DE10196926B4

DE10196926B4 - Ventilklappe mit dynamischer Umfangsdichtung

Info

Publication number: DE10196926B4
Application number: DE10196926.0A
Authority: DE
Inventors: David Brian Chamberlain
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2021-09-08
Also published as: JP5137285B2; KR20030063385A; GB0310838D0; GB2384290A; GB2384290B; JP2004521278A; WO2002040903A1; US6439255B1; DE10196926T1; KR100898943B1

Abstract

Ventilbaugruppe (10) mit :- einem Ventilkörper (16), der einen Kanal (18) mit einer Längsachse (20) bildet;- einer drehbaren Welle (22), die sich durch den Ventilkörper (16) und in den Kanal (18), allgemein senkrecht zur Längsachse (20) des Kanals (18), erstreckt;- einer Ventilklappe (12), die an der Welle (22) innerhalb des Kanals (18) befestigt ist und bei einer Drehung der Welle (22) zwischen einer geöffneten Stellung, in der eine Ebene der Ventilklappe (12) parallel zur Längsachse (20) des Kanals (18) ist, derart, dass die mögliche Strömungsmittelströmung durch den Kanal (18) ein Maximum aufweist, und einer geschlossenen Stellung beweglich ist, in der die Ebene der Ventilklappe (12) senkrecht zur Längsachse (20) des Kanals (18) steht, derart dass die Strömungsmittelströmung durch den Kanal (18) im Wesentlichen verhindert wird,wobei die Ventilklappe (12) eine Nut (24) in einem Außenumfang (26) der Ventilklappe (12) einschließt;- einer Dichtung (14), die von der Umfangsnut (24) der Ventilklappe (12) aufgenommen wird, wobei sich ein Außenumfang (28) der Dichtung (14) weiter von der Achse (20) des Kanals (18) fort erstreckt, als der Außenumfang (26) der Ventilklappe (12), so dass der gesamte Außenumfang (28) der Dichtung (14) mit einer Wand (30) des Kanals (18) in Kontakt kommt, wenn die Ventilklappe (12) auf die geschlossene Stellung bewegt wird, wobei die Dichtung (14) weiterhin einen Innenumfang (32) aufweist, der sich weiter von der Achse (20) des Kanals (18) fort erstreckt, als ein innerer Umfang (34) der Nut (24) der Ventilklappe (12), derart dass ein eingeschlossener Raum (36) zwischen dem Innenumfang (32) der Dichtung (14) und dem inneren Umfang (34) der Nut (24) gebildet ist; und- einer Öffnung (38), die eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem eingeschlossenen Raum (36) und dem Kanal (18) ergibt,- wobei die Dichtung (14) aus Metall besteht und kontinuierlich ist, und die eine Verbindung mit dem eingeschlossenen Raum (36) ergebende Öffnung (38) sich durch die Ventilklappe (12) erstreckt,- wobei die Ventilklappe (12) eine an der drehbaren Welle (22) befestigte Basisplatte (40) und eine Stirnplatte (42) umfasst, die an der Basisplatte (40) befestigt ist, wobei die Nut (24) zwischen der Basisplatte (40) und der Stirnplatte (42) gebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Strömungsmittelventil und insbesondere auf eine Ventilbaugruppe zum Steuern und Abschalten einer Strömungsmittelströmung. In spezieller Weise bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Ventilbaugruppe mit einer Klappe mit einer dynamischen Umfangsdichtung.
Hintergrund der Erfindung
Ein Absperrklappen- oder „Klappen“-Ventil schließt allgemein eine kreisförmige dünne Klappenplatte ein, die koaxial im Inneren eines Strömungskanals angeordnet ist. Eine drehbare Welle erstreckt sich seitlich in den Kanal und ist an der Klappenplatte befestigt. Beispiele von Klappenventilen sind in den Schriften US 5 485 542 A und US 5 564 679 A gezeigt, die auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurden.
