WO2015139818A1

WO2015139818A1 - Ventilstange

Info

Publication number: WO2015139818A1
Application number: PCT/EP2015/000467
Authority: WO
Inventors: Florian Ehrne; Christof Bachmann; Martin NETZER; Matthias WOZASEK
Original assignee: Vat Holding Ag
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2015-09-24
Also published as: US20170009892A1; CN106062942A; KR20160129017A; JP2017512946A

Abstract

Ventilstange (12) für ein Vakuumventil mit einem ersten Anschlussbereich (40) für ein Verschlussorgan (5) des Vakuumventils und mit zumindest einem zweiten Anschlussbereich (41) für einen Ventilantrieb des Vakuumventils, wobei die Ventilstange (12) zumindest abschnittsweise ein Material (42) mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, aufweist.

Description

Ventilstange

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilstange für ein Vakuumventil mit einem ersten Anschlussbereich für ein Verschlussorgan des Vakuumventils und mit zumindest einem zweiten Anschlussbereich für einen Ventilantrieb des

Vakuumventils. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Vakuumventil.

Ventilstangen dieser Art sind z.B. aus der DE 10 2008 049 353 A1 bekannt. An solchen Ventilstangen ist einerseits das Verschlussorgan befestigt. Andererseits stehen die Ventilstangen mit einem, wie auch immer gearteten, Ventilantrieb in Verbindung, der dazu dient, das Verschlussorgan zwischen zumindest einer

Offnungsstellung und zumindest einer Schließstellung in der Regel hin und her zu verstellen. Die Ventilstangen dienen somit der Verbindung des Verschlussorgans mit dem Ventilantrieb. Meist befindet sich bei Vakuumventilen das Verschlussorgan in einem Vakuumbereich, während der Ventilantrieb oft in einem in der Regel unter Normaldruck stehenden anderen Bereich angeordnet ist. Zur Abdichtung dieser beiden Bereiche gegeneinander werden beim Stand der Technik häufig Bälge oder andere Durchführungen für die Ventilstange eingesetzt.

Im Zuge der Weiterentwicklung der Vakuumventile besteht die grundlegende Notwendigkeit, mit immer weniger Bauraum auszukommen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilstange für ein Vakuumventil dahingehend zu verbessern, dass sie möglichst wenig Bauraum in Anspruch nimmt.

Zur Lösung dieses Problems sieht die Erfindung vor, dass die Ventilstange zumindest abschnittsweise ein Material mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250

GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, aufweist. Es ist somit vorgesehen, ein Materialien mit einer derart hohen Steifigkeit und Härte für die Ausbildung der Ventilstange in Betracht zu ziehen, wie sie bisher im

Vakuumventilbereich nicht in Betracht gezogen worden sind. Hierbei ist zu

bedenken, dass die Vakuumtechnik als Reinraumtechnik zur Fertigung von

hochempfindlichen, vor allem elektronischen und optischen Bauteilen eingesetzt wird. In diesen Arbeitsbereichen ist es oft entscheidend, auch kleinste

Verunreinigungen der Prozesskammern und der Prozessatmosphäre zu vermeiden. Aus diesen Gründen wurden bisher für Vakuumventile immer Ventilstangen aus Edelstählen und dergleichen eingesetzt. Die neu vorgeschlagenen Materialien mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal sind wesentlich härter und auch spröder als die bisher für

Ventilstangen eingesetzten Materialien. Für den Fachmann ist es überraschend, dass entsprechende Materialien unter Reinraumbedingungen, wie sie für Ventilstangen für ein Vakuumventil notwendig sind, eingesetzt werden können. Durch diese sehr steifen Materialien ist es jedenfalls möglich, die Ventilstange wesentlich schlanker auszubilden als bisher, sodass insgesamt Bauraum bei der Ausbildung des

Vakuumventils gespart werden kann, ohne dabei die Druckfestigkeit beim Verschluss der Ventilöffnung mittels des Verschlussorgans herabzusetzen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Material mit dem Elastizitätsmodul von

zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, um eine Keramik oder ein Hartmetall. Als Beispiel für technisch geeignete Keramiken sind Aluminiumoxid (AI203), Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si3N4) und Zirkon Oxid (Zr02) zu nennen. Diese Keramiken können mittels Sintern, Reaktionsbinden,

Heißpressen und/oder Heiß-Isostatisch-Pressen etc. verarbeitet und in entsprechend benötigte Festkörper geformt werden. Die Elastizitätsmodule entsprechend geeigneter Keramiken liegen oft im Bereich von 250 GigaPascal bis 500 GigaPascal. Bevorzugt handelt es sich um sogenannte Hochleistungskeramiken, welche in der DIN V ENV 12212 als hoch entwickelter, hoch leistungsfähiger keramischer

Werkstoff, der überwiegend nicht metallisch und anorganisch ist und über

bestimmte zweckmäßige Eigenschaften verfügt, definiert werden. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass geeignete Keramiken in diesem Sinn auch metallische Anteile, insbesondere Karbide, aufweisen können.

Als Alternative zur Keramik kann z.B. auch Hartmetall verwendet werden. Bevorzugt weisen solche Hartmetalle Karbide auf. Besonders bevorzugt haben geeignete Hartmetalle einen Karbidanteil von zumindest 50 Vol%. Als weiteren Bestandteil können diese Hartmetalle Bindemittel mit weicherem Metall wie z.B. eisenbasierte Werkstoffe, insbesondere Stahl, aufweisen. Die Hartmetalle werden

pulvermetallurgisch mit dem metallischen Bindemittel hergestellt. Der typische E- Modul liegt bei über 400 GigaPascal. Besonders bevorzugte Hartmetalle weisen Wolframkarbid (WC) und/oder Titankarbid (TiC) und/oder Tantal Karbid (TaC) und/oder Niob Karbid (NbC), bevorzugt mit einem Volumensanteil von mehr als 50%, auf. Die Hartmetalle sind durch ihre große Härte und ihre metallischen

Eigenschaften gekennzeichnet.

