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Dokumentenidentifikation DE102007025974A1 20.12.2007
Titel Vakuumventil
Anmelder VAT Holding AG, Haag, CH
Erfinder Schön, Mathias, St. Anton am Arlberg, AT
Vertreter Patentanwälte Eisele, Dr. Otten, Dr. Roth & Dr. Dobler, 88212 Ravensburg
DE-Anmeldedatum 04.06.2007
DE-Aktenzeichen 102007025974
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse F16K 3/02(2006.01)A, F, I, 20070604, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16K 51/02(2006.01)A, L, I, 20070604, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Vakuumventil umfasst ein Ventilgehäuse (1), welches eine Eintrittsöffnung (2) und eine Austrittsöffnung (3), die gegenüberliegende Wände (4, 5) des Ventilgehäuses (1) durchsetzen, und einen die Eintrittsöffnung (2) umgebenden Ventilsitz (6) aufweist, und eine in einem Innenraum (7) des Ventilgehäuses (1) angeordnete Verschlusseinheit (8), die eine Ventilplatte (9), welche zwischen einer die Eintrittsöffnung (2) freigebenden Offenstellung, einer die Eintrittsöffnung (2) überdeckenden, aber vom Ventilsitz (6) abgehobenen Zwischenstellung und einer die Eintrittsöffnung (2) überdeckenden und an den Ventilsitz (6) angedrückten Schließstellung verstellbar ist, und mindestens einen in einem Innenraum (16) der Verschlusseinheit (8) angeordneten Stellkolben (15) umfasst, der zum Verstellen der Ventilplatte (9) zwischen ihrer Zwischenstellung und ihrer Schließstellung in Richtung seiner Längsmittelachse (20) zwischen einer Passivstellung, in der sich die Ventilplatte (9) in ihrer Zwischenstellung befindet, und einer Aktivstellung, in der sich die Ventilplatte (9) in ihrer Schließstellung befindet, verschiebbar ist. Mindestens ein Arbeitsraum (23) der Verschlusseinheit (8), der zur Verschiebung des mindestens einen Stellkolbens (15) in seine Aktivstellung mit Druckgas beaufschlagbar ist, ist von einer Membrandichtung (25) begrenzt. Am Stellkolben (15) ist mindestens ein aus dem Innenraum (16) der Verschlusseinheit (8) durch eine Öffnung herausgeführter Stößel angebracht, der ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Vakuumventil umfassend ein Ventilgehäuse, welches eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung, die gegenüberliegende Wände des Ventilgehäuses durchsetzen, und einen die Eintrittsöffnung umgebenden Ventilsitz aufweist, und eine in einem Innenraum des Ventilgehäuses angeordnete Verschlusseinheit, die eine Ventilplatte, welche zwischen einer die Eintrittsöffnung freigebenden Offenstellung, einer die Eintrittsöffnung überdeckenden, aber vom Ventilsitz abgehobenen Zwischenstellung und einer die Eintrittsöffnung überdeckenden und an den Ventilsitz angedrückten Schließstellung verstellbar ist, und mindestens einen in einem Innenraum der Verschlusseinheit angeordneten Stellkolben umfasst, der zum Verstellen der Ventilplatte zwischen ihrer Zwischenstellung und ihrer Schließstellung in Richtung seiner Längsmittelachse zwischen einer Passivstellung, in der sich die Ventilplatte in ihrer Zwischenstellung befindet, und einer Aktivstellung, in der sich die Ventilplatte in ihrer Schließstellung befindet, verschiebbar ist, wobei mindestens ein Arbeitsraum der Verschlusseinheit, der zur Verschiebung des mindestens einen Stellkolbens in seine Aktivstellung mit Druckgas beaufschlagbar ist, von einer Membrandichtung begrenzt ist.

Ein Vakuumventil, bei dem eine Ventilplatte zwischen ihrer Zwischenstellung und ihrer Schließstellung mittels eines in einem Innenraum einer Verschlusseinheit angeordneten Stellkolbens verschiebbar ist, ist aus der US 6,561,484 B2 bekannt. Die Verschlusseinheit umfasst die Ventilplatte und eine Abstützplatte. Mittels des Stellkolbens sind die Ventilplatte und die Abstützplatte zwischen den Innenflächen des Ventilgehäuses im Bereich um die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung gegen das Ventilgehäuse verspreizbar. Ein Aufnahmegehäuse für den Stellkolben kann hierbei an der Abstützplatte oder an der Ventilplatte angeordnet sein. Zur Ausbildung von druckbeaufschlagbaren Arbeitsräumen, um den Stellkolben zu verschieben, sind zwischen dem Stellkolben und dem Aufnahmegehäuse wirkende Dichtringe vorhanden. Zwischen der Ventilplatte und der Abstützplatte verläuft in einigen der Ausführungsformen zumindest ein Dichtbalg. Neben Ausführungsformen, bei denen die Verschlusseinheit bei der Verstellung zwischen ihrer Offenstellung und ihrer Zwischenstellung linear verschiebbar ist, sind auch nach Art eines Pendelventils ausgebildete Ausführungsformen beschrieben, bei denen der Tragarm, an dem die Verschlusseinheit angebracht ist, zur Verstellung der Verschlusseinheit zwischen ihrer Offenstellung und ihrer Zwischenstellung um eine Schwenkachse verschwenkbar ist.

Ein weiteres Ventil, bei dem eine Ventilplatte zwischen ihrer Zwischenstellung und ihrer Schließstellung mittels eines in einem Innenraum einer Verschlusseinheit angeordneten Stellkolbens verschiebbar ist, ist aus der US 2004/0079915 A1 bekannt. Auch hier sind die Arbeitsräume, die zur Verschiebung des Stellkolbens mit Druckgas beaufschlagbar sind, von elastischen Dichtringen abgedichtet.

