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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterbrechung
eines Materialflusses mittels eines aus einer ersten Lage in eine zweite Lage zu einem
Gehäuse der Vorrichtung beweglichen Verschlusses, wobei der Materialfluß während
des Betriebs in einer der beiden Betriebslagen verschlossen wird, welche Vorrichtung
eine mechanische Federanordnung mit mindestens einer durch eine Bewegung des
Verschlusses zum Gehäuse elastisch verformbaren mechanischen Feder enthält, wobei in
der mechanischen Federanordnung durch elastische Verformung in der ersten
Betriebslage und in der zweiten Betriebslage im wesentlichen gleiche Mengen an mechanischer
Energie gespeichert werden, während die Vorrichtung ferner Mittel zum Festhalten des
Verschlusses gegen eine Federspannung der mechanischen Federanordnung in jeder der
beiden Betriebslagen zum Gehäuse aufweist, wobei diese Festhaltemittel einen
Dauermagneten und eine elektrische Felddämpfungsspule umfassen.
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Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist aus dem US-Patent
3.532.121 bekannt. Der Verschluß der bekannten Vorrichtung weist ein Sperrventil auf,
mit dem ein Fluß durch Zusteuerung eines elektrischen Spannungsimpulses von einem
primären Zulauf zu einem sekundären Zulauf umgeschaltet werden kann. Die
mechanische Federanordnung der bekannten Vorrichtung enthält eine runde Federplatte, die
sowohl als eine flache Biegemembran als auch als Trennwand zwischen einer
Hochdruckflüssigkeitskammer, in die die beiden Zuläufe münden, und einem oberen Bereich
der Vorrichtung fungiert. Wenn das Ventil die erste Lage einnimmt, wird die
Federplatte zu einer ersten Konfiguration verformt, um das Ventil in die zweite Lage zu
zwingen, und wenn das Ventil die zweite Lage einnimmt, wird die Federplatte zu einer
zweiten Konfiguration verformt, um das Ventil in die erste Lage zu zwingen. Die
Federplatte muß zwar verformbar, aber auch dick genug sein, um den
Flüssigkeitsdrücken in der Flüssigkeitskammer zu widerstehen. Nach Fig. 2 im US-Patent
3.532.121 sind die Kräfte der Dauermagneten in jeder Winkellage des Ventils höher als
die Kraft der Federplatte. Dadurch ist die Ruhelage des Ventils instabil und genügt ein
geringer Strom durch die Felddämpfungsspule, um das Ventil in eine dieser beiden
Lagen zu bringen. Aufgrund der Tatsache, daß die Kräfte der Dauermagneten in jeder
Winkellage des Ventils höher sind als die Kraft der Federplatte, wird als Gegenkraft zu
den Kräften der Dauermagneten und zur Freigabe des Ventils aus einer dieser beiden
Betriebslagen ein verhältnismäßig starker Strom durch die Felddämpfungsspule benötigt
und sollte dieser Strom mindestens solange aufrechterhalten werden, bis das Ventil seine
Ruhelage zwischen diesen beiden Betriebslagen durchlaufen hat. Somit wird während
eines erheblichen Teils des Ventilhubs aus einer dieser beiden Lagen in die jeweils
andere ein verhältnismäßig starker Strom aufrechterhalten.
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Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Vorrichtung zur
Unterbrechung eines Materialflusses zu verschaffen, die nur eine geringe Energiezufuhr
benötigt.
