TWI766051B - 包含壓力感測器之真空閥 - Google Patents

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Abstract

本發明有關真空閥(1)，包含閥閉合件(4)及較佳地係耦接至該閥閉合件(4)的氣動或電動氣動式驅動單元(7、7')，包含壓力介質。再者，該真空閥(1)具有壓力感測器(10、10')，且因此該壓力介質之壓力係可測量的。

Description

包含壓力感測器之真空閥
本發明有關包含至少一壓力感測器的真空閥及其相關之方法。
用於調節體積流量或質量流量及/或用於通過閥外殼中所形成的開口之流動路徑的本質上氣密式閉合之真空閥，大致上由該先前技術領域於不同實施例中已知，且尤其是被使用於IC、半導體、或基板製造的領域中之真空室系統中，其必需儘可能於不存在污染顆粒之受保護的環境中進行。此等真空室系統尤其包含至少一可排空之真空室，其被提供用於容納待處理或生產的半導體元件或基板，且其具有至少一真空室開口，該等半導體元件或其他基板係可經過該真空室開口導引進入及離開該真空室；及亦包含至少一真空泵，用於排空該真空室。譬如，在用於半導體晶圓或液晶基板之製造設備中，該高度靈敏的半導體或液晶元件連續地通過多數個製程真空室，其中坐落在該製程真空室內側之零件的每一個係藉著處理裝置所處理。於該等製程真空室內之處理製程期間且亦在由一室運送至另一室期間，該等高度靈敏的半導體元件或基板總是必需坐落於受保護之環境中-尤其是在無空氣的環境中。
用於此目的，一方面用於打開及閉合氣體供給或排出之周邊閥、及在另一方面用於打開及閉合該真空室的傳送開口且用於導入及移除該等零件之傳送閥被使用。
讓半導體零件通過的真空閥亦因為所描述之應用領域和與之相連的尺寸而被稱為真空傳送閥，也因為其主要為矩形的開口橫截面而被稱為矩形閥，且亦因為其典型之功能性而被稱為滑閥、矩形滑塊、或傳送滑閥。
周邊閥尤其是被使用於控制或調節真空室及真空泵或另一真空室間之氣體流動。周邊閥係坐落譬如在製程真空室或傳送室及真空泵、該大氣、或另一製程真空室間之管子系統內側。此等閥、亦被稱為泵閥的開口橫截面大致上係比於真空傳送閥之案例中者較小。取決於使用的區域，因為周邊閥不只是被使用於開口之完全打開及閉合，而且還通過連續調整完全打開位置和氣密閉合位置之間的開口橫截面來控制或調節流速，它們亦被稱為調節閥。一種可能用於控制或調節該氣體流量之周邊閥係該鐘擺閥。
在典型鐘擺閥中，譬如，如由美國6,089,537(Olmste)已知，於第一步驟中，大致上圓形閥板在開口之上由釋放該開口的位置、即該打開位置旋轉式樞轉進入遮蓋該開口之中介位置，該閥板大致上係亦圓形的。於滑閥之案例中，譬如，如在美國6,416,037(Geiser)或美國6,056,266(Blecha)中所敘述，該閥板、及亦該開口通常被設計為長方形，且係於此第一步驟中由釋放該開口的位置線性地位移進入遮蓋該開口之中介位置。於此中介位置中，該鐘擺閥或滑閥的閥板係坐落在與包圍該開口之閥座相反的隔開位置中。於第二步驟中，該閥板及該閥座間之距離係減少，且因此該閥板及該閥座被均勻地壓抵靠著彼此，使得該閥閉合件抵達一閉合位置，該開口在此閉合位置中本質上為氣密式閉合。此第二運動較佳地係在與該閥座垂直的方向中發生。
該密封可經由配置在該閥板之閉合側面上並壓至圓周地環繞該開口的閥座之密封環、或經由在該閥座上的密封環之任一者來發生，而該閥板的閉合側面被壓抵靠著該密封環。由於在二步驟中發生之閉合程序，該閥板及該閥座間之密封環幾乎不遭受剪切力，該剪切力將破壞該密封環，因為該閥板於該第二步驟中的運動本質上線性地垂直於該閥座發生。
不同之密封裝置由該先前技術領域、譬如由美國6,629,682 B2(Duelli)得知。用於真空閥中的密封環及密封件之一合適材料係譬如氟化橡膠、亦被稱為FKM，尤其是在該商品名“Viton”之下得知的氟橡膠，且亦為全氟橡膠、縮寫為FFKM。
不同之驅動系統係由該先前技術領域得知，用於達成在 該鐘擺閥中的旋轉式運動及於該閥板的滑閥在開口之上平行的平移運動和垂直於該開口之本質上平移運動，例如來自用於鐘擺閥的美國6,089,537(Olmsted)及來自用於滑閥之美國6,416,037(Geiser)。
於此案例中，譬如藉著電動馬達，該驅動單元提供用於該運動所需要的力量或能量，該電動馬達譬如經由至調整支臂之耦接件來驅動該閥閉合件。氣動驅動單元係亦由該先前技術領域、譬如德國197 46 241 A1得知，其具有至少一活塞-汽缸單元，該活塞-汽缸單元係使用壓力介質來操作及被耦接至該閥閉合件。
該閥板壓抵靠著該閥座必需發生，使得既在該整個壓力範圍內確保所需的氣密性，且亦避免由於過高之壓力應變而對該密封介質、尤其是呈O型環的形式之密封環造成損壞。為確保這一點，習知閥將該閥板的接觸壓力調節提供為一般於該二閥板側面間之壓力差的函數。然而，尤其是在大壓力變動或由局部真空至過壓、或反之亦然的變化之案例中，沿著該密封環的整個圓周之均勻力分佈不能總是被確保。大致上，試圖將該密封環與支撐力解耦，該支撐力源自施加至該閥的壓力。於美國6,629,682(Duelli)中，具有密封介質之真空閥被提出用於此目的，譬如，其係由密封環及鄰接支撐環所構成，且因此該密封環本質上係無支撐力。