Ein Pendelventil, bei dem im Ventilgehäuse Zylinderbohrungen ausgebildet sind, in denen Stellkolben angeordnet sind, ist aus der US 6,776,394 B2 bekannt. Mittels der Stellkolben sind Stößel verschiebbar, um in der Schließstellung der Ventilplatte diese an den Ventilsitz anzudrücken. Die Stellkolben sind ebenfalls mittels Dichtringen gegenüber den Wänden der Zylinderräume abgedichtet.

Aus dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der DE 19 857 201 A1 ist ein Vakuumventil der eingangs genannten Art bekannt. Spannzylinder dienen als Hubkörper, um Ventilplatten gegen ein Ventilgehäuse anzupressen. Die Spannzylinder sind gegenüber einem Grundkörper der Verschlusseinheit durch Membrandichtungen abgedichtet.

Aus der US 5,975,492 A ist es bekannt, Ventilplatten mittels eines in einem Innenraum der Verschlusseinheit angeordneten Aktuators an Ventilsitze des Ventilgehäuses anzupressen. Der Aktuator besteht aus Platten, die durch einen Edelstahlbalg druckdicht miteinander verbunden sind (vgl. 21).

Stellelemente mit Membrankolben sind weiters aus anderen Anwendungsgebieten als Vakuumventilen bekannt, beispielsweise im Fahrzeugbau im Zusammenhang mit Bremszylindern oder im Vorrichtungsbau, um Teile, z. B. einzuspannende Werkstücke, zu klemmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein vorteilhaftes, kompakt ausgebildetes Vakuumventil der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem der abgedichtete Zustand im Falle eines Druckgasausfalls lange aufrecht erhalten werden kann. Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein Vakuumventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Durch die Abdichtung des Arbeitsraums, der zur Verschiebung des Stellkolbens in seine Aktivstellung dient, mittels einer Membrandichtung, kann eine hohe Dichtheit dieses Arbeitsraums erreicht werden. Dadurch bleibt der abgedichtete Zustand des Vakuumventils, wenn es in der Schließstellung der Ventilplatte zu einem Ausfall des Druckgases kommt, lange erhalten.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann weiters eine kompakte Bauweise des Vakuumventils bezogen auf die Abmessung des Ventilgehäuses zwischen der Ein- und Austrittsöffnung erreicht werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Membrandichtung tellerförmig ausgebildet, wobei sie im Bereich ihres Umfangsrandes abgedichtet mit dem Stellkolben verbunden ist und in einem mittleren Abschnitt in Anlage an der inneren Oberfläche einer Wand des Aufnahmegehäuses für den Stellkolben gehalten ist. Denkbar und möglich wäre es auch, dass die tellerförmig ausgebildete Membran im Bereich ihres Umfangsrandes vakuumdicht mit der Wand verbunden ist und in einem mittleren Abschnitt in Anlage am Stellkolben gehalten ist. Weiters könnte die Membran auch ringförmig ausgebildet sein und an ihrem äußeren Umfangsrand mit dem Stellkolben oder der Wand und an ihrem inneren Umfangsrand mit dem anderen dieser beiden Teile vakuumdicht verbunden sein.

Zumindest ein Abschnitt der Membran, vorzugsweise ein an ihren äußeren Umfangsrand anschließender ringförmiger Abschnitt, besteht aus einem elastischen Kunststoffmaterial.

Ein erfindungsgemäßes Vakuumventil kann aufgrund einer geringen Anzahl von Teilen kostengünstig ausgebildet sein. Weiters können die Wartungsintervalle aufgrund eines geringen Verschleißes lang sein.

Vorteilhafterweise kann von der Membrandichtung ein druckgasbeaufschlagter Arbeitsraum gegenüber einem restlichen Bereich des Innenraums der Verschlusseinheit abgedichtet sein und dieser restliche Bereich des Innenraums der Verschlusseinheit wiederum gegenüber dem Vakuumbereich des Vakuumventils abgedichtet sein. Hierbei kann dieser restliche Bereich des Innenraums der Verschlusseinheit mit der Atmosphäre verbunden sein oder evakuiert sein. Dieser restliche Bereich des Innenraums der Verschlusseinheit bildet somit einen zwischen dem von der Membrandichtung abgedichteten Arbeitsraum und dem Vakuumbereich des Vakuumventils liegenden Sicherheitsraum, um im Falle einer Leckage des druckgasbeaufschlagten Arbeitsraums ein Ausströmen von Druckgas in den Vakuumbereich des Vakuumventils zu verhindern.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vakuumventils in der Offenstellung der Ventilplatte;

2 eine Ansicht entsprechend 1, wobei sich der Ventilteller in einer die Eintrittsöffnung teilweise überdeckenden Stellung befindet;

3 eine Schrägsicht des Vakuumventils in der Stellung der Ventilplatte entsprechend 2;

4 eine Schrägsicht des Vakuumventils in der Stellung der Ventilplatte entsprechend 2, von der gegenüber 3 gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses;

5 eine Ansicht entsprechend 1, aber in der die Eintrittsöffnung überdeckenden Zwischenstellung der Ventilplatte;

6 einen vereinfachten, teilweise schematisierten Schnitt entlang der Linie A-A von 5 in der Zwischenstellung der Ventilplatte;

7 einen Schnitt entsprechend 6 in der Schließstellung der Ventilplatte;

8 eine Schrägsicht der Verschlusseinheit;