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Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung hierzu dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung eine elektrische Erregerspule und eine an die elektrische Erregerspule
angeschlossene elektronische Steuereinheit aufweist, um der elektrischen Erregerspule
einen Wechselstrom mit einer der mechanischen Eigenfrequenz der Vorrichtung im
wesentlichen gleichen elektrischen Frequenz zuzuführen, um den Verschluß aus einer
Ruhelage, in der in der mechanischen Federanordnung keine Energie gespeichert ist, in
eine der beiden Betriebslagen zu bringen. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird
der elektrischen Erregerspule bei Verdrehung der Verschlußscheibe aus ihrer Ruhelage
in eine dieser beiden Betriebslagen ein Wechselstrom mit einer der mechanischen
Eigenfrequenz der Vorrichtung im wesentlichen gleichen elektrischen Frequenz
zugeführt. Dadurch führt die Verschlußscheibe eine Drehschwingung mit zunehmender
Amplitude aus, bis eine der beiden Lagen erreicht ist. Aufgrund der Verwendung der
Erregerspule soll die Kraft des Dauermagneten nur dann stärker sein als die Kraft der
mechanischen Feder, wenn sich die Verschlußscheibe nahe bei oder in diesen beiden
Lagen befindet, während die Kraft des Dauermagneten im Vergleich zur Kraft der
mechanischen Feder gering sein darf, solange sich die Verschlußscheibe diesen beiden
Lagen noch nicht genähert hat. Aufgrund der Tatsache, daß die Kraft des
Dauermagneten in der erfindungsgemaßen Vorrichtung nur dann stärker ist als die Kraft der
mechanischen Feder, wenn sich die Verschlußscheibe nahe bei oder in einer dieser
beiden Lagen befindet, soll das Magnetfeld des Dauermagneten nur dann durch das vom
Strom in der Felddämpfungsspule erzeugte elektromagnetische Feld abgeschwächt
werden, wenn sich die Verschlußscheibe nahe bei oder in einer dieser beiden Lagen
befindet, um die Verschlußscheibe aus dieser Lage freizugeben. Dadurch braucht der
Felddämpfüngsspule nur vergleichsweise kurreitig Strom zugeführt zu werden und hat
die erfindungsgemäße Vorrichtung einen vergleichsweise geringen Energieverbrauch.
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Eine besondere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die eine einfache Lagerung für den Verschluß und eine praktische Konstruktion der
mechanischen Feder verschafft, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußscheibe
im Gehäuse drehbar gelagert ist, während die mechanische Feder eine an einem ersten
Ende am Gehäuse und an einem zweiten Ende an einer Drehspindel der
Verschlußscheibe befestigte Drehfeder ist.
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Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder aus einer zylindrischen Buchse mit einem
wendelförmigen Einschnitt besteht. Aufgrund der Verwendung dieser wendelförmig
eingescnittenen Buchse ist die Differenz zwischen den in der ersten Betriebslage und in
der zweiten Betriebslage in der mechanischen Feder gespeicherten Mengen an
mechanischer Energie vernachlässigbar klein. Dadurch reicht eine durch elastische Verformung
bei einer vorausgegangenen Verdrehung in der mechanischen Feder gespeicherte
Energiemenge im wesentlichen für jede darauffolgende Verdrehung der Verschlußscheibe
aus, wodurch sich der Energiebedarf weiter verringert. Außerdem lassen sich durch
Optimierung der Federsteifheit der mechanischen Feder und der beweglichem Masse des
Verschlusses die gewünschten gleichmäßigen Öffnungs- und Schließzeiten erzielen.
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Eine noch weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, die dank einer günstigen Magnetfeldkennung eine exakte Arbeitsweise der
Vorrichtung verschafft, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet an der
Drehspindel befestigt ist und die elektrische Felddämpfungsspule am Gehäuse befestigt ist,
wobei der Dauermagnet in jeder der beiden Betriebslagen an Anschlagflächen eines
magnetischen Jochs der elektrischen Felddämpfungsspule anliegt.
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Eine noch weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet mit Polschuhen versehen ist, die in
jeder der beiden Betriebslagen an die Anschlagflächen anliegen. Durch die Verwendung
von Polschuhen wird der Magnet gegen beim Anschlag des Verschlusses an eine der
beiden Betriebslagen bei dessen Verdrehung auftretende mechanische Spitzenbelastungen
geschützt. Zusätzlich wird durch die Verwendung von Polschuhen ein besonders
wirksames Magnetfeld erzielt.
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Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die
eine kompakte Bauweise der Vorrichtung verschafft, ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung eine integrierte Felddämpfungs- und Erregerspule aufweist.