Entsprechend bewirkt eine Drehung der Welle, dass die Klappenplatte gegenüber dem Kanal so ausgerichtet wird, dass sie die Strömungsmittelströmung durch diesen steuert. Die Klappenplatte ist so bemessen, dass, wenn die Welle so gedreht wird, bis eine Ebene der Klappe im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Kanals ausgerichtet ist, die Klappenplatte eine vollständig geschlossene Position einnimmt und mehr oder weniger den Kanal abdichtet, um die Strömungsmittelströmung zu stoppen oder zumindest im Wesentlichen zu verringern. Eine Drehung der Welle bis zu einer Ausrichtung der Ebene der Klappe im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Kanals bewirkt, dass die Klappenplatte eine vollständig geöffnete Stellung einnimmt. Sich ändernde Raten der Strömungsmittelströmung durch das Ventil können in Abhängigkeit von der Drehstellung der Klappenplatte zwischen den vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen Positionen ermöglicht werden.
Es wurden einige Klappenventile zur Steuerung der Raten der Strömungsmittelströmung entwickelt, wobei in diesem Fall die Klappenplatte keine vollständige Abdichtung in der geschlossenen Stellung ergeben muss. Bestimmte andere Ventile sind jedoch so konstruiert, dass sie ein vollständiges Abschalten der Strömungsmittelströmung ergeben, wobei in diesem Fall der Umfang der Klappenplatte eine vollständige Abdichtung mit der Wand des Kanals des Ventils ergeben muss.
Aus mehreren Gründen kann die Aufrechterhaltung enger Toleranzen zwischen der Klappe und der Innenwand des Kanals schwierig sein. Bei beiden Arten von Ventilen sind einzelne Teile, die den Ventilkörper, in dem der Kanal ausgebildet ist, und die Klappenplatte einschließen, typischerweise aus Metall hergestellt und so eng wie möglich auf Konstruktionsabmessungen maschinell bearbeitet. Bei Abschaltventilen ist die Klappenplatte weiterhin mit einem massiven, relativ wenig komprimierbaren O-Ring um ihren Umfang herum versehen, um eine vollständige Abdichtung gegenüber der Wand des Kanals des Ventils zu erzielen.
Die Verwendung derartiger am Umfang angeordneter O-Ringe kann jedoch zu einer Vergrößerung der Kraft führen, die erforderlich ist, um die Welle des Klappenventils zu drehen, und dies kann die Geschwindigkeit begrenzen, mit der das Ventil betätigt werden kann. Zusätzlich kann ein Betrieb bei relativ hohen Temperaturen zu einer thermischen Ausdehnung der O-Ringe führen, wodurch der Kraftbedarf vergrößert und die Betriebsgeschwindigkeit verringert wird. Weiterhin können die chemischen Eigenschaften, der Druck und die Temperatur-Inkompatibilität des Materials des O-Rings kurze Lebensdauer-Zyklen für die O-Ringe ergeben.
Die Forderung nach engen Toleranzen ist besonders bei der Herstellung von Halbleitern streng, bei der Prozessgase mit relativ hohen Drücken bei sehr niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten gesteuert werden, und bei der eine sehr niedrige Durchlässigkeit im Abschaltzustand erforderlich ist. Was immer noch erwünscht ist, ist daher ein chemisch und thermisch widerstandsfähiges Klappenventil, das eine sehr geringe Durchlässigkeit im Abschaltzustand, selbst bei sehr hohen Druckunterschieden, ergibt, ohne dass eine erhebliche Vergrößerung der Kraft auftritt, die zur Betätigung des Klappenventils erforderlich ist.
US 4 063 709 A bezieht sich auf einen Drehschieber mit einem Schiebergehäuse und einer Drehklappe, wobei eines dieser beiden Elemente mit einer ringförmigen Dichtung versehen ist, welche in einer Aussparung gehaltert ist, mit deren Boden sie eine ringförmige Kammer definiert einschließt, während das andere Element eine ringförmige Oberfläche aufweist, die mit dieser Dichtung in Eingriff steht. Eine unter dem Druck dieser Kammer stehende Leitung verbindet diese Kammer direkt mit dem Teil des Schiebers, der stromaufwärts der Kontaktfläche liegt, wenn die Klappe sich in der Schließstellung befindet. Der Drehschieber ist mit einer Austrittsleitung versehen, die die Kammer an der stromaufwärts liegenden Seite des Schiebers nur dann abschließt, wenn die Klappe außerhalb ihrer Schließstellung steht.
GB 197 000 A beschreibt ein Ventil mit einem Kontaktelement, das eingerichtet ist, durch Druck des zu steuernden Fluides gegen seine zusammenwirkende Fläche oder Oberfläche gedrückt zu werden.