9 eine Schrägsicht der aufgeschnittenen Verschlusseinheit, in der Aktivstellung des Stellkolbens;

10 eine Darstellung entsprechend 9 in der Passivstellung des Stellkolbens;

11 einen Schnitt entlang der Linie B-B von 8, in der Aktivstellung des Stellkolbens;

12 einen Schnitt entsprechend 11 in der Passivstellung des Stellkolbens;

13 ein vergrößertes Detail C von 12;

14 und 15 vergrößerte Ausschnitte D und E von 11 und 12;

16 und 17 vergrößerte Ausschnitte F und G von 11 und 12;

18 und 19 Schnitte durch die Verschlusseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

20 und 21 eine dritte Ausführungsform der Erfindung;

22 eine schematische Darstellung eines Vakuumventils gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

23 einen vergrößerten Ausschnitt H von 22;

24 eine Ausführungsform entsprechend 22, aber mit einer geringeren Breite der Eintritts- und Austrittsöffnungen des Ventilgehäuses;

25 ein vergrößertes Detail I von 24;

26 eine Schrägsicht der Verschlusseinheit gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung (ohne Dichtung);

27 die Verschlusseinheit von 26 bei abgenommener Ventilplatte, wobei einer der Stellkolben aus dem Aufnahmegehäuse herausgezogen dargestellt ist;

28 und 29 Schrägsichten der Membrandichtungen gemäß diesem Ausführungsbeispiel;

30 und 31 Längsmittelschnitte durch die Membrandichtungen von 28 und 29;

32 und 33 eine weitere Ausführungsform einer in Form einer Rollmembran ausgebildeten Membrandichtung in der Passiv- und Aktivstellung des Stellkolbens.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vakuumventils ist in den 1 bis 17 dargestellt. Das Vakuumventil besitzt ein Ventilgehäuse 1 mit einer Eintrittsöffnung 2 und einer Austrittsöffnung 3, die gegenüberliegende Wände 4, 5 des Ventilgehäuses 1 durchsetzen. An der Innenfläche der die Eintrittsöffnung 2 aufweisenden Wand 4 umgibt ein Ventilsitz 6 die Eintrittsöffnung 2, der im gezeigten Ausführungsbeispiel von einer Dichtfläche gebildet wird.

In einem Innenraum 7 des Ventilgehäuses 1 ist eine Verschlusseinheit 8 angeordnet, die eine Ventilplatte 9 umfasst. Die Ventilplatte 9 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel einen elastischen Dichtring 10 zur Anlage am Ventilsitz 6 im geschlossenen Zustand des Vakuumventils auf. Grundsätzlich denkbar und möglich wäre es auch, den Dichtring am Ventilsitz 6 und an der Ventilplatte 9 eine mit dem Dichtring zusammenwirkende Dichtfläche anzuordnen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Vakuumventil als Pendelventil ausgebildet und hierbei ist die Verschlusseinheit 8 an einem um eine Schwenkachse 11 verschwenkbaren Arm 12 angeordnet. Zum Verschwenken des Arms 12 mittels der Welle 21, an der der Arm 12 angebracht ist, dient ein Drehantrieb 13. Mittels des Drehantriebs 13 kann die Verschlusseinheit 8 und somit die Ventilplatte 9 zwischen einer die Eintrittsöffnung 2 freigebenden Stellung (vgl. 1), in welcher das Vakuumventil seinen vollständig geöffneten Zustand aufweist, in eine Stellung verschwenkt werden, in der sie die Eintrittsöffnung 2 in Richtung der Längsachse 14 der Eintrittsöffnung 2 gesehen überdeckt (vgl. 5). Da hierbei die Ventilplatte 9 zunächst noch vom Ventilsitz 6 abgehoben ist, wird diese Stellung im Rahmen dieser Schrift als "Zwischenstellung" bezeichnet. Eine Mittelstellung zwischen der Offenstellung und der Zwischenstellung ist in den 2 bis 4 dargestellt.

Die Verschlusseinheit 8 umfasst weiters einen starren Stellkolben 15, der in einem Innenraum 16 eines Aufnahmegehäuses der Verschlusseinheit 8 angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Wand dieses Aufnahmegehäuses von der Ventilplatte 9 gebildet. Die Ventilplatte 9 ist an einem weiteren Teil des Aufnahmegehäuses vorzugsweise abnehmbar angebracht, beispielsweise angeschraubt und hierbei gegenüber diesem weiteren Teil mittels eines Dichtrings 51 abgedichtet (vgl. z.B. 11 und 12). Eine der Ventilplatte 9 gegenüberliegende Wand 17 des Aufnahmegehäuses besitzt Öffnungen zum Durchtritt von Stößeln 18, die am Stellkolben 15 auf der von der Ventilplatte 9 abgewandten Seite des Stellkolbens 15 angebracht sind. Vorzugsweise ist die Herausführung der Stößel 18 aus dem Innenraum 16 abgedichtet, beispielsweise mittels Bälgen 19.

