beiden Verbindungselementen angeordnet
ist, aufweisen, sind bekannt. Herkömmliche Rohrverbindungen sind
generell derart ausgebildet, daß der
Fließkanal
jedes Verbindungselementes orthogonal zu der aneinanderstoßenden Endfläche ist.
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Zum
Einsatz bei der Herstellung von Halbleiterausrüstungen oder ähnlichem
haben wir eine Fluidsteuervorrichtung 4 vorgeschlagen,
welche eine Mengendurchflußsteuerung 3 und
Absperr-Öffnungs-Vorrichtungen 1, 2 umfassen,
die jeweils wie in 7 gezeigt an der linken Seite
und der rechten Seite der Mengendurchflußsteuerung 3 vorgesehen
sind. Jede der Absperr-Öffnungs-Vorrichtungen 1, 2 umfaßt eine
Vielzahl von Ventilen 6, 7 (8, 9, 10),
die jeweils einen Einlaß und
einen Auslaß an
ihrer Unterseite aufweisen, und ein Ventilgehäuse 28 (29),
an dem die Ventile 6, 7 (8, 9, 10)
von oben in einer Richtung abnehmbar angeordnet sind. Das Ventilgehäuse 28 (29)
umfaßt
ein Einlaßkanal-Ausbildungselement 30 (34)
mit einem Kanal in Verbindung mit dem Einlaß des Ventils 6 (8),
welches an dessen einen Ende angeordnet ist, ein oder eine Vielzahl von
Verbindungskanal-Bildungselementen 31 (36, 38)
mit einem Kanal, um den Auslaß eines
der Ventile 6 (8, 9) mit dem benachbart
dazu liegenden Einlaß des
Ventils 7 (9, 10) zu verbinden, und ein
Ausfließkanal-Bildungselement 33 (39)
mit einem Kanal, der mit dem Auslaß des Ventils 7 (10)
verbunden ist, das an dem anderen Ende des Gehäuses (siehe japanische Patentanmeldung
Nr. 278473/1997) angeordnet ist.
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Mit
der Bezugsziffer 5 (11) in der Zeichnung ist ein
Absperrventil bezeichnet, das einen linken Ventilkörper 22 (25),
welcher Verbindungsbereiche 40, 41 (60, 61)
aufweist, einen zentralen Ventilkörper 23 (26)
und einen rechten Ventilkörper 24 (27)
umfaßt.
Mit der Bezugsziffer 32 (35, 37) ist
ein Unterkanal-Bildungselement bezeichnet, welches ein Verbindungshalteelement 47 (51, 53)
und einen Verbindungsbereich 48 (52, 54)
umfaßt.
Die Mengendurchflußsteuerung 3 hat
rechtwinklige, parallelepipedale Nebenanschlüsse 49, 50,
die an ihrem unteren Ende vorgesehen und jeweils mit einem Kanal
mit einer nach unten gerichteten Öffnung ausgebildet sind. Jedes
Schaltventil 6 (7, 8, 9, 10)
umfaßt
einen Ventilkörper 12 (14, 16, 18, 20)
und einen Aktuator 13 (15, 17, 19, 21),
welcher von oben an den Ventilkörper
montiert ist, um zweckmäßig einen
Kanal in Richtung des Ventilkörpers 12 (14, 16, 18, 20)
abzuschließen
oder zu öffnen.
Flansche 12a, 14a, 16a, 18a, 20a,
welche an den unteren Enden der jeweiligen Ventilkörper 12, 14, 16, 18, 20 vorgesehen
und von oben gesehen rechtwinklig sind, sind mit dem Ventilgehäuse 28 oder 29 über von
oben eingeschraubte Schrauben (nicht dargestellt) verbunden.
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In
jeder Absperr-Öffnungs-Vorrichtung 1 (2)
kann das Kanalbildungselement 30 (38) eine Vielzahl
miteinander verbundener Elemente 42, 43, 44, 45, 46 (55, 56, 57, 58, 59)
umfassen, um einen U-förmigen
Kanal zu erhalten. Des weiteren kann das Kanalbildungselement 31 (33, 34, 36, 39)
auch nur aus einem blockartigen Verbindungselement mit einem V-förmigen Kanal 31a (33a, 34a, 36a, 39a)
bestehen. Die blockartigen Verbindungselemente 31, 33, 34, 36, 39 haben
dann den Vorteil, bezüglich
der Anzahl von Komponenten verringert zu sein und einfach mittels
eines Erhitzers erwärmt
zu werden.