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Die Erfindung wird in der Folge unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher beschrieben. Darin sind:
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Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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Fig. 2 eine teilweise als Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1
ausgeführte Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 1,
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Fig. 3 eine Schnittansicht der Vorrichtung entlang der Linie III-III von
Fig. 2 und
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Fig. 4 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen dem auf
einen Verschluß der Vorrichtung von Fig. 1 ausgeübten mechanischen und magnetischen
Moment einerseits und der Lage des Verschlusses zu einem Gehäuse der Vorrichtung
andererseits.
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Nach Darstellung in Fig. 1 bis 4 ist die Vorrichtung mit einem
Metallgehäuse 1 und einer um eine Drehachse 3 zum Gehäuse 1 verdrehbaren und in einer
Ebene quer zur Drehachse 3 angeordneten Metallverschlußscheibe 5 versehen. Nach
Darstellung in Fig. 2 ist die Verschlußscheibe 5 mittels Schrauben 7 an einer runden
Montageplatte 9 einer Metallspindel 11 befestigt, wobei die Metallspindel 11 eine im
wesentlichen mit der Drehachse 3 übereinstimmende Mittellinie 13 aufweist und mit
Lagerzapfen 15 und 17 jeweils in Lagerbuchsen 19 und 21 des Gehäuses 1 drehbar
gelagert ist. Die Lagerbuchsen 19 und 21 sind aus einem synthetischen Werkstoff
hergestellt und jeweils in einem mittels einer Schraubverbindung 25 am Gehäuse 1
befestigten ersten Lagerträger 23 und einem mittels Schraubverbindungen 29 am Gehäuse 1
befestigten zweiten, zylindrischen Lagerträger 27 mit einer im wesentlichen mit der
Drehachse 3 übereinstimmenden Mittellinie 31 angebracht.
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Nach Darstellung in Fig. 2 enthält die Vorrichtung ferner eine aus einer
zylindrischen Buchse 35 mit einer Mittellinie 37 und einem regelmäßigen
wendelförmigen Einschnitt 39 bestehende Metalldrehfeder 33. Ein Einschnitt dieser Art wird bei der
Herstellung der Drehfeder 33 zum Beispiel durch Funkenerosion angebracht. Die
Drehfeder 33 besteht demnach aus mehreren durch den Einschnitt 39 getrennten
Windungen 41 mit rechteckigem Querschnitt. Nach Darstellung in Fig. 2 ist die
Drehfeder 33 nahe einem ersten Ende 43 mittels der Schraubverbindungen 7 so an der
Montageplatte 9 der Spindel 11 befestigt, daß die Mittellinie 37 der Drehfeder 33 im
wesentlichen mit der Mittellinie 13 der Spindel 11 übereinstimmt. Ein zweites Ende 45
der Drehfeder 33 ist in eine das Ende 45 der Drehfeder 33 spielfrei umfassende
zylindrische Aussparung 47 des Gehäuses 1 eingefaßt und mittels mehrerer in einer
Wand 49 der Aussparung 47 angebrachten und am Ende 45 der Drehfeder 33
aufsitzenden Schrauben 51 in der Aussparung 47 fixiert.