Mittels des Stellkolbens 15 erfolgt die Verstellung der Ventilplatte 9 zwischen ihrer Zwischenstellung und ihrer Schließstellung, in welcher sie die Eintrittsöffnung 2 in Richtung der Längsachse 14 der Eintrittsöffnung 2 gesehen überdeckt und an den Ventilsitz 6 angedrückt ist. Hierzu wird der Stellkolben 15 in Richtung seiner Längsmittelachse 20 zwischen einer Passivstellung (6, 10, 12) und einer Aktivstellung (7 bis 9 und 11) verstellt. Bei der Verschiebung des Stellkolbens 15 von seiner Passiv- in seine Aktivstellung laufen die Stößel 18, die zunächst von der die Austrittsöffnung 3 aufweisenden Wand 5 des Ventilgehäuses 1 beabstandet sind, an die innere Oberfläche dieser Wand 5 an und verschieben in der Folge die Ventilplatte 9 in Richtung der Längsachse 14 der Eintrittsöffnung 2 bzw. in Richtung der Längsmittelachse 20 des Stellkolbens 15, bis sie an den Ventilsitz angedrückt ist. Hierbei verschiebt sich die Welle 21, an der der Arm 12 angebracht ist in Richtung ihrer Längsachse. Eine solche Verschiebung der Welle 21 ist bei Pendelventilen bekannt. Beispielsweise weist die Welle 21 im Bereich ihres von der Verschlusseinheit 8 abgewandten Endes eine Außenverzahnung auf, mit der ein Zahnrad des Drehantriebs 13 kämmt, wobei sich die Außenverzahnung relativ zum Zahnrad in Längsrichtung der Welle 21 verschieben kann.

Vorzugsweise liegt die Längsachse 14 der Eintrittsöffnung 2 parallel zur Längsachse der Eintrittsöffnung 3, wobei diese Längsachsen vorzugsweise zusammenfallen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Eintrittsöffnung 2 und die Austrittsöffnung 3 gleiche Durchmesser auf, wie dies bevorzugt ist.

Vorzugsweise sind die Längsachse 14 der Eintrittsöffnung 2 und die Längsmittelachse 20 des Stellkolbens 15 parallel zueinander. Im gezeigten Ausführungsbeispiel fallen diese Achsen in der Schließstellung der Ventilplatte 9 zusammen.

Im Bereich ihrer freien Enden weisen die Stößel 18 vorzugsweise elastische Anschlagselemente zum Anlaufen an die Wand 5 auf.

Zur Verschiebung des Stellkolbens 15 zwischen seiner Passiv- und seiner Aktivstellung sind Arbeitsräume 22, 23 mit Druckgas beaufschlagbar. Die Arbeitsräume 22, 23 sind mittels Membrandichtungen 24, 25 abgedichtet. Die Membrandichtungen 24, 25 sind in diesem Ausführungsbeispiel tellerförmig ausgebildet und im Bereich ihres Umfangsrandes dicht mit der jeweiligen Seitenfläche des Stellkolbens 15 verbunden. In den vereinfachten 6 und 7 ist diese Verbindung nicht im Einzelnen dargestellt. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Verbindung geht aus den 11 bis 13 hervor. Hierbei weist der Stellkolben 15 eine Ringnut 26 auf, in die ein Vorsprung 27der jeweiligen Membrandichtung 24, 25 ragt. Mittels eines Halterings 28 und eines den Haltering in einer an die Membrandichtung 24, 25 angedrückten Stellung haltenden Klemmrings 29, der sich an einer hinterschnittenen Schulter des Stellkolbens 15 abstützt, wird die dichte Befestigung am Stellkolben 15 erreicht.

In einem mittleren Abschnitt 30 ist die Membrandichtung 24 in Anlage an die Innenfläche der Wand 17 der Verschlusseinheit 8 und die Membrandichtung 25 in Anlage an die innere Oberfläche der Ventilplatte 9 gehalten.

In den vereinfachten Darstellungen gemäß 6 und 7 sind diese mittleren Abschnitte 30 nur verdickt dargestellt. Beispielsweise könnten sie an die innere Oberfläche der Wand 17 bzw. der Ventilplatte 9 angeklebt sein. Bevorzugterweise ist die Membrandichtung 24, 25 in diesem mittleren Abschnitt 30 aber starr ausgebildet und zum Halten in Anlage an der Innenfläche der Wand 17 bzw. der Ventilplatte 9 dient ein Bolzen 31. Dieser ist in Richtung der Längsmittelachse 20 des Stellkolbens 15 ausgerichtet und durchsetzt eine vorzugsweise zentrale Öffnung im Stellkolben 15 gegenüber der er abgedichtet ist, beispielsweise mittels eines elastischen Dichtrings 32. Vorzugsweise ist der Stellkolben 15 weiters mit einer diese Öffnung umgebenden Gleitbuchse 33 versehen.

Um die Membrandichtungen 24, 25 über ihren gesamten mittleren Abschnitt 30 mittels des Bolzens 31 in Anlage an der inneren Oberfläche der Wand 17 bzw. der Ventilplatte 9 zu halten, sind die Membrandichtungen 24, 25 in diesem mittleren Abschnitt 30 starr ausgebildet. Zum Umfangsrand hin schließt ein flexibler, elastischer ringförmiger Abschnitt 34 an.

Denkbar und möglich wäre es, den mittleren Abschnitt 30 insgesamt aus einem unflexiblen Material, beispielsweise Metall auszubilden. Bevorzugt ist es, in diesem mittleren Abschnitt 30 ein plattenförmiges Metallteil 35 mit einem elastischen Kunststoff zu überziehen oder in einem elastischen Kunststoff 36 einzubetten, wie dies in den 11, 12 und 16, 17 dargestellt ist. Vorzugsweise ist der elastische Kunststoff an das plattenförmige Metallteil 35 anvulkanisiert.

Der elastische Kunststoff der Membrandichtungen 24, 25 wird vorzugsweise von einem Elastomer oder einem thermoplastischen Elastomer gebildet.

Die Ausbildung entspricht hierbei grundsätzlich derjenigen, die weiter unten im Zusammenhang mit einem weiteren Ausführungsbeispiel anhand der 28 bis 31 erläutert wird. Im Bereich des ringförmigen Abschnitts 34 besteht die Membrandichtung 24, 25 vollständig aus elastischem Kunststoff, vorzugsweise aus dem gleichen elastischen Kunststoff, der im mittleren Abschnitt 30 an das Metallteil 35 anvulkanisiert ist.