Das Material mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal,

vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, ist bevorzugt als ein in sich

zusammenhängender längserstreckter Festkörper ausgebildet. Besonders bevorzugt ist dieses Material als ein Rohr oder eine Stange ausgebildet. Ein Rohr ist dabei ein längserstreckter Festkörper mit einem, in seinem Inneren über die Längserstreckung verlaufenden Hohlraum, welcher in der Regel zu den Stirnseiten hin offen ist. Die Mantelwand des Rohres umfasst diesen Hohlraum ansonsten günstigerweise umfangsgeschlossen. Bei einer Stange handelt es sich um einen

zusammenhängenden, längserstreckten Festkörper ohne inneren Hohlraum. Die Stange ist also in der Regel durchgehend massiv ausgebildet. Im Zusammenhang mit der Bezeichnung Ventilstange wird allerdings darauf hingewiesen, dass hier auf die übliche Bezeichnung zurückgegriffen wird. Man könnte alternativ bei der

Ventilstange auch von einem Verschlussorganträger sprechen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Ventilstange generell sehr unterschiedlich ausgeformt und z.B. auch als ein Rohr ausgebildet sein könnte. Der Vereinfachung halber wird hier allerdings der übliche Begriff der Ventilstange verwendet, welcher all dies umfassen soll. Bei der Ventilstange handelt es sich jedenfalls günstigerweise um einen, bevorzugt geraden, längserstreckten Festkörper, dessen Länge meist deutlich größer als sein Durchmesser ist. Der Ventilantrieb kann in unterschiedlichsten Arten und Weisen, wie beim Stand der Technik an sich bekannt, ausgebildet sein.

Bevorzugt handelt es sich um einen Ventilantrieb, der das Verschlussorgan zwischen seiner maximal geöffneten Stellung und seiner Schließstellung, in der das

Verschlussorgan gegen den Ventilsitz gedrückt wird, in zumindest zwei zueinander nicht parallelen sondern zueinander abgewinkelte, insbesondere orthogonalen, Richtungen bewegt. Solche Ventilantriebe sind auch unter der Bezeichnung L- Antrieb bekannt. Natürlich können aber auch andere beim Stand der Technik an sich bekannte Ventilantriebe mit einer erfindungsgemäßen Ventilstange kombiniert werden.

Beim Verschlussorgan handelt es sich bevorzugt um einen Ventilteller, also um eine Art plattenförmiges Verschlussorgan. Die Breite bzw. Längserstreckung des

Ventiltellers ist bevorzugt deutlich größer als der Durchmesser der Ventilstange. Das Verschlussorgan könnte alternativ aber z.B. auch eine Verschlussnadel oder dergleichen sein, z.B. wenn sie in einem Dosierventil eingesetzt wird.

Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass das Material mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise zumindest 350

GigaPascal, sowohl ein Monomineral als auch eine Materialzusammensetzung bzw. - mischung sein kann. Der Einfachheit halber wird aber immer noch von einem

Material gesprochen, auch wenn es eine Materialmischung sein kann. Erfindungsgemäße Ventilstangen können mehrteilig ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass sie nicht nur aus dem Material mit dem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, bestehen müssen. Trotzdem sei darauf hingewiesen, dass es überraschenderweise auch im Vakuumbereich möglich ist, Ventilstangen einzusetzen, welche abschnittsweise ausschließlich aus dem genannten Material bestehen. Alternativ hierzu kann, insbesondere im Sinne der möglichst absoluten Vermeidung von Kontaminationen der Prozesskammern bzw. Prozessgase bzw. Ausgasungen in die Prozesskammern bzw. Prozessgase, vorgesehen sein, das Material mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, zu ummanteln. Diese Ummantelung wird bevorzugt zumindest in dem Bereich ausgebildet, in dem sich die Ventilstange im Vakuumbereich befinden kann. Bei einer ersten Ausgestaltungsform einer Ummantelung kann vorgesehen sein, dass der in sich zusammenhängende, längserstreckte Festkörper in einem länglich erstreckten Innenhohlraum eines Außenrohres der Ventilstange angeordnet ist, wobei das Außenrohr der Ventilstange aus einem anderen Material als der in sich zusammenhängende, längserstreckte Festkörper besteht. Hier wird das den zusammenhängenden längserstreckten Festkörper bildende Material mit einem entsprechend hohen Elastizitätsmodul, also in einem Innenhohlraum des

Außenrohres als eine Art Kern angeordnet. Günstigerweise stehen die die

Ventilstange umgebenden Gase somit ausschließlich mit dem Außenrohr in

Verbindung. Das Außenrohr kann aus Stahl und im Sinne eines möglichst guten Korrosionsschutzes, insbesondere aus Edelstahl bestehen. Günstigerweise ist der Innenhohlraum des Außenrohres der Ventilstange zumindest in Radialrichtung, also in Richtung orthogonal zur Längserstreckung der Ventilstange, vollständig mit dem Material mit dem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, bzw. mit dem in sich zusammenhängenden

längserstreckten Festkörper daraus ausgefüllt. Dies kann aber muss nicht zwingend über die gesamte Längserstreckung des Hohlraums so sein.