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Weiter nach Darstellung in Fig. 1 bis 3 ist auf einem nahe der
Lagerbuchse 19 angeordneten und nahe einem Ende 55 mit einem Gewinde versehenen
Abschnitt 53 der Spindel 11 ein Dauermagnet 57 aus einem permanentmagnetischen
Material wie zum Beispiel Samariumkobalt angebracht, welcher Dauermagnet mit einer
Bohrung 59 versehen ist, in einer in Fig. 3 dargestellten x-Richtung zum
Spindelabschnitt 53 und senkrecht zur Drehachse 3 liegt sowie mit dem Spindelabschnitt 53
gekoppelt ist. Am in x-Richtung magnetisierten Dauermagneten 57 sind zueinander in x-
Richtung diametral entgegengesetzt angeordnete Polschuhe 61 und 63 aus einem
weichmagnetischen Material wie zum Beispiel Kobalteisen angebracht. Weiter nach
Darstellung in Fig. 2 sind der Dauermagnet 57 und die Polschuhe 61, 63 mittels jeweils in
Bohrungen 69 und 71 im Polschuh 61, in Bohrungen 73 und 75 im Dauermagneten 57,
in Bohrungen 77 und 79 im Spindelabschnitt 53 und in Bohrungen 81 und 83 im
Polschuh 63 angebrachten Schrauben 65 und 67 am Spindelabschnitt 53 befestigt, wobei
die beiden Bohrungen 81 und 83 mit Gewinde versehen sind, während die
Bohrungen 69, 73, 77 81 und die Bohrungen 71, 75, 79, 83 jeweils in Radialrichtung koaxial
angeordnet sind. Der Dauermagnet 57 und die Polschuhe 61, 63 sind in Axialrichtung
zwischen einer ersten Abschlußscheibe 85, die einen Bestandteil der Spindel 11 bildet,
und einer mittels einer auf dem Ende 55 des Spindelabschnitts 53 angebrachten
Mutter 89 um den Spindelabschnitt 53 befestigten zweiten Abschlußscheibe 87
eingeschlossen.
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Nach Darstellung in Fig. 3 sind die Polschuhe 61 und 63 jeweils mit
Seitenflächen 91, 93 und Seitenflächen 95, 97 versehen, wobei jedes Paar von
Seitenflächen
(91, 97) und (93, 95) in einer Fläche durch die Drehachse 3 liegt, während
diese Seitenflächenpaare (91, 97) und (93, 95) symmetrisch zu einer durch die
Drehachse 3 und die x-Achse verlaufenden Ebene spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.
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Nach Darstellung in Fig. 2 und 3 ist das Gehäuse 1 der Vorrichtung mit
einem magnetischen Joch 99 aus einem weichmagnetischen Material wie zum Beispiel
Kobalteisen und mit einer im wesentlichen zylindrischen Außenwand 101 versehen. Das
Joch 99 liegt parallel zur Drehachse 3, wobei die Außenwand den Abschnitt 53 der
Spindel 11 konzentrisch umgibt. Weiter weist das Joch 99 eine erste Innenwand 103 und
eine zweite Innenwand 105 auf, von denen jede einen den Spindelabschnitt 53
konzentrisch umgebenden imaginären Zylinder 106 begrenzt, wobei die Innenwände 103 und
105 symmetrisch zu einer durch die Drehachse 3 verlaufenden Symmetrieebene 107
nach Darstellung in Fig. 1 und 3 spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.
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Weiter ist das Joch 99 mit Anschlagflächen (109, 111) und (113, 115)
jeweils für die Polschuhe 61 und 63 versehen, wobei jedes der Anschlagpaare (109,
115) und (111, 113) in einer durch die Drehachse 3 verlaufenden Ebene liegt und diese
Anschlagpaare (109, 115) und (111, 113) symmetrisch zur Symmetriefläche 107
spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.
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Nach Darstellung in Fig. 3 enthält das Joch 99 zwischen den
Anschlagflächen 109 und 111 und zwischen den Anschlagflächen 113 und 115 jeweils eine erste
Befestigungswand 117 und eine zweite Befestigungswand 119 für eine elektrische
Spule 121, wobei jede der Befestigungswände 117 und 119 einen den
Spindelabschnitt 53 im wesentlichen konzentrisch umgebenden imaginären Zylinder 123 begrenzt.
In jeder der Befestigungswände 117, 119 sind parallel zur Drehachse 3 verlaufende
Aussparungen 125 angebracht. In den Aussparungen 125 der Befestigungswände 117
und 119 ist mit einem elektrischen Isoliermantel versehener Kupferdraht 127 gewickelt.
In Fig. list dargestellt, wie Abschnitte 129 der in der Befestigungswand 117
angebrachten Kupferdrahtwindungen nahe einer Stirnseite 131 des Jochs 99 an
Abschnitte 133 der in der Befestigungswand 119 angebrachten Kupferdrahtwindungen
angeschlossen sind. Diese Abschnitte 129 und 133 der Kupferdrahtwindungen sind nahe
einer in Fig. 2 dargestellten Rückseite 135 des Jochs 99 auf eine gleiche Weise
miteinander verbunden.
