KR102558786B1 - 관성 센서를 갖는 진공 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 관성 센서(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)를 갖는 센서 배열을 갖는 진공 밸브에 관한 것이며, 센서 배열은 밸브에 충격을 주는 가속도에 관한 측정 신호를 검출하는 방식으로 설계된다.

Description

관성 센서를 갖는 진공 밸브

본 발명은 적어도 하나의 관성 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 챔버로부터 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 위한 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 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 제어 밸브라고도 칭해진다. 가스 흐름을 제어 또는 조절하기 위한 가능한 주변 밸브는 펜듈럼(pendulum) 밸브이다.

통상적인 펜듈럼 밸브에서, US 6,089,537(Olmsted)로부터 알려진 바와 같이, 예를 들어, 제1 단계는 통상적으로 둥근 밸브 플레이트를 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 플레이트뿐만 아니라 개구는 통상적으로 직사각형이며 이러한 제1 단계에서 개구를 해제하는 위치로부터 개구를 덮는 중간 위치로 선형으로 푸시된다. 이러한 중간 위치에서, 펜듈럼 또는 슬라이드 밸브의 밸브 플레이트는 개구를 둘러싸는 밸브 시트(seat)로부터 거리를 두고 그리고 이에 대향하여 위치된다. 제2 단계에서, 밸브 플레이트와 밸브 시트 사이의 거리가 감소되어 밸브 플레이트와 밸브 시트가 서로에 대해 균등하게 가압되고 개구는 본질적으로 가스-기밀하게 폐쇄된다. 이러한 제2 이동은 바람직하게는 밸브 시트에 실질적으로 수직인 방향으로 발생한다.

시일링(sealing)은, 개구를 둘러싸는 밸브 시트 상에 가압되는 밸브 플레이트의 마개 측에 배열된 시일링 링을 통해, 또는 이에 대해 밸브 플레이트의 마개 측이 가압되는 밸브 시트 상의 시일링 링을 통해 발생할 수 있다. 2단계로 발생하는 폐쇄 절차로 인해, 밸브 플레이트와 밸브 시트 사이의 시일링 링은, 제2 단계에서 밸브 플레이트의 이동이 본질적으로 밸브 시트 상에 수직으로 선형으로 발생하기 때문에, 시일링 링을 파괴할만한 전단력을 거의 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 밸브 플레이트의 회전 이동 및 개구와 평행한 슬라이드 밸브의 밸브 플레이트의 병진 이동과 개구에 수직인 실질적인 병진 이동의 이러한 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 플레이트가 밸브 시트에 대해 가압되어야 한다. 이를 보장하기 위해, 공지된 밸브는 2개의 밸브 플레이트 측 사이에 존재하는 압력차에 따라 조절되는 밸브 플레이트의 압력 조절을 제공한다. 특히 큰 압력 변동 또는 진공으로부터 과압(overpressure)으로 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 플레이트에 수직으로 변위될 수 있고 개구를 둘러싸며 밸브 플레이트 상에 가압되어 가스-기밀 방식으로 밸브를 폐쇄하는 밸브 링을 제공한다. 밸브 플레이트에 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 플레이트를 갖는 펜듈럼 밸브를 설명한다. 개구를 둘러싸는 밸브 링은 몇몇 스프링 및 압축된 공기 실린더에 의해 밸브 플레이트 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 프로세스 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.

이 경우 가능하게 초래되는 누출을 회피하고 시일링의 품질을 충분히 높은 레벨로 일관되게 유지하기 위해, 밸브 마개가 통상적으로 특정 시간 간격으로 교체 또는 복구된다. 이러한 유지 보수 사이클은 이 경우에 통상적으로 특정 기간에 예측되는 개방 및 폐쇄 사이클의 수에 기초하여 크기가 결정된다. 따라서, 유지 보수는 통상적으로 누출의 발생을 가능한 한 사전에 방지할 수 있도록 하기 위해 예방 조치로서 이루어진다.

이러한 유지 보수 요건은 시일링 재료 또는 밸브 플레이트에만 제한되지 않고, 특히, 밸브 플레이트에 대응하는 진공 밸브의 일부를 형성하는 밸브 시트까지 확장된다. 밸브 시트 측면 상의 시일링 표면의 구조, 예를 들어, 밸브 시트에 매립된 홈이 또한 기계적 응력에 의해 영향을 받는다. 따라서, 밸브 동작으로 인한 홈의 구조적 변화가 또한 시일에 영향을 줄 수 있다. 이는 또한 통상적으로 적절한 유지 보수 간격으로 수행된다.

이러한 밸브 유지 보수의 단점은 그 예방 조치적 특성이다. 유지 보수의 영향을 받는 부품은 통상적으로 정기 또는 실제 수명이 만료하기 전에 갱신 또는 교체된다. 각각의 이러한 유지 보수 단계는 통상적으로 생산 프로세스에 대한 특정 다운타임(downtime) 및 증가된 기술 및 재정적 노력을 의미한다. 요컨대, 이는 필요한 것보다 짧고 필요할 수 있는 것보다도 더 빈번한 간격의 생산 중단을 의미한다.

따라서, 본 발명의 목적은 최적화된 밸브 유지 보수를 가능하게 하여 개선, 즉, 가능한 프로세스 정지의 단축을 가능하게 하는 개선된 진공 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이를 사용하여 프로세스 체적의 더욱 신뢰성 있는 가스-기밀 시일이 달성될 수 있고, 특히 시일의 품질이 예상 가능한 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 밸브와 관성 센서가 조합되어 진공 밸브의 모니터링이 조합에 의해 수행될 수 있는 방식으로 설계된다. 시간-의존적 및/또는 주파수-의존적 측정 신호는 센서에 의해 획득될 수 있으며, 이를 이용하여 진공 밸브에 대한 상태 정보의 항목이 차례로 도출될 수 있다.

따라서, 진공 밸브의 상태가 모니터링되고 이에 의해 점진적으로 평가될 수 있다. 예를 들어, 구동기의 윤활 그리스(grease)의 개별 구성 요소의 유지 보수 또는 교체 시간은 그에 따라 생성될 수 있는 데이터에 의해 결정될 수 있다.

예를 들어, 밸브의 누출-기밀성의 실패가 그에 따라 광범위하게 예상될 수 있고 시간 또는 위치에 대해 정시적으로 규정된 대책이 권고되거나 개시될 수 있다. 따라서, 유지 보수 간격이 보다 잘 계획되고 보다 효율적으로 수행될 수 있으며, 여기서 프로세스 완전성이 유지되고 동시에 보장된다.

예를 들어, 구동기 또는 엘라스토머 시일링 재료의 일부의 진동 거동은 진공 밸브의 관련 상태 정보인 것으로 간주될 수 있다.

본 발명은 체적 또는 질량 흐름을 조절하고 및/또는 유로(flow path)의 가스-기밀 차단을 위한 진공 밸브, 바람직하게는 진공 슬라이드 밸브, 펜듈럼(pendulum) 밸브 또는 모노 밸브에 관한 것으로, 밸브 하우징, 개구 축을 규정하는 밸브 개구 및 밸브 개구 주위를 둘러싸는 제1 시일링 표면을 갖는 밸브 시트, 밸브 마개, 특히 밸브 플레이트로서, 밸브 마개는, 체적 또는 질량 흐름의 조절 및/또는 유로의 차단 중 적어도 하나를 위해 설계되고, 제1 시일링 표면에 대응하는 제2 시일링 표면을 포함하는, 밸브 마개, 밸브 마개에 커플링된 구동 유닛으로서, 구동 유닛은 밸브 마개가 각각의 밸브 개방 상태들을 제공하도록 규정된 방식으로 가변적이고 설정 가능하고, 밸브 마개가 밸브 개구를 적어도 부분적으로 해제하는 개방 위치로부터, 제2 시일링 표면이 제1 시일링 표면의 방향으로 가압되고 밸브 개구가 본질적으로 가스-기밀하게 폐쇄되는 폐쇄 위치로, 그리고 다시 반대로 조정 가능하도록 설계된, 구동 유닛을 포함하고, 진공 밸브는 적어도 하나의 관성 센서를 갖는 센서 배열을 더 포함하고, 센서 배열은 밸브 상에서 발생하는 가속도에 대한 측정 신호를 획득하도록 설계된다.