Als Alternative kann im Sinne einer Ummantelung des genannten Materials auch vorgesehen sein, dass der in sich zusammenhängende, längserstreckte Festkörper an seiner Außenfläche zumindest bereichsweise eine Beschichtung aufweist. Die

Beschichtungen können z.B. aus Nickel und/oder Chrom aber auch Legierungen mit Nickel und/oder Chrom bestehen, nur um einige der verschiedenen Möglichkeiten aufzuzählen. Es kann sich um PVD (Physical Vapour Deposition)- Beschichtungen oder DLC (Diamond Like Carbon)- Beschichtungen handeln.

Um die Befestigung des Verschlussorgans an der Ventilstange zu erleichtern, sehen bevorzugte Ausgestaltungsformen vor, dass der erste Anschlussbereich für das Verschlussorgan des Vakuumventils eine Außenhülle aus Edelstahl oder sonstigem Stahl aufweist oder vollständig aus Edelstahl oder sonstigem Stahl ausgebildet ist. Im Sinne einer entsprechenden Steifigkeit der Ventilstange ist andererseits aber günstigerweise vorgesehen, dass sich das Material mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, über zumindest 50%, vorzugsweise über zumindest 75%, der Länge der Ventilstange erstreckt. Bei der Länge der Ventilstange handelt es sich dabei, wie gesagt, um die größte Ausdehnung der Ventilstange. Das Material mit dem genannten

Elastizitätsmodul erstreckt sich günstigerweise als ein einziger, in sich

zusammenhängender längserstreckter Festkörper über diesen Längenbereich der Ventilstange.

Neben der Ventilstange an sich betrifft die Erfindung auch ein Vakuumventil mit zumindest einer von einem Ventilsitz umgebenen Ventilöffnung und einem

Verschlussorgan, insbesondere einem Ventilteller, zum Verschließen der

Ventilöffnung und mit zumindest einer Ventilstange und mit zumindest einem Ventilantrieb, wobei das Verschlussorgan an der Ventilstange und die Ventilstange am Ventilantrieb gehalten ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die

Ventilstange eine erfindungsgemäße Ventilstange ist. Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäße Ventilstangen in solchen Vakuumventilen eingesetzt, bei denen die Ventilstange besonders stark quer zu ihrer Längserstreckung belastet wird. In diesem Sinne sehen bevorzugte Vakuumventile gemäß der Erfindung vor, dass eine Hubrichtung zum Andrücken des Verschlussorgans an den Ventilsitz abgewinkelt, vorzugsweise orthogonal, zu einer Längsachse, entlang der die Ventilstange längs erstreckt ist, angeordnet ist. Die Hubrichtung zum Andrücken des Verschlussorgans an den Ventilsitz verläuft bei solchen Vakuumventilen also weder koaxial noch parallel zur Längsachse der Ventilstange.

Die oben genannte Ummantelung, sei es nun in Form einer Beschichtung oder des genannten Außenrohres der Ventilstange, erstreckt sich günstigerweise zumindest über den Bereich der Ventilstange, der sich im Vakuumbereich des Vakuumventils befindet bzw. befinden kann. Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass man in der Regel von der Vakuumtechnik spricht, wenn Betriebszustände mit Drücken kleiner oder gleich 0,001 mbar bzw. 0,1 Pascal erreicht werden. Vakuumventile sind Ventile, die für dieses Druckbereiche und entsprechende Differenzdrücke zur Umgebung ausgelegt sind. Nichtsdestotrotz wird darauf hingewiesen, dass das Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, des erfindungsgemäß verwendeten Materials günstigerweise bei Normalbedingungen, also unter normalem atmosphärischem Umgebungsdruck und bei

Zimmertemperatur (z.B. 20° C) erreicht wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. In diesen zeigen: Fig. 1 eine Ansicht eines Vakuumventils mit einer Ventilstange gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, in der Offenstellung der Ventilplatte;

Fig. 2 bis 4 Schnitte entlang den Linien AA, BB und CC von Fig. 1 ;

Fig. 5 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 , aber in der Zwischenstellung der

Ventilplatte;

Fig. 6 bis 8 Schnitte entlang der Linien AA, BB und CC von Fig. 5;

Fig. 9 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 , aber in der Schließstellung der Ventilplatte;

Fig. 10 bis 12 Schnitte entlang der Linien AA, BB und CC von Fig. 9;

Fig. 13 eine Schrägsicht des Antriebs des Vakuumventils mit der Ventilstange und der daran angebrachten Ventilplatte entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 eine Schrägsicht entsprechend Fig. 13, Teile des Ventils

auseinandergezogen dargestellt;

Fig. 15 eine weitere Ausführungsvariante eines Vakuumventils entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung, in Ansicht;

Fig. 16 einen Schnitt entlang der Linie AA von Fig. 15 und Fig. 17 und 18 alternative Ausgestaltungsformen einer erfindungsgemäßen

Ventilstange, welche ebenfalls in den Vakuumventilen gemäß der Fig. 1 bis 16 eingesetzt werden können. In der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilstange 12, wie sie in den Vakuumventilen gemäß der Fig. 1 bis 16 gezeigt wird, ist das Material 42 mit dem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, in einem längserstreckten Innenhohlraum 45 eines Außenrohres 47 der Ventilstange 12 angeordnet. Das Material 42 bildet somit den Kern der

Ventilstange 12 und ist selbst als in sich zusammenhängender, längserstreckter

Festkörper in Form der Stange 44 ausgeformt. Die Länge der Stange 44, gemessen entlang der Längsachse 14, beträgt auch in diesem Beispiel mehr als 50%, hier sogar mehr als 75%, der Länge 49 der Ventilstange 12. Die Stange 44 füllt den

