KR102550368B1 - 음향 센서를 갖는 진공 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 음향 센서(10)를 갖는 진공 밸브(1')에 관한 것으로, 음향 센서(10)는 진공 밸브(1')의 적어도 하나의 구성 요소에 영향을 주는 측정 신호로서 구조-기인 음파를 통해 정보가 음향 센서(10)에 의해 생성될 수 있도록 설계된다.

Description

음향 센서를 갖는 진공 밸브
본 발명은 적어도 하나의 음향 센서를 갖는 센서 배열을 갖는 진공 밸브에 관한 것이다.
밸브 하우징에 형성된 개구를 통해 이어지는 유로(flow path)의 체적 또는 질량 흐름을 조절하기 위한 그리고/또는 본질적으로 가스-기밀 폐쇄를 위한 진공 밸브는 일반적으로 다양한 실시예에서 종래 기술로부터 알려져 있고 특히 오염 입자 없이 가능한 한 보호된 분위기에서 이루어져야 하는 IC, 반도체 또는 기판 생산 영역에서의 진공 챔버 시스템에서 사용된다. 이러한 진공 챔버 시스템은 특히 프로세싱되거나 생산될 반도체 요소 또는 기판을 수용하기 위해 제공되고 이를 통해 반도체 요소 또는 다른 기판이 진공 챔버로 그리고 진공 챔버로부터 안내될 수 있는 적어도 하나의 진공 챔버 개구를 갖는 적어도 하나의 배기 가능한 진공 챔버 및 진공 챔버를 배기시키기 위한 적어도 하나의 진공 펌프를 포함한다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼 또는 액정 기판을 위한 생산 플랜트에서, 고감도 반도체 또는 액정 요소는 프로세스 진공 챔버 내에 위치된 부품이 각각 프로세싱 디바이스에 의해 프로세싱되는 몇몇 프로세스 진공 챔버를 순차적으로 통과한다. 프로세스 진공 챔버 내에서의 머시닝 프로세스 동안 및 챔버로부터의 챔버로의 이송 동안, 고감도 반도체 요소 또는 기판은 언제나 보호된 분위기 - 특히 공기가 없는 환경에 있어야 한다.
이를 위해, 주변 밸브는 가스 입구 또는 출구를 개방 및 폐쇄하는 데 사용되고, 트랜스퍼 밸브는 부품을 삽입하고 제거하기 위해 진공 챔버의 트랜스퍼 개구를 개방 및 폐쇄하는 데 사용된다.
반도체 부품이 통과하는 진공 밸브는 설명되는 응용 영역 및 관련 치수로 인해 진공 트랜스퍼 밸브, 주로 직사각형 개구 단면으로 인해 직사각형 밸브 및 또한 그 정상 동작 모드로 인해 슬라이드 밸브, 직사각형 슬라이더 또는 트랜스퍼 슬라이드 밸브로 칭해진다.
주변 밸브는 특히 진공 챔버와 진공 펌프 또는 다른 진공 챔버 사이의 가스 흐름을 제어하거나 조절하는 데 사용된다. 예를 들어, 주변 밸브는 프로세스 진공 챔버 또는 트랜스퍼 챔버와 진공 펌프, 대기 또는 다른 프로세스 진공 챔버 사이의 파이프 시스템 내에 위치된다. 펌프 밸브로도 알려진 이러한 밸브의 개구 단면은 일반적으로 진공 트랜스퍼 밸브의 개구 단면보다 작다. 주변 밸브는 개구를 완전히 개방 및 폐쇄하는 데 사용될 뿐만 아니라 완전 개방 위치와 가스-기밀 폐쇄 위치 사이의 개구 단면을 연속적으로 조정함으로써 흐름을 제어 또는 조절하는 데 사용되기 때문에 응용에 따라 조절 밸브라고도 칭해진다. 가스 흐름을 제어 또는 조절하기 위한 가능한 주변 밸브는 펜듈럼(pendulum) 밸브이다.
통상적인 펜듈럼 밸브에서, 예를 들어 US 6,089,537(Olmsted)로부터 알려진 바와 같이, 제1 단계는 통상적으로 둥근 밸브 디스크를 개구를 해제하는 위치로부터 또한 통상적으로 둥근 개구를 통해 개구를 덮는 중간 위치로 회전시키는 것이다. 슬라이드 밸브의 경우에, 예를 들어, US 6,416,037(Geiser) 또는 US 6,056,266(Blecha)에 설명된 바와 같이, 밸브 디스크뿐만 아니라 개구는 통상적으로 직사각형이며 이러한 제1 단계에서 개구를 해제하는 위치로부터 개구를 덮는 중간 위치로 선형으로 푸시된다. 이러한 중간 위치에서, 펜듈럼 또는 슬라이드 밸브의 밸브 디스크는 개구를 둘러싸는 밸브 시트(seat)로부터 거리를 두고 위치된다. 제2 단계에서, 밸브 디스크와 밸브 시트 사이의 거리가 감소되어 밸브 디스크와 밸브 시트가 서로에 대해 균등하게 가압되고 개구는 본질적으로 가스-기밀하게 폐쇄된다. 이러한 제2 이동은 바람직하게는 밸브 시트에 실질적으로 수직인 방향으로 발생한다. 시일링(sealing)은, 예를 들어, 개구를 둘러싸는 밸브 시트 상에 가압되는 밸브 디스크의 폐쇄 측에 배열된 시일링 링을 통해, 또는 이에 대해 밸브 디스크의 폐쇄 측이 가압되는 밸브 시트 상의 시일링 링을 통해 발생할 수 있다. 2-단계 폐쇄 프로세스로 인해, 밸브 디스크와 밸브 시트 사이의 시일링 링은, 제2 단계에서 밸브 디스크의 이동이 본질적으로 밸브 시트에 수직인 직선으로 발생함에 따라, 시일링 링을 파괴할만한 거의 어떠한 전단력도 받지 않는다.
다양한 종래 기술의 시일링 디바이스는 예를 들어, US 6,629,682 B2(Duelli)로부터 알려져 있다. 진공 밸브에서 시일링 링 및 시일에 대한 적절한 재료는 예를 들어, FKM으로도 알려진 플루오로 고무, 특히 상표명 "Viton"으로 알려진 플루오로 엘라스토머 및 축약하여 FFKM인 퍼플루오로 고무이다.
종래 기술로부터, 상이한 구동 시스템이 예를 들어, 펜듈럼 밸브의 경우 US 6,089,537(Olmsted) 및 슬라이드 밸브의 경우 US 6,416,037(Geiser)로부터, 펜듈럼 밸브의 개구와 평행한 밸브 디스크의 회전 및 병진 이동과 슬라이드 밸브의 개구와 수직인 실질적으로 병진 이동의 조합을 달성하는 것으로 알려져 있다.
전체 압력 범위 내에서 필요한 가스 기밀성이 보장되고 과도한 압력 부하에 의해 야기되는, 시일링 매체, 특히 O-링 형태의 시일링 링에 대한 손상이 회피되는 방식으로 밸브 디스크가 밸브 시트에 대해 가압되어야 한다. 이를 보장하기 위해, 공지된 밸브는 2개의 밸브 디스크 측 사이에 존재하는 압력차에 따라 조절되는 밸브 디스크의 압력 조절을 제공한다. 특히 큰 압력 변동 또는 진공으로부터 과압으로 또는 그 반대로의 변경의 경우, 시일링 링의 전체 주위를 따라 균일한 힘 분포가 언제나 보장될 수는 없다. 일반적으로, 밸브에 가해지는 압력으로 인한 지지력으로부터 시일링 링을 커플링 해제하는 것이 목적이다. 예를 들어, US 6,629,682(Duelli)에서, 시일링 매체를 갖는 진공 밸브가 제안되며, 이는 시일링 링과 인접한 지지 링으로 구성되어, 시일링 링은 본질적으로 지지력이 없다.
