DE10127384A1 - Vakuumventil - Google Patents

Abstract

Ein Vakuumventil umfasst ein Ventilgehäuse, im Ventilgehäuse eine durchgehende Leitwert-zu-stellende Leitung, einen in die Leitung eingreifenden, beweglich gelagerten Ventilkörper, der in Funktion seiner Position, den Leitwert dominierend festlegt, eine mit dem Ventilkörper verbundene Stellereinrichtung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass entlang des Stellhubes der Stelleinrichtung örtlich versetzte Einrasteinrichtungen wirksam sind, in die die Stelleinrichtung für vorgegebene Stellhubpositionen einrastet, wobei das Einrasten an den jeweiligen Einrasteinrichtungen durch Erhöhung einer auf die Stelleinrichtung wirkenden Antriebskraft wieder lösbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumventil mit einem Ventilgehäuse, im Ventilgehäuse einer durchgehenden, Leitwert-zu-stellenden Leitung, weiter einem in die Leitung eingreifen­ den, beweglich gelagerten Ventilkörper, der, in Funktion seiner Position, den Leitwert der Leitung dominierend festlegt sowie einer mit dem Ventilkörper verbunden Stellereinrichtung.

Vakuumventile unterscheiden sich baulich grundsätzlich von Ven­ tilen für andere Einsatzzwecke dadurch, dass, nebst anderen Ei­ genheiten, die Stellereinrichtung, welche den Ventilkörper bzw. Ventilteller stellt, als eine bezüglich des Ventilgehäuses be­ wegliche Einheit, von der Leitung abgekapselt ist. Dies, um ei­ ne Bewegungsabrieb-bedingte Kontamination der in der Leitung herrschenden Vakuumatmosphäre zu vermeiden. Oft erfolgt diese Abkapselung mit Hilfe eines Metallbalges, welcher zwischen Ven­ tilkörper einerseits und gehäuseseitiger Wandung der erwähnten Leitung eingebaut ist. In diesem Balg sind die auf den Ventil­ körper wirkenden beweglichen Teile der Stellereinrichtung ein­ gebaut.

Bekannte Vakuumventile sind in verschiedenen Bauformen bekannt, insbesondere, was im vorliegenden Zusammenhang interessiert, was ihre Stelleigenschaften anbelangt. Es sind Vakuumventile bekannt, welche in zwei vorgegebenen Positionen gestellt werden können, nämlich entsprechend der Erstellung eines minimalen Leitungsleitwertes in ihrer geschlossenen Position, und einer maximalen, in ihrer geöffneten Position. Solche "binär" wirken­ den Vakuumventile werden beispielsweise als Auf-/Zu-Ventile zum Fluten bzw. Evakuieren von Vakuumanlagen eingesetzt oder als Schleusenventile.

Andere Bauformen von Vakuumventilen erlauben eine stufenlose Verstellung von minimalem Leitwert (geschlossene Position) zu maximalem Leitwert (geöffnete Position), wobei die Leitwerteinstellung in Zwischenpositionen nicht reproduzierbar und nur grob abschätzbar möglich ist.

Bei den letzterwähnten Bauformen ist ein schnelles Öffnen bzw. Schliessen der Ventile nicht möglich, weil zum Umstellen von der einen in die andere Extremposition ein relativ langer Ein­ stellungsweg zu durchlaufen ist. Weist ein solches Ventil zwi­ schen Stellereinrichtung einerseits und Gehäuse anderseits z. B. eine Gewindeführung auf, so ist leicht ersichtlich, dass je nach Steigung des gewählten Gewindes etliche Umdrehungen an der Stellereinrichtung notwendig sind, um den Ventilkörper von der einen in die andere Extremposition zu treiben.

Derartige Spindelventile benötigen üblicherweise 5 bis 15 Betä­ tigungsumdrehungen, damit der Ventilkörper seinen vollständigen Stellhub durchläuft.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vakuumventil vorzuschlagen, mittels welchem exakt vorgegebene Leitwerte der ventilkörpergestellten Leitung reproduzierbar und schnell ein­ stellbar sind.

Dies wird an einem Vakuumventil eingangs genannter Art dadurch erreicht, dass entlang des Stellhubes der Stelleinrichtung ört­ lich versetzte Einrasteinrichtungen wirksam sind, in die die Stelleinrichtung für vorgegebene Stellhubpositionen einrastet, wobei das Einrasten an den jeweiligen Einrasteinrichtungen durch Erhöhung einer auf die Stelleinrichtung wirkenden An­ triebskraft wieder lösbar ist.