Zur Druckgaszuführung in die Arbeitsräume 22, 23 dienen Druckgaskanäle 37, 38, die durch das Aufnahmegehäuse für den Stellkolben 15 verlaufen. In den Darstellungen gemäß 6 und 7 verläuft ein Druckgaskanal 37 durch die Wand 17 und ein Druckgaskanal 38 durch die Ventilplatte 9. Die Druckgaskanäle 37, 38 werden von Löchern in den mittleren Abschnitten 30 der Membrandichtungen 24, 25 fortgesetzt und münden durch diese in die Arbeitsräume 22, 23.

Als Druckgas kann beispielsweise Druckluft oder unter Druck stehender Stickstoff eingesetzt werden.

Bevorzugt ist es aber, dass beide Druckgaskanäle 37, 38 durch die Wand 17 verlaufen, wobei der Druckgaskanal 38 von einem Loch durch den mittleren Abschnitt 30 der Membrandichtung 24 und einem im Bolzen 31 verlaufenden Kanal 39 fortgesetzt wird, der am Umfang des Bolzens 31 im Bereich des Arbeitsraums 23 austritt (vgl. 11, 12, 16 und 17).

Die Druckgaskanäle 37, 38 verlaufen vorzugsweise durch flache in Ausnehmungen der Wand 17 eingelegte Rohre 40, 41, deren Innenräume über Bohrungen durch ihre Wände mit den Löchern in der Membrandichtung 24 kommunizieren. Die Löcher in der Membrandichtung 24 werden vorzugsweise gegenüber den Rohren 40, 41 durch Dichtwülste der Membrandichtung 24 abgedichtet, die an die Rohre 40, 41 angedrückt sind.

Die Membrandichtung 25 kann der Einfachheit halber die gleiche Ausbildung wie die Membrandichtung 24 aufweisen.

Durch den Bolzen 31 kann auch eine Führung des Stellkolbens 15 erfolgen. Im Bereich des Umfangs des Stellkolbens 15 können zusätzliche Führungen vorhanden sein, falls erforderlich (vgl. Führungsbolzen 52 in 9 und 10).

Die Druckgaskanäle 37, 38 werden durch in den Fig. nicht sichtbare Druckgaskanäle in der Welle 21 fortgesetzt, um von außerhalb des Ventilgehäuses 1 eine Druckbeaufschlagung der Arbeitsräume 22, 23 zu ermöglichen.

Zur Verstellung der Ventilplatte 9 von ihrer Zwischenstellung in ihre Schließstellung wird der Druckgaskanal 38 mit Druckgas beaufschlagt und der Druckgaskanal 37 auf Atmosphärendruck gelegt, wodurch es zur Beaufschlagung des Arbeitsraums 23 kommt und sich der Stellkolben 15 von seiner Passivstellung in seine Aktivstellung verschiebt. Zur Rückstellung in die Zwischenstellung wird der Druckgaskanal 37 mit Druckgas beaufschlagt und der Druckgaskanal 38 auf Atmosphärendruck gelegt, wodurch es zur Beaufschlagung des Arbeitsraums 22 und zur Rückstellung des Stellkolbens 15 in seine Passivstellung kommt.

Bei der Verstellung des Stellkolbens 15 von seiner Passiv- in seine Aktivstellung und umgekehrt kommt es zu einer elastischen Verformung der Membrandichtungen 24, 25 im Bereich ihrer ringförmigen Abschnitte 34. Vorzugsweise schließen die ringförmigen Abschnitte 34 mit der Ebene des Stellkolbens 15 über den gesamten Stellbereich Winkel ein, die im Bereich zwischen 0° und 45° liegen. Im Bereich ihrer mittleren Abschnitte 30 kommt es dagegen zu keiner Verformung der Membrandichtungen 24, 25.

Denkbar und möglich wäre es auch, dass die Membrandichtungen 24, 25 im Bereich ihres Umfangsrandes an der inneren Oberfläche der Wand 17 bzw. der Ventilplatte 9 befestigt sind. Im mittleren Abschnitt könnten sie an der jeweiligen Oberfläche des Stellkolbens 15 befestigt sein oder durch Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums 22, 23, den sie jeweils abdichten, an den Stellkolben 15 angepresst werden.

Grundsätzlich denkbar und möglich wäre es auch, dass die Membrandichtungen 24, 25 ringförmig ausgebildet sind, d.h. es ist nur der zuvor beschriebene äußere Abschnitt 34 vorhanden, und einerseits am Stellkolben 15, andererseits an der inneren Oberfläche der Wand 17 bzw. der Ventilplatte 9 befestigt sind, wobei sie mit diesen Teilen vakuumdicht verbunden sind. Sie wären dann insgesamt aus elastischem Kunststoff 36 ausgebildet und würden vorzugsweise über den gesamten Verstellbereich des Stellkolbens 15 mit dessen Hauptebene wiederum Winkel einschließen, die im Bereich zwischen 0° und 45° liegen.

Die Arbeitsräume 22, 23 sind somit sowohl bei der gezeigten tellerförmigen Ausbildung der Membrandichtungen 24, 25 als auch bei einer ringförmigen Ausbildung der Membrandichtungen in bezogen auf die Längsmittelachse 20 des Stellkolbens 15 radialer Richtung von den Membrandichtungen 24, 25 begrenzt.