진공 밸브는 또한 센서 배열을 제어하고 구동 유닛에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 밸브 마개를 조정하도록 설계된 모니터링 및 제어 유닛을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 제어된 조정에서 측정 신호의 분석에 기초하여 개입이 이루어질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 시스템에서 불규칙하거나 절대값이 과도하게 높은 가속도가 발생해야 하는 경우, 프로세스가 완전히 정지("비상 정지")되거나 느려질 수 있다.

모니터링 및 제어 유닛은 측정된 값에 기초하여 주파수 스펙트럼을 제공하도록 설계될 수 있다. 특히 시간에 따라 플롯팅된 가속도 값이 측정된 값으로서 기록된다. 필요한 경우, 주파수 스펙트럼이 이로부터 도출될 수 있으며, 이는 시간에 따라 변할 수있다(예를 들어, 밸브 폐쇄 동안의 진행).

모니터링 및 제어 유닛은 또한 하나 이상의 측정된 주파수 값에 대한 측정된 값의 분석에 기초하여 각각의 측정된 주파수 값을 야기하는 진동의 위치 결정에 관한 출력 신호를 제공하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 이러한 위치 결정은 특성 주파수, 예를 들어, 더 큰 구성 요소의 떨림 또는 외부적으로 도입된 진동을 나타내는 더 낮은 주파수 및 더 작은 구성 요소의 떨림을 나타내는 높은 주파수의 인식을 통해 실현될 수 있다. 이러한 특성 주파수는 개별 구성 요소가 각각 활성화(excited)되는 대응하는 시험 성능에 의해 각각 "학습"될 수 있고, 인식 스킴으로서 출력 신호에 대해 사용될 수 있다.

모니터링 및 제어 유닛은 또한 사전 규정된 공차 값에 대한 측정된 값의 비교에 기초하여 진공 밸브에 의해 제어되는 프로세스의 평가에 관한 출력 신호를 제공하도록 설계될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 경고는 출력 신호로서 출력될 수 있으며, 이는 시스템에서 절대값에 대해 과도하게 높은 가속도가 발생한다는 것을 포함할 수 있다. 특히, 측정된 값들 또는 하나의 측정된 값이 공차 값 범위를 벗어나거나 이에 접하는 경우 이러한 경고가 출력될 수 있다.

또한, 모니터링 및 제어 유닛은 진공 밸브에 의해 제어되는 복수의, 특히 동등한 프로세스의 측정된 값의 경향 모니터링에 기초하여 출력 신호를 제공하도록 설계될 수 있으며, 출력 신호는 진공 밸브의 구성 요소의 증가된 마모에 대한 경고 및 진공 밸브의 구성 요소의 내구성에 대한 예상 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 예를 들어, 시스템 내의 진동 진폭이 공차 증가율보다 프로세스별로 더 빠르게 증가하는 경향 모니터링 범위에서 확립된 경우, 진공 밸브의 구성 요소의 증가된 마모에 대한 경고가 발생할 수 있다. 진공 밸브의 구성 요소의 내구성에 대한 예상은 예를 들어, 프로세스별로 결정되거나 보간에 의해 계산되는 경향 모니터링의 범위에서 확립된 진폭 또는 진동 증가의 경향에 의해 이루어질 수 있으며, 이러한 경향의 확장은 공차 한계까지 시뮬레이팅된다.

모니터링 및 제어 유닛은 또한 폐쇄 절차 동안 개구 축에 평행하게 측정된 가속도 값 및 커플링 구성 요소의 적어도 하나의 알려진 강도 값, 특히 커플링 구성 요소의 치수와 관련하여 탄성 계수 또는 강성 계수에 기초하여, 폐쇄 위치에서 밸브 마개가 밸브 시트 상에서 받는 접촉 압력을 결정하도록 설계될 수 있다. 특히, 이는 가속도 값을 적분함으로써 수행될 수 있으며, 이에 의해 각각 진행 거리 또는 굴곡 거리가 확인될 수 있으며, 이는 힘에 대한 커플링 구성 요소의 강성을 알고 차례로 계산될 수 있다. 폐쇄 절차에서 밸브 마개와 밸브 시트 사이의 제1 접촉은 예를 들어, 가속도 값의 적분을 위한 개시점으로서 사용될 수 있다. 이러한 제1 접촉은 또한 가속도 값에 의해 획득될 수 있다. 이러한 목적으로 사용되는 센서 또는 센서들은 예를 들어, 회전 레이트 센서 및/또는 가속도 센서일 수 있으며, 이들은 각각 예를 들어, 구동기의 하우징 또는 커플링 요소(아암 또는 로드) 상에 배열될 수 있다.

센서 배열은, 가속도가 시일의 적어도 하나의 부분과 제1 시일링 표면의 적어도 하나의 부분 사이, 및 시일의 적어도 하나의 부분과 제2 시일링 표면의 적어도 하나의 부분 사이의 위치들 중 적어도 하나 상에서의 마찰 진동에 기인하는 측정 신호에 의해 획득되도록 배열 및 설계될 수 있다.

센서 배열은 구동 유닛으로 귀결되는 가속도가 측정 신호에 의해 획득되도록 배열 및 설계될 수 있다. 예를 들어, 부적절하거나 노화된 그리스 윤활로 인해, 운송 손상과 같은 기어링 손상으로 인해, 또는 충돌 결과로서 거기에 위치된 가속도가 발생할 수 있다. 일반적으로, 가속도는 예를 들어, 차례로 마멸 또는 마모로 인해 초래되는 시스템에서의 증가된 마찰에 의해 유도될 수 있다.

센서 배열은 진공 밸브 상에서 외부에서 작용하는 가속도가 측정 신호에 의해 획득되도록 배열 및 설계될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 주변에서 발생하는 지진 또는 작업 사고가 검출될 수 있고, 필요한 경우, 예를 들어, 현재 진행중인 프로세스를 일시 정지시키는 조치가 제안되거나 수행될 수 있다.

센서 배열은 적어도 하나의 관성 센서가 제1 시일링 표면의 적어도 일부를 포함하는 밸브 시트의 부분 상, 제2 시일링 표면의 적어도 일부를 포함하는 밸브 마개의 부분 상, 밸브 하우징 상, 및 구동 유닛의 하우징 상의 위치들 중 적어도 하나에 배열되도록 설계될 수 있다.

센서 배열은 규정된 방식으로 정렬된 적어도 하나의 축을 따라 가속도를 검출하는 가속도 센서, 및 규정된 방식으로 정렬된 적어도 하나의 축 주위의 회전 속도 또는 회전 가속도를 검출하는 회전 레이트 센서의 관성 센서 중 적어도 하나를 포함한다. 따라서, 상이한 유형의 복수의 관성 센서가 밸브 내의 또는 밸브 상의 상이한 위치에 배열될 수 있으며, 즉, 예를 들어, 커플링 구성 요소 상에 자이로스코프 또는 회전 레이트 센서 및 구동기 하우징 상에 가속도 센서가 배열될 수 있다. 매우 일반적으로, 가속도 센서는 적어도 하나의 선형 축을 따라, 특히 각각 서로 수직인 3개의 공간 축에서 3차원으로 가속도를 검출한다.