가능한한 양압(positive pressure)과 음압(negative pressure) 모두에 필요한 가스 기밀성을 달성하기 위해, 일부 공지된 펜듈럼 밸브 또는 슬라이드 밸브는 제2 이동 단계에 추가로 또는 대안적으로 밸브 디스크에 수직으로 변위될 수 있고 개구를 둘러싸며 밸브 디스크 상에 가압되어 가스-기밀 방식으로 밸브를 폐쇄하는 밸브 링을 제공한다. 밸브 디스크에 대해 능동적으로 변위될 수 있는 밸브 링을 갖는 이러한 밸브는 예를 들어, DE 1 264 191 B1, DE 34 47 008 C2, US 3,145,969(von Zweck) 및 DE 77 31 993 U로부터 알려져 있다. US 5,577,707(Brida)는 개구를 갖는 밸브 하우징 및 개구를 통한 흐름을 제어하기 위해 개구에 걸쳐 평행하게 스위블링(swivelling)하는 밸브 디스크를 갖는 펜듈럼 밸브를 설명한다. 개구를 둘러싸는 밸브 링은 몇몇 스프링 및 압축된 공기 실린더에 의해 밸브 디스크 방향으로 수직으로 능동적으로 이동될 수 있다. 이러한 펜듈럼 밸브의 가능한 추가 개발이 US 2005/0067603 A1(Lucas 등)에 제안되어 있다.
앞서 언급된 밸브는 무엇보다도 진공 챔버에서 고감도 반도체 요소의 생산에 사용되기 때문에, 이러한 공정 챔버에 대해 대응하는 시일링 효과가 또한 신뢰성 있게 보장되어야 한다. 이를 위해, 압축 동안 시일링 재료 또는 시일링 재료와 접촉하는 시일링 표면의 상태가 특히 중요하다. 진공 밸브의 서비스 수명 동안, 시일링 재료 또는 시일링 표면의 마모가 통상적으로 발생할 수 있다.
가능한 누출을 피하거나 시일의 품질을 일정하게 충분히 높은 수준으로 유지하기 위해, 밸브 마개는 통상적으로 일정한 간격으로 교체될 수 있다. 이러한 유지 보수 사이클은 통상적으로 특정 기간 내에 예측되는 개방 및 폐쇄 사이클의 수에 의해 측정된다. 유지 보수는 통상적으로 누출 발생을 가능한 한 사전에 배제할 수 있도록 하기 위해 예방 조치로서 수행된다.
이러한 유지 보수 요건은 시일링 재료 또는 밸브 디스크에만 제한되지 않고, 특히 밸브 디스크에 대응하는 진공 밸브의 일부를 형성하는 구동 유닛 또는 밸브 시트와 같은 다른 밸브 구성 요소로 확장된다. 밸브 시트 측면 상의 시일링 표면의 구조, 예를 들어, 밸브 시트에 내장된 홈은 또한 기계적 응력에 의해 영향을 받는다. 따라서, 밸브 동작으로 인한 홈 또는 밸브 시트의 구조적 변화가 또한 시일에 영향을 줄 수 있다. 이것은 또한 적절한 유지 보수 간격으로 수행된다.
이러한 밸브 유지 보수의 단점은 예방 조치 특성이다. 유지 보수의 영향을 받는 부품은 통상적으로 정기적 또는 실제 수명이 다하기 전에 갱신하거나 교체된다. 이러한 각각의 유지 보수 단계는 통상적으로 생산 프로세스에 대한 특정 중단 시간과 증가된 기술 및 재정적 노력을 의미한다. 요컨대, 이는 필요한 것보다 짧고 어쨌든 필요한 것보다 더 빈번한 간격으로 생산이 중단되는 것을 의미한다.
또한, 밸브의 부품, 예를 들어, 구동 유닛은 통상적으로 정기 및 예방 조치의 유지 보수의 일부로서 교체되지 않거나 교체된다. 그러나, 이러한 구성 요소가 정기적으로 교체되더라도, 여전히 거의-새로운(quasi-new) 상태에서 외부 및 내부 영향에 노출되며, 이는 예를 들어, 밸브 제어 시스템에서 바람직하지 않은 변경으로 이어질 수 있다. 예를 들어, 이에 의해 야기된 밸브 마개에 대한 조정 이동의 편차는 더 이상 달성되지 않는 타겟 시일링 효과로 이어질 수 있다. 임의의 구조적 결함, 예를 들어, 균열이 또한 시일링 기능을 손상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 개선된 진공 밸브를 제공하는 목적에 기초하며, 이는 최적화된 밸브 유지 보수 및 그에 따른 개선, 즉, 임의의 프로세스 중단 시간의 감소를 가능하게 한다.
본 발명의 추가 목적은 프로세스 체적의 보다 신뢰성 있는 가스-기밀 시일링이 달성될 수 있고, 특히 시일링의 품질이 예측 및/또는 모니터링될 수 있는 밸브 시스템을 제공하는 것이다.
이들 목적은 독립 청구항의 특징적인 특징의 실현에 의해 해결된다. 대안적이거나 유리한 방식으로 본 발명을 추가로 발전시키는 특징은 종속 특허 청구항에서 찾을 수 있다.
본 발명에 따르면, 진공 밸브 및 음향 센서는 진공 밸브 또는 밸브의 적어도 일부의 상태를 모니터링 및/또는 검출하기 위해 조합이 사용될 수 있는 방식으로 조합 및 설계된다. 센서는 시간-의존적 및/또는 주파수-의존적 측정 신호를 획득하는 데 사용될 수 있으며, 이는 차례로 진공 밸브에 관한 상태 정보를 도출하는 데 사용될 수 있다.
음향 센서는 통상적으로 음파, 특히 구조-기인(structure-borne) 또는 표면 음파를 픽업하도록 설계된다. 이러한 음향 센서는 종래 기술로부터 널리 알려져 있다. 적절한 음향 변환기는 예를 들어, 측정될 구성 요소에 적용될 수 있는 사운드-감지 진동 다이어프램 또는 압전, 정전기, 전기 역학 또는 전자기 센서를 갖는 센서 유형이다. 센서는 예를 들어, 접착, 용접, 납땜 또는 나사 고정될 수 있다.
특히, 센서는 구조-기인 사운드 마이크로폰 또는 사운드-레벨 또는 사운드-압력 미터로 설계될 수 있다.
대안적으로, 광학 및 비접촉식 음향 센서가 또한 사용될 수 있다.
이는 진공 밸브에서의 사운드 전파가 기록되고 특성화될 수 있게 하며, 결과적으로 진공 밸브의 상태는 기록 가능한 데이터에 기초하여 모니터링되고 지속적으로 평가될 수 있다. 이러한 방식으로 생성될 수 있는 데이터는 구동기의 그리스(grease) 또는 시일링 재료와 같은 개별 구성 요소에 대한 유지 보수 또는 교체 시간을 결정하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 밸브의 기밀의 실패가 크게 예측될 수 있으며, 특정 시점 또는 위치에서 대책이 권장되거나 개시될 수 있다. 따라서, 유지 보수 간격이 보다 잘 계획되고 보다 효율적으로 수행될 수 있으며, 동시에 프로세스 완전성을 유지 및 보호한다.
진공 밸브의 관련 상태 정보는 예를 들어, 구동기의 부품, 엘라스토머 시일링 재료 또는 시일링 표면의 사운드 전파 거동일 수 있다.