WO 01 / 75 341 A2 beschreibt eine Klappenventilanordnung, umfassend einen Ventilkörper, der einen Durchgang definiert; und eine Klappe, die innerhalb des Durchgangs befestigt und zur Drehung innerhalb des Durchgangs zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position angebracht ist, einen im Umkreis der Klappe vorgesehenen kompressiblen O-Ring, um die Wand des Durchgangs zu kontaktieren, wenn die Klappe in die geschlossene Position bewegt wird.
DE 103 11 155 A1 betrifft einen Dichtring zur Abdichtung zweier gegeneinander beweglicher Bauteile mit einer radial innen oder außen liegenden Dichtfläche, die gegen ein fluides Medium abdichtend gegen eines der Bauteil anlegbar ist, wobei der Dichtring seitlich der Dichtfläche eine durch das fluide Medium zu beaufschlagende Druckbeaufschlagungsfläche und auf der gegenüberliegenden Seite seitlich der Dichtfläche eine Stützfläche zur Anlage an eine Nutflanke eines die Dichtung aufnehmenden Bauteils aufweist, wobei die Druckbeaufschlagungsfläche und/oder die Stützfläche schräg zu der Dichtfläche zu dieser hin einen Winkel von kleiner 90° einschließt und der Dichtring radial in Richtung auf eine radial innenliegende Dichtfläche komprimierbar oder in Richtung auf eine radial außenliegende Dichtfläche expandierbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ergibt entsprechend eine Ventilbaugruppe, die einen Ventilkörper, der einen Kanal mit einer Längsachse bildet, und eine drehbare Welle einschließt, die sich durch den Ventilkörper und in den Kanal allgemein senkrecht zur Längsachse des Kanals erstreckt. Eine Ventilklappe ist an der Welle innerhalb des Kanals befestigt und bei einer Drehung der Welle zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung beweglich. In der geöffneten Stellung liegt eine Ebene der Ventilklappe parallel zur Längsachse des Kanals, derart, dass die mögliche Strömungsmittelströmung durch den Kanal ein Maximum ist. In der geschlossenen Stellung ist die Ebene der Ventilklappe senkrecht zur Längsachse des Kanals, derart, dass sich selbst bei sehr hohen Druckunterschieden eine nur sehr geringe die Strömungsmittelleitdurchlässigkeit durch den Kanal ergibt.
Die Ventilklappe schließt eine Nut in einem Außenumfang der Ventilklappe ein, und eine ringförmige Dichtung wird von der Umfangsnut aufgenommen. Die Dichtung weist einen Außenumfang auf, der größer als der Außenumfang der Ventilklappe ist, so dass der gesamte Außenumfang der Dichtung mit der Wand des Kanals in Kontakt gelangt, wenn die Ventilklappe auf die geschlossene Stellung bewegt wird. Die Dichtung weist weiterhin einen Innenumfang auf, der größer als ein Innenumfang der Nut der Ventilklappe ist, derart, dass ein Raum zwischen dem Innenumfang der Dichtung und dem Innenumfang der Nut umgrenzt wird. Die Baugruppe schließt weiterhin eine Öffnung ein, die mit dem genannten Raum in Verbindung steht, derart, dass die Dichtung weiter in die Nut komprimiert werden kann, wenn die Ventilklappe in die geschlossene Stellung bewegt wird. Die besteht aus Metall und ist kontinuierlich. Die Öffnung, die eine Kommunikation mit dem eingeschlossenen Raum ergibt, erstreckt sich durch die Ventilklappe. Die Ventilklappe umfasst darüber hinaus eine an der drehbaren Welle befestigte Basisplatte und eine Stirnplatte, die an der Basisplatte befestigt ist, wobei die Nut zwischen der Basisplatte und der Stirnplatte gebildet ist.
Gemäß einem nicht beanspruchten weiteren Gesichtspunkt ist die Dichtung diskontinuierlich, und die eine Verbindung mit dem eingeschlossenen Raum ergebende Öffnung ist zwischen den Enden der Dichtung abgegrenzt.