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Das Ende 45 der Drehfeder 33 ist mittels der Schrauben 51 so in der
Aussparung 47 fixiert, daß die mechanische Drehfeder 33 in einer Ruhelage der
Verschlußscheibe 5, in der die x-Achse in der Symmetrieebene 107 liegt, kein
mechanisches Moment auf die Spindel 11 und die auf der Spindel 11 montierte
Verschlußscheibe 5 ausübt. Bei Verdrehung der Verschlußscheibe 5 aus der Ruhelage um die
Drehachse 3 wird die Drehfeder 33 elastisch verformt und übt auf die Spindel 11 ein
mechanisches Moment MFeder um die Drehachse 3 aus. Der Wert des Moments MFeder
ist in obenbeschriebener Drehfeder 33 im wesentlichen der Größe eines von der x-Achse
und der Symmetrieebene 107 (siehe Fig. 1 und 3) eingeschlossenen Winkels φ
proportional, so daß die Menge der durch die elastische Verformung in der Drehfeder 33
gespeicherten mechanischen Energie in einer ersten Betriebsiage der Verschlußscheibe 5,
in der die Seitenflächen 93 und 95 der Polschuhe 61 und 63 jeweils an den
Anschlagflächen 111 und 113 des Jochs 99 anliegen und in der φ = φmax ist, und in einer
zweiten Betriebslage der Verschlußscheibe 5, in der die Seitenflächen 91 und 97 der
Polschuhe 61 und 63 jeweils an die Anschlagflächen 109 und 115 des Jochs 99 anliegen
und in der φ = φmin = -φmax ist, im wesentlichen die selbe ist. Das Verhältnis
zwischen MFeder und φ ist aus der graphischen Darstellung von Fig. 4 ersichtlich.
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Neben dem Moment MFeder der Drehfeder 33 wird auf die Spindel 11
vom Magnetfeld des Dauermagneten 57 ein Moment MMagn. um die Drehachse 3
ausgeübt, dessen Richtung derjenigen des Moments MFeder entgegengesetzt ist und
dessen Wert hauptsächlich durch die von den Seitenflächen 91, 93 und 95, 97 der
Polschuhe 61 und 63 jeweils zu den Anschlagflächen 109, 111 und 113, 115 des
Jochs 99 gerichteten Anteile dieses Magnetfelds bestimmt wird. Das Moment MMagn. ist
für vergleichsweise kleine Werte des Winkels φ vernachlässigbar gering, da der
Abstand zwischen den Polschuhen 61, 63 und den Anschlagflächen 109, 111, 113, 115
in diesem Fall groß ist. Das Moment Mmagn. hat einen Höchstwert, wenn die
Verschlußscheibe 5 ihre erste Betriebslage oder ihre zweite Betriebslage einnimmt, wobei
die Polschuhe 61, 63 jeweils an den Anschlagflächen 111, 113 oder den
Anschlagflächen 109, 115 anliegen. Wenn die Verschlußscheibe 5 aus der ersten oder zweiten
Betriebslage um die Drehachse 3 verdreht wird, nimmt der Wert des Moments MMagn.
aufgrund des sich vergrößernden Abstands jeweils zwischen den Polschuhen 61, 63 und
den Anschlagflächen 111, 113 oder den Anschlagflächen 109, 115 stark ab. Das
Verhältnis zwischen Mmagn. und φ ist aus der graphischen Darstellung von Fig. 4
ersichtlich.