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Die
US-A-5,505,464 offenbart einen Minimal-Totvolumen-Formstück, welches
zwei verbindbare rohrförmige
Elemente, die jeweils eine ringförmige
Endausbildung aufweisen, und eine Dichtung, die zwischen den Endausbildungen
angeordnet ist, umfaßt.
In der vollständig
angezogenen Stellung fluchtet die innere ringförmige Oberfläche der
Dichtung mit der Innenfläche
der rohrförmigen
Elemente.
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Das
aus der EP-A-0 859 155 bekannte Fluidsteuersystem faßt Verbindungselemente
mit ringförmigen Dichtungen
und jeweiligen die Dichtung haltenden ringförmigen Stegen. Die ringförmige Dichtung
ist zwischen zwei Verbindungselementen eingesetzt. Mindestens eines
dieser Verbindungselemente beinhaltet einen Fluidkanal mit einem Öffnungsdurchgang
orthogonal zu ihrer anliegenden Endfläche. Der Öffnungsdurchgang ist mit einem
geneigten Hauptdurchgang verbunden. Der Durchmesser des Öffnungsdurchgangs
ist gleich dem Innendurchmesser des ringförmigen Stegs.
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Die
bekannten Rohrverbindungen haben das Problem, daß der innere Umfangsbereich
der Dichtung Falten bildet, wenn die Verbindung angezogen wird.
Insbesondere tritt eine Spannungskonzentration an den einander gegenüberliegenden
Endflächen
der Dichtung in ihrem Umfangsbereich auf, wenn die Rohrverbindung
angezogen wird, mit dem Ergebnis, daß, selbst wenn die Verbindung
korrekt angezogen worden ist, Falten gebildet werden. Wenn die Falten
erzeugt worden sind, ermöglichen
sie die Ablagerung von Schmutz, was zu Problemen bezüglich des
Einsatzes der Verbindung in der Halbleiterherstellungsausrüstung oder ähnlichem führt, welche
einen sehr hohen Grad an Reinheit benötigt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rohrverbindung bereitzustellen,
welche nicht den Nachteil hat, daß die Dichtung Falten bildet,
wenn die Verbindung angezogen wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß in
einer vollständig
angezogenen Stellung die Dichtung einen Innendurchmesser aufweist,
der kleiner ist als der Durchmesser des Öffnungsdurchgangs, und daß die die
Dichtung haltenden kreisförmigen
Stege an ihrem radialen Mittelbereich mit der Dichtung in Berührung sind,
so daß der
innere Umfangsbereich der Dichtung frei von Spannungskonzentrationen
ist und daher keine Falten entwickelt.
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Die
ersten und zweiten Verbindungselemente können jeweils geneigte Hauptdurchgänge aufweisen, welche
im wesentlichen axial ausgerichtet sind. Alternativ kann eines der
ersten und zweiten Verbindungselemente einen Hauptdurchgang aufweisen,
welcher orthogonal zu der anliegenden Endfläche ausgerichtet ist, und ein
geneigter Hauptdurchgang in dem anderen Verbindungselement ausgebildet
ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 beinhaltet Schnittdarstellungen, die
eine erfindungsgemäße Rohrverbindung
zeigen;
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2 beinhaltet Schnittdarstellungen, die
eine Rohrverbindung zum Vergleich darstellen;
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3 ist
eine Schnittdarstellung, die eine andere Rohrverbindung zum Vergleich
darstellt;
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4 ist
eine perspektivische Darstellung, die ein Schaltventil zeigt;
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5 ist
eine Draufsicht, die eine Fluidsteuervorrichtung mit einem Schaltventil
gemäß der 4 zeigt;
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6 ist
eine Schnittdarstellung entlang der Linie VI-VI gemäß der 5;
und
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7 ist
eine schematische Darstellung, die eine Fluidsteuervorrichtung zeigt,
in welcher eine erfindungsgemäße Rohrleitung
eingesetzt ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen
unten beschrieben.
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In
der 1 zeigen die Schnittdarstellungen
(a) und (b) eine erfindungsgemäße Rohrverbindung; Schnittdarstellung
(a) ist eine vergrößerte Schnittdarstellung
der aneinanderstoßenden
Bereiche des Ventilkörpers 12 des
ersten Schaltventils, des Ventilkörpers 14 des zweiten
Schaltventils und des Verbindungskanal-Bildungselements 31,
welche in 7 gezeigt sind, und die Schnittdarstellung
(b) ist eine Schnittdarstellung, die die aneinanderstoßenden Bereiche
des Ventilkörpers 12 des
ersten Schaltventils und des Verbindungskanal-Bildungselementes 31 vergrößert darstellt.