為達成所需之氣密性，可能還有超壓和局部真空，除了該第二運動步驟之外或作為該第二運動步驟的替代者，一些已知的鐘擺閥或滑閥提供閥環，閥環可垂直於該閥板位移並包圍該開口，且將其壓至該閥板上以氣密地閉合該閥。此可關於該閥板主動地位移而具有閥環之閥係譬如由德國1 264 191 B1、德國34 47 008 C2、美國3,145,969(von Zweck)、及德國77 31 993 U已知。於美國5,577,707(Brida)中，包含具有開口的閥外殼之鐘擺閥、及可在該開口之上平行樞轉而用於經過該開口控制流速的閥板被敘述。包圍該開口之閥環係藉著多數個彈簧及壓縮空氣缸可垂直於該方向主動地運動朝該閥板。此鐘擺閥的可能改良被提出於美國2005/0067603 A1(Lucas等人)中。
既然該前述閥被使用，尤其是，用於此等製程室，在真空室中生產高靈敏半導體零組件期間，對應之密封效果亦必需被可靠 地確保。尤其是，用於此目的，密封材料或將於壓縮時與該密封材料造成接觸之密封表面的狀態係重要的。在真空閥之使用壽命期間，通常會發生該密封材料或該密封表面的磨損。
再者，該驅動器系統及/或該閥之機械式運動零組件係容易故障，譬如，因為磨損或老化之外觀或因為外部干擾影響、諸如機械衝擊等，氣動閥驅動器的活塞-汽缸單元之損壞可譬如呈該活塞的滲漏或升高之內部摩擦的形式來發生。此等條件大致上能導致該真空閥之密封作用或功能或可靠性的損壞。迄今為止，在該先前技術領域中沒有早期及/或預先識別此等故障的選項。
為將該閥及/或該密封之質量始終保持在足夠高的水平，因此通常藉由替換或修復該閥門之零件、例如該密封件、氣動驅動器零件、或該閥整體，典型在特定的時間間隔進行該閥的維護。在這種情況下，此種維護週期通常係基於在特定時間段內預期之打開和閉合週期的數量來確定大小。如此，維護通常作為預防措施來進行，以便能夠盡可能地預先防止滲漏或其他功能失常之發生。
此閥維護的一缺點係其預防性質。受此維護所影響之零件通常在其正常或實際使用壽命通過之前修復或替換，這意味著額外的成本支出。再者，任何此等維護步驟大致上需要一定的生產過程停機時間及增加之技術和財務支出。然後，總的來說，這意味著以比所需要者更短之間隔來關閉生產，且比必要者更頻繁地關閉生產。
本發明係因此基於提供能夠讓操作最佳化的改良真空閥之目的。
本發明之另一目的係提供能夠讓閥維護最佳化之改良真空閥、及因此提供一項改良、亦即縮短任何可能的製程停機時間。
本發明之另一目的係提供改良之真空閥，其能夠使個別閥零件的使用壽命加長。
本發明之另一目的係提供用於控制真空閥之改良方法。
這些目的係藉由實現該等申請專利範圍獨立項之有特徵的特色來達成。以另一選擇或有利之方式，改進本發明的特色可由 申請專利範圍附屬項推論出。
本發明之基本概念係為真空閥配備有驅動單元，其具有壓力介質及較佳地係氣動式或電動氣動式，包含壓力感測器，其能夠測量該驅動單元的壓力介質之壓力。
如此，本發明的主題係真空閥、較佳地係真空滑閥、鐘擺閥、或單閥，用於體積流量或質量流量之調節及/或用於流動路徑的氣密性中斷，包含閥座，其具有界定開口軸線之閥開口及圓周地環繞該閥開口的第一密封表面。於此案例中，該閥座可為該真空閥之一體或結構式零組件，且尤其是能具體化該閥外殼的一部份。另一選擇係，該閥座能藉由製程室、譬如真空室之開口所形成，且能與可關於該閥座移動的閥閉合件配合來一起形成本發明的意義上之真空閥。
再者，該真空閥包含閥閉合件、尤其是閥板，用於該體積流量或質量流量的調節及/或用於流動路徑之中斷，具有與該第一密封表面對應的第二密封表面，其可變之位置係藉由該閥閉合件的個別位置及對齊所決定。再者，該真空閥具有耦接至該閥閉合件之驅動單元，包含至少一活塞-汽缸單元，包含至少一活塞及一氣缸鑽孔。該驅動單元較佳地係氣動或電動氣動形式，但其亦可被設計為液壓驅動單元。再者，該驅動單元具有用於施加至該活塞的至少一壓力作用表面之壓力介質，用於執行該閥閉合件的調整運動。藉著該驅動單元，該閥閉合件係可由打開位置調整進入閉合位置並返回，在該打開位置中，該閥閉合件及該閥座係關於彼此未接觸地提供，而在該閉合位置中，相對於該開口軸線之軸向密封接觸存在於該第一密封表面及該第二密封表面之間，尤其是經由密封件，且該閥開口如此被氣密地閉合。
該二密封表面的其中一者或兩者具有由密封材料所製成之密封件。該密封材料可為譬如以聚合物為基礎的材料(譬如，彈性體、尤其是氟橡膠)，其係硫化至該密封表面上或在該閥閉合件或該閥座中之溝槽中被提供當作O型環。如此，於本發明的範圍內，密封表面較佳地係考慮為那些表面，其中由密封材料所製成之密封件被以壓縮形式提供，以閉合該閥開口(閉合位置)。
再者，根據本發明，該真空閥包含至少一壓力感測器， 其中該壓力感測器被設計及配置，使得該壓力介質的壓力測量可被進行。
根據本發明之真空閥如此具有-較佳地係於該驅動單元中且在其中譬如被整合進入該驅動單元的壓力介質管線或壓力介質軟管線-壓力計，其譬如在特定之時間間隔測量該壓力介質的壓力。較佳地係，該壓力感測器被設計用於該壓力介質之持續的壓力測量，且因此譬如該壓力介質壓力之連續監視發生。
此外，該壓力感測器的壓力測量範圍可選地設計成適用於該驅動單元之壓力操作範圍，其中有利地保持用於可能的不規則壓力偏差之儲備。該壓力感測器較佳地係設計來測量0巴與10巴間之壓力範圍，其中作為另一選項，所測量的壓力被轉換成數位輸出信號及/或較佳地係0至10V之類比輸出電壓。於此案例中，數位輸出信號較佳地係經由數位介面(譬如SPI或I2C)傳輸或中繼。一些實施例有關用於絕對壓力測量之壓力感測器。