Innenhohlraum 45 des Außenrohres 47 vollständig auf. Am vom hier als Ventilplatte ausgeführten Verschlussorgan 5 abgewandten Ende ist der Innenhohlraum 45 des Außenrohres 47 mittels eines Verschlusses 50 verschlossen. Es kann sich um einen eingeschraubten oder auch eingegossenen oder anders befestigen Verschluss 50 handeln. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Stange 44 aus dem genannten Material 42 so gut im Innenhohlraum 45 von alleine hält, dass auf den Verschluss 50 verzichtet werden kann. Der erste Anschlussbereich 40 dient der Befestigung des Verschlussorgans 5 an der Ventilstange 12. Wie hier auch realisiert, ist dieser erste Anschlussbereich 40 günstigerweise vollständig oder zumindest als Außenhülle aus Edelstahl oder einem sonstigen Stahl gefertigt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich im Sinne der Partikelfreiheit und Korrisionsfreiheit im Vakuumbereich um Edelstahl, aus dem auch das restliche Außenrohr 47 hergestellt ist. Im zweiten Anschlussbereich 41 greift der hier die Längsantriebseinrichtung 15 und die

Querantriebseinrichtung 16 umfassende Ventilantrieb an. Die Befestigung des Ventilantriebs an der Ventilstange 12 erfolgt hier über das Joch 28. Mittels dieser Befestigung der Ventilstange 12 am Ventilantrieb wird die Ventilstange 12

zusammen mit dem Verschlussorgan 5 zwischen der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten vollständigen Öffnungsstellung in Längsrichtung 6 in die Zwischenstellung gemäß der Fig. 6 bis 8 und dann in Hub- bzw. Querrichtung 7 in die Schließstellung zum Andrücken des Verschlussorgans 5 an den Ventilsitz 4 bewegt. Dies geschieht wie an sich aus der DE 10 2008 049 353 A1 bekannt. Es wird in diesem Zusammenhang auf Folgendes verwiesen: Das Vakuumventil der Fig. 1 bis 14 umfasst eine Wand 1 mit einer Ventilöffnung 2, die eine Achse 3 aufweist und von einem Ventilsitz 4 umgeben ist, der im

Ausführungsbeispiel von einer Dichtfläche gebildet wird. Zum vakuumdichten Verschließen der Ventilöffnung 2 in einem geschlossenen Zustand des

Vakuumventils (vgl. Fig. 9 bis 12) ist eine Ventilplatte 5 als Verschlussorgan

vorgesehen, im geöffneten Zustand des Vakuumventils (vgl. Fig. 1 bis 4) gibt die Ventilplatte 5 die Ventilöffnung 2 günstigerweise vollständig frei, wobei sie vorzugsweise bezogen auf die Richtung der Achse 3 der Ventilöffnung 2 vollständig neben der Ventilöffnung 2 angeordnet ist. Ausgehend von dieser Offenstellung der Ventilplatte 5 kann die Ventilplatte 5 zum Schließen des Vakuumventils zunächst in die Längsrichtung 6 verschoben werden, bis sie die Ventilöffnung 2 überdeckt (in Richtung der Achse 3 gesehen), hierbei aber noch vom Ventilsitz 4 abgehoben ist. Diese Zwischenstellung der Ventilplatte 5 ist in den Fig. 5 bis 8 dargestellt. Die Verschiebung der Ventilplatte 5 von ihrer Offenstellung in ihre Zwischenstellung erfolgt über den gesamten Verstellweg geradlinig in die Längsrichtung 6. Weiters wird die Ventilplatte 5 ausgehend von ihrer Zwischenstellung in eine rechtwinkelig zur Längsrichtung 6 stehende Querrichtung bzw. Hubrichtung 7, die hier parallel zur Achse 3 liegt, in Richtung zum Ventilsitz 4 verschoben und zum Abdichten der Ventilöffnung 2 an den Ventilsitz 4 angepresst. In dieser Schließstellung der

Ventilplatte 5 (vgl. Fig. 9 bis 12) ist das Vakuumventil geschlossen. Die Verschiebung von der Zwischenstellung in die Schließstellung erfolgt über den gesamten

Verstellweg geradlinig in die Querrichtung 7. Zum Andrücken des Verschlussorgans 5 an den Ventilsitz 4 in Hubrichtung 7 wird die Ventilstange 12 relativ zu ihrer

Längsachse 14 in einer abgewinkelten, vorzugsweise orthogonalen, Richtung belastet. Durch das eingangs genannte Material 42 mit einem entsprechend hohen Elastizitätsmodul ist die Ventilstange 12 aufgrund ihrer erfindungsgemäßen

Ausbildung für diesen Einsatz besonders gut geeignet, da verbiegungssteif. In der Schließstellung ist ein an der Ventilplatte 5 angeordneter elastischer Dichtring an die den Ventilsitz 4 bildende Dichtfläche angepresst. Das Öffnen des

Vakuumventils erfolgt in der umgekehrten Reihenfolge, also von der Schließstellung der Ventilplatte 5 in ihre Zwischenstellung und im Weiteren in ihre Offenstellung.