구동 유닛은 밸브 하우징에 연결될 수 있고, 밸브 마개는 커플링 구성 요소를 통해 구동 유닛에 커플링될 수 있다. 커플링 구성 요소는 커플링 구성 요소의 제어된 안내를 위해 밸브 하우징에 연결된 지지 요소 상에 지지될 수 있다.

진공 밸브는 외부 환경으로부터 분리된 진공 영역을 규정할 수 있고, 측정 신호에 기여하는 센서 배열의 관성 센서는 진공 영역 외부에 배열될 수 있다.

밸브 시트는 진공 밸브의 부분에 의해 형성될 수 있으며, 특히 밸브 시트가 진공 밸브의 하우징 상에 형성되거나, 프로세스 챔버, 특히 챔버 하우징에 의해 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 진공 밸브는 도면에 개략적으로 나타낸 실시예에 의해 단지 예시의 방식으로 아래에서 더욱 상세하게 설명된다. 동일한 요소는 도면에서 동일한 참조 번호로 표시되어 있다. 원칙적으로, 설명된 실시예는 스케일대로가 아니며 제한적인 것으로 이해되어서는 안된다.

도면은 이하를 상세하게 나타낸다:
도 1a 및 도 1b는 펜듈럼 밸브(pendulum valve)로서 본 발명에 따른 진공 밸브의 가능한 실시예를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 트랜스퍼 밸브로서 본 발명에 따른 진공 밸브의 가능한 실시예를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 2개의 관성 센서를 갖는 트랜스퍼 밸브에서의 본 발명에 따른 센서 배열의 개략도를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 모노 밸브에서의 본 발명에 따른 추가적인 센서 배열의 개략도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5e는 진공 밸브 조정, 이 경우 기록된 가속도 측정 값 및 측정 값의 예시적인 분석의 개략도를 나타낸다.

도 1a 및 도 1b는 펜듈럼 밸브 형태의 본 발명에 따른 밸브의 가능한 실시예를 개략적으로 나타낸다. 유로의 실질적인 가스-기밀 차단을 위한 밸브는 개구(2)를 포함하는 밸브 하우징(1)을 갖는다. 개구(2)는 여기서 예를 들어, 원형 단면을 갖는다. 개구(2)는 밸브 시트(3)에 의해 둘러싸인다. 이 밸브 시트(3)는 밸브 플레이트(4)의 방향으로 축 방향으로 향하는 시일링 표면(6a)에 의해 형성되고, 개구 축(5)에 대해 횡방향으로 연장되고, 원형 링의 형상을 가지며 밸브 하우징(1)에 형성된다. 밸브 플레이트(4)는 피벗 가능하고 개구 축(5)에 실질적으로 평행하게 조정 가능하다. 밸브 플레이트(4)의 폐쇄 위치(G)(도 1b)에서, 개구(2)는 밸브 플레이트(4)에 의해 가스-기밀하게 폐쇄된다. 밸브 플레이트(4)의 개방 위치(O)가 도 1a에 나타내어져 있다.

밸브 플레이트(4)는 플레이트 상에 횡방향으로 배열되고 개구 축(5)에 대해 수직으로 연장되는 아암(7)(커플링 구성 요소)을 통해 구동기(8)(모터)에 연결된다. 밸브 플레이트(4)의 폐쇄 위치(G)에서, 이 아암(7)은 개구 축(5)을 따라 기하학적으로 투사된 개구(2)의 개구 단면 외부에 위치된다.

구동기(8)는 펜듈럼 밸브에서 통상적인 밸브 플레이트(4)가 개구 축(5)에 대하여 횡방향으로, 그리고 개구(2)의 단면에 걸쳐 실질적으로 평행하게, 그리고 개구 축(5)에 대하여 수직으로 개방 위치(O)와 중간 위치 사이의 피벗 축(9) 주위의 피벗 이동의 형태로 구동기(8)의 횡방향 이동(x)에 의해 피벗 가능하며, 개구 축(5)에 평행하게 발생하는 구동기(8)의 종방향 이동(y)에 의해 선형으로 변위 가능한 방식으로 대응하는 기어링의 사용에 의해 설계된다. 개방 위치(O)에서, 밸브 플레이트(4)는 개구(2)에 횡방향으로 인접하게 배열된 드웰(dwell) 섹션에 위치되어, 개구(2) 및 유로가 해제된다. 중간 위치에서, 밸브 플레이트(4)는 개구(2) 위에 이격되어 위치되고 개구(2)의 개구 단면을 덮는다. 폐쇄 위치에서, 개구(2)는 밸브 마개(4)(밸브 플레이트)와 밸브 시트의 시일링 표면(6a) 사이에 존재하는 가스-기밀 접촉에 의해 가스-기밀하게 폐쇄되고 유로가 차단된다.

밸브의 자동화되고 조절된 개방 및 폐쇄를 가능하게 하기 위해, 밸브는 예를 들어, 전자 조절 및 제어 유닛(모니터링 및 제어 유닛)을 제공하며, 이는 밸브 플레이트(4)가 가스-기밀 방식으로 프로세스 체적을 폐쇄하거나 이러한 체적의 내부 압력을 조절하기 위해 그에 따라 조정 가능하도록 설계되고 구동기(8)에 연결된다. 예를 들어, 모니터링 및 제어 유닛은 구동기(8)의 하우징에 통합되거나 데이터 케이블 연결을 통해 이전된다.

본 예시적인 실시예에서, 구동기(8)는 전기 모터로서 설계되며, 여기서 기어링은 구동기(8)의 구동이 횡방향 이동(x) 또는 종방향 이동(y) 중 어느 하나를 야기하도록 전환될 수 있다. 구동기(8) 및 기어링은 조절기에 의해 전자적으로 활성화된다. 특히 게이트-형 시프팅을 갖는 이러한 기어링은 종래 기술로부터 알려져 있다. 또한, 횡방향 이동(x) 및 종방향 이동(y)을 실시하기 위해 복수의 구동기를 사용하는 것이 또한 가능하며, 여기서 제어는 구동기의 활성화를 담당한다.

설명된 펜듈럼 밸브를 사용한 유속의 정확한 조절 및/또는 설정은 횡방향 이동(x)에 의해 개방 위치(O)와 중간 위치 사이에서 밸브 플레이트(4)의 피벗 조정에 의해서 가능할 뿐만 아니라, 오히려 무엇보다도 종방향 이동(y)에 의해 중간 위치와 폐쇄 위치 사이에서 개구 축(5)을 따라 밸브 플레이트(4)의 선형 조정에 의해 가능하다. 설명되는 펜듈럼 밸브는 정확한 조절 작업에 사용될 수 있다.

밸브 플레이트(4)와 또한 밸브 시트(3) 모두는 각각 시일링 표면(6a, 6b) - 제1 및 제2 시일링 표면을 갖는다. 제1 시일링 표면(6a)은 또한 시일(10)을 포함한다. 이러한 시일(10)은 예를 들어, 가황에 의해 밸브 시트(3) 상에 중합체로서 가황될 수 있다. 대안적으로, 시일(10)은 예를 들어, 밸브 시트(3)의 홈에 O-링으로서 구현될 수 있다. 시일링 재료는 또한 밸브 시트(3) 상에 접착식으로 본딩되어 시일(10)을 구현할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 시일(10)은 밸브 플레이트(4)의 측, 특히 제2 시일링 표면(6b) 상에 배열될 수 있다. 이들 실시예의 조합이 또한 고려될 수 있다.