用於該壓力測量，該壓力感測器可選地具有可變形的隔膜及/或壓電晶體及/或石英及/或壓電諧振器。如此，該壓力感測器之功能原理係藉由該壓力介質的作用(及該變形的偵測、例如藉由感應測量或容量測量)、或電荷或其由於壓力或力作用之變化的測量、或由於壓力作用引起之振動行為的變化之測量來對該隔膜進行機械式變形。
在根據本發明的真空閥之特別有利的實施例中，該壓力感測器被配置於真空區域外側，該真空區域係藉由該真空閥所界定，並與外部環境分開。
該壓力感測器係可選地配置在該真空閥中，使得該活塞-汽缸單元之至少一輸入壓力係可測量的。較佳地係，該真空閥被設計，使得該活塞-汽缸單元之二或兩輸入壓力係可測量的。另一選擇或另外，該壓力感測器(或另一壓力感測器)被配置於該真空閥中，使得該汽缸之至少一室、尤其是二室中的壓力係可測量的。
在一些實施例中，該真空閥具有二活塞-汽缸單元，用於在二不同方向中調整該閥閉合件，該等方向尤其是大體上彼此正 交。每一個活塞-汽缸單元接著較佳地係具有用於該個別壓力介質、或該個別活塞-汽缸單元、或於個別汽缸(區段)中之個別壓力測量的至少一壓力感測器。另一選擇係，該真空閥具有(“共用”)壓力感測器，其被設計用於兩壓力介質或兩活塞-汽缸單元之壓力測量，譬如藉由連續的切換。
在進一步改良中，該真空閥另外具有位置感測器，其尤其是被設計用於該閥閉合件及/或該活塞之位置的持續測量。該位置測量及該壓力測量係可選地設計成適用於彼此，使得用於調整該閥閉合件及/或該活塞離開閒置位置、較佳地係該打開位置及/或閉合位置所需之壓力係可決定的。當作另一選項，該壓力感測器及該位置感測器係以此一方式被設計，使得該閥閉合件及/或該活塞之運動係可既基於該壓力測量及亦基於該位置測量推導。作用在該活塞上之力量及如此如果其質量及盡可能另外參數係已知，該運動(被期待)係由該壓力測量所推導，且該(實際)運動(距離-時間特徵曲線)係可基於譬如該位置推導。作為進一步的替代或進一步的補充，該壓力感測器及該位置感測器被設計，使得力量-距離特徵曲線能基於該壓力測量及該位置測量而被產生。尤其是在具有密封件之閥中，該密封件的力量-距離特徵曲線接著係可確定的，其分析可允許譬如待識別之密封材料的可能變化。
再者，藉著該壓力感測器，此位置測量及所論及之壓力測量被設計成適用於或能設計成適用於彼此，使得用於調整該閥閉合件離開閒置位置、尤其是該打開位置及/或閉合位置所需之壓力係可決定的。可因此譬如藉由平行位置及壓力測量來決定該驅動單元必須建立之壓力，以致該閥閉合件運動或開始移出該打開或閉合位置。
該閥座係可選地藉由在結構上連接至該真空閥的真空閥之一部份所形成，尤其是其中該閥座被形成在該真空閥的外殼上、或係藉由製程室、尤其是室外殼所提供。
於一實施例中，該真空閥具有監視及控制單元，用於使用預定義的控制值來啟動該驅動單元，以在該打開位置及該閉合位置之間調整該閥閉合件，其中該驅動單元、該閥閉合件、及該感測器被 設計及互相作用，使得該控制值係基於該壓力感測器的測量信號所設定，尤其是使得該測量信號連續地對應於預定義之設定值。
在此案例中，該真空閥、該感測器配置、及該監視與控制單元被可選地建構，譬如，使得該壓力感測器係例如經由傳統的有線或無線連接進行單方或雙方通訊，使該監視和控制單元用於提供及傳輸該測量信號。
再者，於進一步改良中，該真空閥具有一處理單元，其被設計，使得譬如尤其是藉由該監視和控制單元或該感測器配置所提供，而藉由該處理單元所取得之壓力感測器測量信號係可藉著該處理單元來處理，且該真空閥的一項狀態資訊係基於所取得之壓力感測器測量信號來確定。譬如，該狀態資訊係相對於該閥閉合件及/或該驅動單元的機械及/或結構完整性所提供，尤其是其中該狀態資訊係藉著所取得之壓力測量信號的實際設定點比較來確定，例如，基於用在該驅動單元之參考設定的被取得和預期壓力。可選地，基於該狀態資訊與預定容差值之比較，相對於藉由該真空閥所控制的過程之評估來提供輸出信號，例如，評估是否實現所需的(密封)作用或可以識別例如對該對驅動單元或密封表面的可能損壞。例如，然後可例如通過視覺或聲音信號向使用者指示製程是否在所需之容差內運行、或預期不想要掉落低於或超過此一容差(例如，基於該調整速度或末端位置)。
再者，本發明包含用於控制真空閥、尤其是真空滑閥、鐘擺閥、或單閥的方法，其中該真空閥被設計用於體積流量或質量流量之調節及/或用於流動路徑的氣密式中斷。在此案例中，待控制之真空閥具有閥座，其具有一界定開口軸線的閥開口及圓周地環繞該閥開口之第一密封表面、閥閉合件、尤其是閥板，用於該體積流量或質量流量的調節及/或用於該流動路徑之中斷，包含對應於該第一密封表面的第二密封表面，該第二密封表面之可變位置係藉由該閥閉合件的個別位置及對齊所決定。再者，該閥至少具有一驅動單元，其被耦接至該閥閉合件，且包含至少一活塞-汽缸單元，其包含至少一活塞及一氣缸鑽孔，再者，其中該驅動單元具有待施加至該活塞之至少一壓力作用表面的壓力介質，且因此該閥閉合件係可由打開位置調整進入 閉合位置並返回，在該打開位置中，該閥閉合件及該閥座沒有關於彼此接觸地被提供，而在該閉合位置中，尤其是經由密封件，相對於該開口軸線的軸向密封接觸存在於該第一密封表面及該第二密封表面之間，且該閥開口如此係氣密式閉合。然而，較佳地係，該驅動單元被設計為氣動或電動氣動式單元，其亦可為液壓單元。
根據本發明，該壓力介質的壓力係尤其是以持續之方式、在該方法的範圍中測量。可選地，壓力相依數位輸出信號或壓力相依類比輸出電壓被同時產生。該輸出電壓較佳地係於0V及10V間之範圍中。