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Der
Ventilkörper 12 des
ersten Schaltventils und das Verbindungskanal-Bildungselement 31 sind
in ihren aneinanderstoßenden
Endflächen
jeweils mit Vertiefungen 69, 70 ausgebildet, die
im Schnitt kreisförmig sind.
An dem Boden jedes vertieften Bereichs 69 (70)
ist ein zylindrischer Vorsprung 71 (72) vorgesehen,
der einen eine Dichtung haltenden ringförmigen Steg 71a (72a)
an seinem äußeren Ende
aufweist. Zwischen den beiden Elementen 12, 31 ist
eine ringförmige
Dichtung 73 ausgebildet, welche durch eine Aufnahme 74 gehalten
wird, die an die Außenfläche des
zylindrischen Vorsprungs 72 des Kanal-Bildungselements 31 angebracht ist.
Die aneinanderstoßenden
Bereiche des Ventilkörpers 14 des
zweiten Schaltventils und das Kanalbildungselement 31 sind
auch auf die exakt gleiche wie oben beschriebene Weise ausgebildet.
Der V-förmige
Kanal 31a des Kanalbildungselements wird durch Querbohrungen
des Elementes 31 in zwei Öffnungsabschnitten ausgebildet
und bewirkt, daß die
Bohrungen miteinander auf eine aneinanderstoßende Weise in einer Position, die
dem unteren Ende des Kanals 31a entspricht, miteinander
verbunden sind.
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Die
Ausbildung der aneinanderstoßenden
Bereiche des Ventilkörpers
(hiernach als „erstes
Verbindungselement" bezeichnet) 12 des
ersten Schaltventils und das Verbindungskanal-Bildungselement (hiernach als „zweites
Verbindungselement" bezeichnet) 31 werden
unten beschrieben.
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Der
Fluidkanal 75 (76) der jeweiligen ersten und zweiten
Verbindungselemente 12, 31 umfaßt einen kurzen Öffnungsdurchgang 75a (76a),
welcher durch die innere Begrenzungsfläche des zylindrischen Vorsprunges 71 (72)
definiert ist und orthogonal zu der anstoßenden Endfläche ausgerichtet
ist, und einen geneigten Hauptdurchgang 75b (76b),
welcher mit dem Durchgang 75a (76a) verbunden
ist, umfaßt.
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Der Öffnungsdurchgang 75a (76a)
hat einen Durchmesser, der gleich dem Innendurchmesser des die Dichtung
haltenden ringförmigen
Steges 71a (72a) ist. Die Dichtung 73 hat
einen Innendurchmesser, der kleiner als der Durchmesser des Öffnungsdurchgangs 75a (76a)
ist. Der Hauptdurchgang 75b (76b) hat einen Maximaldurchmesser,
der dem Durchmesser des Öffnungsdurchgangs 75a (76a)
entspricht.
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Zum
Vergleich zeigen die Schnittdarstellungen (a) und (b) in der 2 ein Verbindungsrohr (Vergleichsbeispiel
1), das erste und zweite Verbindungselemente 12, 31 umfaßt, welche
mit den jeweiligen Fluidkanälen 85, 86 und
einer Dichtung 83 ausgebildet sind. Jeder Fluidkanal 85 (86)
umfaßt
einen Öffnungsdurchgang 85a (86a)
und einen geneigten Hauptdurchgang 85b (86b),
welcher mit dem Durchgang 85a (86a) verbunden
ist. Die Durchgangsöffnungen 85a, 86a haben
einen Durchmesser, der gleich dem Innendurchmesser der Dichtung 83 ist.
Die die Dichtung haltenden ringförmigen
Stege 81a, 82a haben einen Innendurchmesser, der
größer als
der Innendurchmesser der Dichtung 83 ist.
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Für den weiteren
Vergleich zeigt die 3 eine Rohrverbindung (Vergleichsbeispiel
2), in der die Öffnungsdurchgänge 95a, 96a einen
Durchmesser haben, der gleich dem Durchmesser der Öffnungsdurchgänge 75a, 76a der
erfindungsgemäßen Rohrverbindung
und auch gleich dem Innendurchmesser der Dichtung 93 und
dem Innendurchmesser der die Dichtung haltenden Stege 91a, 92a ist.
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Tabelle
1 zeigt die Ergebnisse, welche während
des Vergleiches der erfindungsgemäßen, in 1 gezeigten
Rohrverbindung mit den in den 2 und 3 jeweils
gezeigten Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhalten wurden.