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Die Drehfeder 33, der Dauermagnet 57, die Polschuhe 61, 63 und das
Joch 99 sind so bemessen, daß das Moment MMagn. in der ersten und zweiten
Betriebslage der Verschlußscheibe 5 höher ist als das Moment MFeder. Dadurch wird erreicht,
daß die Polschuhe 61, 63 in jeder der beiden Lagen unter dem Einfluß des Magnetfelds
des Dauermagneten 57 gegen die Federkraft der Drehfeder 33 jeweils an den
Anschlagflächen 111, 113 und den Anschlagflächen 109, 115 festgehalten werden.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Zum Anlauf der Vorrichtung aus der
Ruhelage, in der die x-Achse in der Symmetrieebene 107 liegt, wird der elektrischen
Spule 121 ein Wechselstrom zugeführt, dessen elektrische Frequenz der mechanischen
Eigenfrequenz der Vorrichtung im wesentlichen gleich ist. Hierzu ist die Vorrichtung
mit einer an die elektrischen Anschlüsse 139 und 141 der Spule 121 elektrisch
angeschlossenen elektronischen Steuereinheit 137 versehen. Die mechanische
Eigenfrequenz der Vorrichtung wird von der Verdrehsteifigkeit der Drehfeder 33 und vom
Massenträgheitsmoment der Drehfeder 33, der Spindel 11, des Dauermagneten 57 und
der Polschuhe 61, 63 sowie von der Dämpfung der Vorrichtung bestimmt. Aufgrund der
Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Dauermagneten 57 und dem vom
Wechselstrom in der Spule 121 erzeugten Magnetfeld wird mit einer der elektrischen
Frequenz des Wechselstroms und der mechanischen Eigenfrequenz der Vorrichtung
gleichen Frequenz auf die Spindel 11 ein Moment Mem um die Drehachse 3 ausgeübt.
Die Spindel 11 mit der Verschlußscheibe 5 führt unter dem Einfluß des Moments Mem
eine Drehschwingung mit zunehmender Amplitude aus, bis die Polschuhe 61, 63 unter
dem Einfluß des Magnetfelds des Dauermagneten 57 in der ersten oder zweiten Lage
festgehalten werden. Die Spule 121 fungiert demnach als Erreger- oder Anlaufspule.
Die Vorrichtung hat nur ein geringes Maß an mechanischer Dämpfung, so daß die
Verschlußscheibe 5 innerhalb weniger Zykli des Wechselstroms aus der Ruhelage in die
erste oder zweite Betriebslage gebracht wird.
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Bei Verwendung in einer Anlage zur Ablagerung von Materialien in der
Form von dünnen Schichten auf einem Trägermaterial verschließt die
Verschlußscheibe 5 in der ersten Betriebslage ein in Fig. 1 schematisch dargestelltes Fenster 143,
so daß ein aus einer im Dauerbetrieb arbeitenden Materialquelle kommender und auf
das Trägermaterial gerichteter Materialfluß unterbrochen wird. Zur Verdrehung der
Verschlußscheibe 5 aus der ersten in die zweite Betriebslage und Freigabe des
Materialfluses zum Trägermaterial führt die Steuereiheit 137 der Spule 121 kurzzeitig einen
Gleichstrom zu. Die Stärke und Richtung des Gleichstroms sind so beschaffen, daß das
Magnetfeld des Dauermagneten 57 im Gebiet der Polschuhe 61, 63 durch das vom
Gleichstrom in der Spule 121 erzeugte elektromagnetische Feld abgeschwächt wird, so
daß das Moment MFeder der Drehfeder 33 höher ist als die Summe des vom Magnetfeld
ausgeübten Moments MMagn. und des vom elektromagnetischen Feld ausgeübten
Moments Mem. Dadurch wird die Verschlußscheibe 5 unter dem Einfluß des Moments
MFeder aus der ersten in die zweite Betriebslage verdreht, wobei die Polschuhe 61, 63
beim Erreichen der zweiten Lage vom Dauermagneten 75 an den Anschlagflächen 109,
115 festgehalten werden. Die Spule 121 fungiert demnach als Felddämpfungsspule für
das Magnetfeld des Dauermagneten 57. Wie bereits gesagt hat die Vorrichtung eine
geringe mechanische und elektromagnetische Dämpfung jeweils aufgrund der Reibung
zwischen den Lagerzapfen 15, 17 und den Lagerbuchsen 19, 21 und der Wirbelströme
im Joch 99. Je nach dem Ausmaß der Dämpfung kann ein stärkerer Gleichstrom durch
die Spule 121 geführt werden als zur Abschwächung des Magnetfelds des
Dauermagneten 57 strenggenommen erforderlich ist. Auf diese Weise wird vom elektromagnetischen
Feld der Spule 121 eine zur Uberwindung der bei der Verdrehung der
Verschlußscheibe 5 auftretenden Dämpfung erforderliche Menge kinetische Energie auf die
Verschlußscheibe 5 übertragen.