Durch erfindungsgemässes Vorsehen der erwähnten Einrasteinrich­ tungen wird es möglich, die Stelleinrichtung rasch in eine Ein­ rastposition zu bewegen, welche einer exakt vorgegebenen Ven­ tilkörperposition und damit einem exakt vorgegebenen, resultie­ renden Leitwert an der erwähnten Leitung entspricht.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Va­ kuumventils ist die Hubbewegung des Ventilkörpers mittels einer Führungskurve an der Stellereinrichtung bezüglich des Gehäuses geführt. Damit kann durch Wahl der Führungskurve die Bewegungs­ übertragung von eingangsseitigem, antreibendem Stelleingriff zu ausgangsseitigem Ventilkörperhub gewählt werden. In einer weit­ aus bevorzugten Ausführungsform wird am erfindungsgemässen Va­ kuumventil ein nicht-linearer Übertrager vorgesehen, welcher die bezüglich der Stelleinrichtung eingangsseitige Antriebsbe­ wegung - wie erwähnt nicht linear - an den Stellhub für den Ventilkörper überträgt.

Damit ist es beispielsweise möglich, zwischen eingangsseitiger Antriebsbewegung auf die Stelleinrichtung und resultierendem Stellhub eine Abhängigkeit zu wählen, welche einer erwünschten Leitwertveränderung, beispielsweise einer linearen oder er­ wünscht progressiven, entspricht.

Obwohl das erfindungsgemässe Vakuumventil durchaus in Kombina­ tion mit einer ausschliesslich linear beweglichen Stelleinrich­ tung eingesetzt werden kann, wird es weitaus bevorzugt mit ei­ ner Stelleinrichtung konzipiert, die drehgetrieben ist und über eine Gewindezugkurve auf den Ventilkörper wirkt.

Weil beim Abheben des Ventilkörpers von seinem in geschlossener Ventilposition beispielsweise dichtendem Sitz die Leitwertzu­ nahme pro zurückgelegter Hubwegeinheit erst schnell, dann zu­ nehmend langsamer erfolgt, wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Vakuumventils vorge­ schlagen, dass - betrachtet von einer Stellereinrichtungsposi­ tion für minimalen Leitwert (geschlossene Position) hin zu ei­ ner Stellereinrichtungsposition für maximalen Leitwert (offene Position) - gleiche Stelleinrichtungs-Antriebswege über einen nicht linearen Bewegungswandler in zunehmende, vorzugsweise progressiv zunehmende Ventilkörperwegstrecken gewandelt werden. Damit wird erreicht, dass äusserst fein mit gleichen Antriebsbewegungswegen erst nur geringfügige Ventilkörperhubwege, dann zunehmend grössere realisiert werden, womit sich der erwähnte Leitwert auch im nur wenig geöffneten Ventilkörper-Hubbereich fein abgestuft, beispielsweise linear abgestuft, einstellen lässt.

Dies wird bevorzugterweise dadurch realisiert, dass die Stell­ einrichtung eingangsseitig drehgetrieben ist und über eine Ge­ windeführung mit drehwinkelabhängig variierender Steigung auf den Ventilkörper wirkt.

Insbesondere beim bevorzugten Einsatz des erwähnten nicht line­ aren Bewegungswandlers wird es nun möglich, nur kurze eingangs­ seitige Antriebswege einzusetzen, um den Ventilkörper von der einen in die andere Extremposition zu treiben. Bei einer linea­ ren Bewegungsübertragung zwischen eingangsseitiger Antriebsbe­ wegung und Ventilkörper-Hubbewegung kann eine Feinstellung des Leitwertes nur durch entsprechend flache Übertragung realisiert werden, bei der ein geringer Ventilkörperhub durch relativ lan­ ge eingangsseitige Antriebswege gestellt wird. Bei Einsatz der erfindungsgemäss vorgesehenen nichtlinearen Übertragung kann dies über einen nur geringen eingangsseitigen Antriebsweg für die Stellereinrichtung realisiert werden. Damit wird aber gleichzeitig mit der exakten Einstellbarkeit des Leitwertes er­ möglicht, das erfindungsgemässe Ventil mit einer kurzen an­ triebsseitigen Bewegung voll zu öffnen bzw. voll zu schliessen. Dies wird in bevorzugter Ausführungsform des erfindungsgemässen Vakuumventils ausgenützt, bei der die Stelleinrichtung ein­ gangsseitig drehgetrieben ist und der ganze Stellhub des Ven­ tilkörpers bei einer Antriebsdrehbewegung von höchstens 270°, vorzugsweise von höchstens 135° durchlaufen wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden, bei Rea­ lisation der Stelleinrichtung als eingangsseitig drehgetrieben, die Einrasteinrichtungen als Drehwinkel-Einrasteinrichtungen in mindestens einer Ebene senkrecht zur Drehachse des eingangsseitigen Stelleinrichtungsantriebes eingebaut, dabei bevorzugter­ weise in Form von Feder-Kugel-/Einnehmungs-Einrasteinrich­ tungen.