Die in einem Vakuumbereich (=evakuierbarer Bereich) des Vakuumventils

angeordnete Ventilplatte 5 ist an der Ventilstange 12 angebracht, die mittels einer Balgdurchführung aus dem Vakuumbereich des Vakuumventils herausgeführt ist, d.h. ein Abschnitt der Ventilstange 12 befindet sich im Vakuumbereich und ein anderer Abschnitt der Ventilstange 12 außerhalb des Vakuumbereichs. Die

Balgdurchführung wird von einem in den Figuren nur schematisch dargestellten Balg 13, beispielsweise einem Faltenbalg oder Membranbalg, gebildet, der einerseits vakuumdicht mit der Ventilstange 12 andererseits vakuumdicht mit einer Wand 46 verbunden ist, die starr mit der Wand 1 verbunden ist und winkelig, vorzugsweise rechtwinkelig zur Wand 1 steht, und zwar im Bereich einer Öffnung durch die Wand 46, durch welche die Ventilstange 12 herausragt. Die Ventilplatte 5 kann, wie dargestellt, starr mit der Ventilstange 12 verbunden sein oder diese Verbindung kann eine Elastizität aufweisen, um eine gewisse Anpassung der Ventilplatte 5 an den Ventilsitz 4 in der Schließstellung der Ventilplatte 5 zu ermöglichen. Derartige elastische Verbindungen zwischen der Ventilplatte 5 und der Ventilstange 4 sind bekannt.

Die Längsachse 14 der Ventilstange 12 liegt parallel zur Längsrichtung 6. Zur

Verstellung der Ventilplatte 5 zwischen ihrer Offenstellung und ihrer

Zwischenstellung ist die Ventilstange 12 in die Längsrichtung 6 gegenüber der Wand 1 verschiebbar. Zur Verstellung der Ventilplatte 5 zwischen ihrer Schließstellung und ihrer Zwischenstellung ist die Ventilstange 12 in die Querrichtung 7 gegenüber der Wand 1 parallel verschiebbar. Anstelle einer Balgdurchführung zur Herausführung der Ventilstange aus dem Vakuumbereich könnte auch eine Schiebedurchführung vorgesehen sein. Diese kann ein Schiebeteil aufweisen, welches eine

Durchgangsöffnung besitzt, durch die die Ventilstange 12 mittels einer Dichtung abgedichtet geführt ist. Die Ventilstange 12 ist somit in der Längsrichtung 6 gegenüber diesem Schiebeteil verschiebbar. Das Schiebeteil selbst ist gegenüber der Wand 46 in die Querrichtung 7 verschiebbar gelagert, wobei es mittels einer Dichtung gegenüber der Wand 46 abgedichtet ist. Das Schiebeteil bildet also eine Art gegenüber der Wand 46 abgedichteten und in die Querrichtung 7

verschiebbaren Schlitten. Derartige Schiebedurchführungen, die eine

Verschiebbarkeit in zwei, insbesondere orthogonal zueinander stehende, Richtungen ermöglichen, sind bekannt.

Zum Öffnen und Schließen des Vakuumventils dient der Ventilantrieb, der eine außerhalb des Vakuumbereichs angeordnete Längs-Antriebseinrichtung 15, von der die Ventilstange 12 in die Längsrichtung 6 verschiebbar ist, und eine ebenfalls außerhalb des Vakuumbereichs angeordnete Quer-Antriebseinrichtung 16, von der die Ventilstange 12 in die Querrichtung bzw. Hubrichtung 7 verschiebbar ist, aufweist.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Wand 1 einen Teil eines Ventilgehäuses 8, das auch eine, im Ausführungsbeispiel der Wand 1 gegenüberliegende Wand 9 mit einer weiteren Öffnung 10 aufweist. Die Ventilöffnung 2 und die Öffnung 10 sind Teil eines im geöffneten Zustand des Ventils freigegebenen Durchgangskanals durch das Ventilgehäuse 8, der im Ausführungsbeispiel geradlinig verläuft. Die

Ventilplatte 5 ist im Innenraum 1 1 des Ventilgehäuses 8 aufgenommen, der einen Vakuumbereich des Vakuumventils darstellt.

Stattdessen könnte die Wand 1 auch Teil einer Vakuumkammer sein (wie weiter unten anhand der Fig. 15 und 16 erläutert). Weiters könnte das Vakuumventil eine Art Insert bilden, bei dem die Wand 1 in den Vakuumbereich einer Vakuumkammer eingesetzt wird.

Es folgt nun die genauere Beschreibung der verschiebbaren Lagerung der

Ventilstange 12 in die Längs- und Querrichtung 6, 7 sowie der Längs- und Quer- Antriebseinrichtungen 15, 16: Außerhalb des Vakuumbereichs des Vakuumventils ist eine Lagereinheit 17 starr mit der Wand 1 verbunden. Die Lagereinheit 17 umfasst im gezeigten

Ausführungsbeispiel ein starr mit der Wand 1 bzw. dem die Wand 1 aufweisenden Ventilgehäuse 8 verbundenes Antriebsgehäuse 8, das einen Aufnahmeraum 19 aufweist. Im Aufnahmeraum 19 ist eine Führungseinheit 20 angeordnet, die im

Aufnahmeraum 19 in die Querrichtung 7 geradlinig verschiebbar geführt ist. Von der Führungseinheit 20 wiederum ist die Ventilstange 12 in die Längsrichtung 6 verschiebbar geführt. Hierbei weist ein Basiskörper 23 der Führungseinheit 20 einen von der Ventilstange 12 durchsetzten Durchgangskanal auf, in welchem die

Ventilstange 12 mittels Führungsbuchsen 21 , 22 in die Längsrichtung 6 verschiebbar geführt ist. Die verschiebbare Führung der Führungseinheit 20 gegenüber der Lagereinheit 17 ist weiter unten genauer erläutert.