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Eine Verdrehung der Verschlußscheibe 5 aus der ersten in die zweite
Betriebslage erfolgt auf ähnliche Weise. Dabei bildet die Drehfeder 33 einen
Energiezwischenspeicher, der die zur Verdrehung der Verschlußscheibe 5 erforderliche Menge
an durch elastische Verformung während der vorausgegangenen Verdrehung der
Verschlußscheibe 5 in der Drehfeder 33 gespeicherter Energie liefert. Dadurch ist für
die Vorrichtung nur eine geringe Energiezufuhr erforderlich, da zur Verdrehung der
Verschlußscheibe 5 nur während einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne ein Strom
durch die Spule 121 benötigt wird. Für das Festhalten der Verschlußscheibe 5 in jeder
der beiden Betrienslagen ist keine Energiezufuhr erforderlich.
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Die für eine Verdrehung der Verschlußscheibe 5 aus der ersten in die
zweite oder aus der zweiten in die erste Betriebslage benötigte Zeit, die sogenannte
Öffnungs- bzw. Schließzeit, wird von der mechanischen Eigenfrequenz fres
der
Vorrichtung bestimmt und ist im wesentlichen gleich 1/(2.fres). Die erwünschten
Öffnungs- und Schließzeiten werden durch Optimierung des Massenträgheitsmoments der
drehenden Teile der Vorrichtung und der Verdrehsteifigkeit der Drehfeder 33 erzielt. Ein
Merkmal der Vorrichtung ist es, daß sich mit ihr eine sehr kurze Öffnungs- und
Schließzeit erzielen läßt. Solche Öffnungs- und Schließzeiten sind beim Auftragen von
Schichten mit einer Dicke von nur wenigen Atomquerschnitten erwünscht, wofür kurze
Auftragszeiten verwendet werden. Um eine gleichmäßige Dicke dieser Schichten zu
erzielen, müssen die Öffnungs- und Schließzeiten der Verschlußscheibe 5 im Verhältnis
zur Auftragszeit kurz sein.
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Es wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine
kompakte Bauweise und eine lange, wartungsfreie Standzeit hat, so daß die Vorrichtung
auch im Hinblick auf ihre geringe Energiezufuhr für den Einsatz in einer
Vakuumkammer wie zum Beispiel einer unter Vakuum stehenden Beschichtungskammer in einer
Anlage zur Beschichtung mit supraleitenden Stoffen hervorragend geeignet ist. Ferner
läßt sich die Vorrichtung zum Beispiel in Anlagen zur Halbleiter-Epitaxie, in Anlagen
zum Auftrag und zur Epitaxie von mehrlagigen Metallbeschichtungen und in Anlagen
zum Auftrag und zur Epitaxie von oxydischen Stoffen mit einem Schichtgefüge mit
spezifischen Kristallausrichtungen einsetzen.
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Weiter wird darauf hingewiesen, daß sich anstelle eines Drehverschlusses
auch ein linear verschiebbarer Verschluß verwenden läßt, bei dem zum Beispiel
konventionelle Zug- oder Blattfedern verwendet werden können. Bei Verwendung eines
Drehverschlusses kann der Verschluß jedoch auf eine einfache Weise gelagert werden.