따라서, 본 발명은 진공 밸브, 특히 체적 또는 질량 흐름을 조절하기 위한 및/또는 유로의 가스-기밀 차단을 위한 진공 슬라이드 밸브, 펜듈럼(pendulum) 밸브 또는 모노 밸브에 관한 것이다. 밸브는 개구 축을 규정하는 밸브 개구 및 밸브 개구를 둘러싸는 제1 시일링 표면을 갖는 밸브 시트를 갖는다. 또한, 밸브는 제1 시일링 표면에 대응하는 제2 시일링 표면을 갖고, 체적 또는 질량 흐름을 조절하고 및/또는 유로를 차단하기 위한 예를 들어, 밸브 디스크로서 설계된 밸브 마개를 갖는다.
밸브 마개에 커플링되는 구동 유닛은 또한 밸브 마개가 각각의 밸브 개방 상태들을 제공하기 위해 규정된 방식으로 변화 및 조정될 수 있으며, 밸브 마개가 적어도 부분적으로 밸브 개구를 개방하는 개방 위치로부터 제2 시일링 표면이 제1 시일링 표면의 방향으로 가압되는 폐쇄 위치로 조정될 수 있고, 밸브 개구가 특히 그 사이에 개재된 시일에 의해 실질적으로 가스-기밀 방식으로 폐쇄되고 다시 역으로 조정될 수 있는 방식으로 설계된다.
진공 밸브는 적어도 하나의 음향 센서를 가지며, 음향 센서는 음향 센서에 의해 진공 밸브의 적어도 하나의 구성 요소(예를 들어, 구동 유닛, 밸브 마개, 밸브 시트, 제1 및/또는 제2 시일링 표면)에서 발생하는 구조-기인 음파에 대한 정보가 측정 신호로서 생성될 수 있고, 생성되거나 전파되는 방식으로 설계 및 배열된다.
정보는 단일 사운드 이벤트 또는 일련의 발생하는 사운드 현상의 형태로 획득될 수 있다. 특히, 사전 규정된 임계값을 초과하는 단일 정보가 검출 및 표시될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 구조-기인 사운드 거동의 지속적인 기록이 이루어질 수 있으며, 이에 기초하여 밸브 상태의 평가가 이루어질 수 있다. 또한, 상기 정보는 특정 밸브 구성 요소를 배타적으로 참조하여 생성될 수 있거나 전체 밸브 상태에 관한 정보를 제공하기 위해 글로벌 속성을 가질 수 있다.
일반적으로, 현재 기록된 음향 정보와 저장된 타겟 또는 기준 상태와의 비교는 밸브 상태 또는 밸브 거동을 평가하는 데 사용될 수 있다.
음향 센서는 음향 정보가 도출되는 구성 요소 상에 반드시 위치될 필요는 없다. 예를 들어, 알려진 밸브 설계로, 구성 요소 사이의 사운드 전달의 유형이 또한 알려질 수 있어, 센서로부터 떨어진 구성 요소에 대한 결론이 도출될 수 있다. 광학 측정 센서가 측정될 부품 상에 반드시 배열될 필요는 없다.
음향 센서는 특정 실시예에서 구동 유닛, 밸브 마개 또는 밸브 시트 상에 배열될 수 있다. 단일 센서 초과의 센서가 밸브 또는 그 구성 요소 상에 동시에 배열될 수 있어, 측정 신호를 몇몇 측정 지점에 대해 이용 가능하고 프로세싱할 수 있게 하는 것으로 이해된다. 따라서, 상이한 위치에 개별적으로 배치될 수 있는 적어도 2개의 센서를 갖는 대응하는 센서 배열이 또한 본 발명의 주제이다.
특정 실시예에 따르면, 진공 밸브는 밸브 하우징을 가지며 음향 센서는 밸브 하우징 상에 위치된다. 이는 밸브 몸체에서 구조-기인 음파의 형성 및 전파가 검출될 수 있게 한다. 이러한 방식으로 센서를 배치함으로써 센서의 부분 상에서 발생하는 음향 이벤트를 기록할 수 있을 뿐만 아니라 예를 들어, 진공 밸브에 연결된 구성 요소로 인해 야기되는 외부 음향 효과도 검출할 수 있다. 원칙적으로 센서는 밸브, 특히 하우징의 상태를 모니터링하는 데 사용할 수 있다. 예를 들어, 하우징의 구조가 바뀌면, 예를 들어, 하우징에 크랙이 형성되면 이는 또한 밸브 하우징에서 사운드 전파 거동 또는 사운드 생성 거동의 변화로 귀결된다. 이는 이전 측정 또는 저장된 타겟 사운드 특성과의 비교에 의해 센서로 결정될 수 있다. 대응하는 음향 또는 시각 출력 정보(예를 들어, 경고 신호)를 제공함으로써, 이러한 이벤트에 대한 반응이 또한 트리거링될 수 있다.
일 실시예에서, 진공 밸브는 적어도 측정 신호를 프로세싱하도록 설계된 프로세싱 및 제어 유닛을 갖는다. 프로세싱 및 제어 유닛은 또한 구동 유닛을 제어하여 메인 밸브 기능을 제어하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 프로세싱 및 제어 유닛은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 밸브 마개를 조정하기 위한 제어 값으로 구동 유닛을 작동시키고 현재 측정된 신호에 따라 제어 값을 자동으로 조정하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 폐쇄 소리를 들을 때, 예를 들어, 밸브 시트의 시일 상에서, 원하는 접촉 압력에 (아직) 도달하지 않았음을 검출할 수 있다. 그 후, 접촉 소음이 타겟 접촉 압력에 특징적인 타겟 소음에 대응하는 방식으로 구동 유닛이 작동되거나 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세싱 및 제어 유닛은 검출된 측정 신호가 프로세싱 및 제어 유닛에 의해 프로세싱될 수 있고 진공 밸브의 적어도 하나의 구성 요소에 대한 상태 정보가 검출된 측정 신호에 기초하여 생성될 수 있는 방식으로 설계될 수 있으며, 특히 여기서 출력 신호는 사전 규정된 원하는 특성과 상태 정보의 비교에 기초하여 제공될 수 있다.
측정 신호는 예를 들어, 최대 진폭 또는 기록된 주파수 범위와 관련하여 분석될 수 있다. 또한, 상태 정보를 도출하기 위해 발생하는 주파수 및 그 특성(진폭)과 관련하여 발생하는 구조-기인 사운드 이벤트에 대한 지속 시간이 고려될 수 있다. 알려진 특정 주파수는 예를 들어, 밸브의 기능에 대한 관련된 부정적인 영향을 나타낼 수 있다.