Die Längs-Antriebseinrichtung 15 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel als Aktuatoren zwei Kolben 25, die jeweils in einer Zylinderausnehmung 26 im

Basiskörper 23 der Führungseinheit 20 angeordnet sind. Die Zylinderausnehmungen 26 werden von einem Zylinderdeckel 24 der Führungseinheit 20 verschlossen, der von den an den Kolben 25 angebrachten Kolbenstangen 27 durchsetzt wird. Die Kolbenstangen 27 sind über ein Joch 28 fest mit der Ventilstange 12 verbunden, sodass beim Verschieben der Kolben 25 in den Zylinderausnehmungen 26 mittels eines Druckmediums, vorzugsweise Druckluft, die Ventilstange 12 in die

Längsrichtung 6 mitgenommen wird. Das Joch 28 ist zur Verbindung mit der

Ventilstange 12 beispielsweise an dieser angeschraubt oder form- und/oder reib- und/oder materialschlüssig mit dieser verbunden.

Die Quer-Antriebseinrichtung 16 umfasst als Aktuatoren zwei Kolben 29 mit

Dichtungen 36, die in Zylinderausnehmungen 30 angeordnet sind, welche im

Basiskörper 23 der Führungseinheit 20 ausgebildet sind. Die Kolben 29 sind an Kolbenstangen 31 festgelegt, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Antriebsgehäuse 18 der Lagereinheit 17 ausgebildet sind. In diesem Sinn stellen die Kolben 29 Teile der Lagereinheit 17 dar. Die Kolbenstangen 31 könnten auch von separaten Teilen der Lagereinheit 17 ausgebildet sein, die starr mit dem Antriebsgehäuse 18 der Lagereinheit 17 verbunden sind.

Die Kolben 29 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als einfach wirkende Kolben ausgebildet. Durch Beaufschlagung des auf der Seite der Kolbenstange 31 zwischen dem Kolben 29 und dem Antriebsgehäuse 18 liegenden Raumes kann die

Führungseinheit 20 und mit ihr die Ventilstange 12 derart gegenüber der

Lagereinheit 17 in die Querrichtung 7 verschoben werden, dass sich die Ventilplatte 5 ausgehend von ihrer Schließstellung in ihre Zwischenstellung verschiebt. Zur Verschiebung der Führungseinheit 20 und mit ihr der Ventilstange 12 und der

Ventilplatte 5 in die umgekehrte Richtung dient im gezeigten Ausführungsbeispiel zunächst einmal eine Federeinrichtung. Diese umfasst eine Mehrzahl von zwischen der Führungseinheit 20 und dem Antriebsgehäuse 18 wirkenden Schraubenfedern 32. Die Schraubenfedern 32 sind auf einem eine jeweilige Kolbenstange 31 umgebenden Kreis angeordnet (in Fig. 14 sind die Schraubenfedern der

Übersichtlichkeit halber nur bei einer Kolbenstange 31 dargestellt). Auch andere Anordnungen von Schraubenfedern 32 und/oder der Einsatz von anderen Federn zur Ausbildung einer solchen Federeinrichtung sind denkbar und möglich. Wenn in der Schließstellung der Ventilplatte 5 kein größerer, im Sinne eines

Wegdrückens der Ventilplatte 5 vom Ventilsitz 4 wirkender, Differenzdruck auf die Ventilplatte 5 einwirkt, so ist die von der Federeinrichtung auf die Ventilplatte 5 ausgeübte Andrückkraft an den Ventilsitz 4 ausreichend, um die Ventilöffnung 2 abzudichten. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das Vakuumventil zur Abdichtung zwischen zwei Vakuumkammern vorgesehen ist und in einer der

Kammern ein Vakuumprozess, beispielsweise für die Halbleiterindustrie,

durchgeführt wird.

Wenn im Falle eines größeren, die Ventilplatte 5 vom Ventilsitz 4 weg

beaufschlagenden Differenzdruckes eine höhere Andrückkraft der Ventilplatte 5 an den Ventilsitz 4 benötigt wird, so kann zusätzlich ein zwischen dem Basiskörper 23 der Führungseinheit und dem Antriebsgehäuse 18 der Lagereinheit 17 vorgesehener Druckraum 33 bzw. im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei solche Druckräume 33, mit einem Druckmedium, insbesondere Druckluft beaufschlagt werden. Die

Druckräume 33 werden von Dichtungen 34, 35 abgedichtet. Höhere Differenzdrücke, die die Ventilplatte 5 zum Ventilsitz 4 oder von diesem weg beaufschlagen, können beispielsweise im Falle der Flutung einer der beiden durch das Vakuumventil verbundenen Vakuumkammern, z.B. zu Wartungszwecken, auftreten. Die Schraubenfedern 32 oder anders ausgebildete Federn könnten auch entfallen. Anstelle von Federn und/oder Druckräumen 33 könnten auch doppelt wirkende Kolben 29 vorgesehen sein.

Zur Führung der Führungseinheit 20 gegenüber der Lagereinheit 17 dienen zwischen den Kolbenstangen 31 und den Basiskörpern 23 der Führungseinheiten 20

angeordnete Führungsbuchsen 37 (vgl. Fig. 4, 8 und 12). Auch die Dichtung 34 und/oder die Dichtung 35 und/oder die Dichtung 36 kann derart ausgebildet sein, dass sie eine Führungsfunktion übernimmt. In diesem Fall können die

Führungsbuchsen 37 auch entfallen.