Die Ventilbaugruppe der vorliegenden Erfindung ist so ausgelegt, dass sie sowohl Steuerungs- als auch Abschaltfunktionen ergibt. Insbesondere ist die Baugruppe so ausgelegt, dass der Druck über einen weiten dynamischen Bereich dadurch gesteuert wird, dass die Durchlässigkeit im geschlossenen Zustand durch den Kanal verringert wird, und dass eine ausreichende Positionsauflösung in der Nähe der geschlossenen Stellung der Ventilklappe geschaffen wird, um eine Steuerung dieser reduzierten Durchlässigkeit zu ermöglichen. Die hier beschriebene Ventilbaugruppe ist weiterhin so ausgelegt, dass sie mit einem weiten Bereich von Prozess-Chemikalien und Temperaturen, zumindest hunderttausenden von Betätigungszyklen und einem einfachen Ersatz am Anwendungsort kompatibel ist. Die Ventilbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt alle diese Vorteile und hat dennoch eine relativ einfache Konstruktion, die weniger Bauteile einschließt, die während der Herstellung leichter zusammenzubauen sind.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der ausführlichen Beschreibung in Kombination mit den Zeichnungen weiter ersichtlich.
Figurenliste
Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden besser aus der ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen verständlich, in denen:

1 eine Ansicht einer Hochdruckseite einer Ventilbaugruppe ist, die entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Ventilbaugruppe entlang der Linie 2-2 nach 1 ist, wobei eine Ventilklappe gezeigt ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
3 eine Ansicht einer Hochdruckseite der Ventilklappe der Ventilbaugruppe nach 1 ist;
4 eine vergrößerte Schnittansicht eine Teils der Ventilklappe der Ventilbaugruppe nach 1, entlang der Linie 4 - 4 nach 3, ist;
5 eine Ansicht einer Hochdruckseite einer weiteren Ventilklappe ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit der Ventilbaugruppe nach 1 ausgebildet ist;
6 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Ventilklappe nach 5 entlang der Linie 6-6 nach 5 ist, und
7 eine vergrößere Ansicht eines Teils der Ventilklappe nach 5 ist, die in dem Kreis 7 nach 5 enthalten ist.

Gleiche Bezugsziffem bezeichnen identische oder entsprechende Bauteile und Einheiten in den verschiedenen Ansichten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ergibt eine Ventilbaugruppe, die in vorteilhafter Weise sowohl Steuerungs- als auch Abschaltfunktionen ergibt. Im einzelnen ist die Baugruppe so konstruiert, dass sie den Druck über einen weiten dynamischen Bereich durch Verringern der Durchlässigkeit im geschlossenen Zustand steuert. Die Baugruppe ergibt weiterhin eine ausreichende Positionsauflösung in der Nähe einer geschlossenen Stellung des Ventils, um eine Steuerung der verringerten Durchlässigkeit zu ermöglichen. Die hier beschriebene Ventilbaugruppe ist weiterhin so konstruiert, dass sie mit einem weiten Bereich von Prozess-Chemikalien und Temperaturen, zumindest hunderttausenden von Betätigungszyklen und einem einfachen Ersatz am Anwendungsort kompatibel ist.
Im einzelnen ergibt die vorliegende Erfindung eine Ventilbaugruppe 10 mit einer Ventilklappe 12 mit einer dynamischen Umfangsdichtung 14, wie dies in den 1 und 2 gezeigt ist. Die Ventilbaugruppe 10 ist, ohne Beschränkung hierauf, zur Verwendung bei der Steuerung der Strömung von Prozessgasen während des Herstellungsverfahrens für Halbleiterchips bestimmt.
Die Ventilbaugruppe 10 schließt einen Ventilkörper 16, der einen Kanal 18 mit einer Längsachse 20 bildet, und eine drehbare Welle 22 ein, die sich durch den Ventilkörper 16 und in den Kanal 18 allgemein senkrecht zur Längsachse 20 des Kanals 18 erstreckt. Die Ventilklappe 12 ist an der Welle 22 innerhalb des Kanals 18 befestigt und bei einer Drehung der Welle 22 zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung beweglich. In der (nicht gezeigten) geöffneten Stellung erstreckt sich eine Ebene der Ventilklappe 12 parallel zur Längsachse 20 des Kanals 18, derart, dass die zulässige Strömungsmittelströmung durch den Kanal 18 ein Maximum hat. In der geschlossenen Stellung gemäß den 1 und 2 ist die Ebene der Ventilklappe 12 senkrecht zur Längsachse 20 des Kanals 18, derart dass die Strömungsmittelströmung durch den Kanal im Wesentlichen verhindert wird. Die Strömungsmittel-Strömungsgeschwindigkeit durch den Kanal 18 kann weiterhin durch eine Dreheinstellung der Ventilklappe 12 in Schritten zwischen den vollständig geschlossenen und geöffneten Stellungen geregelt sein, wie dies erwünscht ist.