특히, 구동 유닛, 제1 시일링 표면 또는 제2 시일링 표면, 시일(시일링 재료) 및/또는 밸브 몸체의 기계적 및/또는 구조적 완전성과 관련된 상태 정보가 제공될 수 있다. 상태 정보는 획득된 측정 신호에 대한 실제-타겟 비교에 의해 생성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 프로세싱 및 제어 유닛은 일정 기간에 걸쳐 측정 신호의 검출에 기초하여 주파수 스펙트럼을 제공하도록 설계될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 측정된 사운드 압력이 할당된 주파수에 걸쳐 플롯팅될 수 있고, 이러한 표시 또는 평가에 기초하여 밸브 또는 구성 요소 상태의 평가(자동 또는 사용자에 의함)가 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세싱 및 제어 유닛은 하나 이상의 측정 주파수에 대한 측정 신호의 분석에 기초하여 각각의 측정된 값 주파수를 야기하는 구조-기인 음파의 국부화와 관련된 출력 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 윤활제가 부족할 때 구동 유닛이 사운드를 방출하는 주파수 스펙트럼이 알려져 있는 경우, 이 주파수 범위에서 구조-기인 사운드의 검출은 이러한 윤활제 부족에 대한 결론을 도출하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 특징적인 주파수를 인식함으로써, 예를 들어, 더 큰 구성 요소로부터 또는 외부적으로 유도된 진동으로부터 더 낮은 사운드를 감하고 더 작은 구성 요소로부터 높은 주파수를 감함으로써 국부화가 또한 구현될 수 있다. 개별 구성 요소가 타겟화된 방식으로 음향적으로 활성화된(excited) 상태가 되는 적절한 테스트를 수행함으로써, 이러한 특성 주파수는 "학습"될 수 있고 출력 신호에 대한 인식 스킴으로서의 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세싱 및 제어 유닛은 실행 동안, 밸브-개방 상태의 변화 동안 측정 신호가 검출되고, 현재 기능 상태가 진공 밸브의 적어도 하나의 구성 요소에 대해, 특히 구동 유닛 또는 제1 시일링 표면 또는 제2 시일링 표면에 대해 검출된 측정 신호와 이와 관련된 원하는 측정 신호의 비교에 기초하여 도출되는 방식으로 설정되는 모니터링 기능을 가질 수 있다. 이러한 모니터링은 밸브 기능의 현재 분류를 "양호" 또는 "더 이상 양호하지 않음"으로 할 수 있을 뿐만 아니라, 새로운 상태와 필요한 유지 보수 시간 사이에서 현재 밸브 상태의 트렌드-관련 분류도 가능하게 한다. 이는 시스템의 다음 유지 보수가 필요한 때를 추정할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 프로세싱 및 제어 유닛은 사운드 전파 거동이 측정 신호에 기초하여 결정될 수 있고, 특히 이전에 알려진 명목 사운드 전파 거동과 비교될 수 있도록 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세싱 및 제어 유닛은 진공 밸브에 의해 제어되는 복수의 프로세스의 측정 신호의 트렌드 모니터링에 기초하여 출력 신호를 제공하도록 구성될 수 있으며, 출력 신호는 진공 밸브의 구성 요소의 증가된 마모의 경고 및/또는 진공 밸브의 구성 요소의 내구성의 예측을 포함한다.
예를 들어, 트렌드 모니터링이 시스템에서 감지된 소음 수준이 허용 오차 성장률보다 프로세스별로 더 빠르게 증가하는 것으로 결정하는 경우, 진공 밸브의 구성 요소의 증가된 마모에 대한 경고가 제공될 수 있다. 예를 들어, 진공 밸브 구성 요소의 내구성의 예측은 트렌드 모니터링에 의해 결정되는 바와 같이 프로세스별로 진폭 성장의 트렌드를 결정 또는 보간하고, 이러한 트렌드의 연속성을 허용 오차 한계까지 시뮬레이팅함으로써 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 음향 센서는 측정 신호가 시일의 적어도 일부와 제1 시일링 표면의 적어도 일부 사이, 또는 시일의 적어도 일부와 제2 시일링 표면의 적어도 일부 사이의 위치 중 적어도 하나에서 마찰에 의해 생성된 구조-기인 음파를 검출하도록 배열 및 형성될 수 있다.
특히, 음향 센서는 측정 신호가 구동 유닛에서 생성된 구조-기인 음파를 검출하는 방식으로 배열 및 설계될 수 있다.
진공 밸브의 밸브 시트는 진공 밸브 자체의 일부에 의해 형성될 수 있으며, 특히 밸브 시트는 진공 밸브의 하우징 상에 형성되거나 프로세스 챔버(챔버 벽)에 의해 제공된다.
진공 밸브는 또한 외부 환경으로부터 분리된 진공 영역을 규정할 수 있고, 측정 신호에 기여하는 음향 센서는 진공 영역 외부에 위치될 수 있다.
본 발명에 따른 진공 밸브는 도면에 개략적으로 나타낸 실시예에 의해 아래에서 더욱 상세하게 설명된다. 동일한 요소는 도면에서 동일한 참조 부호로 표시되어 있다. 원칙적으로, 설명된 실시예는 스케일대로가 아니며 제한적인 것으로 이해되어서는 안되며, 도면은 이하를 상세히 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 펜듈럼 밸브의 가능한 실시예이다.
도 2a 내지 도 2c는 트랜스퍼 밸브로서의 본 발명에 따른 진공 밸브의 가능한 실시예이다.
도 3a 및 도 3b는 트랜스퍼 밸브에서의 본 발명에 따른 센서 배열의 개략 표현이다.
도 4a 및 도 4b는 모노 밸브에서의 본 발명에 따른 다른 센서 배열의 개략 표현이다.
도 1a 및 도 1b는 펜듈럼 밸브(1)의 형태로 본 발명에 따른 밸브의 가능한 실시예를 개략적으로 나타낸다. 가스 흐름을 조절하고 본질적으로 유로의 가스-기밀 차단을 위한 밸브(1)는 개구(2)를 갖는 밸브 하우징을 갖는다. 이 경우, 개구(2)는 예를 들어, 원형 단면을 갖는다. 개구(2)는 밸브 시트로 둘러싸여 있다. 이 밸브 시트는 원형 링의 형상을 갖고 밸브 디스크(4)(밸브 마개) 방향으로 축 방향으로 향하는 시일링 표면(3)에 의해 형성되고, 개구 축(5)에 횡방향으로 연장되며 밸브 하우징 내에 형성된다. 밸브 디스크(4)는 피벗팅(pivoting)될 수 있고 본질적으로 개구 축(5)에 평행하게 조정 가능하다. 밸브 디스크(4)의 폐쇄 위치(G)(도 1b)에서, 개구(2)는 밸브 디스크(4)에 의해 가스-기밀하게 폐쇄된다. 밸브 디스크(4)의 개방 위치(O)는 도 1a에 나타내어져 있다.
밸브 디스크(4)는 디스크 측면에 배열되고 개구 축(5)에 수직으로 연장되는 아암(8)을 통해 구동기(7)(구동 유닛)에 연결된다. 밸브 디스크(4)의 폐쇄 위치(G)에서, 이 아암(8)은 개구 축(5)을 따라 개구(2)의 기하학적으로 투영된 개구 단면 외부에 위치된다.
구동기(7)는 펜듈럼 밸브의 경우에서와 같이 밸브 디스크(4)가 구동기(7)의 피벗팅 이동(x)에 의해 개구 축(5)에 횡방향으로 그리고 본질적으로 개구(2)의 단면 위에 평행하게 그리고 개방 위치(O)와 중간 위치 사이에서 피벗팅 축(9) 주위로 개구 축(5)에 수직하게 피벗팅될 수 있으며, 개구 축(5)에 평행하게 발생하는 구동기(7)의 종방향 이동(y)에 의해 선형으로 변위될 수 있다. 개방 위치(O)에서, 밸브 디스크(4)는 개구(2) 옆에 횡방향으로 배열된 드웰(dwell) 섹션에 위치되어, 개구(2) 및 유로가 해제된다. 중간 위치에서, 밸브 디스크(4)는 개구(2) 위에 거리를 두고 위치되고 개구(2)의 개구 단면을 덮는다. 폐쇄 위치에서, 개구(2)는 가스-기밀 방식으로 폐쇄되고 유로는 밸브 마개(4)(밸브 디스크)와 밸브 시트의 시일링 표면(3) 사이의 가스-기밀 접촉에 의해 차단된다.
밸브(1)의 자동화되고 조절된 개방 및 폐쇄를 가능하게 하기 위해, 밸브(1)는 예를 들어, 밸브 디스크(4)가 프로세스 체적의 가스-기밀 폐쇄를 위해 또는 이러한 체적의 내부 압력을 조절하기 위해 그에 따라 조정될 수 있는 방식으로 설계되고 구동기(7)에 연결된다. 예를 들어, 프로세싱 및 제어 유닛은 구동기(7)의 하우징에 통합되거나 데이터 케이블 연결 또는 무선 연결을 통해 아웃소싱된다.