在本發明的一改良中，該真空閥之一項狀態資訊、尤其是相對於該驅動單元的機械式及/或結構完整性係基於該壓力測量在該方法之範圍中被確定，其中該項狀態資訊可選地係藉著用於該已取得的測量信號之實際設定值比較、及/或基於該項狀態資訊對預定義的容差值之比較所確定，輸出信號係相對於藉由該真空閥所控制的製程之評估而被提供。
在進一步改良中，該閥閉合件及/或該活塞的被耦接至該壓力測量之位置測量另外發生在該方法的範圍中。如此，用於調整該閥閉合件離開該打開及/或閉合位置所需要之壓力係可選地決定。當作另一選項，該閥閉合件及/或該活塞的運動之推導或決定與再者該二導出的運動相對於可能差異之比較即在壓力測量的基礎上並且還在位置測量之基礎上進行。例如，基於該作用壓力並因此基於作用在該活塞上的力量，在知道其他參數之情況下，計算其運動並將此被計算的運動與基於該位置測量(在時間曲線中之位置)所決定的運動進行比較。可能之偏差允許例如該閥或驅動單元的(參數)變化之推斷。作為具有壓力測量和位置測量的方法之另一選擇，基於該壓力測量和該位置測量產生力量-距離特徵曲線，尤其是如果密封件係存在該真空閥中，產生該密封件的力量-距離特徵曲線。
再者，本發明之主題係具有程式碼的電腦程式產品、尤其是根據本發明之真空閥的控制和處理單元，該程式碼被儲存於藉由電磁波所具體化之機器可讀載體、或電腦資料信號上，用於執行根據 本發明的方法。
本發明如此有利地提供一種真空閥，其能夠持續或連續地測量該氣動(液壓)驅動器元件之壓力，且因此該驅動器的狀態或該閥之調整運動或調整順序能被監視或檢查及盡可能地評估。再者，該壓力測量能夠對該真空閥及/或其各個零組件、例如該驅動單元、其管線、或其活塞-汽缸單元進行自動且持續的狀態驗證，其中狀態資訊項不僅可以被確定或經由驅動零件直接地導出，而還是經由該真空閥之其他零件間接地導出，例如，與該閥閉合件的位置測量一起，在該閥開口上形成該閉合件之黏著力。於此案例中，只能早期或根本不能識別故障或指示未來故障的不平整，及/或可因為無故障而避免不必要之維護。於此案例中，該等檢查可在該正常製程順序期間有利地進行，且因此不必中斷它們。
在下文中，將基於該等附圖中概要地說明的示範實施例、僅通過範例之方式更詳細地敘述根據本發明的真空閥。在該等圖面中，完全相同之元件係設有完全相同的參考符號。所敘述之實施例大致上未按比例顯示，也不應被理解為限制。
1‧‧‧真空閥
2‧‧‧開口
3‧‧‧第一密封表面
4‧‧‧閥閉合件
6‧‧‧第二密封表面
7‧‧‧驅動單元
7’‧‧‧驅動單元
8‧‧‧活塞-汽缸單元
8’‧‧‧活塞-汽缸單元
9‧‧‧氣缸鑽孔
9’‧‧‧氣缸
10‧‧‧壓力感測器
10’‧‧‧壓力感測器
11‧‧‧下區段
11o‧‧‧室
11u‧‧‧室
12‧‧‧上區段
13‧‧‧活塞
13’‧‧‧活塞
13o‧‧‧活塞桿
13t‧‧‧板件
13u‧‧‧活塞桿
14‧‧‧壓力介質管線
14o‧‧‧管路支線
14u‧‧‧管路支線
14o’‧‧‧軟管線
14u’‧‧‧軟管線
15‧‧‧切換閥
16‧‧‧開口
18‧‧‧電子處理單元
19‧‧‧資料線
20a‧‧‧第一平面
20b‧‧‧第二平面
21a‧‧‧第一區段
21b‧‧‧第二區段
22‧‧‧閉合元件平面
23‧‧‧密封件
24‧‧‧閥外殼
25‧‧‧位置感測器
26‧‧‧掃描標尺
27‧‧‧標靶
28‧‧‧壁面
F1‧‧‧壓力作用表面
F2‧‧‧壓力作用表面
L‧‧‧第一氣體區域
R‧‧‧第二氣體區域
於該等特定圖面中：圖1a,b顯示根據本發明當作單閥的真空閥之可能的第一實施例；圖2顯示根據本發明當作單閥之真空閥的可能之第二實施例；圖3顯示根據本發明當作單閥的真空閥之可能的另一實施例；圖4顯示根據本發明當作傳送閥之真空閥的另一實施例之概要說明圖。
圖1a、1b概要地顯示根據本發明的真空閥1之第一實施例。於該範例中，該閥1被具體化為所謂的單閥，並以橫截面被顯示於打開位置O(圖1a)及閉合位置G(圖1b)中。
用於藉著線性運動氣密式閉合流動路徑，該閥1具有閥外殼24，包含用於該流動路徑之開口2，其中該開口2具有沿著該流動路徑的幾何開口軸線H。該開口2將坐落在該閥1及/或分隔壁面(未示出)之左側上的圖示中之第一氣體區域L連接至其右側上的第二氣體區域R。此一分隔壁面係譬如藉由真空室之室壁所形成。
沿著橫亙於該開口軸線H延伸的幾何調整軸線V，該閥閉合件4係可在閉合元件平面22中由打開位置O線性地位移進入閉合位置G，於該打開位置O中釋放該開口2，而在該閉合位置G中於該開口2之上線性地推動，並藉著驅動單元7在閉合方向中推動及反之亦然於開口方向(與閉合方向相反)中返回。
在該範例中，沿著第一區段21a於第一平面20a中及沿著第二區段21b於第二平面20b中，彎曲的第一密封表面3包圍該閥外殼24之開口2。該第一平面20a及該第二平面20b係彼此隔開、彼此平行地延伸、及平行於該閉合元件平面22延伸。橫亙於該調整軸線V及在該開口軸線H的方向中，該第一區段21a及該相反之第二區段21b因此關於彼此具有一幾何偏置。在沿著該調整軸線V延伸的區域中，該開口2係配置於該二相反區段21a及21b之間。
該閉合元件4具有對應於該第一密封表面3的第二密封表面6，其沿著對應於該第一及第二區段21a、21b之區段延伸。於該範例中，該第一密封表面3具有密封材料23。此密封材料23可為譬如藉著硫化作用在該閥座上被硫化為聚合物。另一選擇係，該密封材料23能譬如於該閥座的溝槽中被具體化為O型環。密封材料亦可被黏著地接合至該閥座上，且如此具體化該密封件23。在另一選擇實施例中，該密封件23能被配置於該閥板4之側面上、尤其是在該第二密封表面6上。這些實施例的組合係亦可能的。此等密封件23當然未受限於該範例中所敘述之閥1，但是也可適用於該進一步敘述的閥實施例或其修改或彼此組合中。