Wie dies weiterhin in den 3 und 4 gezeigt ist, schließt die Ventilklappe 12 eine Nut 24 in einem Außenumfang 26 der Ventilklappe 12 ein, und eine Dichtung 14 wird in der Umfangsnut 24 aufgenommen. Ein Außenumfang 28 der Dichtung 14 erstreckt sich weiter von der Achse 20 des Kanals 18 fort, als der Außenumfang 26 der Ventilklappe 12, so dass im Wesentlichen der gesamte Außenumfang 28 der Dichtung 14 mit einer Wand 30 des Kanals 18 in Kontakt kommt, wenn die Ventilklappe 12 auf die geschlossene Stellung bewegt wird. Die Dichtung 14 weist weiterhin einen Innenumfang 32 auf, der größer als ein innerer Umfang 34 der Nut 24 der Ventilklappe 12 ist, derart, dass ein eingeschlossener Raum 36 zwischen dem Innenumfang 32 der Dichtung 14 und dem inneren Umfang 34 der Nut 24 gebildet wird. Vorzugsweise ist die Dichtung 14 bezüglich des Kanals 18 derart bemessen, dass, wenn sich die Ventilklappe 12 in der vollständig geschlossenen Stellung befindet, die Strömungsrate durch den Kanal 18 gleich Null ist, mit einer Durchlässigkeit von Null durch die Ventilbaugruppe 10.
Die Baugruppe 10 schließt weiterhin eine Öffnung 38 ein, die eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem eingeschlossenen Raum 36 und dem Kanal 18 derart ergibt, dass die Dichtung 14 weiter in die Nut 24 komprimiert werden kann, wenn die Ventilklappe 12 in die geschlossene Stellung bewegt wird.
Die Dichtung 14 ist aus einem chemisch und thermisch widerstandsfähigen Material hergestellt, das mit dem vorgesehenen Bereich von Temperaturen, Drücken und Materialien kompatibel ist, denen die Ventilbaugruppe 10 ausgesetzt ist. In ähnlicher Weise muss die Härte des Materials für eine weitgehende Verringerung der Abnutzung bei derartigen Temperaturen und Drücken ausgewählt werden. Die Dichtung 14 ist daher vorzugsweise aus einem Metall und besonders bevorzugt aus einem Edelstahl hergestellt.
Gasdämpfe werden im Wesentlichen an einem Hindurchströmen durch das Ventil gehindert, weil die Umfangsdichtung 14, die unter radialer Kompression zwischen der Ventilklappe 12 und der Wand 30 des Kanals 18 steht, wenn sich die Ventilklappe 12 in der geschlossenen Stellung befindet, eine Durchlässigkeit im geschlossenen Zustand für Gas durch den Kanal 18 verringert. Die Verwendung der Dichtung 14 beseitigt somit die Notwendigkeit enger Toleranzen auf maschinell bearbeiteten Teilen und ermöglicht eine genaue Steuerung der Strömungsraten, wenn sich die Ventilklappe 12 in der Nähe der geschlossenen Stellung befindet, wodurch der Gesamt-Dynamikbereich des Ventils vergrößert wird.
Die Fähigkeit der Dichtung 14, radial in die Nut 24 der Ventilklappe 12 komprimiert zu werden, steht teilweise zur Dicke der Dichtung 14 in Beziehung, und somit können Dichtungen mit geänderter Dicke eingesetzt werden, um verschiedene Druckdifferenz-Forderungen zu erfüllen. Dies heißt mit anderen Worten, dass eine dickere Dichtung 14 für eine größere Druckdifferenz durch die Ventilbaugruppe 10 eingesetzt werden kann.
Bei der Ausführungsform nach den 1 bis 4 ist die Dichtung 14 kontinuierlich, und die eine Kommunikation mit dem eingeschlossenen Raum 36 ergebende Öffnung 38 umfasst zwei Öffnungen 38, die sich durch die Ventilklappe 12 erstrecken. Vorzugsweise umfasst die Ventilklappe 12 eine Basisplatte 40, die an der drehbaren Welle 22 befestigt ist (beispielsweise mit Befestigungsmitteln 41) sowie eine Stirnplatte 42, die an der Basisplatte befestigt ist (beispielsweise mit Hilfe von Befestigungsmitteln 43). Die Nut 24 ist zwischen der Basisplatte und der Stirnplatte abgegrenzt.