밸브 플레이트(4)는, 예를 들어, 제어 변수 및 출력 제어 신호에 기초하여 가변적으로 설정된다. 예를 들어, 밸브에 연결된 프로세스 체적에서 현재의 압력 상태에 대한 정보의 항목이 입력 신호로서 획득된다. 또한, 추가적인 입력 변수, 예를 들어, 체적으로의 질량 주입 흐름이 조절기에 제공될 수 있다. 그 후, 조절 사이클의 시간에 따른 밸브의 조절된 설정이 이러한 변수에 기초하여, 그리고 사전 결정된 타겟 압력에 기초하여 이루어지며, 이는 체적에 대하여 설정 및/또는 달성되어, 체적으로부터의 질량 배출 흐름이 밸브에 의해 시간의 경과에 따라 조절될 수 있다. 이를 위하여, 밸브 뒤에 진공 펌프가 제공되며, 즉, 밸브가 프로세스 챔버와 펌프 사이에 배열된다. 따라서 원하는 압력 곡선이 조정될 수 있다.

밸브 마개(4)의 설정에 의하여, 각각의 개구 단면이 밸브 개구(2)에 대해 설정되며, 따라서 프로세스 체적으로부터 단위 시간 당 배출될 수 있는 가능한 가스량이 설정된다. 밸브 마개(4)는 이러한 목적을 위해, 특히 가장 가능한 층류의 매체 흐름을 달성하기 위해 원형으로부터 벗어난 형상을 가질 수 있다.

개구 단면을 설정하기 위해, 밸브 플레이트(4)는 개방 위치(O)로부터 중간 위치로 구동기(8)의 횡방향 이동(x)에 의해, 그리고 중간 위치로부터 폐쇄 위치로 구동기(8)의 종방향 이동(y)에 의해 조절 및 제어 유닛에 의해 조정 가능하다. 유로를 완전히 개방하기 위해, 밸브 플레이트(4)는 폐쇄 위치로부터 중간 위치로 구동기(8)의 종방향 이동(y)에 의해 그리고 거기로부터 중간 위치로부터 개방 위치(O)로 구동기(8)의 횡방향 이동(x)에 의해 제어기에 의해 조정 가능하다.

밸브 시트(3)에 대한 밸브 플레이트(4)의 가압은, 필요한 가스-기밀성이 전체 가압된 영역 내부에서 보장되고 또한 과도하게 큰 압력 스트레인으로 인한 시일(10)에 대한 손상이 회피되도록 이루어져야 한다. 이를 보장하기 위해, 알려진 밸브는 2개의 밸브 플레이트 측 사이에 존재하는 압력 차의 함수로서 조절된 밸브 플레이트(4)의 접촉 압력 조절을 제공한다.

그러나, 특히 큰 압력 변동 또는 부분 진공으로부터 과압으로의 변화, 또는 그 반대로의 경우에, 조절 프로세스 동안, 즉 개구 단면의 변동 동안 균일한 힘의 분포가 언제나 보장될 수는 없다. 밸브 스트레인에 따라, 예를 들어, 시일(10)(시일링 재료), 밸브 플레이트(4) 및 시일링 표면(6a, 6b)은 그에 따라 상이하게 변형되고, 이에 의해, 예를 들어, 가변 유효 유지 보수 간격이 밸브 스트레인에 따라 유래된다.

종래 기술에서, 밸브 마개는 통상적으로 가능하게 발생하는 누출을 피하거나 시일의 품질을 충분히 높은 레벨로 일관적으로 유지하기 위한 예방 조치로서 고정된 시간 간격으로 교체 및/또는 갱신된다. 이는 무엇보다도 밸브 부품이 정기 또는 실제 서비스 수명이 지나기 전에 통상적으로 갱신되거나 교체된다는 단점을 갖는다.

본 발명에 따르면, 진공 밸브는 구동 유닛(8)의 하우징 상에 가속도 센서(11a)를 나타낸 예에서, 적어도 하나의 관성 센서를 갖는 센서 배열을 포함하며, 이에 의해, 예를 들어, 진공 밸브의 시일 마모의 모니터링 또는 구동 유닛의 모니터링이 이루어질 수 있다.

예를 들어, 관성 센서(11a)에 의해, 서로 대응하는 시일링 표면(6a, 6b) 중 하나와 시일링 표면(6a, 6b) 사이에 위치된 시일(10) 사이의 마찰 진동은 프로세스 챔버의 압력 변동 또는 다른 구성 요소의 마모와 독립적으로 획득될 수 있다. 따라서, 이들 및 다른 진동은 예를 들어, 실시간으로 프로세스 구간에 걸쳐 획득될 수 있다. 특히, 이러한 기록은 복수의 프로세스에 걸쳐 수집되어 경향 모니터링 범위에서 분석된다. 따라서, 시일 마모의 과정이 모니터링될 수 있고, 그에 따라 실제 마모에 따라 유지 보수 간격이 동적으로 설정될 수 있다.

센서 배열에 의해 측정 신호가 획득될 수 있고, 밸브 상에서 발생하는 가속도에 대한 진공 밸브의 상태 정보의 항목이 신호에 기초하여 도출될 수 있다. 따라서, 진공 밸브의 거동이 모니터링되고 점진적으로 평가될 수 있다.

나타낸 예에서, 가속도 센서(11a)는 예를 들어, 하우징 표면에 수직인 적어도 하나의 병진에서 구동 하우징(8) 상의 가속도를 획득한다. 이에 의해 개구 축(5)에 대하여 수직으로 발생하는 진동이 그에 따라 기록된다. 특히, 본 발명에 따른 센서 배열은 가속도가 모든 3개의 공간 방향, 즉, 3차원으로 검출되는 방식으로 고려된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 회전 속도 및/또는 가속도는 또한 센서 배열에 의해 구성된 하나 이상의 회전 레이트 센서를 사용하여 검출될 수 있다. 필요에 따라 각각의 축과 그 정렬이 구성될 수 있다.

기록된 진동의 기원은 각각의 경우에 주파수 및/또는 진폭 분석에 의해 확인될 수 있다. 이러한 위치는 개별 밸브 구성 요소가 인위적으로 활성화되는 경험치 또는 시험 기록에 가능하게 기초할 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 관성 센서가 또한 나타낸 각각의 구성 요소 상에 제공될 수 있으며, 여기서 측정된 값의 분석이 그에 따라 구성되어야 한다.

나타낸 펜듈럼 밸브 대신에, 본 발명에 따른 진공 밸브는 다른 진공 밸브 유형, 예를 들어, 플랩(flap) 밸브, 슬라이드 밸브 또는 소위 버터플라이(butterfly) 조절 밸브를 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 밸브는 특히 진공 분야에서의 사용을 위해 설계된다. 또한, 펜듈럼 밸브가 또한 사용될 수 있으며, 그 마개는 한 방향으로만 조정될 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 상이한 마개 위치에 나타내어진 트랜스퍼 밸브 형태의 본 발명에 따른 밸브의 가능한 일 실시예를 개략적으로 나타낸다. 선행 도면에서 사용된 참조 부호가 여기서 마찬가지로 적용된다.