Um im weiteren am erfindungsgemässen Vakuumventil auch im Hub­ bereich des Ventilkörpers, unmittelbar nach seinem Abheben von der geschlossenen Position, exakte und relativ fein gestaffelte Leitwerteinstellung vornehmen zu können, wird vorgeschlagen, dass, betrachtet von einer Stellereinrichtungsposition für mi­ nimalen Leitwert (geschlossene Position) hin zu einer Steller­ einrichtungsposition für maximalen Leitwert, der bezüglich Ven­ tilkörperhub örtliche Versatz der Einrasteinrichtungen erst klein, dann zunehmend grösser gewählt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Ein­ rasteinrichtungen, baulich zu einer Einrasteinheit kombiniert, einfach ausgetauscht werden. Dies dadurch, dass die Einrastein­ richtungen getrennt von Bewegungsführungen für die Hubbewegung des Ventilkörpers an der Stellereinrichtung eingebaut sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Vakuumventils ist die Stellereinrichtung eingangsseitig drehgetrieben und mit einem manuell betätigbaren Drehknopf wirkverbunden. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass insbesondere bei manuell stellbaren Vakuumventilen die erwünschte reproduzierbare Leit­ werteinstellung ein Problem stellt.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Fi­ guren erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 Aus Übersichtsgründen vereinfacht, einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes, als Eckventil ausgebil­ detes Vakuumventil in bevorzugter Ausführungsform;

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Einrasteinheit am Ventil nach Fig. 1, und

Fig. 3 in Funktion des Antriebsdrehwinkels am Ventil nach Fig. 1, den Ventilkörperhub und die bevorzugte Dreh­ winkel-zugeordnete Positionierung der erfindungsgemäss vorgesehenen Einrasteinrichtungen.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemässes Vakuumventil als handbetä­ tigtes Eckventil dargestellt. In einem Gehäuse 1 mit der Leit­ wert-zu-stellenden Leitung 3 ist ein Ventilkörper 5, als Ven­ tilteller ausgebildet, eingebaut. Er steht über ein Dichtungs­ element 7 mit einer Dichtfläche 9 an der Wandung der Leitung 3 in Wirkverbindung. Eine Stellereinrichtung 11 umfasst eine Ven­ tilstange 13, welche mit dem Ventilkörper 5 verbunden ist. Am dem Ventilkörper 5 entgegengesetzten Ende der Ventilstange 13 ist, mit ihr fix verbunden über eine Spannzange 17, ein Flansch 15 einer Einrasteinheit eingebaut. Ein manuell betätigbarer Drehknopf 19 der Stellereinrichtung 11 ist bezüglich Ven­ tilstange 13 und damit bezüglich Flansch 15 der Einrasteinheit um die Achse A drehbeweglich. Er liegt mit einem Führungsfort­ satz 21 an einer Führungsfläche 23 an, die in die Innenwand der Gehäusepartie 1a eingearbeiteten ist. Diese Führungsfläche 23 weist - wie im Zusammenhang mit Fig. 3 noch zu erläutern sein wird - mit dem Drehwinkel ϕ um Achse A variable Steigung auf.

Der Ventilkörper 5 ist mittels einer Druckfeder 25 bezüglich des Gehäuses 1 vorgespannt. Ein Metallbalg 27 kapselt Steller­ einheit 11 mit Ventilstange 13 von der Leitung 3 ab.