Vorzugsweise verjüngen sich die Querschnitte der Nut 24 der Ventilklappe 12 und der Dichtung 14 nach innen in Richtung auf die Achse 20 des Kanals 18. Wie dies am besten in 4 zu erkennen ist, sind die am weitesten außenliegenden Kanten 44 der Dichtung 14 abgeschrägt, um einen engeren Sitz mit der Wand des Kanals 18 sicherzustellen. Die abgeschrägten Kanten ermöglichen eine verbesserte Gas-Vakuum-Durchlässigkeit längs der Ventilbaugruppe 10, wenn sich die Ventilklappe 12 in der geschlossenen Stellung befindet. Der Außenumfang 26 der Ventilklappe 12 ist in seiner Abmessung geringfügig kleiner als der Innendurchmesser 30 des Kanals 18, in dem sich die Ventilklappe 12 dreht, so dass lediglich die Dichtung 14 mit der Wand 30 des Kanals 18 in Kontakt kommt, um auf diese Weise eine einfachere und schnellere Drehbewegung der Ventilklappe 12 in dem Kanal 18 zu ermöglichen.
Eine Einlass 46 des Kanals 18 der Ventilbaugruppe 10 ist typischerweise mit einer Prozesskammer verbunden, und ein Auslass 48 ist typischerweise mit einer Vakuumpumpe zur Evakuierung der Prozesskammer verbunden. Entsprechend bildet bei der vorgesehenen Verwendung der Ventilbaugruppe 10 der Einlass 46 eine strömungaufwärtsgelegene Hochdruckseite, während der Auslass 48 eine strömungsabwärts gelegene Niederdruckseite bildet. Wie dies in 2 gezeigt ist, ist der Kanal 18 mit zwei Querschnittsabmessungen 30, 31 versehen, so dass der Einlass 46 eine kleinere Querschnittsabmessung als der Auslass 48 aufweist. In der geschlossenen Stellung befindet sich die Ventilklappe 12 in der Einlass-Seite 46 des Kanals 18, und der Außenumfang 28 der Dichtung 14 ist im Wesentlichen gleich dem Innenumfang 30 der Einlass-Seite des Kanals 18. Alternativ könnte der Kanal 18 mit einem sich verjüngenden Abschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass versehen sein, um als Ventilsitz für die Ventilklappe 12 zu wirken. In einem derartigen Fall könnte die Ventilklappe 12 und die äußere Dichtung 14 ebenfalls verjüngt oder abgeschrägt sein, um eine Anpassung an den verjüngten Ventilsitz des Kanals 18 zu erzielen.
Wie dies in den 1 und 2 gezeigt ist, ist die Stirnplatte 42 auf den Einlass 46 des Kanals 18 gerichtet, das heißt auf die Hochdruckseite, wenn die Ventilklappe 12 sich in der geschlossenen Stellung befindet, und die Öffnungen 38 erstrecken sich durch die Stirnplatte.
Der Kanal 18 und die Ventilklappe 12 sind vorzugsweise mit kreisförmigen Querschnitten versehen und die Dichtung 14 ist kreisringförmig, doch ist die Erfindung nicht auf einen Kanal 18 mit einem kreisförmigen Querschnitt beschränkt, und andere eine geeignete Form aufweisende Querschnitte können alternativ vorgesehen sein.
Die Ventilklappe 12, die Dichtung 14, zumindest die Wand 30, 31 des Kanals 18, die drehbare Welle 22 und die Befestigungsmittel 41, 43 bestehen alle aus korrosionsbeständigem Metall oder Metall-Legierungen, wie zum Beispiel Edelstahl. Die Ventilbaugruppe 10 schließt weiterhin geeignete Packungs- und Lager-Baugruppen 50 ein, die zwischen dem Ventilkörper 16 und der drehbaren Welle 22 angeordnet sind, wie dies in 2 gezeigt ist. Die Ventilbaugruppe 10 ist mit geeigneten Einrichtungen, wie zum Beispiel einem Schrittmotor 52, gemäß 1, versehen, um die Welle 22 zu drehen. Ein (nicht gezeigtes) Lineargestänge kann zur Kopplung des Motors und der Welle 22 vorgesehen sein, um auf diese Weise im Wesentlichen die Beziehung zwischen der Position der Welle 22 und der Strömungsrate durch das Ventil zu linearisieren, wie dies für den Fachmann bekannt ist. Zusätzlich kann eine elektrische Steuerschaltung zur Steuerung des Betriebs des Schrittmotors zusammen mit einem Zähler vorgesehen sein, um die Drehstellung der Welle 22 zu verfolgen.
