CH636422A5

CH636422A5 - Hochvakuumventil.

Info

Publication number: CH636422A5
Application number: CH185879A
Authority: CH
Inventors: Otto Dr Winkler
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1983-05-31
Also published as: FR2449839B1; FR2449839A1; DE3000848A1; US4343455A; GB2043839B; GB2043839A; NL8000430A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochvakuumteil, insbesondere ein Ultrahochvakuumschieberventil mit einem Ventilgehäuse mit Anschlussöffnungen und mit einem Ventilverschlusskörper und zugeordnetem Ventilsitz und Antriebsmechanismus.

Bei Vakuumventilen ist es erforderlich, dass der Druck, mit dem der bei grossen Ventilen meist als Platte ausgebildete Verschlusskörper auf den Ventilsitz gepresst wird, genügend gross ist, um hinreichende Dichtigkeit, gegebenenfalls sogar gegen Atmosphärendruck zu gewährleisten.

An Ultrahochvakuumventile (UHV) werden besonders hohe Anforderungen gestellt. Es wird hier nicht nur eine extrem niedrige Lenkrate, sondern auch eine geringe Gasabgabe- und Permeationsrate des Dichtungselementes und zur Beschleunigung der Entgasung eine Ausheizbarkeit bis zu 400° C gefordert. Diese beiden letzten Forderungen können nur mit Metalldichtung erfüllt werden. Zur Errôichung niedriger Leckraten sind dann ausserordentlich hohe Dichtkräfte in der Grössenordnung von 100 bis 1000 N pro mm Dichtungslänge erforderlich. Bei Ventilen grösseren Durchmessers, bei denen sich eine lange Dichtungslinie entlang des Umfanges ergibt, werden deshalb sehr grosse Anpresskräfte benötigt.

Als Antriebsmechanismus werden für Vakuumschieberventile meist pneumatische Betätigungsvorrichtungen, Kniehebel- oder Keilbahnen verwendet, die zwischen der Ventilplatte und einer Gegenplatte angeordnet sind. Ventilplatte und Gegenplatté stützen sich dann am Umfang der Gehäuseöffnungen am Gehäuse ab. Damit die grossen Kräfte vom Gehäuse, ohne dass ein Verzug der Dichtungsfläche auftritt, aufgenommen werden können, muss das Gehäuse ausserordentlich formstabil sein und dies führt dann zu hohen Material- und Herstellungskosten.

Die vorliegende Erfindung hat sich dagegen ein Hochvakuum-ventil zur Aufgabe gestellt, bei dem derSchliessdruck am Umfang des Ventilsitzes, ohne dass im übrigen das Gehäuse wesentlich beansprucht wird, aufgenommen wird. Dieses erfin-dungsgemässe Hochvakuumventil ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Dichtkräfte an den Umfang des als Gegenlager wirkenden Ventilsitzes Stützelemente vorgesehen sind. Damit wird einerseits eine gleichmässige Kräfteverteilung erreicht, die einen Verzug des Dichtungsflansches vermeidet, andererseits kann das Ventilgehäuse in Leichtmetallbauweise hergestellt werden. Es braucht nur noch dem äusseren Atmosphärendruck standzuhalten. Dies fällt besonders bei grossen UHV-Durchgangsventilen, wie siez. B. für Fusionsreaktoren erforderlich sind, aber auch bei Hochvakuumschleusenventilen mit grossen Nennweiten sehr stark ins Gewicht.

Dank der Überleitung der Anpresskräfte auf die unmittelbare Umgebung des Ventilsitzes genügt es, nur diesen für die Aufnahme der entsprechend grossen Kräfte auszubilden. Im übrigen kann dann aber das Ventilgehäuse selbst wesentlich schwächer dimensioniert werden und es können somit grosse Kosten- und Materialeinsparungen erzielt werden. Für die Überleitung der

Anpresskräfte können am einfachsten mehrere über den Umfang des Ventilsitzes gleichmässig verteilte Bügel, z. B. U- oder Winkelprofile dienen, die so angeordnet werden, dass sie die Bewegung des Ventilschiebers nicht behindern. Hiezu werden die genannten Stützelemente zweckmässigerweise teils mit dem Ventilverschlusskörper, teils mit dem als Gegenlager dienenden Ventilsitz verbunden, wie die unten beschriebenen Ausführungsbeispiele näher zeigen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Schleusenven-til grosser Nennweite mit rechteckiger Durchgangsöffnung;

Fig. 2 entspricht dem Schnitt AA' ;

Fig. 3 entspricht dem Schnitt BB' in Fig. 1 und Fig. 1 dem Schnitt CC' in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt das Ventilgehäuse 1 mit den beiden Anschlussöffnungen 2 und 3. Eine Ventilplatte 4 ergibt beim Schliessen zusammen mit dem Ventilsitz 5 und Dichtung 6 eine vakuumdichte Absperrung der Öffnung 2. Die Ventilplatte 4 ist zur Versteifung mit Rippen versehen und an den Stellen 7 und 7' mit einem elastischen Federkörper 8 vom omegaförmigen Querschnitt,der einen geschlossenen Ring bildet, dicht verschweisst. Das andere Ende des Federkörpers ist an den Stellen 9 und 9' mit einer ebenfalls verrippten Gegenplatte 10 verschweisst, so dass ein abgeschlossener Hohlraum 11 gebildet wird, der mit einem Druckmedium gefüllt werden kann.