Die Arbeitsräume 22, 23 sind vom übrigen Bereich des Innenraums 16 der Verschlusseinheit 8 durch die Membrandichtungen 24, 25 abgedichtet. Vorzugsweise ist dieser übrige Bereich des Innenraums 16 der Verschlusseinheit 8 gegenüber dem Vakuumbereich des Ventils abgedichtet, wobei beispielsweise wie dargestellt und beschrieben für die Stößel 18 Bälge 19 vorhanden sind. Dieser übrige Bereich des Innenraums 16 kann hierbei in bevorzugter Weise über eine in den Figuren nicht dargestellte Leitung mit der Atmosphäre verbunden sein. Auch eine Evakuierung dieses übrigen Bereichs des Innenraums ist denkbar und möglich, beispielsweise mittels einer Vorvakuumpumpe. Der Druck des den Stellkolben 15 beaufschlagenden Druckgases ist somit durch Zwischenschaltung eines Atmosphärendruck aufweisenden oder evakuierten Raums vom Vakuumbereich getrennt. Dies stellt eine zusätzliche Sicherheitsfunktion des Vakuumventils dar.

Die 18 und 19 zeigen in vereinfachter Darstellung eine etwas modifizierte Ausführungsform, bei der der Bolzen 31 gegenüber dem Stellkolben 15 ebenfalls durch eine Membrandichtung 42 abgedichtet ist. Diese sind ringförmig ausgebildet und einerseits am Bolzen 31, andererseits am Stellkolben 15 befestigt, wobei sie gegenüber diesen Teilen abgedichtet sind. Bei dieser Ausbildung sind somit keine dynamischen Dichtungen mehr vorhanden sondern alle Dichtungen in Form von statischen Dichtungen ausgebildet.

Zur Rückstellung des Stellkolbens 15 von seiner Aktivstellung in seine Passivstellung können auch Federn 43 vorhanden sein, wie dies in den 20 und 21 dargestellt ist. Der Arbeitsraum 22 und die diesen Arbeitsraum abdichtende Membrandichtung 24 entfallen bei diesem Ausführungsbeispiel somit. Anstelle des zuvor beschriebenen doppelwirkenden Stellkolbens ist in diesem Ausführungsbeispiel somit nur ein einfachwirkender Stellkolben 15 vorhanden. Die Druckgasbeaufschlagung des Arbeitsraums 23, durch welche der Stellkolben 15 in seine Aktivposition verstellt wird, erfolgt bevorzugterweise wiederum durch eine Bohrung durch den Bolzen 31. Der Bolzen 31 stützt sich hierbei an seinem vom Arbeitsraum 23 entfernten Ende über eine Dichtung 44 am Rohr 41 und somit indirekt an der Wand 17 ab.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Arbeitsraum 23 vom übrigen Bereich des Innenraums 16 der Verschlusseinheit 8 durch die Membrandichtung 25 abgedichtet, wobei der übrige Bereich des Innenraums 16 vorzugsweise mit Atmosphärendruck verbunden ist oder abgepumpt ist (über einen in den Figuren nicht dargestellten Kanal).

Bei dem in den 22 bis 31 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verschlusseinheit 8 zwischen der Offenstellung der Ventilplatte 9 und der Zwischenstellung der Ventilplatte 9 linear (geradlinig) verschoben. Hierzu ist sie beispielsweise an einer Ventilstange 45 angebracht, die mittels einem Linearantrieb, beispielsweise einer in den 22 und 24 schematisch dargestellten Kolben-Zylinder-Einheit 46 in ihrer Längsrichtung verschiebbar ist.

Die Eintritts- und Austrittsöffnung 2, 3 im Ventilgehäuse 1 und die Ventilplatte 9 weisen bei dieser Ausführungsform eine rechteckige Ausbildung auf. Die Verschlusseinheit 8 umfasst beispielsweise drei Stellkolben 15. Es können auch mehr oder weniger Stellkolben 15 vorgesehen sein. Jeder Stellkolben 15 ist in analoger Weise wie zuvor im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 17 beschrieben doppelt wirkend ausgebildet und zur Abdichtung der Arbeitsräume dienen Membrandichtungen 24, 25. Wiederum könnte die Rückstellung eines jeweiligen Stellkolbens 15 von seiner Aktiv- in seine Passivstellung durch mindestens eine Feder erfolgen und die Membrandichtungen 24 könnten in diesem Fall wiederum entfallen.

Die Stellkolben 15 weisen in einer Ansicht in Richtung ihrer Längsmittelachse 20 gesehen (22 bis 25) von der Kreisform abweichende Umfangskonturen auf, wobei sie an in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Stellen mit Ausbuchtungen 47 versehen sind. Im Bereich einer jeweiligen Ausbuchtung 47 ist am Stellkolben 15 ein Stößel 18 angeordnet. Diese Stößel sind wiederum aus dem Aufnahmegehäuse für die Stellkolben 15 durch Bohrungen herausgeführt und dienen zum Andrücken der Ventilplatte 9 an den Ventilsitz 6 in der Aktivstellung der Stellkolben 15.

Für Eintritt- und Austrittsöffnungen mit unterschiedlicher Breite (vgl. 22 und 24) können die gleichen Stellkolben 15 in unterschiedlichen Drehstellungen eingesetzt werden. Das Aufnahmegehäuse für die Stellkolben 15 ist jeweils der entsprechenden Breite der Eintritts- und Austrittsöffnung 2, 3 angepasst auszubilden.

Um für unterschiedliche Drehstellungen der Stellkolben 15 und mit ihnen der an ihnen angebrachten Membrandichtungen 24, 25 eine Druckgaszufuhr durch die Öffnung 48 der Membrandichtung 24 zu ermöglichen, ist diese Öffnung 48 in Form eines sich entlang eines Kreisbogens erstreckenden Langlochs ausgebildet.