Die Ventilstange 12, die auf der von der Ventilplatte 5 abgewandten Seite der Führungseinheit 20 aus der Führungseinheit 20 herausragt, wirkt in diesem aus der Führungseinheit 20 herausragenden Abschnitt in der Schließstellung der Ventilplatte 5 mit einem am Antriebsgehäuse 18 der Lagereinheit 17 angeordneten

Queranschlag 38 zusammen, vorzugsweise wie dargestellt im Endbereich der

Ventilstange 12. In der Offenstellung der Ventilplatte 5 und der Zwischenstellung der Ventilplatte 5 ist die Ventilstange 12 vom Queranschlag 38 beabstandet. Beim

Verfahren der Ventilplatte 5 von der Zwischenstellung in die Schließstellung läuft die Ventilstange 12, vorzugsweise gleichzeitig mit dem Anlaufen der Ventilplatte 5 an den Ventilsitz 4, an den Queranschlag 38 an. Somit ist die Ventilstange 12 beidseitig des Angriffsbereiches der Quer-Antriebseinrichtung 16 an der Ventilstange 12, wobei dieser Angriffsbereich im Bereich der verschiebbaren Lagerung der Ventilstange 12 gegenüber der Führungseinheit 20 liegt, an der Wand 1 bzw. einem starr mit der Wand 1 verbundenen Teil abgestützt. Es kann dadurch in einfacher Weise die erforderliche Andrückkraft der Ventilplatte 5 an den Ventilsitz 4

übertragen werden, ohne dass von der Längsführung der Ventilstange 12 und der Querführung der Führungseinheit 20 große Kippkräfte aufnehmbar sein müssten.

Die Längs-Antriebseinrichtung 15 und/oder Quer-Antriebseinrichtung 16 kann auch mehr oder weniger als die beiden gezeigten Kolben 25 bzw. 29 aufweisen. Anstelle der Ausbildung der Zylinderausnehmungen 26 bzw. 30 für die Kolben 25 der Längs- Antriebseinrichtung 15 und/oder für die Kolben 29 der Quer-Antriebseinrichtung 16 als Ausnehmungen im Basiskörper 23 der Führungseinheit 20 könnten auch separate Zylinder vorgesehen sein, die starr mit der Führungseinheit verbunden sind. Auch die umgekehrte Anordnung der Zylinder und der Kolben ist denkbar und möglich. So könnten die Kolben der Längs-Antriebseinrichtung 15 starr mit der

Führungseinheit 20 und die Zylinder dieser Kolben mit der Ventilstange 12

verbunden sein und/oder die Kolben 29 der Quer-Antriebseinrichtung 16 starr mit der Führungseinheit 20 und die Zylinder für diese Kolben starr mit der Lagereinheit 17 verbunden sein oder in Form von Zylinderausnehmungen in der Lagereinheit 17 ausgebildet sein.

Bei der in den Fig. 15 und 16 dargestellten Ausführungsvariante sind der

Ventilantrieb, die Ventilstange 12 und die mit ihr verbundene Ventilplatte 5 identisch wie in den Fig. 1 bis 14 dargestellt ausgebildet. Der Unterschied dieser

Ausführungsvariante besteht lediglich darin, dass die die Ventilöffnung 2

aufweisende Wand 1 des Vakuumventils hier ein Teil einer in den Fig. 15 und 16 nur teilweise und schematisch dargestellten Vakuumkammer 39 ist. Die Ventilplatte 5 liegt innerhalb der Vakuumkammer 39, die einen Vakuumbereich des Ventils darstellt, wenn die Vakuumkammer abgepumpt ist. Die Wand 46, durch deren Öffnung die Ventilstange 12 aus dem Vakuumbereich der Vakuumkammer 39 herausgeführt ist, ist in den Fig. 15 und 16 als separater Teil dargestellt, der über eine Flanschverbindung mit der Vakuumkammer 39 verbunden ist, und zwar im Bereich um eine Öffnung in der Vakuumkammer 39. Durch Öffnen dieser Flanschverbindung kann somit die Wand 46 mit dem an ihr angebrachten Ventilantrieb und mit der Ventilstange 12 und dem Ventilteller 5 abgenommen werden. In den beiden oben erläuterten Varianten eines Vakuumventils ist, wie eingangs dargelegt, jeweils eine Ventilstange 12 mit einem Außenrohr 47, z.B. aus Edelstahl, und einer in dessen Innenhohlraum 45 angeordneten Stange 44 aus dem Material 42 mit dem genannten hohen Elastizitätsmodul eingesetzt. Alternative Ventilstangen 12, welche in diesen Vakuumventilen, aber auch in anderen Vakuumventilen eingesetzt werden können und gemäß der Erfindung ausgebildet sind, sind beispielhaft in den Fig. 17 und 18 gezeigt. In Fig. 17 weist die Ventilstange 12 einen ebenfalls in Form einer Stange 44 ausgebildeten längserstreckten

zusammenhängenden Festkörper aus einem Material 42 mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, auf. Dieser ist außen mit einer Beschichtung 48 versehen. Es kann sich, wie eingangs erläutert, z.B. um eine Nickel- und/oder Chrombeschichtung handeln. Die

Beschichtung 48 stellt wie das Außenrohr 47 besonders gut sicher, dass die

Ventilstange 12 nicht korrodiert und ansonsten auch keine Partikel von der

Ventilstange 12 freigesetzt werden. Der Vollständigkeit halber wird darauf

hingewiesen, dass sowohl bei der Ventilstange 12 gemäß der ersten Fig. 1 bis 16, wie auch bei der Ventilstange 12 gemäß Fig. 17 anstelle der Stange 44 auch ein Rohr 43 aus dem entsprechenden Material 42 eingesetzt werden könnte. Fig. 18 zeigt nun noch eine Variante einer erfindungsgemäßen Ventilstange 12, bei der das Material 42 mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, als Rohr 43 ausgebildet ist. In diesem