본 실시예에서, 구동기(7)는 전기 모터로서 설계되며, 여기서 구동기(7)를 구동하여 횡방향 이동(x) 또는 종방향 이동(y)을 야기하는 방식으로 기어가 스위칭될 수 있다. 구동기(7)와 기어는 조절 시스템에 의해 전자적으로 작동된다. 특히 스플리터 기어시프트(splitter gearshift)를 갖는 이러한 기어는 종래 기술로부터 알려져 있다. 또한, 횡방향 이동(x) 및 종방향 이동(y)을 실시하기 위해 몇몇 구동기를 사용할 수 있으며, 여기서 제어 시스템은 구동기의 작동을 상정한다.
설명된 펜듈럼 밸브에 의한 유속의 정확한 조절 또는 조정은 횡방향 이동(x)에 의해 개방 위치(O)와 중간 위치 사이에서 밸브 디스크(4)의 피벗팅 조정을 통해 가능할 뿐만 아니라, 무엇보다도 종방향 이동(y)에 의해 중간 위치와 폐쇄 위치(G) 사이에서 개구 축(5)을 따른 밸브 디스크(4)의 선형 조정에 의해 가능하다. 설명되는 펜듈럼 밸브는 정확한 조절 작업을 위해 사용될 수 있다.
밸브 디스크(4) 및 밸브 시트 모두는 각각 시일링 표면(3, 6) - 제1 시일링 표면 및 제2 시일링 표면을 갖는다. 제1 시일링 표면(3)은 또한 시일(23)을 갖는다. 이 시일(23)은 예를 들어, 가황(vulcanization)에 의해 중합체로서 밸브 시트 상에 가황될 수 있다. 대안적으로, 시일(23)은 예를 들어, 밸브 시트의 홈의 O-링으로서 설계될 수 있다. 시일링 재료는 또한 밸브 시트에 본딩(bonding)되어 시일(23)을 구현할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 시일(23)은 밸브 디스크(4)의 측면, 특히 제2 시일링 표면(6) 상에 배열될 수 있다. 이들 실시예의 조합을 또한 고려할 수 있다.
밸브 디스크(4)는 예를 들어, 조절 변수 및 출력 제어 신호에 기초하여 가변적으로 조정된다. 입력 신호로서, 예를 들어, 밸브에 연결된 프로세스 체적에서 현재 압력 상태에 관한 정보가 수신된다. 또한, 조절기에는 추가 입력 변수, 예를 들어, 체적으로의 질량 흐름이 제공될 수 있다. 이들 변수에 기초하여 그리고 체적에 대해 설정되거나 도달되어야 하는 사전 설정된 타겟 압력에 기초하여 조절 사이클의 시간 동안 밸브의 조절된 조정이 수행되어, 체적으로부터의 질량 유출이 밸브(1)에 의해 시간에 걸쳐 조절될 수 있다. 이를 위해, 진공 펌프가 밸브(1) 뒤에 제공되며, 즉, 밸브는 프로세스 챔버와 펌프 사이에 배열된다. 따라서 원하는 압력 곡선이 조정될 수 있다.
밸브 마개(4)를 설정함으로써, 밸브 개구(2)에 대해 각각의 개구 단면이 설정되어, 시간 단위 당 프로세스 체적으로부터 배기될 수 있는 가능한 가스량이 설정된다. 이를 위해, 밸브 마개(4)는 특히 매체 흐름을 가능한 한 층류로 달성하기 위해 원형으로부터 벗어난 형상을 가질 수 있다.
개구 단면을 설정하기 위해, 밸브 디스크(4)는 구동기(7)의 횡방향 이동(x)에 의해 개방 위치(O)로부터 중간 위치로 제어 유닛에 의해 이동될 수 있고, 구동기(7)의 종방향 이동(y)에 의해 중간 위치로부터 폐쇄 위치(G)로 이동될 수 있다. 유로를 완전히 개방하기 위해, 밸브 디스크(4)는 구동기(7)의 종방향 이동(y)에 의해 폐쇄 위치로부터 중간 위치로 이동될 수 있고, 그로부터 구동기(7)의 횡방향 이동(x)에 의해 중간 위치로부터 개방 위치(O)로 이동될 수 있다.
밸브 디스크(4)는 전체 압력 범위 내에서 필요한 가스 기밀성이 보장되고 과도한 압력 응력으로 인한 시일(23)에 대한 손상이 방지되는 방식으로 밸브 시트에 대해 가압될 수 있다. 이를 보장하기 위해, 공지된 밸브는 밸브 디스크의 2개의 측면 사이의 압력 차의 함수로서 밸브 디스크(4)의 접촉 압력 조절을 제공한다.
특히 큰 압력 변동 또는 진공으로부터 과압으로 또는 그 반대로의 변경의 경우, 조절 프로세스 동안의 균일한 힘 분포, 즉 개구 단면의 변화가 언제나 보장될 수는 없다. 밸브 부하에 따라서, 예를 들어, 시일(23)(시일링 재료), 밸브 디스크(4) 및 시일링 표면(3 및 6)은 상이한 부하를 받으므로, 밸브 부하에 따른 가변적이고 효과적인 유지 보수 간격으로 귀결된다.
종래 기술에서, 밸브 마개는 통상적으로 가능한 누출을 피하거나 시일의 품질을 충분히 높은 수준으로 유지하기 위해 예방 조치로서 고정된 간격으로 대체되거나 갱신된다. 이의 하나의 단점은 밸브 부품이 정규의 또는 실제 서비스 수명이 만료되기 전에 통상적으로 갱신되거나 교체된다는 것이다.
본 발명에 따르면, 진공 밸브(1)는 밸브 하우징 상에 배열된 제1 음향 센서(10)를 갖는다.
이러한 사운드 방출 센서(10)에 의해, 밸브 하우징과 같은 금속 성분으로 전파되는 음파가 측정될 수 있다. 예를 들어, 물체가 센서(10)에 장착된 부품에 충돌하거나 이에 문지르는 경우와 같이, 음파가 이 구성 요소에 도입되거나 생성되면, 이는 센서에 의해 측정될 수 있다. 구성 요소 내에서 미세 균열이 발생하면, 그 결과 파 전파(wave propagation)가 변하고, 이는 차례로 센서(10)에 의해 수행된 측정에 의해 결정될 수 있다.
진공 하우징 상의 측정 지점은 제2 시일링 표면(6)이 제1 시일링 표면(3) 또는 시일(23)에 충돌할 때 밸브(1)가 폐쇄될 때 해제되는 사운드 방출이 측정될 수 있게 한다. 발생된 사운드 펄스는 사용된 시일링 배열에 대한 특성일 수 있다.
따라서, 결과적인 사운드 펄스가 기록되고 (예를 들어, 이전 기록으로부터의) 알려진 기준 사운드 펄스와 비교될 수 있다. 이러한 비교는 타겟 상태로부터의 편차를 검출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 변경된 사운드 진폭 또는 음향 이벤트가 상이한 주파수 범위에서 발생하면, 시일의 상태에 대한 대응하는 결론이 도출될 수 있다.
현재 검출된 사운드 임펄스 및 기준으로부터의 편차는 시일링 재료(23)의 마모 정도에 대한 정보를 제공할 수 있다. 이러한 편차는 통상적으로 밸브(1)의 서비스 수명이 증가함에 따라 더욱 현저해질 수 있다. 이는 시일 상태가 연속적으로 모니터링될 수 있게 하고 시일(23)의 필요한 교체를 위한 시간이 예측될 수 있다. 즉, 이는 시일 마모의 모니터링을 가능하게 한다. 종래 기술과 반대로, 시일은 그에 따라 밸브 기능을 손상시키지 않으면서 필요에 따라 그리고 서비스 수명과 독립적으로 서비스될 수 있다.