나타내어진 트랜스퍼 밸브는 특수한 형태의 슬라이드 밸브이다. 진공 밸브는 개구(2)의 가스-기밀 폐쇄를 위한 시일링 표면(6b)을 포함하는 직사각형의, 플레이트형 마개 요소(4)(예를 들어, 밸브 플레이트)를 갖는다. 개구(2)는 마개 요소(4)에 대응하는 단면을 가지며 벽(14)에 형성된다. 개구(2)는 밸브 시트(3)에 의해 둘러싸이고, 이는 차례로 또한 마개 요소(4)의 시일링 표면(6b)에 대응하는 시일링 표면(6a)을 제공한다. 마개 요소(4)의 시일링 표면(6b)은 마개 요소(4) 주위를 둘러싸게 연장되며, 시일링 재료(10)(시일)를 담지한다. 폐쇄 위치에서, 시일링 표면(6a, 6b)은 서로에 대해 가압되고 시일링 재료는 2개의 시일링 표면(6a, 6b) 사이에서 압축된다.

개구(2)는 벽(14)의 좌측에 위치된 제1 가스 영역(L)을 벽(14)의 우측의 제2 가스 영역(R)에 연결시킨다. 벽(14)은 예를 들어, 진공 챔버의 챔버 벽에 의해 형성된다. 그 후, 진공 밸브는 챔버 벽(14)과 마개 요소(4)의 상호 작용에 의해 형성된다.

마개 요소(4)는 예를 들어, 여기에서 로드(rod)-형상이며 기하학적 조정 축(16)을 따라 연장되는 조정 아암(15) 상에 배열된다. 조정 아암(15)은 구동 유닛(8)에 기계적으로 커플링되며, 구동 유닛(8)에 의해 마개 요소(4)는 중간 위치(Z)(도 2b)를 통한 개방 위치(O)(도 2a)와 폐쇄 위치(G)(도 2c) 사이에서 구동 유닛(8)에 의한 조정 아암(15)의 조정에 의해 벽(14)의 좌측 상의 제1 가스 영역(L)에서 조정 가능하다.

개방 위치(O)에서, 마개 요소(4)는 도 2a에 나타낸 바와 같이, 개구(2)의 투사 영역 외부에 위치되고 이를 완전히 해제한다.

조정 아암(15)을 조정 축(16)에 평행하고 벽(4)에 평행한 축 방향으로 조정함으로써, 마개 요소(4)는 구동 유닛(8)에 의해 개방 위치(O)로부터 중간 위치(Z)로 조정될 수 있다.

이러한 중간 위치(Z)에서, 마개 요소의 시일링 표면(6b)은 개구(2)를 덮고, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 개구(2)를 둘러싸는 밸브 시트(3)의 시일링 표면(6a)에 대향하여 이격된 위치에 위치된다.

조정 아암(15)을 조정 축(16)에 대해 횡방향으로, 즉, 벽(14) 및 밸브 시트(3)에 대해 수직으로 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-기밀 방식으로 개구(2)를 폐쇄하고, 가스-기밀 방식으로 제1 가스 영역(L)을 제2 가스 영역(R)으로부터 분리한다.

따라서, 진공 밸브의 개방 및 폐쇄는 마개 요소(4) 및 조정 아암(15)의 L-형 이동에 의해 구동 유닛(8)에 의해 수행된다. 따라서, 나타내어진 트랜스퍼 밸브는 또한 L-형 밸브로 칭해진다.

나타내어진 바와 같은 트랜스퍼 밸브는 통상적으로 프로세스 체적(진공 챔버)을 시일링하고 체적을 로딩 및 언로딩하기 위해 제공된다. 이러한 사용의 경우에 개방 위치(O)와 폐쇄 위치(G) 사이의 빈번한 변경이 일반적이다. 이러한 방식으로, 시일링 표면(6a, 6b) 및 시일(10)의 증가된 마모의 외관이 발생할 수 있다.

본 발명에 따르면, 밸브 상에서 및/또는 밸브 내에서 발생하는 가속도, 특히 가속도 곡선에 대한 측정 신호를 획득하기 위해 적어도 하나의 관성 센서(11b)를 갖는 센서 배열이 제공된다. 따라서, 획득된 측정 신호가 기록될 수 있으며, 후속적으로 특히 시간-의존적인 방식으로 분석될 수 있다.

나타내어진 예에서, 관성 센서(11b)는 구동기(8)의 하우징 상에 배열되어, 예를 들어, 구동기에 의해 야기되는 진동을 획득한다. 다양한 구성 요소의 고장은 프로세스 시퀀스 동안 본 발명에 따른 센서 배열에 의해 예상될 수 있으며, 즉, 특히 경고가 과도하게 높은 가속도(떨림, 진동, 저크(jerk)) 또는 의도하지 않은 이러한 가속도의 경향으로 이루어진다.

도 3a 및 도 3b는 폐쇄 위치(G)(도 3a) 및 개방 위치(O)(도 3b)에 나타낸, 본 발명에 따른 트랜스퍼 밸브에서 추가적인 가능한 센서 배열을 개략적으로 나타낸다.

선행 도면에서 사용된 참조 부호는 여기에서 마찬가지로 적용된다. 나타내어진 도면에서, 밸브 시트(3)는 또한 진공 밸브의 하우징(17) 상에 형성된다. 그러나, 밸브 시트(3)가 프로세스 챔버, 즉, 챔버 하우징에 의해 제공되는 실시예와 실질적으로 유사하게 다음의 설명이 적용될 수 있음은 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백하다.

또한, 여기서는 단지 개략적으로 틸팅(tilting) 기구로서 나타내어진 밸브 기구는 제한적인 것으로 이해되어서는 안된다는 것이 자명하며, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 예를 들어, 유사한 방식으로 본 발명에 따른 센서 배열을 임의의 L-모션 구동기로 전환할 수 있으며, 예를 들어, L-모션 구동기는 서로 수직인 밸브 플레이트의 2개의 선형 조정 방향을 갖는다.

조정 아암(15)의 제어된 안내를 위해, 진공 밸브는 여기서 예를 들어, 안내 구성 요소(18)를 가지며, 여기서 구동 유닛(8)과 안내 구성 요소(18)는 여기서 예를 들어, 구동 유닛(8)과 또한 안내 구성 요소(18) 모두가 각각 밸브 하우징(17)에 대해 제자리에 고정 연결된다는 점에서 각각 서로에 대해 고정된 배열로 되어 있다. 조정 아암(15)은 또한 밸브 마개(4) 및 구동 유닛(8)에 기계적으로 커플링되며, 여기서 구동 유닛(8)에 의해 조정 아암(15)을 조정함으로써, 밸브 마개(4)는 밸브 시트(3)에 실질적으로 평행하게, 특히 도 2a 내지 도 2d에 설명되는 바와 같이 L-모션 이동으로 개방 위치(O)와 폐쇄 위치(G) 사이에서 조정 가능하다.

센서 배열은 예시의 방식으로 관성 센서(11c 및 11d)를 포함하고, 측정 신호가 커플링 구성 요소 중 하나 및/또는 구동기(8)에서 스틱-슬립(stick-slip) 효과를 획득하는 방식으로 설계될 수 있다. 시일(10) 상의 마찰 진동은 또한 이러한 센서 배열을 사용하여 획득될 수 있으며, 여기서 시일에 더 가까이 위치된 관성 센서의 배열이 예를 들어, 밸브 하우징(17) 상에 이러한 목적으로 고려될 수있다.

도 3a 및 도 3b에 나타내어진 센서 배열은 2개의 관성 센서(11d, 11e)를 포함하고, 여기서 예를 들어, 가속도 센서(11d)가 안내 구성 요소(18) 상에 제공되고 자이로스코프 또는 회전 레이트 센서(11e)가 구동 유닛(8) 상에 제공된다. 따라서, 배열은 각각의 경우에 구동 유닛(8) 상의 회전 속도 또는 가속도 및 안내 구성 요소(18) 상의 병진 가속도의 직접적인 획득을 가능하게 한다.