Ausführungsbeispiel bildet das Material 42 zumindest bereichsweise direkt die äußere Oberfläche der Ventilstange 12. Es ist also hier weder eine Beschichtung 48 noch ein Außenrohr 47 vorhanden. Allerdings ist auch in diesem

Ausführungsbeispiel der erste Anschlussbereich 40 zum Befestigen des

Verschlussorgans 5 an der Ventilstange 12 aus Edelstahl ausgebildet. Dies

vereinfacht, wie gesagt, die Befestigung des Verschlussorgans 5 an der Ventilstange 12, ist aber nicht zwingende Voraussetzung. Die Befestigung des Verschlussorgans 5 an der Ventilstange 12 könnte in diesem, wie auch in den anderen

Ausführungsbeispielen, abweichend auch direkt am Material 42 erfolgen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Anschlussbereich 40 bereichsweise als eine Art Propfen in das Rohr 43 eingeführt. Das Gleiche gilt für den auf der anderen Seite angeordneten Verschluss 50, welcher hier ganz in das Rohr eingeschoben ist und gegebenenfalls auch entfallen könnte. Sowohl der Verschluss 50 als auch der erste Anschlussbereich 40 könnten alternativ aber auch eine Art Hülse aufweisen, in die das Rohr 43 oder eine entsprechende Stange 44 aus dem genannten Material 42 hineingesteckt werden könnte.

Dies sind nur einige Beispiele von erfindungsgemäßen Ventilstangen 12. Die genannten Merkmale erfindungsgemäßer Ventilstangen 12 und ihrer bevorzugten Ausgestaltungsform können auch in andere Art und Weise miteinander kombiniert werden. Vor allem können erfindungsgemäße Ventilstangen 12 aber auch in anderen als in den Fig. 1 bis 16 gezeigten und beschriebenen Vakuumventilen eingesetzt werden.

L e g e n d e

zu den Hinweisziffern:

1 Wand 30 26 Zylinderausnehmung

2 Ventil Öffnung 27 Kolbenstange

3 Achse 28 Joch

4 Ventilsitz 29 Kolben

5 Verschlussorgan 30 Zylinderausnehmung

6 Längsrichtung 35 31 Kolbenstange

7 Hubrichtung 32 Schraubenfeder

8 Ventilgehäuse 33 Druckraum

9 Wand 34 Dichtung

10 Öffnung 35 Dichtung

1 1 Innenraum 40 36 Dichtung

12 Ventilstange 37 Führungsbuchse

13 Balg 38 Queranschlag

14 Längsachse 39 Vakuumkammer

15 Längs-Antriebseinrichtung 40 erster Anschlussbereich

16 Quer-Antriebseinrichtung 45 41 zweiter Anschlussbereich

17 Lagereinheit 42 Material

18 Antriebsgehäuse 43 Rohr

19 Aufnahmeraum 44 Stange

20 Führungseinheit 45 Innenhohlraum

21 Führungsbuchse 50 46 Wand

22 Führungsbuchse 47 Außenrohr

23 Basiskörper 48 Beschichtung

24 Zylinderdeckel 49 Länge

25 Kolben 50 Verschluss

Claims

Patentansprüche

Ventilstange (12) für ein Vakuumventil mit einem ersten Anschlussbereich (40) für ein Verschlussorgan (5) des Vakuumventils und mit zumindest einem zweiten Anschlussbereich (41) für einen Ventilantrieb des Vakuumventils, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (12) zumindest abschnittsweise ein Material (42) mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, aufweist.

Ventilstange (12) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material (42) mit dem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, eine Keramik oder ein Hartmetall ist.

Ventilstange (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material mit dem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal,

vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, einen in sich

zusammenhängenden, längserstreckten Festkörper, vorzugsweise ein Rohr (43) oder eine Stange (44), ausbildet.

Ventilstange (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in sich zusammenhängende, längserstreckte Festkörper in einem länglich erstreckten Innenhohlraum (45) eines Außenrohres (47) der Ventilstange (12) angeordnet ist, wobei das Außenrohr (47) der Ventilstange (12) aus einem anderen Material als der in sich zusammenhängende, längserstreckte Festkörper besteht.

Ventilstange (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das

Außenrohr (47) aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl, besteht. Ventilstange (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in sich zusammenhängende, längserstreckte Festkörper an seiner Außenfläche zumindest bereichsweise eine Beschichtung (48), vorzugsweise mit Nickel und/oder mit Chrom, aufweist.

Ventilstange (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlussbereich (40) für das Verschlussorgan (5) des

Vakuumventils eine Außenhülle aus Edelstahl oder sonstigem Stahl aufweist oder vollständig aus Edelstahl oder sonstigem Stahl ausgebildet ist.

Ventilstange (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Material (42) mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 250 GigaPascal, vorzugsweise von zumindest 350 GigaPascal, über zumindest 50%, vorzugsweise über zumindest 75%, einer Länge (49) der Ventilstange (12) erstreckt.

Vakuumventil mit zumindest einer von einem Ventilsitz (4) umgebenen

Ventilöffnung (2) und einem Verschlussorgan (5), insbesondere einem

Ventilteller, zum Verschließen der Ventilöffnung (2) und mit zumindest einer Ventilstange (12) und mit zumindest einem Ventilantrieb, wobei das

Verschlussorgan (5) an der Ventilstange (12) und die Ventilstange (12) am Ventilantrieb gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (12) eine Ventilstange (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.

Vakuumventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine

Hubrichtung (7) zum Andrücken des Verschlussorgans (5) an den Ventilsitz (4) abgewinkelt, vorzugsweise orthogonal, zu einer Längsachse (14), entlang der die Ventilstange (12) längs erstreckt ist, angeordnet ist.