또한, 센서 신호의 대응하는 분석은 현재의 기능 정확도를 결정할 수 있게 한다. 발생하는 구조-기인 소음(structure-borne noise)은 폐쇄 또는 개방 프로세스 동안 시일링 재료(23)(예를 들어, 엘라스토머)가 시일링 표면(3, 6) 중 적어도 하나에 대해 이동하는지(문지르는지)를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 횡방향 응력은 원하지 않는 입자를 시일(23) 또는 시일링 표면으로부터 분리할 수 있고, 예를 들어 프로세스 체적을 오염시킬 수 있다. 이러한 오작동의 조기 검출은 대응하는 즉각적인 반응을 가능하게 하여 생산 손실을 방지할 수 있다.
대응하는 "기준 소음"이 사용된 상이한 시일링 재료에 대해 저장되는 것을 또한 고려할 수 있다. 한편, 이는 예를 들어, 단순히 폐쇄 소음의 음향 분석에 의해 사용되는 시일링 재료를 식별하는 것을 가능하게 한다. 한편, 시일을 교체함으로써, 새롭게 사용된 시일링 재료가 선택될 수 있고 이 정보는 추가의 음향 프로세스 모니터링을 위해 사용될 수 있다.
진공 밸브(1)는 2개의 추가 음향 센서(10' 및 10'')를 갖는다. 센서(10')는 구동기(7) 상에 제공되어, 구동기(7)를 작동시킴으로써 야기될 수 있는 (구조-기인) 음파 및 임펄스의 직접 획득 및 분석을 가능하게 한다. 구동기(7)의 이러한 조정에 대해 기준 주파수 스펙트럼이 또한 이용 가능할 수 있으며, 현재 신호가 이들과 비교될 수 있다. 이는 정확한 기능과 관련하여 구동 유닛(7)의 모니터링을 가능하게 한다. 예를 들어, 허용 오차 범위를 벗어난 어느 정도까지 기준 스펙트럼으로부터 기록된 구조-기인 사운드 스펙트럼의 상당한 편차는 구동기(7)의 결함 있는 활동에 대한 지표가 될 수 있다.
음향 센서(10'')는 밸브 시트 또는 제1 시일링 표면(3)에 가까이 배치되어, 밸브(1)의 폐쇄 또는 개방을 직접 참조하여 사운드 방출의 직접 검출을 가능하게 한다. 이러한 센서(10'')는 예를 들어, (시일링 재료의) 시일(23)의 현재 상태 또는 상태의 변화의 결정을 위해서만 사용될 수 있다.
시일 마모의 평가는 경험적 값 또는 상기 기준 기록에 기초할 수 있으며, 이에 대해 문제의 밸브 구성 요소는 구체적으로 타겟 상태에서 사운드를 방출하도록 활성화된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 나타내어진 각각의 다른 구성 요소 상에 음향 센서가 또한 제공될 수 있으며, 여기서 측정된 값의 평가는 그에 따라 적응되어야 한다.
나타낸 바와 같은 펜듈럼 밸브에 대한 대안으로서, 본 발명에 따른 센서 해결책은 다른 진공 밸브 유형, 예를 들어, 플랩(flap) 밸브, 슬라이드 밸브 또는 소위 버터플라이(butterfly) 제어 밸브로 구현될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 밸브는 진공 영역에서 사용되도록 설계된다. 또한, 펜듈럼 밸브가 또한 사용될 수 있으며, 그 마개는 한 방향으로만 조정될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 상이한 폐쇄 위치에 나타내어진 트랜스퍼 밸브(1') 형태의 본 발명에 따른 밸브(1')의 가능한 실시예를 개략적으로 나타낸다. 앞의 도면에서 사용된 참조 번호는 여기에도 유사하게 적용된다.
나타내어진 트랜스퍼 밸브(1')는 특수한 형태의 슬라이드 밸브이다. 진공 밸브는 직사각형, 판형 폐쇄 요소(4)(예를 들어, 밸브 디스크)를 가지며, 이는 개구(2)의 가스-기밀 폐쇄를 위한 시일링 표면(6)을 갖는다. 개구(2)는 마개 요소(4)에 대응하는 단면을 가지며 벽(12)에 형성된다. 개구(2)는 밸브 시트에 의해 둘러싸이고, 이는 차례로 또한 마개 요소(4)의 시일링 표면(6)에 대응하는 시일링 표면(3)을 제공한다. 마개 요소(4)의 시일링 표면(6)은 마개 요소(4) 주위로 연장되고 시일링 재료(23)(시일)를 수용한다. 폐쇄 위치에서 시일링 표면(3, 6)은 함께 가압되고 시일링 재료(23)는 2개의 시일링 표면(3, 6) 사이에서 가압된다.
개구(2)는 도면에서 벽(12)의 좌측에 위치된 제1 가스 영역(L)을 벽(12)의 우측에 위치된 제2 가스 영역(R)에 연결시킨다. 벽(12)은 예를 들어, 진공 챔버의 챔버 벽에 의해 형성된다. 그 후, 진공 밸브가 챔버 벽(12)과 마개 요소(4)의 상호 작용에 의해 형성된다.
마개 요소(4)는 여기서 예를 들어, 막대 형상이고 기하학적 조정 축(V)을 따라 연장되는 조정 아암(18) 상에 배열된다. 조정 아암(18)은 구동 유닛(7)에 기계적으로 커플링되고, 이에 의해 마개 요소(4)는 중간 위치(Z)(도 2b)를 통한 개방 위치(O)(도 2a) 사이의 조정 아암(18)을 구동 유닛(7)에 의해 폐쇄 위치(G)(도 2c)로 조정함으로써 벽(12)의 좌측의 제1 가스 영역(L)에서 조정될 수 있다.
개방 위치(O)에서, 마개 요소(4)는 도 2a에 나타낸 바와 같이, 개구(2)의 투영 영역 외부에 위치되고 이를 완전히 해제시킨다.
조정 아암(18)을 조정 축(V)에 평행하고 벽(12)에 평행한 축 방향으로 조정함으로써, 마개 요소(4)는 구동 유닛(7)에 의해 개방 위치(O)로부터 중간 위치(Z)로 조정될 수 있다.
이러한 중간 위치(Z)에서, 마개 요소(4)는 개구(2)를 덮고 밸브 시트로부터 거리를 두고 위치된다. 시일링 표면(3 및 6)은 또한 대응하는 대향 위치에 있다.
조정 아암(18)을 조정 축(V)을 가로지르는 방향으로, 예를 들어, 벽(12) 및 밸브 시트에 수직이고 따라서 축(5)의 방향으로 조정함으로써, 마개 요소(4)는 중간 위치(Z)로부터 폐쇄 위치(G)로 조정될 수 있다(도 2c).
폐쇄 위치(G)에서, 마개 요소(4)는 가스-기밀하게 개구(2)를 폐쇄하고 제1 가스 영역(L)을 제2 가스 영역(R)으로부터 가스-기밀하게 분리한다.
따라서, 진공 밸브는 폐쇄 요소(4) 및 조정 아암(18)의 L-형 이동을 통해 구동 유닛(7)에 의해 개방 및 폐쇄된다. 따라서, 나타내어진 트랜스퍼 밸브는 또한 L-형 밸브로 칭해진다.
나타낸 바와 같은 트랜스퍼 밸브는 통상적으로 프로세스 체적(진공 챔버)을 시일링하고 체적을 로딩 및 언로딩하는 데 사용된다. 개방 위치(O)와 폐쇄 위치(G) 사이의 빈번한 변경은 이러한 응용에서 일반적이다. 이는 시일링 표면(3 및 6), 시일(23) 및 구동기(7)의 증가된 마모로 이어질 수 있다.