可藉著單一線性運動所閉合之單閥、亦即真空閥具有譬如相當簡單的閉合機件之優點，譬如，比較於可藉著二運動閉合的傳送閥，其需要比較複雜之驅動器。再者，既然該閉合元件可形成為單 件，其可遭受高加速力，且因此該閥亦可被使用於快速和緊急閉合。該閉合和密封可藉著單一線性運動進行，且因此該閥1之非常快速地閉合和打開係可能的。
尤其是，因為其於閉合期間之輪廓，單閥的一優點係譬如該密封表面3、6在關於該密封件3、6之縱向延伸的橫亙方向中不遭受橫亙負載。在另一方面，因為其關於該開口軸線H之橫亙延伸，該密封表面3、6幾乎不可吸收沿著該開口軸線H發生在該閉合元件4上的力量，尤其是於大差壓之案例中，該力量能作用在該閉合元件4上，這需要該閉合元件4、其驅動器、及其安裝件的堅固結構。
在該範例中，該驅動單元7被設計為包含活塞-汽缸單元8之(電動)氣動驅動單元7。另一選擇係，該驅動單元7係液壓驅動單元。該驅動單元7及/或該活塞-汽缸單元8具有二階梯狀汽缸鑽孔9，其中該鑽孔9的“下”區段11(於該圖示中)具有比該“上”區段12較大之直徑。活塞13被安裝在該氣缸9中，故其係可沿著該調整軸線V位移，該活塞於每一案例中在兩側面上具有活塞桿13u及13o，該等活塞桿經由板件13t彼此毗連，且因此壓力作用表面F1及F2被提供。該“下”活塞區段11係藉由該板件13t分成二室11o及11u，其取決於該氣缸9中的活塞13之位置而具有不同尺寸。該活塞-汽缸單元8具有密封件，然而，為可理解的理由，它們在此不被顯示。此密封件亦被設在該活塞13上及亦於該等活塞桿13u及13o用之穿通密封件中、或在穿通密封件上。
壓力介質係經由壓力介質管線14施加至該活塞-汽缸單元8。於該範例中，該壓力介質係壓縮空氣。然而，取決於該實施例，適合用於真空閥的其他氣態或液態壓力介質能被使用。此壓力介質管線14經由“上”管路支線14o通入該氣缸鑽孔9之下區段11，該下區段11在其中於該作用活塞表面F1上方排放進入該上室11o。再者，“下”管線支線14u係連接至該壓力介質管線14。此管線支線14u也通向該汽缸鑽孔9的區段11之下部，在此它在其中於該壓力作用活塞表面F2下方排放進入該下室11u。該壓力作用表面F1可因此經由一條管路支線14o藉著例如3/2路切換閥的切換閥15、及藉由該切換閥15之對應切換所撞擊，該壓力作用表面F2可經由另一條管路支線14u撞擊，其中不被使用 於該撞擊的個別管路支線據此被切換至通氣。因此，藉由撞擊該表面F1，該活塞13及如此該閥閉合件4係可由圖1a中所示之打開位置O“往下”運動，且因此抵達圖1b中所示的閉合位置G。藉由切換該切換閥15，該表面F2被撞擊，且如此該運動被反轉，並因此打開該真空閥1。作為在兩側面上具有該活塞之衝擊的說明形式之另一選擇，譬如，也可能是這樣的實施例，其中一個運動方向係藉著諸如彈簧的回復元件所實施。
根據本發明，該真空閥1包含至少一壓力感測器10、於該範例中包含二壓力感測器10。在此案例中，該二壓力感測器10之其中一者被整合進入該“上”管路支線14o，且該另一壓力感測器10被整合進入該“下”管路支線14u。該等管路支線14o、14u中的個別壓力或該活塞-汽缸單元8之二輸入壓力係藉著這些壓力感測器10所測量。於此案例中，該壓力測量以持續的方式有利地發生，且因此啟用該輸入壓力之監視，並且可能或可選地在超過或低於極限值時輸出警告信號。
在此案例中，該壓力計或諸壓力計10譬如被設計為電阻式、電容式、或電感性隔膜壓力計、為壓電晶體壓力計、或為石英或壓電諧振器壓力計。該個別壓力計較佳地係被設計，以測量於0及10巴間之壓力及/或用於絕對壓力測量。所測量的壓力譬如被轉換成在0及10V間之電壓，且此電壓被使用於該壓力顯示或被供給至資料儲存系統及/或分析單元。於此案例中，該壓力感測器10或該活塞-汽缸單元8係可選地配置在該真空區域外側，其減少在其技術設計上的需求及如此簡化之。
根據本發明的驅動單元7或根據本發明之真空閥1包含用於該壓力介質的壓力測量之壓力計10，作為該說明之另一選擇，當然也可被設計來代替所示線性調整運動或除了所示線性調整運動之外還產生該閥閉合件4的至少實質上旋轉式調整運動及/或產生線性運動與旋轉運動之組合。
圖2顯示根據本發明的單閥1之替代實施例的橫截面概要圖，其中在該閉合位置G中說明該閥1。對比於根據圖1a、1b之實施例，該閥1只具有一個壓力感測器10，其未被整合進入該壓力管線14o 或14u，而是被配置成使得該汽缸9的下室11u中之壓力係可測量的。用於此目的，在該範例中，該壓力計10被附接至該外殼壁面24，且經由該壁面24中之開口16被連接至該室11u，並因此其壓力能被該感測器10所測量。作為該說明實施例的另一選擇，該閥1具有用於該二室11u及11o之每一個的壓力感測器10，或該一壓力感測器10係一次交替地連接到該二室11o和11u中之一個，例如，以另一切換閥的輔助，交替地測量該個別的室壓、譬如該“下”室11u在由該閉合位置G變化至該打開位置O時之壓力，及反之亦然、即該“上”室11o在由該打開位置O調整至該閉合位置G時之壓力。