An der Gegenplatte 10 sind an ihrem Rande oben und unten sowie rechts als Stützelemente U-förmige Bügel 12 durch Schweissen oder Verschraubenbefestigt, die, wenn sich das Ventil in Schliessstellung befindet, über den Flansch 13 am Ventilsitz übergreifen. Ein ähnlicher Bügel 14 ist an der linken Seite dieses Flansches am Ventilsitz 5 befestigt. Er dient ebenfalls zur Abstützung der Gegenplatte bei 15, jedoch ohne dass die Gegenplatte mit dem Bügel 14 verbunden wäre.

Ist der Zwischenraum 11 druckentlastet, hebt sich die Ventilplatte vom Ventilsitz und die Gegenplatte von der Auflage bei 13 und 15 als Folge der Rückfederung des Federkörpers 8 ab und die Dichtungseinheit kann nun nach rechts in den Gehäuseteil 16 ausgefahren werden. Damit dies praktisch reibungslos und mit geringem Kraftaufwand möglich ist, sind am Bügel 12, der die Gegenplatte 10 umfasst, vier Rollenlager 17 angebracht, die in Schienen 18 und 18' laufen (siehe Fig. 2). Die Kraftübertragung erfolgt, wie Fig. 3 zeigt, über einen Federbalg 19 und ein Gestänge 20.

Fig. 4 und 5 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen metallgedichteten UHV-Schieberventils mit kleineren Dimensionen und kreisförmiger Durchgangsöffnung. Fig. 4 ist ein Schnitt längs AA' in Fig. 5; Fig. 5 ein Schnitt längs BB' in Fig. 4.

Das Ventilgehäuse 22 hat wieder zwei Anschlussflansche, von denen einer 23 an das Gehäuse 22 angeschweisst und der andere 24 an dieses angeschraubt und mit einer Metalldichtung 25 versehen ist.

Die Betätigungsmechanik für die Ventilplatte ist am Flansch 26 befestigt, und dieser ist über eine Metalldichtung 27 mit dem Gehäuse verschraubt. Bei druckentlastetem Ventil kann dann die Mechanik als ganzes aus dem Gehäuse 22 nach Lösen des Flansches 26 herausgezogen werden.

Die Dichtung des Ventils erfolgt über zwei konische Tellerfedern 28 und 29, von denen eine 28 mit der Ventilmechanik, die andere 29 in das Gehäuse 22 eingeschweisst ist. Die Dichtungslinie liegt bei 30. Fig. 6 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt an dieser Stelle. Die ausgezogenen Konturen der beiden Tellerfedern zeigen ihre Lage bei geschlossenem Ventil. Die gestrichelten Konturen entsprechen ihrer Lage kurz vor dem Schliessen.

Durch die Verwendung konischer Tellerfedern als Dichtungselement sind wesentlich kleinere Anpresskräfte in axialer Richtung erforderlich. Dies ist besonders bei UHV-Ventilen mit einem ungünstigen Verhältnis Dichtungslänge zu Druckfläche

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wichtig, besonders wenn die Anpressung pneumatisch oder hydraulisch erfolgen soll. Der erforderliche Anpressdruck bleibt dann in Grenzen, die leichter zu beherrschen sind und die Zentrierung der Dichtlinie, wo sich die Dichtungspartner berühren, erfolgt automatisch.

Der Ventilteller ist in die Teile 31 und 32 eingeschweisst. Teil 32 ist ferner mit einem torusförmigen Federelement 33 verschweisst. Die Gegenplatte 34 ist ebenfalls mit diesem Federelement verschweisst, so dass wieder ein geschlossener Raum 36 entsteht, der mit einem Druckmedium über die Zuleitungen 37 beaufschlagt werden kann.

Das Ventil ist als sogenannter Pendelschieber ausgebildet, der bei 38 (Fig. 5) gelagert ist und in die in Fig. 5 gestrichelte Position 39 ausgeschwenkt werden kann.

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Das Prinzip der unmittelbaren Kräfteübertragung in die Nähe des Ventilsitzes wird hier in der Weise realisiert, dass halbkreisförmige U-Profile verwendet werden, von denen eines 40 am feststehenden Teil der Abdichtung bei 41 angeschweisst oder s angeschraubt ist und das andere 42 am ausschwenkbaren Teil der Ventilmechanik bei 43 befestigt ist. Das erstere dient bei 44 als Auflage für den Schieber. Das letztere greift in die Nut 45 am' feststehenden Teil ein, um den Pendelschieber beigeschlossenem Ventil dort abzustützen. Die Zugkräfte werden somit m gleichmässig über den ganzen Umfang der Ventilöffnung verteilt.

Wie Fig. 5 zeigt, erfolgt auch hier die Kraftübertragung über einen Federbalg 46, der mit Druck beaufschlagt wird, und über eine Hebelmechanik, die an den Teilen 47 und 48, die am Flansch 15 26 befestigt sind, gelagert ist.

M

3 Blätter Zeichnungen

Claims

636 422 PATENTANSPRÜCHE

1. Hochvakuumteil mit einem Ventilgehäuse (1) mit Anschlussöffnungen (2,3; 23,24) und mit einem Ventilverschlusskörper (4) und zugeordnetem Ventilsitz (5) und Antriebsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Dichtkräfte an den Umfang des als Gegenlager wirkenden Ventilsitzes, Stützelemente (12, 14; 40, 42) vorgesehen sind.

2. Ventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente teils mit dem Ventilverschlusskörper, teils mit dem als Gegenlager dienenden Ventilsitz verbunden sind.

3. Ventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente durch mehrere über den Umfang des Ventilsitzes gleichmässig verteilte Bügel gebildet sind.