따라서, 예를 들어, 진공 밸브의 상태 정보의 항목이 구동 유닛(8)으로부터 통상적으로 기원되는 알려진 진동에 대해 획득된 측정 신호(가속도 값으로 표현)에 대한 타겟-실제 비교에 기초하여 도출될 수 있다. 가속도가 이전에 위험한 것으로 분류된 값 범위에 도달하면, 경고 신호가 제공될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 예를 들어, 폐쇄 위치(G)(도 4a) 및 개방 위치(O)(도 4b)에 나타내어진 소위 모노 밸브(monovalve)에서의 추가의 가능한 센서 배열을 개략적으로 나타낸다.

선형 이동에 의해 유로의 가스-기밀 폐쇄를 위한 밸브는 유로에 대한 개구(2)를 갖는 밸브 하우징(17)을 포함하고, 여기서 개구(2)는 유로를 따라 기하학적 개구 축(5)을 포함한다. 마개 요소(4)는 폐쇄 방향으로 개구(2)를 해제하는 개방 위치(O)로부터 개구(2)에 걸쳐 선형으로 푸시되는 폐쇄 위치(G)로, 그리고 개방 방향으로는 다시 반대로 마개 요소 평면(20)에서 개구 축(5)에 대하여 횡방향으로 연장되는 기하학적 조정 축(18)을 따라 선형으로 변위 가능하다.

예를 들어, 굴곡된 제1 시일링 표면(6a)은 제1 평면(22a)에서 제1 섹션(21a)을 따라 그리고 제2 평면(22b)에서 제2 섹션(21b)을 따라 밸브 하우징(17)의 개구(2)를 둘러싼다. 제1 평면(22a) 및 제2 평면(22b)은 서로로부터 이격되고 서로 평행하게 그리고 마개 요소 평면(20)에 평행하게 연장된다. 따라서, 제1 섹션(21a) 및 대향하는 제2 섹션(21b)은 조정 축(19)에 대해 횡방향으로 서로에 대해 그리고 개구 축(5)의 방향으로 기하학적 오프셋을 갖는다. 개구(2)는 조정 축(19)을 따라 연장되는 영역에서 2개의 대향 섹션(21a 및 21b) 사이에 배열된다.

마개 요소(4)는 제1 시일링 표면(6a)에 대응하고 제1 및 제2 섹션(21a, 21b)에 대응하는 섹션을 따라 연장되는 제2 시일링 표면(6b)을 포함한다.

모노 밸브, 즉, 단일 선형 이동에 의해 폐쇄 가능한 진공 밸브는 예를 들어, 비교적 복잡하게 구성된 구동기를 필요로 하는 2개의 이동에 의해 폐쇄 가능한 트랜스퍼 밸브와 비교하여 예를 들어, 비교적 간단한 폐쇄 기구의 이점을 갖는다. 마개 요소는 또한 하나의 단편으로 형성될 수 있기 때문에, 높은 가속력을 받을 수 있으므로, 이 밸브는 신속한 폐쇄 및 비상 폐쇄를 위해 또한 사용될 수 있다. 폐쇄 및 시일링은 단일 선형 이동에 의해 이루어질 수 있으므로, 밸브의 매우 신속한 폐쇄 및 개방이 여기서 가능하다.

특히, 모노 밸브의 하나의 이점은, 예를 들어, 폐쇄 동안 그 과정으로 인해 시일의 종방향 연장과 관련하여 시일이 횡방향으로의 횡방향 스트레인을 겪지 않는다는 것이다. 다른 한편으로, 시일은 개구 축(5)을 따라 마개 요소(4) 상에서 발생하는 흡수력의 개구 축(5)에 대한 횡방향 연장으로 인해 거의 불가능하며, 이러한 흡수력은 특히 큰 차동 압력의 경우에 마개 요소(4)에 작용할 수 있으며, 이는 마개 요소(4), 그 구동 및 그 장착의 견고한 구조를 필요로 한다.

도 4a 및 도 4b에 나타내어진 센서 배열은 예를 들어, 마개 요소(4)의 조정으로부터 후속되는 예를 들어, 조정 축(19)을 따른 가속도를 획득하기 위해 밸브 하우징(17) 상에 배열된 관성 센서(11e)를 포함한다. 이 경우 폐쇄 프로세스는 불규칙성에 대해 점검될 수 있다.

도 5a는 시간에 따라 플롯팅된 본 발명에 따른 진공 밸브의 예시적인 폐쇄 경로를 나타낸다. 도 5b 내지 도 5d는 하나 이상의 가속도 센서에 의해 이러한 폐쇄 프로세스 동안 기록된 서로 직교하는 3개의 공간 축에서의 가속도를 나타낸다. 도 5c에서 점선의 원으로 둘러싸인 영역의 예시적인 분석이 도 5e에 따른 주파수 스펙트럼에 나타내어져 있다. 예를 들어, 밸브의 개별 구성 요소는 특성 주파수에 기초하여 식별될 수 있으며, 이에 의해 미리 결정되거나 확인된 제한 진폭을 초과하는 것에 대한 평가가 이루어질 수 있다.

관성 센서는 예를 들어, 압전 가속도 센서이며, 이는 압전 세라믹 센서 플레이트에 기초하여 동적 압력 변동을 전기 측정 신호로 변환한다. 추가의 예는 실리콘-기반 마이크로-전자 기계 시스템(MEMS)이며, 여기서 예를 들어, "클래식" 스프링-질량 시스템의 편향이 (커패시턴스를 통해) 전기적으로 측정된다.

본 발명에 따른 센서 배열은 복수의 중력 가속도(g)의 진폭 범위 및 1/100,000 g까지의 진폭 분해능으로 측정하도록 구성된다. 관성 센서는 힘이 작용할 때 항상 가속된다. 예를 들어, 이동을 감속시킬 때 음으로 가속되기 위해 이동을 개시할 때 센서가 양으로 가속된다. 최소의 편향(예를 들어, 진동 중)도 센서가 검출할 수 있는 큰 가속도를 가질 수 있다. 진동은 높은 주파수를 가질 수 있으므로, 예를 들어, 센서를 사용하여 초 당 52,000개의 샘플이 측정된다(응용에 따라 더 낮거나 높은 주파수도 가능하고 실용적임). 이러한 신호를 평가하기 위해, 시간-의존 측정이 주파수-의존 신호(주파수 스펙트럼)로 변환될 수 있다. 센서는 특히 3개의 축으로 이를 실시할 수 있다. 예를 들어, 구동기의 상태는 진동에 기초하여 결론지을 수 있다. 따라서, 예를 들어, 윤활 그리스(grease)가 여전히 적절한 일관성을 가지고 있는지 또는 이미 노화된 외관을 갖는지 여부가 주파수 스펙트럼에 기초하여 판정될 수 있다. 또한, 예를 들어, 구동 유닛의 마모, 특히 마멸로 인해 주파수 스펙트럼이 변하는지 및/또는 더 이상 허용 가능하지 않은 마모 레벨이 확인된 경향에 기초하여 발생했는지 여부가 시스템에서 (예를 들어, 복수의 프로세스에 걸쳐) 검출될 수 있다. 운송 중 손상, 지진 또는 프로세스의 밸브 또는 주변 구성 요소와의 충돌이 또한 (가장 처음 사용으로부터) 확인될 수 있으며, 특히 여기서 예를 들어, 비상 정지 또는 프로세스의 속도 저하의 형태로 조치가 취해질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 진행 거리 또는 편향 거리는 적분 계산에 의해 측정된 가속도, 특히 특정 방향으로 검출된 가속도로부터 계산된다. 이렇게 계산된 거리 및 로드(15) 및/또는 아암(7)(커플링 구성 요소)의 알려진 강성(예를 들어, 탄성 계수, 강성 모듈)을 사용하여, 접촉 압력이 확인될 수 있으며, 이는 밸브 마개(4)로부터 밸브 시트(3) 상에 작용한다. 예를 들어, 밸브 기구의 각각의 폐쇄 또는 개방 단계는 또한 순간 총 가속 방향(X, Y 및 Z 방향으로 확인된 가속도 값으로부터의 벡터 형성)의 결정으로 관찰될 수 있다. 따라서, 개구 축에 대한 횡방향 이동 및 개구 축을 따른 이동은 측정된 값에서 서로 구별될 수 있다. 실제 폐쇄 순간, 즉, 밸브 마개가 밸브 시트 상에 충돌하는 시점이 또한 검출될 수 있다. 특히 접촉 압력 결정에 사용되는 상기 편향 거리는 이 폐쇄 순간으로부터 확인될 수 있다. 예를 들어, 관성 센서는 로드(15) 또는 아암(7) 상에 이러한 목적을 위한 가속도 센서로서 배열될 수 있다. 관성 센서는 또한 구동기(8) 또는 로드(15) 또는 아암(7)의 일 단부 상의 회전 레이트 센서로서 배열될 수 있다.