Für die Membrandichtung 25 ist diese Öffnung vorzugsweise von elastischem Kunststoffmaterial geschlossen, wie dies in den 29 und 31 dargestellt ist.

Die Membrandichtungen 24, 25 bestehen im ringförmigen Abschnitt 34 wiederum aus elastischem Kunststoff und sind in einem mittleren Abschnitt 30 starr ausgebildet. Hierzu ist im mittleren Abschnitt ein Metallteil 35 in das elastische Kunststoffmaterial eingebettet bzw. von diesem zumindest teilweise umgeben, wie dies aus den 30 und 31 ersichtlich ist. Das elastische Kunststoffmaterial erstreckt sich über die der inneren Oberfläche der Wand 17 bzw. der Ventilplatte 9 zugewandten Seite des Metallteils 35 und in einem radial außenliegenden Abschnitt des Metallteils 35 vorzugsweise auch über die gegenüberliegende Oberfläche des Metallteils 35.

In 27 sind weiters Führungen 49 für die Stellkolben 15 eingezeichnet, die im Bereich des Umfangsrandes eines jeweiligen Stellkolbens 15 angeordnet sind.

In den 32 und 33 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Membrandichtung 24 dargestellt. Im mittleren Abschnitt ist die Membrandichtung in der zuvor bereits anhand der 30 und 31 beschriebenen Weise ausgebildet. Der ringförmige Abschnitt 34 ist bei dieser Ausführungsform in der Art einer Rollmembran ausgebildet, wobei er bei der Verschiebung des Stellkolbens 15 eine Art rollende Bewegung ausführt, d.h. der im Querschnitt bogenförmige Bereich des Abschnitts 34 verschiebt sich über diesen Abschnitt 34.

Die Membrandichtung 25 kann in analoger Weise ausgebildet sein, wobei die Öffnung 48 geschlossen sein kann (entsprechend 31).

Solche Rollmembranen können in allen beschriebenen Ausführungsformen für die Membrandichtung 24 und/oder für die Membrandichtung 25 eingesetzt werden.

Unterschiedliche Modifikationen der gezeigten Ausführungsbeispiele sind denkbar und möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So könnten beispielsweise mehrere Bolzen 31 vorhanden sein. Auch mehr oder weniger Stößel 18 als dargestellt können vorhanden sein. An den vom Stellkolben 15 abgelegenen Enden der Stößel 18 könnte auch ein plattenförmiges Andruckelement zur Anlage an der inneren Oberfläche der Wand 5 des Ventilgehäuses 1 angebracht sein. Die Stößel 18 stützen sich in diesem Fall über das plattenförmige Andrückelement mittelbar am Ventilgehäuse 1 im Bereich neben der Austrittsöffnung 3 ab. In diesem Fall könnte auch nur ein einzelner, vorzugsweise zentral angeordneter Stößel 18 vorhanden sein.

Weiters könnte am vom Stellkolben 15 abgelegenen Ende des mindestens einen Stößels 18 auch die Ventilplatte angebracht sein, die vom Stellkolben 15 an den Ventilsitz 6 anpressbar ist. Die Wand des Aufnahmegehäuses für den mindestens einen Stellkolben 15, die der vom mindestens einen Stößel 18 durchsetzten Wand 17 gegenüberliegt, würde in diesem Fall in der Aktivstellung des mindestens einen Stellkolbens 15 im Bereich um die Austrittsöffnung 3 an der inneren Oberfläche der die Austrittsöffnung 3 aufweisenden Wand 5 des Ventilgehäuses 1 anliegen und die Reaktionskraft auf das Ventilgehäuse 1 übertragen.

1
Ventilgehäuse
2
Eintrittsöffnung
3
Austrittsöffnung
4
Wand
5
Wand
6
Ventilsitz
7
Innenraum
8
Verschlusseinheit
9
Ventilplatte
10
Dichtring
11
Schwenkachse
12
Arm
13
Drehantrieb
14
Längsachse
15
Stellkolben
16
Innenraum
17
Wand
18
Stößel
19
Balg
20
Längsmittelachse
21
Welle
22
Arbeitsraum
23
Arbeitsraum
24
Membrandichtung
25
Membrandichtung
26
Ringnut
27
Vorsprung
28
Halterung
29
Klemmring
30
mittlerer Abschnitt
31
Bolzen
32
Dichtring
33
Gleitbuchse
34
ringförmiger Abschnitt
35
Metallteil
36
elastischer Kunststoff
37
Druckgaskanal
38
Druckgaskanal
39
Kanal
40
Rohr
41
Rohr
42
Membrandichtung
43
Feder
44
Dichtung
45
Ventilstange
46
Kolben-Zylindereinheit
47
Ausbuchtung
48
Öffnung
49
Führung
51
Dichtring
52
Führungsbolzen