In den 5 bis 7 sind eine andere Ventilklappe 112 und eine andere Dichtung 114 gezeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert sind. Die Ventilklappe 112 und die Dichtung 114 sind in gewisser Weise ähnlich der Ventilklappe 12 und der Dichtung 14 nach den 1 bis 4, doch ist die Dichtung 114 nach den 5 bis 7 diskontinuierlich, und eine Öffnung 116, die eine Kommunikation mit dem eingeschlossenen Raum 36 ergibt, ist zwischen den Enden 118, 120 der Dichtung 114 gebildet, wie dies am besten in 7 zu erkennen ist. Zusätzlich ist die Ventilklappe 112 nach den 5 bis 7 einteilig ausgebildet, weil die Enden 118, 120 der Dichtung 114 auseinandergezogen werden können, um es der Dichtung 114 zu ermöglichen, um den Umfang der Ventilklappe 112 zu passen und in der Nut 24 beim Zusammenbau der Ventilklappe 112 und der Dichtung 114 aufgenommen zu werden.
Die in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsform und Praktiken wurden lediglich zu Erläuterungszwecken und nicht als Beschränkung angegeben, und verschiedene Modifikationen, Kombinationen und Austauschmittel können von dem Fachmann vorgenommen werden, ohne von dem Grundgedanken oder Schutzumfang dieser Beschreibung in ihren weiteren Gesichtspunkten abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.

Claims

Ventilbaugruppe (10) mit : - einem Ventilkörper (16), der einen Kanal (18) mit einer Längsachse (20) bildet; - einer drehbaren Welle (22), die sich durch den Ventilkörper (16) und in den Kanal (18), allgemein senkrecht zur Längsachse (20) des Kanals (18), erstreckt; - einer Ventilklappe (12), die an der Welle (22) innerhalb des Kanals (18) befestigt ist und bei einer Drehung der Welle (22) zwischen einer geöffneten Stellung, in der eine Ebene der Ventilklappe (12) parallel zur Längsachse (20) des Kanals (18) ist, derart, dass die mögliche Strömungsmittelströmung durch den Kanal (18) ein Maximum aufweist, und einer geschlossenen Stellung beweglich ist, in der die Ebene der Ventilklappe (12) senkrecht zur Längsachse (20) des Kanals (18) steht, derart dass die Strömungsmittelströmung durch den Kanal (18) im Wesentlichen verhindert wird, wobei die Ventilklappe (12) eine Nut (24) in einem Außenumfang (26) der Ventilklappe (12) einschließt; - einer Dichtung (14), die von der Umfangsnut (24) der Ventilklappe (12) aufgenommen wird, wobei sich ein Außenumfang (28) der Dichtung (14) weiter von der Achse (20) des Kanals (18) fort erstreckt, als der Außenumfang (26) der Ventilklappe (12), so dass der gesamte Außenumfang (28) der Dichtung (14) mit einer Wand (30) des Kanals (18) in Kontakt kommt, wenn die Ventilklappe (12) auf die geschlossene Stellung bewegt wird, wobei die Dichtung (14) weiterhin einen Innenumfang (32) aufweist, der sich weiter von der Achse (20) des Kanals (18) fort erstreckt, als ein innerer Umfang (34) der Nut (24) der Ventilklappe (12), derart dass ein eingeschlossener Raum (36) zwischen dem Innenumfang (32) der Dichtung (14) und dem inneren Umfang (34) der Nut (24) gebildet ist; und - einer Öffnung (38), die eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem eingeschlossenen Raum (36) und dem Kanal (18) ergibt, - wobei die Dichtung (14) aus Metall besteht und kontinuierlich ist, und die eine Verbindung mit dem eingeschlossenen Raum (36) ergebende Öffnung (38) sich durch die Ventilklappe (12) erstreckt, - wobei die Ventilklappe (12) eine an der drehbaren Welle (22) befestigte Basisplatte (40) und eine Stirnplatte (42) umfasst, die an der Basisplatte (40) befestigt ist, wobei die Nut (24) zwischen der Basisplatte (40) und der Stirnplatte (42) gebildet ist.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 1, bei der die Stirnplatte (42) in Richtung auf einen Einlass (46) des Kanals (18) gerichtet ist, wenn sich die Ventilklappe (12) in der geschlossenen Stellung befindet und die Öffnung (38) sich durch die Stirnplatte (42) erstreckt.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 1, bei der die Außenkanten der Dichtung (14) abgeschrägt sind.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 1, bei der der Kanal (18) und die Ventilklappe (12) kreisförmige Querschnitte aufweisen.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 1, bei der ein Einlass (46) des Kanals (18) eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner als eine Querschnittsfläche eines Auslasses (48) des Kanals (18) ist.