이러한 나타내어진 도면은 가능한 예시적인 실시예를 단지 개략적으로 나타낸다는 것이 자명하다. 다양한 접근법은 또한 서로 그리고 종래 기술의 방법과 조합될 수 있다.

Claims (15)

1. 체적 또는 질량 흐름의 조절 및/또는 유로(flow path)의 가스-기밀 차단을 위한 진공 밸브로서,
   · 개구 축(5)을 규정하는 밸브 개구(2) 및 상기 밸브 개구(2) 주위를 둘러싸는 제1 시일링 표면(6a)을 포함하는 밸브 시트(3),
   · 밸브 마개(4)로서,
   o 상기 체적 또는 상기 질량 흐름의 조절
   o 상기 유로의 차단
   중 적어도 하나를 위해 설계되고, 상기 제1 시일링 표면(6a)에 대응하는 제2 시일링 표면(6b)을 포함하는, 밸브 마개(4),
   · 상기 밸브 마개(4)에 커플링된 구동 유닛(8)으로서, 상기 구동 유닛(8)은 상기 밸브 마개(4)가
   o 각각의 밸브 개방 상태들을 제공하도록 규정된 방식으로 가변적이고 설정 가능하고,
   o 상기 밸브 마개(4)가 상기 밸브 개구(2)를 적어도 부분적으로 해제하는 개방 위치(O)로부터, 상기 제2 시일링 표면(6b)이 상기 제1 시일링 표면(6a)의 방향으로 가압되고 상기 밸브 개구(2)가 본질적으로 가스-기밀하게 폐쇄되는 폐쇄 위치(G)로, 그리고 다시 반대로 조정 가능하도록 설계된, 구동 유닛(8)을 포함하고,
   상기 진공 밸브는 적어도 하나의 관성 센서(11a)를 갖는 센서 배열을 더 포함하고, 상기 센서 배열은 상기 밸브 상에서 발생하는 가속도에 대한 측정 신호를 획득하도록 설계되고,
   상기 센서 배열은, 가속도가
   · 시일(10)의 적어도 하나의 부분과 상기 제1 시일링 표면(6a)의 적어도 하나의 부분 사이, 및
   · 상기 시일(10)의 적어도 하나의 부분과 상기 제2 시일링 표면(6b)의 적어도 하나의 부분 사이
   의 위치들 중 적어도 하나 상에서의 마찰 진동에 기인하는 상기 측정 신호에 의해 획득되도록 배열 및 설계되는, 진공 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서 배열을 제어하고 상기 구동 유닛(8)에 의해 상기 개방 위치(O)와 상기 폐쇄 위치(G) 사이에서 상기 밸브 마개(4)를 조정하도록 설계된 모니터링 및 제어 유닛을 특징으로 하는, 진공 밸브.
3. 제2항에 있어서,
   상기 모니터링 및 제어 유닛은 측정된 값들에 기초하여 주파수 스펙트럼을 제공하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
4. 체적 또는 질량 흐름의 조절 및/또는 유로(flow path)의 가스-기밀 차단을 위한 진공 밸브로서,
   · 개구 축(5)을 규정하는 밸브 개구(2) 및 상기 밸브 개구(2) 주위를 둘러싸는 제1 시일링 표면(6a)을 포함하는 밸브 시트(3),
   · 밸브 마개(4)로서,
   o 상기 체적 또는 상기 질량 흐름의 조절
   o 상기 유로의 차단
   중 적어도 하나를 위해 설계되고, 상기 제1 시일링 표면(6a)에 대응하는 제2 시일링 표면(6b)을 포함하는, 밸브 마개(4),
   · 상기 밸브 마개(4)에 커플링된 구동 유닛(8)으로서, 상기 구동 유닛(8)은 상기 밸브 마개(4)가
   o 각각의 밸브 개방 상태들을 제공하도록 규정된 방식으로 가변적이고 설정 가능하고,
   o 상기 밸브 마개(4)가 상기 밸브 개구(2)를 적어도 부분적으로 해제하는 개방 위치(O)로부터, 상기 제2 시일링 표면(6b)이 상기 제1 시일링 표면(6a)의 방향으로 가압되고 상기 밸브 개구(2)가 본질적으로 가스-기밀하게 폐쇄되는 폐쇄 위치(G)로, 그리고 다시 반대로 조정 가능하도록 설계된, 구동 유닛(8)을 포함하고,
   상기 진공 밸브는 적어도 하나의 관성 센서(11a)를 갖는 센서 배열을 더 포함하고, 상기 센서 배열은 상기 밸브 상에서 발생하는 가속도에 대한 측정 신호를 획득하도록 설계되고,
   상기 진공 밸브는, 상기 센서 배열을 제어하고 상기 구동 유닛(8)에 의해 상기 개방 위치(O)와 상기 폐쇄 위치(G) 사이에서 상기 밸브 마개(4)를 조정하도록 설계된 모니터링 및 제어 유닛을 더 포함하며,
   상기 모니터링 및 제어 유닛은 하나 이상의 측정된 주파수 값들에 대한 상기 측정된 값들의 분석에 기초하여 각각의 측정된 주파수 값을 야기하는 진동의 위치 결정에 관한 출력 신호를 제공하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
5. 체적 또는 질량 흐름의 조절 및/또는 유로(flow path)의 가스-기밀 차단을 위한 진공 밸브로서,
   · 개구 축(5)을 규정하는 밸브 개구(2) 및 상기 밸브 개구(2) 주위를 둘러싸는 제1 시일링 표면(6a)을 포함하는 밸브 시트(3),
   · 밸브 마개(4)로서,
   o 상기 체적 또는 상기 질량 흐름의 조절
   o 상기 유로의 차단
   중 적어도 하나를 위해 설계되고, 상기 제1 시일링 표면(6a)에 대응하는 제2 시일링 표면(6b)을 포함하는, 밸브 마개(4),
   · 상기 밸브 마개(4)에 커플링된 구동 유닛(8)으로서, 상기 구동 유닛(8)은 상기 밸브 마개(4)가
   o 각각의 밸브 개방 상태들을 제공하도록 규정된 방식으로 가변적이고 설정 가능하고,
   o 상기 밸브 마개(4)가 상기 밸브 개구(2)를 적어도 부분적으로 해제하는 개방 위치(O)로부터, 상기 제2 시일링 표면(6b)이 상기 제1 시일링 표면(6a)의 방향으로 가압되고 상기 밸브 개구(2)가 본질적으로 가스-기밀하게 폐쇄되는 폐쇄 위치(G)로, 그리고 다시 반대로 조정 가능하도록 설계된, 구동 유닛(8)을 포함하고,
   상기 진공 밸브는 적어도 하나의 관성 센서(11a)를 갖는 센서 배열을 더 포함하고, 상기 센서 배열은 상기 밸브 상에서 발생하는 가속도에 대한 측정 신호를 획득하도록 설계되고,
   상기 진공 밸브는, 상기 센서 배열을 제어하고 상기 구동 유닛(8)에 의해 상기 개방 위치(O)와 상기 폐쇄 위치(G) 사이에서 상기 밸브 마개(4)를 조정하도록 설계된 모니터링 및 제어 유닛을 더 포함하며,
   상기 모니터링 및 제어 유닛은 사전 규정된 공차 값들에 대한 상기 측정된 값들의 비교에 기초하여 상기 진공 밸브에 의해 제어되는 프로세스의 평가에 관한 출력 신호를 제공하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