밸브(1')는 본 발명에 따른 음향 센서(10)를 갖는다. 센서(10)는 밸브 스템(18) 상에 또는 내부에 배열되어, 예를 들어, 스템(18)이 구동 유닛(7)에 의해 이동될 때 발생하는 구조-기인 소음의 검출을 가능하게 한다. 구조-기인 사운드의 유형(주파수) 및 강도(진폭)를 나타내는 측정 신호는 센서(10)에 의해 지속적으로 제공된다. 특정 기간 동안의 신호의 등록은 또한 구조-기인 사운드의 변화가 기록될 수 있게 한다. 따라서, 검출된 측정 신호는 특히 시간-의존적인 방식으로 기록될 수 있고 후속적으로 평가될 수 있다.
밸브 스템(18)을 갖는 본 발명에 따른 센서 배열은 불규칙한 사운드 현상, 즉, 특히 허용 오차로부터 벗어나는 이러한 사운드 현상 또는 구조-기인 사운드 거동의 변화에서 원하지 않는 트렌드의 사운드 현상의 경고를 발행함으로써 다양한 구성 요소의 고장이 밸브 동작 동안 예측될 수 있게 한다.
도 3a 및 도 3b는 폐쇄 위치(G)(도 3a) 및 개방 위치(O)(도 3b)에 나타낸 본 발명에 따른 트랜스퍼 밸브(1'')에서의 다른 가능한 센서 배열을 개략적으로 나타낸다.
이전의 도면에서 사용된 참조 번호는 여기에도 유사하게 적용된다. 나타낸 도면에서, 밸브 시트는 진공 밸브(1'')의 하우징(24) 상에 형성된다. 그러나, 본 기술 분야의 통상의 기술자에게는, 이하의 설명이 본질적으로 밸브 시트가 프로세스 챔버, 즉, 챔버 하우징에 의해 제공되는 실시예와 유사하게 적용될 수 있음이 명백하다.
또한, 틸팅(tilting) 메커니즘으로서 여기에 개략적으로 나타낸 밸브 메커니즘은 제한적인 것으로 이해되어서는 안되며, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명에 따른 센서 배열을 예를 들어, 유사한 방식으로 임의의 L-모션 구동기, 예를 들어, 서로 수직으로 배치된 밸브 디스크의 2개의 선형 조정 방향을 갖는 L-모션 구동기로 전달할 수 있음이 이해된다.
조정 아암(18)의 제어된 안내를 위해, 여기에서 진공 밸브는 안내 구성 요소(15)를 가지며, 여기서 구동 유닛(7)과 가이드 구성 요소(15) 모두는 밸브 하우징(24)에 각각 고정되어 연결되기 때문에, 구동 유닛(7)과 가이드 구성 요소(15)는 각각 서로에 대해 고정된 배열로 있다. 조정 아암(18)은 밸브 마개(4) 및 구동 유닛(7)에 추가로 기계적으로 커플링되며, 여기서 구동 유닛(7)에 의해 조정 아암(18)을 조정함으로써, 밸브 마개(4)는 개방 위치(O)와 폐쇄 위치(G) 사이에서 실질적으로 밸브 시트에 평행하게, 특히 도 2a 내지 도 2d에 설명된 바와 같이 L-모션 이동으로 조정 가능하다.
본 발명에 따라 그리고 예로서, 센서 배열은 안내 구성 요소(15) 상에 제공되고 측정 신호가 커플링 구성 요소 및/또는 구동기(7) 중 하나에 대한 스틱-슬립(stick-slip) 효과를 검출하고 이를 인식 가능하게 만드는 방식으로 설계될 수 있는 음향 센서(10)를 포함한다. 시일(23) 상의 마찰 진동은 또한 이러한 센서 배열로 검출될 수 있으며, 여기서 예를 들어, 밸브 시트 부근의 밸브 하우징(24) 상의, 시일에 더 가까운 센서(10)의 배열이 또한 고려될 수 있다.
음향 센서(10)는 밸브(1'')의 이동 부분에서 구조-기인 음파의 직접 검출을 가능하게 한다. 이는, 예를 들어, 구동 유닛(7)으로부터 발생하는 알려진 그리고 통상적인 사운드 발생(진동)에 관한 기록된 측정 신호에 대한 타겟-실제 비교에 기초하여 진공 밸브(1'')에 대한 상태 정보를 도출할 수 있다. 기록된 사운드 값이 이전에 위험으로 분류된 값 범위에 도달하면, 경고 신호가 제공될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 폐쇄 위치(G)(도 4b) 및 개방 위치(O)(도 4a)에 나타낸, 여기서 예를 들어, 소위 모노 밸브(1''')의 음향 센서(10-10'')의 추가 배열을 나타낸다.
선형 이동에 의한 유로의 가스-기밀 폐쇄를 위한 밸브(1''')는 유로를 위한 개구(2)를 갖는 밸브 하우징(24)을 가지며, 여기서 개구(2)는 유로를 따라 기하학적 개구 축(5)을 갖는다. 마개 요소(4)는 폐쇄 방향으로 그리고 반대로 다시 개방 방향으로 개구(2)를 해제하는 개방 위치(O)로부터 개구(2) 위에서 선형으로 가압되는 폐쇄 위치(G)로 마개 요소 평면에서 개구 축(5)으로 횡방향으로 이어지는 기하학적 조정 축(V)을 따라 선형으로 변위될 수 있다.
예를 들어, 굴곡된 제1 시일링 표면(3)은 제1 평면(20a)에서 제1 섹션(21a)을 따라 그리고 제2 평면(20b)에서 제2 섹션(21b)을 따라 밸브 몸체(24)의 개구(2)를 둘러싼다. 제1 평면(20a) 및 제2 평면(20b)은 서로 이격되고, 서로 평행하게 그리고 마개 요소 평면에 평행하게 연장된다. 따라서, 제1 섹션(21a) 및 대향하는 제2 섹션(21b)은 조정 축(V)에 횡방향으로 그리고 개구 축(5)의 방향으로 서로에 대해 기하학적 오프셋을 갖는다. 개구(2)는 조정 축(V)을 따라 연장되는 영역에서 2개의 대향 섹션(21a 및 21b) 사이에 배열된다.
마개 요소(4)는 제1 및 제2 섹션에 대응하는 섹션(21a, 21b)을 따라 연장되는 제1 시일링 표면(3)에 대응하는 제2 시일링 표면(6)을 갖는다.
모노 밸브(1'''), 즉, 단일 선형 이동에 의해 폐쇄될 수 있는 진공 밸브는 예를 들어, 2번의 이동으로 폐쇄될 수 있고 비교적 복잡한 구동을 필요로 하는 트랜스퍼 밸브와 비교하여 비교적 간단한 폐쇄 메커니즘의 이점을 갖는다. 마개 요소(4)는 또한 하나의 단편으로 만들어질 수 있으므로, 높은 가속력을 받을 수 있어, 이러한 밸브는 또한 신속하고 긴급한 마개에 대해 사용될 수 있다. 폐쇄 및 시일링은 단일 선형 이동에 의해 수행될 수 있어, 밸브가 매우 신속하게 개방 및 폐쇄될 수 있게 한다.
예를 들어, 모노 밸브의 하나의 특별한 이점은 폐쇄될 때 그 과정으로 인해 시일의 종 방향 연장에 대해 횡방향으로 어떠한 횡방향 부하도 받지 않는다는 점이다. 한편, 개구 축(5)으로의 횡방향 연장으로 인해, 시일은 특히 높은 차동 압력에서 마개 요소(4) 상에 작용할 수 있는 개구 축(5)을 따라 마개 요소(4) 상에서 발생하는 힘을 거의 흡수할 수 없으며, 이는 마개 요소(4), 그 구동기 및 그 베어링의 견고한 구조를 필요로 할 수 있다.