Der Drehknopf 19, wie erwähnt bezüglich der Ventilstange 13 und dem Flansch 15 drehbeweglich, weist einen unmittelbar am Flansch 15 anliegenden Gegenflansch 16 auf. Wie schematisch bei 22 dargestellt, sind am Flansch 15 (oder am Flansch 16) eine, vorzugsweise zwei in Richtung der Achse A federnd vorgespannte Rastkugeln eingebaut, an der Fläche des Gegenflansches, also entsprechend 16 oder 15, kugelschalenförmige bzw. kreissektor­ förmige Einrasteinnehmungen 29, 30, wie sich aus Fig. 2 ergibt.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind vorzugsweise symmetrisch zur Achse A zwei gleichwirkende Einrast-Sätze je mit einer Federku­ gel und den Einnehmungen vorgesehen. Aus Fig. 1 ergibt sich weiter, dass die Einrasteinheit durch Demontage eines Ab­ schlussdeckes 19a am Drehknopf 19 auswechselbar ist, z. B. um unterschiedliche Zuordnungen von Leitwert und Drehposition des Drehknopfes 19 zu wählen.

Das dargestellte Ventil arbeitet wie folgt:
Die Druckfeder 25 spannt via Ventilkörper 5 und Ventilstange 13 Flansch 15 gegen Flansch 16 und verspannt damit die durch die gefederten Kugeln und Einrasteinnehmungen gebildete Einrastein­ heit. Gleichzeitig wird der Führungsfortsatz 21 in Eingriff mit der Führungskurve 23 gezogen. Wird der Drehknopf 19 um die Ach­ se A gedreht, so folgt er, weiterhin federgespannt in Richtung der Achse A, der Führungskurve 23. Er bleibt dabei federge­ spannt in Eingriff mit dem nicht mitdrehendem Flansch 15 der Einrasteinrichtung. Damit läuft die Ventilstange 13 und damit der Ventilkörper 5 nach unten, gesteuert durch den nichtlinea­ ren Bewegungsübertrager aus Führungskurve 23 und Führungsfort­ satz 21. Der sich mit dem Drehknopf 19 bezüglich des Flansches 15 drehende Flansch 16 bewirkt, entsprechend der ausgeführten Drehbewegung ϕ, ein Ausrasten und Wiedereinrasten der Kugeln an den entsprechend vorgesehenen Einnehmungen 29 bzw. 30 gemäss Fig. 2.

Über dem Drehwinkel ϕ des Drehknopfes 19 ist in Fig. 3 mit Kur­ ve (a) der Hub H des Ventilkörpers 5 nach Fig. 1 dargestellt. Wenn ϕ gleich Null in vollständig geschlossener Position des Vakuumventils definiert ist, d. h. wenn Dichtungselement 7 auf Dichtfläche 9 aufliegt, so ergibt sich mit linear zunehmendem Drehwinkel 9, aufgrund der mit dem Führungsfortsatz 21 in Ein­ griff stehenden Führungskurve 23, der mit Kurve (a) von Fig. 3 dargestellte Ventilkörperhub: Für gleiche Drehwinkelschritte Δϕ führt der Ventilkörper 5 progressiv grössere Hubwege ΔH aus. Wie mit der mechanischen Verbindung 32 in Fig. 3 schemati­ siert, ist der eine Teil der Einrasteinrichtung, also bei­ spielsweise die federnden Kugeln 22, mit Ventilkörper und Ven­ tilstange drehfest verbunden, wohingegen die Einrasteinnehmun­ gen, in den Fig. 2 und 3 mit Nr. 0 bis Nr. 5 numeriert, und wie ebenfalls schematisch dargestellt mit dem Drehknopf 19 drehfest sind.

Wie erwähnt, ändert sich der Leitungs-Leitwert unmittelbar nach Abheben des Ventilkörpers 5 pro durchlaufenen Ventilkörperhub­ schritt ΔH wesentlich stärker als er sich ändert für gleiche Hubschritte, wenn der Ventilkörper 5 bereits weiter abgehoben ist. Für ein Aufschalten von Leitwerten, relativ fein abgestuft ab unmittelbarem Öffnen des Ventilkörpers 5, sind deshalb, wie in den Fig. 2 und 3 ersichtlich, die Einrastpositionen für den Drehknopf 19 ausgehend von einer relativ dichten Abfolge zuneh­ mend weiter auseinander gestaffelt.