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Die
Tabelle offenbart, daß verglichen
mit den Hauptdurchgängen 85b, 86b des
Vergleichsbeispiels 1, welche einen Durchmesser von 2.5 mm haben,
die Hauptdurchgänge 75b, 76b der
erfindungsgemäßen Rohrverbindung
einen vergrößerten Durchmesser
von 3.3 mm aufweisen, d.h. eine Steigerung um das 1,74-fache des
vorherigen Kanals im Bereich des Kanalquerschnitts, um eine gesteigerte
Flußrate
zu gewährleisten.
Zwar ist die Rohrverbindung des Vergleichsbeispiels 2 mit dem der
Erfindung im Hinblick der vergrößerten Flußrate vergleichbar,
jedoch weist die vergleichbare Verbindung das Problem auf, daß der innere
Umfangsbereich der Dichtung 93 Falten bildet, wenn die
Verbindung angezogen wird. Genauer gesagt tritt eine Span nungskonzentration
auf den einander gegenüberliegenden
Endflächen
der Dichtung 93 an ihrem inneren Umfangsbereich auf, wenn
die Rohrverbindung angezogen wird, mit dem Ergebnis, daß, selbst
wenn die Verbindung exakt angezogen wird, Falten gebildet werden.
Wenn die Falten erzeugt sind, ermöglichen sie, daß sich Schmutz
ablagert, was zu Problemen bei dem Einsatz der Verbindung in der
Halbleiterherstellungsausstattung oder ähnlichem führt, welche einen sehr hohen
Grad an Reinheit erfordert. In der erfindungsgemäßen Verbindung berühren sich
die kreisförmigen
Stege 71a, 72a mit der Dichtung 73 an
ihrem radialen Mittelbereich, so daß der innere Umfangsbereich
der Verbindung 73 frei von Spannungskonzentrationen ist
und daher keine Falten bildet.
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Da
die Hauptdurchgänge 75b, 76b einen
vergrößerten Durchmesser
aufweisen, ist die erfindungsgemäße Rohrverbindung
bezüglich
der Gasaustauschbarkeit verbessert. Als die Verbindung geprüft wurde,
indem zunächst
ein Prozeßgas
durch die Verbindung geleitet wurde und danach das Gas mit einem
Reinigungsgas ausgetauscht wurde, um die zur Auswechslung benötigte Zeit
zu messen, wurde die Verbindung als sehr geeignet bezüglich der
Gasaustauschbarkeit bewertet. Dies offenbart, daß die Erfindung eine verstärkte Fließrate bereitstellt,
ohne Nachteile wie das Auftreten von Falten in der Dichtung 73 mit
sich zu bringen.
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Die 4 bis 6 zeigen
eine bevorzugte Ausführungsform
des zweiten Schaltventils 7.
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Bezugnehmend
auf 5 ist ein erstes Schaltventil 6 an einem
Ventilgehäuse 28 befestigt,
indem Schrauben 100 in das Gehäuse durch die vier Ecken eines
Flansches 12a, der an dem unteren Ende eines Ventilkörpers 12 vorgesehen
und von oben betrachtet rechtwinklig ist, eingeschraubt werden.
Ein zweites Schaltventil 7 ist an dem Ventilgehäuse 28 befestigt,
indem Schrauben 100 in das Gehäuse durch die vier Ecken und
Mittelbereiche der einander gegenüberliegenden Seitenkantenbereiche
eines Flansches 14a, der an dem unteren Ende eines Ventilkörpers 14 vorgesehen
und von oben betrachtet rechtwinklig ist, eingeschraubt werden.
Wie in den 4 und 6 zu sehen,
hat der massive, zylindrische Ventilkörper 14 des zweiten
Schaltventils 7 eine äußere Umfangswand,
welche im Bereich 101 für
die Schrauben 100, die durch die Mittelbereiche der Seitenkanten
des Flansches 14a eingeschraubt werden, vertikale Schulterbohrungen aufweist.
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Der
Einsatz des derartig ausgebildeten zweiten Schaltventils 7 macht
es möglich,
den Durchmesser des Fließkanals
des Ventilkörpers 14 zu
vergrößern, ohne
die Größe des Ventilkörpers 14 zu
steigern, und eine erhöhte
Fließrate
zu erhalten, ohne die Fluidsteuervorrichtung mit großen Abmessungen
herzustellen. Des weiteren kann eine bereits bestehende Fluidsteuervorrichtung
modifiziert werden, um darin teilweise den oben genannten Aufbau
einer gesteigerten Flußrate
zu realisieren.