於該範例中，該壓力感測器10係經由資料線19連接至電子處理單元18，且因此該感測器10的測量資料(譬如，電壓值)可藉由該處理單元18被取得、儲存、及分析。該處理單元18係外部單元、或較佳地係被整合進入該真空閥1之單元。代替資料纜線19，壓力感測器10及該分析單元18被設計用於無線資料傳輸，譬如，經由無線電、Wi-Fi、或Bluetooth，其尤其是在分析單元18及壓力感測器10的(大)空間分離之案例中係有利的。
於這種情況下，該資料處理單元18在該範例中被設計來處理該壓力感測器10之已取得的測量信號及基於一個或多個測量信號來確定該真空閥1之一項狀態資訊。該項狀態資訊較佳地係有關該閥閉合件4及/或該驅動單元7的機械及/或結構完整性，例如，相對於該驅動單元7或該活塞-汽缸單元8之老化的外觀、磨損效應、或密封性失效。在此案例中，藉著一或多個壓力感測器測量信號之實際設定值比較、亦即藉由建立與參考信號值的偏差，該項狀態資訊被確定為一選項。當作另一選項，在此案例中對一或多個預設容差值施行一比較。如果該容差值係被低於或超過預設容差值，輸出信號可於此案例中被輸出。於此案例中，偏差或超過該限制值可為該真空閥1中之干擾或故障的指示，且尤其是能被使用於老早就指示它們，甚至在發生該閥1之實際功能的損壞之前，或亦藉由該閥1控制該氣體區域或真空室的干擾或故障。
圖3顯示根據圖2之真空閥1的改良。在本範例中，該閥1 另外具有包含掃描標尺26之位置感測器25，該掃描標尺26被固定地配置於該真空閥1中，使得其取得標靶27，該標靶27被配置在該閥閉合件4上且係可隨其調整。如此，該位置感測器25較佳地係以持續的方式測量在該閥1內側之閥閉合件4的位置。該位置感測器25之測量信號與該壓力感測器10的測量信號一樣，藉著資料纜線19供給至該分析單元18。
於此案例中，該位置測量及該壓力測量係彼此適應(例如，簡單地通過具有足夠高之循環速率的持續測量，且因此進行該壓力和該位置之至少準同步取得或藉著用於觸發該二測量值記錄器10和25的觸發器)及/或該分析單元18被建構，使得該壓力測量值(按時間順序)係與該位置測量值相關聯。如此，譬如，在該活塞13(及如此該閥閉合件4)開始移動之前，可建立一項壓力必需被加大的狀態資訊(於該個別壓力管線14o、14u或該個別室11o、11u中)。因此，例如，關於該汽缸9中之黏著性摩擦及/或在更長的、較佳地係自動按時間順序監視所需之最小調整壓力的情況下，可以推斷，並可經過一定之時間建立可能的變化。如果其被建立，譬如，用於該閥1之調整或打開及/或閉合所需的最小壓力隨時間而增加，則這可指示該閥1中之磨損的出現，且輸出信號可為藉由該分析單元18所輸出，並通知所需之維護。
如果該真空閥1具有密封材料23，如於該範例中，基於該壓力測量及該位置測量(譬如，簡單地說，作為該整個閉合或打開運動的力量-距離特徵曲線之細節)，力量-距離特徵曲線於此案例中可被特別地製備用於該密封材料23。有特徵的彈性體特徵曲線接著被提供。其分析、尤其是隨著時間之推移觀察該特徵曲線的可能變化，允許例如該密封件23之老化或磨損的外觀之推斷。
結果是組合的壓力和位置測量之另一個優點是，由於該活塞13上的測量壓力(及如此作用在該活塞13上之力量)所預期的運動可與其實際運動相比較，提供該位置測量。為此目的，例如，儘管有圖3之說明，在該閥室1的室11o和11u兩者中進行壓力測量，且因此精確地得知作用於該活塞13上之力量。如果從由該位置測量可以建立的運動中得到之(準理論)運動(及從該活塞13和該閉合件4的質量之知識等)的差異係可識別的，例如，因此可由此推斷出該驅動單元中之另外 作用的外力或意外之摩擦。
圖4顯示根據本發明的真空閥1之另一實施例，其在該範例中被設計為該閉合位置G中所說明的傳送閥。
所示傳送閥係特別形式之滑閥。該真空閥具有長方形、板形閉合元件4(譬如，閥板)，其具有用於開口2的氣密式閉合之密封表面6。該開口2具有對應於該閉合元件4的橫截面，且被形成在壁面28中。該開口2被閥座所包圍，該閥座依序亦提供一對應於該閉合元件4之密封表面6的密封表面3。該閉合元件4之密封表面6係圓周地環繞該閉合元件4，且具有一密封材料(密封材)23。在閉合位置G中，該密封表面6、3被壓抵靠著彼此，且該密封材料23同時被壓縮。
該開口2將坐落在該壁面28的一側面上之第一氣體區域L連接至該壁面28的另一側面上之第二氣體區域R。該壁面28係譬如藉由真空室的室壁面所形成。該真空閥1接著係藉由該室壁面28與該閉合元件4之相互作用所形成。
該真空閥1具有第一驅動單元7及第二驅動單元7'，其中於該範例中，兩驅動單元7、7'被設計為氣動驅動單元。該閉合元件4係經由該第二氣動驅動單元7'的第二活塞-汽缸單元8'配置在該第一驅動單元7之活塞13的下端13u。該第一驅動單元7確保該閉合元件4之“直立”運動(亦即，沿著該“直立”調整軸線V調整)，原則上與該第一驅動單元7具有相同結構的第二驅動單元7'確保其之“水平”運動(沿著該“水平”調整軸線V調整)。
於該打開位置O(未示出)中，該閉合元件4係坐落在該開口2的突出區域外側，並將其完全地暴露。藉由在該軸向方向中平行於該第一、“直立”調整軸線V及平行於該壁面28調整該活塞13，該閉合元件4能藉著該驅動單元7被由該打開位置O調整進入中介位置。在此中介位置中，該閉合元件4之覆蓋表面6重疊該開口2，且係坐落於與包圍該開口2的閥座之密封表面3相反的隔開位置中。
藉由在該第二“水平”調整軸線H(橫亙於該第一調整軸線V)之方向中、亦即譬如垂直於該壁面28及該閥座調整該第二驅動單元7'的活塞13'，該閉合元件4能被由該中介位置調整進入所說明之位 置G。