센서(10-10'')는 구동 유닛(7), 밸브 하우징(24) 및 밸브 마개(4) 상에 배열된다. 이는 각각의 밸브 구성 요소를 참조하여 특정 측정 신호가 기록될 수 있음을 의미한다. 개별 신호를 평가함으로써, 개별 구성 요소의 각각의 상태에 대한 정보가 생성될 수 있다.
신호를 계산하거나 개별 신호 평가를 함께 살펴봄으로써, 밸브 마개(4) 상의 구동 유닛에서 발생하는 사운드 이벤트의 직접적인 효과와 같이 이를 넘어서는 정보가 도출될 수 있다. 이는 밸브에서 사운드가 어떻게 전파되는지를 기록하는 데 사용될 수 있다.
측정 신호를 평가하기 위해, 시간-의존 측정이 주파수-의존 신호(주파수 스펙트럼)로 변환될 수 있다.
발생하는 사운드 현상으로 인해, 예를 들어, 구동기(7)의 상태를 추론할 수 있다. 예를 들어, 윤활 그리스(lubricating grease)가 여전히 충분한 일관성을 가지고 있는지 또는 이미 노화 징후를 보이는지 여부를 평가하기 위해 주파수 스펙트럼이 사용될 수 있다.
또한, (예를 들어, 몇몇 프로세스에 걸쳐) 시스템에서 주파수 스펙트럼이 예를 들어, 마모로 인해, 특히 구동 유닛에서의 마멸로 인해 변하는지 여부 및/또는 결정된 트렌드에 기초하여 수용할 수 없는 마모가 발생할 가능성이 있는 때를 검출할 수 있다.
알려진 기준 스펙트럼과 비교하여, 또한 프로세스에서 밸브 또는 부근의 구성 요소와의 이송 손상, 지진 또는 충돌을 결정할 수 있으며, 특히 여기서 조치는 예를 들어, 비상 정지 또는 프로세스의 속도 저하의 형태로 취해질 수 있다.
나타내어진 도면은 단지 가능한 실시예를 개략적으로 표현하는 것으로 이해된다. 상이한 접근법이 또한 서로 그리고 종래 기술의 프로세스 및 디바이스와 조합될 수 있다.

Claims (15)

  1. 체적 또는 질량 흐름을 조절하거나 유로의 가스-기밀 차단을 위한 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''')로서,
    · 개구 축(5)을 규정하는 밸브 개구(2) 및 상기 밸브 개구(2)를 둘러싸는 제1 시일링 표면(3)을 갖는 밸브 시트,
    · 상기 제1 시일링 표면(3)에 대응하는 제2 시일링 표면(6)을 갖고, 상기 체적 또는 질량 흐름을 조절하거나 상기 유로를 차단하기 위한 밸브 마개(4), 및
    · 상기 밸브 마개(4)에 커플링되는 구동 유닛(7)으로서, 상기 구동 유닛(7)은 상기 밸브 마개(4)가
    o 각각의 밸브 개방 상태들을 제공하기 위해 규정된 방식으로 변화 및 조정될 수 있으며,
    o 상기 밸브 마개(4)가 적어도 부분적으로 상기 밸브 개구(2)를 개방하는 개방 위치(O)로부터 상기 제2 시일링 표면(6)이 상기 제1 시일링 표면(3)의 방향으로 가압되는 폐쇄 위치(G)로 조정될 수 있고, 상기 밸브 개구(2)가 개재된 시일(23)에 의해 실질적으로 가스-기밀 방식으로 폐쇄되고 다시 역으로 조정될 수 있는 방식으로 설계되는, 구동 유닛(7)을 포함하고,
    상기 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''')는 적어도 하나의 음향 센서(10, 10', 10'', 10''')를 가지며, 상기 음향 센서(10, 10', 10'', 10''')는 상기 음향 센서(10, 10', 10'', 10''')에 의해 상기 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''')의 적어도 하나의 구성 요소에서 발생하는 구조-기인(structure-borne) 음파에 대한 정보가 측정 신호로서 생성될 수 있는 방식으로 설계 및 배열되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음향 센서(10, 10', 10'', 10''')는 상기 구동 유닛(7) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 음향 센서(10, 10', 10'', 10''')는 상기 밸브 마개(4) 또는 상기 밸브 시트 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''')는 밸브 하우징(24)을 갖고 상기 음향 센서(10, 10', 10'', 10''')는 상기 밸브 하우징(24) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''')는 적어도 상기 측정 신호를 프로세싱하도록 설계된 프로세싱 및 제어 유닛을 갖는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세싱 및 제어 유닛은,
    · 상기 개방 위치(O)와 상기 폐쇄 위치(G) 사이에서 상기 밸브 마개(4)를 조정하기 위한 제어 값들로 상기 구동 유닛(7)을 작동시키고,
    · 현재 획득된 측정 신호에 따라 상기 제어 값들을 자동으로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  7. 제5항에 있어서,
    상기 프로세싱 및 제어 유닛은 검출된 측정 신호가 상기 프로세싱 및 제어 유닛에 의해 프로세싱될 수 있고, 상기 검출된 측정 신호에 기초하여, 상기 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''')의 적어도 하나의 구성 요소에 대한 상태 정보가 생성될 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동 유닛(7), 상기 제1 시일링 표면 또는 상기 제2 시일링 표면, 상기 시일(23)의 기계적 또는 구조적 완전성에 관한 상기 상태 정보가 제공되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  9. 제5항에 있어서,
    상기 프로세싱 및 제어 유닛은 미리 정해진 기간 동안 상기 측정 신호의 검출에 기초하여 주파수 스펙트럼을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  10. 제5항에 있어서,
    상기 프로세싱 및 제어 유닛은 하나 이상의 측정 주파수들에 대한 상기 측정 신호의 분석에 기초하여, 각각의 측정 주파수를 야기하는 구조-기인 음파의 국부화에 대한 출력 신호를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  11. 제5항에 있어서,
    상기 프로세싱 및 제어 유닛은 수행될 때
    · 상기 측정 신호가 상기 밸브 개방 상태의 변화 동안 검출되고,
    · 현재 기능 상태는 상기 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''')의 적어도 하나의 구성 요소에 대해, 상기 검출된 측정 신호와 대응하는 타겟 측정 신호의 비교에 기초하여 도출되는 방식으로 구성되는 모니터링 기능을 갖는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  12. 제5항에 있어서,
    상기 프로세싱 및 제어 유닛은 사운드 전파 거동이 상기 측정 신호에 기초하여 결정될 수 있는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  13. 제5항에 있어서,
    상기 프로세싱 및 제어 유닛은 상기 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''')에 의해 제어되는 복수의 프로세스들의 측정 신호의 트렌드 모니터링에 기초하여, 출력 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 출력 신호는,
    · 상기 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''')의 구성 요소의 증가된 마모에 대한 경고, 및
    · 상기 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''')의 구성 요소의 내구성의 예측 중 하나 또는 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 음향 센서(10, 10', 10'', 10''')는 구조-기인 음파가 상기 측정 신호에 의해 검출되는 방식으로 배열 및 설계되며, 상기 음파는,
    · 상기 시일(23)의 적어도 일부와 상기 제1 시일링 표면(3)의 적어도 일부 사이, 및
    · 상기 시일(23)의 적어도 일부와 상기 제2 시일링 표면(6)의 적어도 일부 사이
    의 위치들 중 적어도 하나에서 마찰에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 음향 센서(10, 10', 10'', 10''')는 상기 구동 유닛(7)에서 생성된 구조-기인 음파가 상기 측정 신호에 의해 검출되는 방식으로 배열 및 설계되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브(1, 1', 1'', 1''').
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