Anspruch[de]
Vakuumventil umfassend

ein Ventilgehäuse (1), welches eine Eintrittsöffnung (2) und eine Austrittsöffnung (3), die gegenüberliegende Wände (4, 5) des Ventilgehäuses (1) durchsetzen, und einen die Eintrittsöffnung (2) umgebenden Ventilsitz (6) aufweist, und

eine in einem Innenraum (7) des Ventilgehäuses (1) angeordnete Verschlusseinheit (8), die eine Ventilplatte (9), welche zwischen einer die Eintrittsöffnung (2) freigebenden Offenstellung, einer die Eintrittsöffnung (2) überdeckenden, aber vom Ventilsitz (6) abgehobenen Zwischenstellung und einer die Eintrittsöffnung (2) überdeckenden und an den Ventilsitz (6) angedrückten Schließstellung verstellbar ist, und mindestens einen in einem Innenraum (16) der Verschlusseinheit (8) angeordneten Stellkolben (15) umfasst, der zum Verstellen der Ventilplatte (9) zwischen ihrer Zwischenstellung und ihrer Schließstellung in Richtung seiner Längsmittelachse (20) zwischen einer Passivstellung, in der sich die Ventilplatte (9) in ihrer Zwischenstellung befindet, und einer Aktivstellung, in der sich die Ventilplatte (9) in ihrer Schließstellung befindet, verschiebbar ist,

wobei, mindestens ein Arbeitsraum (23) der Verschlusseinheit (8), der zur Verschiebung des mindestens einen Stellkolbens (15) in seine Aktivstellung mit Druckgas beaufschlagbar ist, von einer Membrandichtung (25) begrenzt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass am Stellkolben (15) auf der der Austrittsöffnung (3) zugewandten Seite mindestens ein Stößel (18) angebracht ist, der aus dem Innenraum (16) der Verschlusseinheit (8) durch eine Öffnung herausgeführt ist und sich zum Andrücken der Ventilplatte (9) an den Ventilsitz (6) bei der Verschiebung des Stellkolbens (15) von dessen Passiv- in dessen Aktivstellung unmittelbar oder mittelbar am Ventilgehäuse (1) im Bereich neben der Austrittsöffnung (3) abstützt.
Vakuumventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Arbeitsraum (23) der Verschlusseinheit (8), durch dessen Beaufschlagung mit Druckgas der Stellkolben (15) in seine Aktivstellung verschiebbar ist, und ein zweiter Arbeitsraum (22) der Verschlusseinheit (8), durch dessen Beaufschlagung mit Druckgas der Stellkolben (15) in seine Passivstellung verschiebbar ist, jeweils von einer Membrandichtung (24, 25) abgedichtet sind. Vakuumventil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (9) eine Wand eines Aufnahmegehäuses der Verschlusseinheit (8) bildet, wobei das Aufnahmegehäuse den Innenraum (7) aufweist, in welchem der mindestens eine Stellkolben (15) angeordnet ist. Vakuumventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei sich bei der Verschiebung des Stellkolbens (15) von dessen Passiv- und dessen Aktivstellung unmittelbar oder mittelbar am Ventilgehäuse (1) im Bereich neben der Austrittsöffnung (3) abstützende Stößel (18) vorhanden sind. Vakuumventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stellkolben (15) in einer Ansicht in Richtung seiner Längsmittelachse (20) gesehen eine von der Kreisform abweichende Umfangskontur aufweist und im Bereich von zwei gegenüberliegenden Ausbuchtungen (47) des Stellkolbens (15), bei denen er eine größere radiale Ausdehnung als im übrigen Bereich seines Umfangs aufweist, jeweils ein Stößel (18) angebracht ist. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 25) tellerförmig ausgebildet ist. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 25) im Bereich ihres Umfangsrandes abgedichtet mit dem Stellkolben (15) verbunden ist und zwischen der Membrandichtung (24, 25) und dem Stellkolben (15) ein von der Membrandichtung (24, 25) abgedichteter Arbeitsraum (22, 23) ausgebildet ist. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 25) einen starren mittleren Abschnitt (30) und einen den mittleren Abschnitt (30) umgebenden elastischen ringförmigen Abschnitt (34) aufweist. Vakuumventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 25) im mittleren Abschnitt (30) an einer inneren Oberfläche einer Wand (9, 17) anliegt, die den Innenraum (16) begrenzt, in dem der mindestens eine Stellkolben (15) angeordnet ist. Vakuumventil nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der starre mittlere Abschnitt (30) der Membrandichtung (24, 25) vom einen Ende mindestens eines parallel zur Längsmittelachse (20) des Stellkolbens (15) sich erstreckenden Bolzens (31) an die innere Oberfläche der Wand (9, 17) angedrückt ist, der Bolzen (31) eine Öffnung im Stellkolben (15) durchsetzt und gegenüber dem Stellkolben (15) hierbei abgedichtet ist, wobei sich der mindestens eine Bolzen (31) am anderen Ende direkt oder indirekt an einer gegenüberliegenden Wand (9, 17) der Verschlusseinheit (8) abstützt, die den Innenraum (16) der Verschlusseinheit (8) begrenzt. Vakuumventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (31) zwischen den mittleren Abschnitten (30) von zwei, jeweils einen Arbeitsraum (22, 23) abdichtenden Membrandichtungen (24, 25) verläuft, welche er an gegenüberliegende innere Oberflächen von Wänden (9, 17) andrückt, die den Innenraum (16) begrenzen, in dem der mindestens eine Stellkolben (15) angeordnet ist. Vakuumventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen zwischen dem mittleren Abschnitt der den Arbeitsraum (23) zum Verschieben des Stellkolbens (15) in seine Aktivstellung begrenzenden Membrandichtung (25) und der inneren Oberfläche der gegenüberliegenden Wand (17) verläuft, welche den Innenraum (16) begrenzt, in dem der mindestens eine Stellkolben (15) angeordnet ist. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 25) zumindest teilweise aus elastischem Kunststoff (36) besteht. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 25) im Bereich des elastischen ringförmigen Abschnitts (34) von einem elastischen Kunststoffmaterial gebildet wird. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 25) im Bereich des starren mittleren Abschnitts (30) ein plattenförmiges Metallteil (35) aufweist, das zumindest teilweise mit einem elastischen Kunststoffmaterial (36) überzogen ist. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (9) starr ist.






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