在該閉合位置G中，該閉合元件4以氣密方式閉合該開口2，且如此以氣密方式由該第二氣體區域R分開該第一氣體區域L。
該真空閥的打開及閉合如此藉著該閉合元件4之驅動單元7及7'經由在彼此垂直的二方向H、V中之L形運動而發生。所示傳送閥係因此亦被稱為L型閥。
如所示的傳送閥1典型被提供用於密封一製程體積(真空室)及用於載入及排出該體積。在這種使用的案例中，該打開位置及該閉合位置G間之頻繁變化是該規則。如此可以增加該等密封表面6、3和機械地運動零組件、例如該個別活塞-汽缸單元8、8'的密封件或該驅動單元7、7'之其他零件的磨損外觀。
根據本發明，該真空閥1具有用於該“直立”及亦該“水平”驅動系統之壓力計10及10'，由此該個別壓力介質的壓力被測量。於本圖4之範例中，該壓力計10、10'在此案例中類似於根據圖1a、1b的實施例被整合進入該個別管線14o、14u或軟管線14o'及14u'，其供給該個別之汽缸9及9'。因此，該“水平”及亦該“直立”驅動單元7'及7兩者的壓力(譬如，輸入壓力或在該個別汽缸9、9'或其個別室中之壓力)可有利地分別經由以此方式設計的傳送閥1所測量或監視。
代替二個分開之驅動單元7、7'，如所示，一驅動單元亦可被使用，其具有譬如二活塞-汽缸單元8、8'，如在一可能形式中、譬如於德國197 46 241 A1中所敘述，該等活塞-汽缸單元經由共用的壓縮空氣管線系統被供給。在此等實施例中，壓力測量可能接著使用比四個壓力感測器10、10'更少、譬如使用二個壓力感測器發生，該等壓力感測器連續地測量該個別“直立”或“水平”驅動次單元之個別壓力。
這些說明性圖面只概要地說明可能的示範實施例係明顯的。各種方式亦可為彼此結合及與該先前技術領域之方法及裝置結合、譬如與所謂的鐘擺閥結合。
1‧‧‧真空閥
2‧‧‧開口
3‧‧‧第一密封表面
4‧‧‧閥閉合件
6‧‧‧第二密封表面
7‧‧‧驅動單元
8‧‧‧活塞-汽缸單元
9‧‧‧氣缸鑽孔
10‧‧‧壓力感測器
11‧‧‧下區段
11o‧‧‧室
11u‧‧‧室
12‧‧‧上區段
13‧‧‧活塞
13o‧‧‧活塞桿
13t‧‧‧板件
13u‧‧‧活塞桿
14‧‧‧壓力介質管線
14o‧‧‧管路支線
14u‧‧‧管路支線
15‧‧‧切換閥
20a‧‧‧第一平面
20b‧‧‧第二平面
21a‧‧‧第一區段
21b‧‧‧第二區段
22‧‧‧閉合元件平面
23‧‧‧密封件
24‧‧‧閥外殼
F1‧‧‧壓力作用表面
F2‧‧‧壓力作用表面
L‧‧‧第一氣體區域
R‧‧‧第二氣體區域

Claims (14)

  1. 一種真空閥(1)，尤其是用於體積流量或質量流量之調節及/或用於流動路徑的氣密式中斷之真空滑閥、鐘擺閥、或單閥，包含：一閥座，其具有界定一開口軸線(H)之一閥開口(2)及圓周地環繞該閥開口(2)的一第一密封表面(3)；一閥閉合件(4)，尤其是一閥板，用於該體積流量或質量流量之調節及/或用於該流動路徑的中斷，包含對應於該第一密封表面(3)之一第二密封表面(6)，其可變位置係藉由該閥閉合件(4)的個別位置及對齊所決定；至少一個、尤其是氣動或電動氣動式驅動單元(7、7')，其被耦接至該閥閉合件(4)，包含至少一活塞-汽缸單元(8、8')，包含至少一活塞(13、13')及一氣缸鑽孔(9、9')，其中再者，該驅動單元(7、7')具有用於施加至該活塞(13、13')的至少一壓力作用表面(F1、F2)之壓力介質，且因此藉著該驅動單元(7、7')，該閥閉合件(4)係可由：一打開位置(O)，其中該閥閉合件(4)及該閥座係未關於彼此接觸地來提供；調整進入一閉合位置(G)，其中相對於該開口軸線(H)的軸向密封接觸存在於該第一密封表面(3)及該第二密封表面(6)之間，尤其是經由密封件(23)，且該閥開口(2)如此被氣密地閉合，並返回；其特徵為該真空閥(1)還包含至少一壓力感測器(10、10')，其中該壓力感測器(10、10')尤其是被設計及配置於該驅動單元(7、7')中，使得該壓力介質的壓力測量可被進行；該壓力感測器(10、10')被配置於該真空閥(1)中，使得該活塞-汽缸單元(8、8')之至少一輸入壓力係可測量的，及/或該汽缸鑽孔(9、9')之至少一室(11o、11u)中的壓力係可測量的；該真空閥(1)具有一處理單元(18)，其被設計，使得所取得的壓力感測器測量信號可藉著該處理單元(18)來處理，且該真空閥(1)之一項狀態資訊係基於所取得的壓力感測器測量信號來確定；及該項狀態資訊係相對於該閥閉合件(4)及/或該驅動單元(7、7')的一 機械及/或結構完整性提供。
  2. 如申請專利範圍第1項之真空閥，其中該驅動單元(7、7')具有用於該壓力介質的至少一軟管線或管線(14、14o、14u、14'、14o'、14u')，且該壓力感測器(10、10')被整合進入該軟管線或管線(14、14o、14u、14'、14o'、14u')。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之真空閥，其中該壓力感測器(10、10')被設計用於該壓力介質的持續壓力測量；及/或用於0巴與10巴間之一壓力範圍的測量；及/或用於絕對壓力測量。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之真空閥，其中該壓力感測器(10、10')具有用於該壓力測量的一可變形隔膜及/或一壓電晶體及/或一石英及/或壓電諧振器。