Ventilbaugruppe (10) mit: - einem Ventilkörper (16), der einen Kanal (18) mit einer Längsachse (20) bildet; - einer drehbaren Welle (22), die sich durch den Ventilkörper (16) und in den Kanal (18), allgemein senkrecht zur Längsachse (20) des Kanals (18), erstreckt; - einer Ventilklappe (12), die an der Welle (22) innerhalb des Kanals (18) befestigt ist und bei einer Drehung der Welle (22) zwischen einer geöffneten Stellung, in der eine Ebene der Ventilklappe (12) parallel zur Längsachse (20) des Kanals (18) ist, derart, dass die mögliche Strömungsmittelströmung durch den Kanal (18) ein Maximum aufweist, und einer geschlossenen Stellung beweglich ist, in der die Ebene der Ventilklappe (12) senkrecht zur Längsachse (20) des Kanals (18) steht, derart dass die Strömungsmittelströmung durch den Kanal (18) im Wesentlichen verhindert wird, wobei die Ventilklappe (12) eine Nut (24) in einem Außenumfang (26) der Ventilklappe (12) einschließt; - einer Dichtung (14), die von der Umfangsnut (24) der Ventilklappe (12) aufgenommen wird, wobei sich ein Außenumfang (28) der Dichtung (14) weiter von der Achse (20) des Kanals (18) fort erstreckt, als der Außenumfang (26) der Ventilklappe (12), so dass im Wesentlichen der gesamte Außenumfang der Dichtung (14) mit einer Wand (30) des Kanals (18) in Kontakt kommt, wenn die Ventilklappe (12) auf die geschlossene Stellung bewegt wird, wobei die Dichtung (14) weiterhin einen Innenumfang (32) aufweist, der sich weiter von der Achse (20) des Kanals (18) fort erstreckt, als ein innerer Umfang (34) der Nut (24) der Ventilklappe (12), derart dass ein eingeschlossener Raum (36) zwischen dem Innenumfang (32) der Dichtung (14) und dem inneren Umfang (34) der Nut (24) gebildet ist; und - einer Öffnung (38, 116), die eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem eingeschlossenen Raum (36) und dem Kanal (18) ergibt, bei der die Querschnitte der Nut (24) der Ventilklappe (12) und die Dichtung (14) nach innen in Richtung auf die Achse (20) des Kanals (18) verjüngt sind.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 6, bei der die Dichtung (14) diskontinuierlich ist und die eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem eingeschlossenen Raum (36) und dem Kanal (18) ergebende Öffnung (116) zwischen den Enden der Dichtung (14) gebildet ist und bei der die Ventilklappe (12) einteilig ausgebildet ist.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 6, bei der die Außenkanten der Dichtung (14) abgeschrägt sind.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 6, bei der der Kanal (18) und die Ventilklappe (12) kreisförmige Querschnitte aufweisen.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 6, bei der ein Einlass (46) des Kanals (18) eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner als eine Querschnittsfläche eines Auslasses (48) des Kanals (18) ist.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 6, bei der die Dichtung (14) aus Metall besteht.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 6, bei der die Ventilklappe (12) eine an der drehbaren Welle (22) befestigte Basisplatte (40) und eine Stirnplatte (42) umfasst, die an der Basisplatte (40) befestigt ist, wobei die Nut (24) zwischen der Basisplatte (40) und der Stirnplatte (42) gebildet ist.
Ventilbaugruppe (10) nach Anspruch 12, bei der die Stirnplatte (42) in Richtung auf einen Einlass (46) des Kanals (18) gerichtet ist, wenn sich die Ventilklappe (12) in der geschlossenen Stellung befindet und die Öffnung (38) sich durch die Stirnplatte (42) erstreckt.