Mit Auslegung, wie sie erläutert wurde, ergibt sich am erfin­ dungsgemässen Vakuumventil z. B. eine Leitwerteinstellbarkeit, entsprechend den Einrastpositionen, von
0%: Position 0
5%: Position 1
15%: Position 2
25%: Position 3
40%: Position 4
100%: Endanschlag 5.

Im weiteren ist ersichtlich, dass mit einer Drehbewegung des Drehknopfes 19 von höchstens 180° das Ventil zwischen seinen beiden Extrempositionen umgeschaltet werden kann. Trotz dieses kurzen Stellweges ist in Zwischenpositionen eine exakt reproduzierbare Leitwerteinstellung realisiert, und zwar auch für exakte Einstellung geringer Leitwerte.

Claims (12)

1. Vakuumventil mit
einem Ventilgehäuse (1),
im Ventilgehäuse (1) einer durchgehenden Leitwert-zu­ stellenden Leitung (3),
einem in die Leitung (3) eingreifenden, beweglich gelagerten Ventilkörper (5), der, in Funktion seiner Position (H), den Leitwert der Leitung (3) dominierend festlegt,
einer mit dem Ventilkörper (5) verbundenen Stellereinrichtung (11),
dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Stellhubes der Steller­ einrichtung (11) örtlich versetzte Einrasteinrichtungen (22; 29, 30) wirksam sind, in die die Stelleinrichtung (11) für vor­ gegebene Stellhubpositionen einrastet, wobei das Einrasten an den jeweiligen Einrasteinrichtungen (22; 29, 30) durch Erhöhung einer auf die Stelleinrichtung (11) wirkenden Antriebskraft wieder lösbar ist.

2. Vakuumventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbewegung (H) des Ventilkörpers (5) mittels einer Füh­ rungskurve (23) an der Stelleinrichtung (11) bezüglich des Ge­ häuses (1) geführt ist.

3. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellereinrichtung (11) eine eingangs­ seitige Antriebsbewegung (ϕ) über einen nichtlinearen Übertra­ ger (21, 23) an den Stellhub (H) für den Ventilkörper (5) über­ trägt.

4. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Stelleinrichtung eingangsseitig drehge­ trieben (ϕ) ist und über eine Gewindezugkurve (23) auf den Ven­ tilkörper (25) wirkt.

5. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass, betrachtet von einer Stelleinrichtungsposi­ tion für minimalen Leitwert (Pos. 0) hin zu einer Stelleinrich­ tungsposition (Pos. 5) für maximalen Leitwert, gleiche eingangs­ seitige Stelleinrichtungsantriebswege (Δϕ), über einen nicht linearen Bewegungswandler (23, 21), zunehmende, vorzugsweise progressiv zunehmende Ventilkörperwege (ΔH) erzeugen.

6. Vakuumventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung eingangsseitig drehgetrieben (ϕ) ist und über eine Gewindeführung (23) mit variierender Steigung auf den Ventilkörper (5) wirkt.

7. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Stelleinrichtung eingangsseitig drehge­ trieben (ϕ) ist und der ganze Stellhub des Ventilkörpers (5) bei einer Drehbewegung von höchstens 270°, vorzugsweise von höchstens 135°, durchlaufen wird.

8. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Stelleinrichtung eingangsseitig drehge­ trieben (ϕ) ist und die Einrasteinrichtungen (22, 30, 29) als Drehwinkel-Einrasteinrichtungen in mindestens einer Ebene senk­ recht zur Drehachse (A) des eingangsseitigen Stelleinrichtungs­ antriebes (19) eingebaut sind, vorzugsweise in Form von Feder- Kugel-/Einnehmungs-Einrasteinrichtungen.

9. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass, betrachtet von einer Stellereinrichtungspo­ sition für minimalen Leitwert (Pos. 0) hin zu einer Stellerein­ richtungsposition für maximalen Leitwert (Pos. 5), der bezüglich Ventilkörperhub (H) örtliche Versatz der Einrasteinrichtungen (22, 29, 30) zunehmend grösser gewählt ist.

10. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Einrasteinrichtungen (22, 29, 30) aus­ wechselbar sind.

11. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellereinrichtung eingangsseitig drehgetrieben (ϕ) ist und mit einem manuell betätigbaren Dreh­ knopf (19) wirkverbunden ist.

12. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellereinrichtung (11) zwischen Ven­ tilkörper (5) und Leitungsinnenwandung (3) balggekapselt (27) ist.