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之真空閥，其中該壓力感測器(10、10')被配置在一真空區域外側，該真空區域係藉由該真空閥(1)所界定，並與一外部環境分開，及/或該閥座係藉由在結構上連接至該真空閥(1)之真空閥(1)的一部份所形成，尤其是其中該閥座被形成在該真空閥(1)之一外殼(24)上，或係藉由一製程室、尤其是一室外殼所提供。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之真空閥，其中該活塞-汽缸單元(8、8')之兩輸入壓力係可測量的，及/或該汽缸鑽孔(9、9')之二室(11o、11u)中的壓力係可測量的。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之真空閥，其中該真空閥(1)具有二活塞-汽缸單元(8、8')，用於在二不同方向中調整該閥閉合件(4)，該等方向尤其是實質上彼此正交，其中每一個活塞-汽缸單元(8、8')具有用於該個別壓力測量的至少一壓力感測器(10、10')。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之真空閥，其中該真空閥(1)另外具有一位置感測器(25)，其尤其是被設計用於 該閥閉合件(4)及/或該活塞(13、13')的一位置之持續測量，尤其是其中該位置測量及該壓力測量係可設計成適用於彼此，使得用於調整該閥閉合件(4)及/或該活塞(13、13')離開閒置位置、尤其是該打開位置(O)及/或閉合位置(G)所需之壓力係可決定的；及/或該壓力感測器(10、10')及該位置感測器(25)被設計，使得該閥閉合件(4)及/或該活塞(13、13')之運動係既基於該壓力測量且亦基於該位置測量所推導；及/或該壓力感測器(10、10')及該位置感測器(25)被設計，使得一力量-距離特徵曲線能基於該壓力測量及該位置測量而被產生，尤其是，如果密封件(23)被提供，則產生該密封件(23)之一力量-距離特徵曲線。
  9. 如申請專利範圍第1項之真空閥，其中該項狀態資訊係藉著用於所取得之壓力感測器測量信號的一實際設定值比較來確定。
  10. 如申請專利範圍第1項之真空閥，其中基於該項狀態資訊對預定義的一容差值之比較，輸出信號係相對於藉由該真空閥(1)所控制的製程之評估來提供。
  11. 一種用於控制真空閥(1)，尤其是一真空滑閥、鐘擺閥、或單閥的方法，其中該真空閥(1)被設計用於一體積流量或質量流量之調節及/或用於一流動路徑的氣密式中斷，且該真空閥(1)具有：一閥座，其具有一界定開口軸線(H)之一閥開口(2)及圓周地環繞該閥開口(2)的一第一密封表面(3)；一閥閉合件(4)，尤其是閥板，用於該體積流量或質量流量之調節及/或用於該流動路徑的中斷，包含對應於該第一密封表面(3)之一第二密封表面(6)，該第二密封表面的可變位置係藉由該閥閉合件(4)之個別位置及對齊所決定；至少一個，尤其是氣動或電動氣動式驅動單元(7、7')，其被耦接至該閥閉合件(4)，包含至少一活塞-汽缸單元(8、8')，包含至少一活塞(13、13')及一氣缸鑽孔(9、9')，其中再者，該驅動單元(7、7')具 有待施加至該活塞(13、13')的至少一壓力作用表面(F1、F2)之壓力介質，且因此藉著該驅動單元(7、7')，該閥閉合件(4)係可由：一打開位置(O)，其中該閥閉合件(4)及該閥座係未關於彼此接觸地來提供；調整進入一閉合位置(G)，其中相對於該開口軸線(H)的軸向密封接觸存在於該第一密封表面(3)及該第二密封表面(6)之間、尤其是經由一密封件(23)，且該閥開口(2)如此被氣密地閉合，並返回；其特徵為在該方法的範圍中，尤其是以持續之方式，測量該壓力介質之壓力，尤其是其中壓力相依數位輸出信號或壓力相依輸出電壓被產生，尤其是於0V及10V間之範圍中；基於該壓力測量，相對於該閥閉合件(4)及/或該驅動單元(7、7')的一機械式及/或結構完整性。
  12. 如申請專利範圍第11項的方法，其中該真空閥(1)之該項狀態資訊係被確定，其中該項狀態資訊係藉著用於該已取得的壓力測量信號之一實際設定值比較所確定，及/或基於該項狀態資訊對預定義的一容差值之比較，輸出信號係相對於藉由該真空閥(1)所控制的製程之評估而被提供。
  13. 如申請專利範圍第11或12項的方法，其中該閥閉合件(4)及/或該活塞(13、13')之被耦接至該壓力測量的位置測量另外發生在該方法之範圍中，尤其是其中基於該壓力測量及該位置測量，決定用於由該打開位置(O)及/或閉合位置(G)調整該閥閉合件(4)及/或該活塞(13、13')所需的壓力，及/或基於該壓力測量並亦基於該位置測量，該閥閉合件(4)及/或該活塞(13、13')之運動被導出，且該二被導出的運動相對於可能差異之比較發生，及/或基於該壓力測量及該位置測量，產生一力量-距離特徵曲線，尤其 是如果一密封件(23)被提供，產生該密封件(23)的一力量-距離特徵曲線。
  14. 一種具有程式碼之電腦程式，該程式碼被儲存於藉由電磁波所具體化的一機器可讀載體、或電腦資料信號上，用於執行根據申請專利範圍第11項之方法，其中該機器可讀載體為根據申請專利範圍第1項的真空閥之控制和處理單元。
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