6. 체적 또는 질량 흐름의 조절 및/또는 유로(flow path)의 가스-기밀 차단을 위한 진공 밸브로서,
   · 개구 축(5)을 규정하는 밸브 개구(2) 및 상기 밸브 개구(2) 주위를 둘러싸는 제1 시일링 표면(6a)을 포함하는 밸브 시트(3),
   · 밸브 마개(4)로서,
   o 상기 체적 또는 상기 질량 흐름의 조절
   o 상기 유로의 차단
   중 적어도 하나를 위해 설계되고, 상기 제1 시일링 표면(6a)에 대응하는 제2 시일링 표면(6b)을 포함하는, 밸브 마개(4),
   · 상기 밸브 마개(4)에 커플링된 구동 유닛(8)으로서, 상기 구동 유닛(8)은 상기 밸브 마개(4)가
   o 각각의 밸브 개방 상태들을 제공하도록 규정된 방식으로 가변적이고 설정 가능하고,
   o 상기 밸브 마개(4)가 상기 밸브 개구(2)를 적어도 부분적으로 해제하는 개방 위치(O)로부터, 상기 제2 시일링 표면(6b)이 상기 제1 시일링 표면(6a)의 방향으로 가압되고 상기 밸브 개구(2)가 본질적으로 가스-기밀하게 폐쇄되는 폐쇄 위치(G)로, 그리고 다시 반대로 조정 가능하도록 설계된, 구동 유닛(8)을 포함하고,
   상기 진공 밸브는 적어도 하나의 관성 센서(11a)를 갖는 센서 배열을 더 포함하고, 상기 센서 배열은 상기 밸브 상에서 발생하는 가속도에 대한 측정 신호를 획득하도록 설계되고,
   상기 진공 밸브는, 상기 센서 배열을 제어하고 상기 구동 유닛(8)에 의해 상기 개방 위치(O)와 상기 폐쇄 위치(G) 사이에서 상기 밸브 마개(4)를 조정하도록 설계된 모니터링 및 제어 유닛을 더 포함하며,
   상기 모니터링 및 제어 유닛은 상기 진공 밸브에 의해 제어되는 복수의 프로세스의 측정 값들의 경향 모니터링에 기초하여 출력 신호를 제공하도록 설계되며, 상기 출력 신호는,
   · 상기 진공 밸브의 구성 요소의 증가된 마모에 대한 경고 및
   · 상기 진공 밸브의 구성 요소의 내구성에 대한 예상
   중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
7. 체적 또는 질량 흐름의 조절 및/또는 유로(flow path)의 가스-기밀 차단을 위한 진공 밸브로서,
   · 개구 축(5)을 규정하는 밸브 개구(2) 및 상기 밸브 개구(2) 주위를 둘러싸는 제1 시일링 표면(6a)을 포함하는 밸브 시트(3),
   · 밸브 마개(4)로서,
   o 상기 체적 또는 상기 질량 흐름의 조절
   o 상기 유로의 차단
   중 적어도 하나를 위해 설계되고, 상기 제1 시일링 표면(6a)에 대응하는 제2 시일링 표면(6b)을 포함하는, 밸브 마개(4),
   · 상기 밸브 마개(4)에 커플링된 구동 유닛(8)으로서, 상기 구동 유닛(8)은 상기 밸브 마개(4)가
   o 각각의 밸브 개방 상태들을 제공하도록 규정된 방식으로 가변적이고 설정 가능하고,
   o 상기 밸브 마개(4)가 상기 밸브 개구(2)를 적어도 부분적으로 해제하는 개방 위치(O)로부터, 상기 제2 시일링 표면(6b)이 상기 제1 시일링 표면(6a)의 방향으로 가압되고 상기 밸브 개구(2)가 본질적으로 가스-기밀하게 폐쇄되는 폐쇄 위치(G)로, 그리고 다시 반대로 조정 가능하도록 설계된, 구동 유닛(8)을 포함하고,
   상기 진공 밸브는 적어도 하나의 관성 센서(11a)를 갖는 센서 배열을 더 포함하고, 상기 센서 배열은 상기 밸브 상에서 발생하는 가속도에 대한 측정 신호를 획득하도록 설계되고,
   상기 진공 밸브는, 상기 센서 배열을 제어하고 상기 구동 유닛(8)에 의해 상기 개방 위치(O)와 상기 폐쇄 위치(G) 사이에서 상기 밸브 마개(4)를 조정하도록 설계된 모니터링 및 제어 유닛을 더 포함하며,
   상기 모니터링 및 제어 유닛은,
   · 폐쇄 절차 동안 상기 개구 축에 평행하게 측정된 가속도 값들, 및
   · 커플링 구성 요소의 적어도 하나의 알려진 강도 값
   에 기초하여, 상기 폐쇄 위치에서 상기 밸브 마개가 상기 밸브 시트 상에서 받는 접촉 압력을 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
8. 삭제
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 센서 배열은, 상기 구동 유닛(8)으로 귀결되는 가속도가 상기 측정 신호에 의해 획득되도록 설계 및 배열되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 배열은 상기 진공 밸브 상에서 외부로부터 작용하는 가속도가 상기 측정 신호에 의해 획득되도록 배열 및 설계되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 배열은 적어도 하나의 관성 센서가
    · 상기 제1 시일링 표면의 적어도 하나의 부분을 포함하는 상기 밸브 시트의 부분 상,
    · 상기 제2 시일링 표면의 적어도 하나의 부분을 포함하는 상기 밸브 마개의 부분 상,
    · 밸브 하우징 상, 및
    · 상기 구동 유닛의 하우징 상
    의 위치들 중 적어도 하나 상에 배열되도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 배열은,
    · 규정된 방식으로 정렬된 적어도 하나의 축을 따라 가속도들을 검출하는 가속도 센서, 및
    · 규정된 방식으로 정렬된 적어도 하나의 축 주위의 회전 속도들 또는 회전 가속도들을 검출하는, 회전 레이트 센서
    의 관성 센서들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    · 상기 구동 유닛(8)은 밸브 하우징(17)에 연결되고,
    · 상기 밸브 마개(4)는 커플링 구성 요소를 통해 상기 구동 유닛(8)에 커플링되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 밸브는 외부 환경으로부터 분리된 진공 영역을 규정하고, 상기 측정 신호에 기여하는 상기 센서 배열의 관성 센서들은 상기 진공 영역 외부에 배열되는 것을 특징으로 하는, 진공 밸브.
15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 시트(3)는,
    · 상기 진공 밸브의 부분에 의해 형성되거나,
    · 프로세스 챔버에 의해 제공되는
    것을 특징으로 하는, 진공 밸브.

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