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Außerdem wird darauf hingewiesen, daß der Begriff Drehfeder eine Feder
bezeichnet, die bei der Drehung einer Spindel um ihre Mittellinie ein Drehmoment auf
diese Spindel ausübt. Im Falle der hier verwendeten Drehfeder 33, an der die
Verschlußscheibe 5 an einem Ende dieser Drehfeder montiert ist, kann die
Verschlußscheibe 5 auch an einer Fläche in der Mitte der Drehfeder quer zur Mittellinie 37
befestigt werden. Anstelle der hier verwendeten Drehfeder 33 kann auch eine
Torsionsfeder anderer Art wie zum Beispiel eine Torsionsfeder mit in einer Ebene liegenden
schraubenförmigen Windungen verwendet werden. Auch eine Anordnung von
konventionellen Zug- und Druckfedern kann anstelle der Drehfeder 33 verwendet werden. Mit
diesen alternativen Federtypen und anderen Federarten wie zum Beispiel Gasfedern ist
es jedoch schwierig, die Ruhelage zu fixieren.
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Ferner wird darauf hingewiesen, daß als Alternative zu den
elektromagnetischen Mitteln für den Anlauf der Verschlußscheibe 5 und zum Festhalten der
Verschlußscheibe 5 in den beiden Betriebslagen andere Mittel angewandt werden können.
So können zum Beispiel zum Festhalten der Verschlußscheibe 5 in jeder der beiden
Lagen separate Dauermagneten mit Felddämpfungsspulen und für den Anlauf der
Verschlußscheibe 5 ein eigener Dauermagnet mit einer Erregerspule verwendet werden.
Dies führt jedoch zu einer komplizierteren Konstruktion der Vorrichtung. Außerdem
können anstatt emes Dauermagneten mit Felddämpfungsspule mechanische oder
elektromagnetische Festhaltemittel verwendet werden. Diese alternativen Festhaltemittel sind
jedoch im allgemeinen weniger zuverlässig, haben eine kürzere Standzeit oder einen
höheren Energiebedarf. Der Anwendungsbereich wäre dann stärker eingeschränkt.
Ferner können die Mittel zum Festhalten der Verschlußscheibe 5 in den beiden
Betriebslagen zum Wegfall kommen, wenn die Vorrichtung mit einer Antriebseinheit für
die Verschlußscheibe 5 versehen wird, durch die die Verschlußscheibe 5 auch in den
beiden Lagen festgehalten werden kann. Die Drehfeder fungiert dann als
Energiezwischenspeicher, wodurch eine Verringerung des Energiebedarfs der Antriebseinheit
erzielt wird.
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Zum Schluß wird darauf hingewiesen, daß der Dauermagnet 57 durch die
Polschuhe 61, 63 gegen mechanische Spitzenbelastungen geschützt wird, welche
Belastungen beim Anschlag der Polschuhe 61, 63 an die Anschlagflächen 109, 115 oder
111, 113 auftreten. Anstatt des magnetischen Jochs 99 kann wahlweise ein Joch ohne
Anschläge verwendet werden. Ein anschlagloses Joch führt jedoch im allgemeinen zu
einer weniger exakten Arbeitsweise der Vorrichtung. Die Verwendung der
Anschlagflächen führt nämlich zu einer günstigen Kennung des Moments MMagn. als Funktion
des Winkels φ, wobei das Moment MMagn. nur dann wirksam ist, wenn sich die
Polschuhe 61, 63 nahe den Anschlagflächen 109, 115 oder 111, 113 befinden (siehe
Fig. 4). Dadurch braucht obengenannter Gleichstrom nur eine kurze Zeit lang zugeführt
zu werden (geringe Verlustleistung) und steht das Gesamtmoment MFeder + MMagn.
über einen weiten Bereich in einem linearen Verhältnis zum Winkel φ (genau
definierbare Öffnungs- und Schließzeiten). Außerdem wird durch die Verwendung der
Anschläge erreicht, daß das sich im Betrieb an der Verschlußscheibe 5 ablagernde
Material,
das eine unerwünschte Erhöhung des Massenträgheitsmoments bewirkt, durch das
Anschlagen der Verschlußscheibe 5 an eine ihrer beiden Betriebsiagen von der
Verschlußscheibe 5 weggeschleudert wird.