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Dokumentenidentifikation DE69712653T2 31.10.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0790447
Titel Ventil mit drei Drehschiebern
Anmelder The Boc Group, Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Karlicek, Thomas Alan, San Ramon, California 94583, US
Vertreter Fleuchaus & Gallo, 86152 Augsburg
DE-Aktenzeichen 69712653
Vertragsstaaten CH, DE, GB, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.02.1997
EP-Aktenzeichen 973008493
EP-Offenlegungsdatum 20.08.1997
EP date of grant 22.05.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2002
IPC-Hauptklasse F16K 1/16

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit drei innerhalb einer kreisförmigen Öffnung eines Ventilgehäuses zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung drehbar montierten Flügeln zum Drosseln der Strömung in der Öffnung des Ventilgehäuses. Mehr im einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein solches Ventil, bei welchem jeder der Flügel so konfiguriert ist, daß er um eine Symmetrieachse drehbar ist, so daß die Drehbewegung der Flügel ausbalanciert ist.

Es sind Klappenventile bekannt, die mit einer kreisförmigen Scheibe oder Klappe arbeiten, die zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung drehbar ist, um die Strömung zu drosseln. Ein Problem bei solchen Ventilen liegt darin, daß sie zum Anhäufen von Verunreinigungen innerhalb der Ventilöffnung neigen, weil die Scheibe, wenn sie sich in der Offenstellung befindet, die Strömung gegen eine Seite des Ventils richtet. Die Anhäufung von Verunreinigungen ist besonders problematisch bei Ventilanwendungen, die saubere Umgebungen erfordern, wie beispielsweise in der Halbleiterfertigung. Es sind auch schon jalousieartige Ventilsysteme hergestellt worden, die eine jalousieartige Anordnung von Flügeln zum Drosseln der Strömung einsetzen. Der bei dieser Bauart eines Ventilsystems gegebene Vorteil liegt darin, daß, wenn das Ventil in die Offenstellung eingestellt ist, der Öffnungsquerschnitt der Ventilöffnung in mittleren Bereichen größer als in wandnahen Bereichen ist. Dies verhindert, daß die Strömung gegen eine Seite der Ventilöffnung geleitet wird. Ein Problem bei Mehrfachflügeln, zumindest wenn die Flügel in Verbindung mit einer kreisrunden Ventilöffnung eingesetzt werden, liegt darin, daß die außenliegenden Flügel mit Bezug auf die Ventilöffnung nicht mit einer symmetrischen Drehachse ausgelegt sind. Als Ergebnis ist die Drehachse solcher Flügelelemente nicht ausgeglichen, und darunter leidet die Ansprechgeschwindigkeit des Ventils.

Die Erfindung beinhaltet ein Ventil mit mehreren Flügeln, bei welchem die Flügel so ausgelegt sind, daß sie mit Bezug auf ihre Drehachse symmetrisch sind, um die Ansprechgeschwindigkeit des Ventils zu steigern.

Gemäß der Erfindung und wie im Anspruch 1 definiert, ist ein Ventil mit einem Ventilgehäuse mit einer kreisförmigen Öffnung und zwei innerhalb der kreisförmigen Öffnung des Ventilgehäuses zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung drehbar montierten außenliegenden Flügeln vorgesehen. Jeder der beiden außenliegenden Flügel weist zwei gegenüberliegende kreisförmige periphere Ränder auf, die so konfiguriert sind, daß einer der beiden gegenüberliegenden kreisförmigen peripheren Ränder an der kreisförmigen Öffnungswand anliegt, wenn die beiden Flügel sich in der Schließstellung befinden. Ein solches Ventil ist aus der US-A-4 076 035 bekannt. Die Erfindung unterscheidet sich von diesem Stand der Technik durch die übrigen Merkmale des Patentanspruchs 1.

Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird nun lediglich beispielshalber auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Ventils nach der Erfindung mit abgebrochenen Teilen, und wobei das Ventil in der Schließstellung dargestellt ist,

Fig. 2 eine fragmentarische Stirnansicht der Anordnung nach Fig. 1, wobei ein Riemenspannmechanismus der Erfindung gezeigt ist, und

Fig. 3 eine fragmentarische Draufsicht auf das Ventil nach der Erfindung, wobei die Flügel um etwa 60º in die Offenstellung gedreht sind.

Gemäß den Fig. 1 und 2 weist ein Ventil 1 nach der Erfindung ein Ventilgehäuse 10, eine kreisförmige Öffnung 12, zwei außenliegende Flügel 14 und 16, und einen mittigen Flügel 18 auf. Die drei Flügel 14, 16 und 18 sind innerhalb der kreisförmigen Öffnung 12 des Ventilkörpers 10 drehbar montiert.

Obwohl das Ventilgehäuse 10, wie dargestellt, eine flanschartige Konfiguration hat, ist die Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt, sondern soll auch solche Geräte abdecken, bei welchen das Ventilgehäuse Teil eines größeren Geräts bildet und daher in ein solches Gerät integriert ausgebildet ist. Des weiteren, obwohl das Ventil 1 besondere Anwendung auf eine reine Umgebung für den Betrieb unter Vakuumbedingungen hat, ist die Erfindung nicht in dieser Hinsicht beschränkt. Die Erfindung ist gleichermaßen auf proportionale Ventilbewegungen und Ventile mit nur zwei Stellungen (offen und geschlossen) anwendbar.

Jeder der außenliegenden Flügel 14 und 16 weist zwei gegenüberliegende kreisförmige periphere Ränder 20 und 22 auf, die so konfiguriert sind, daß der Rand 20 an der kreisförmigen Öffnungswand 12 anliegt, wenn die Flügel sich in der Schließstellung befinden. Die peripheren Ränder 20 und 22 haben an den Enden jedes der außenliegenden Flügel 14 und 16 einen Abstand voneinander anstatt einander zu berühren (eine andere mögliche Ausführungsform). Der mittige Flügel weist eine stundenglasartige Peripherie auf und ist so konfiguriert, daß die kreisförmigen peripheren Ränder 22 der Flügel 14 und 16 in der stundenglasartigen Peripherie des mittigen Flügels 18 liegen, wenn die Flügel 14, 16 und 18 sich in der Schließstellung befinden.

Der mittige Flügel 18 könnte eine rechteckartige Konfiguration haben und insoweit zwei gerade längsverlaufende Ränder haben, die sich mit den außenliegenden Flügeln 14 und 16 in der Schließstellung überlappen. Eine solche Überlappung wäre in kontaminationsfreien Umgebungen nicht wünschenswert, weil Kontaminierungen dazu neigen würden, sich in der Überlappung anzusammeln.

Wie sich zusätzlich aus Fig. 3 ergibt, sind die Flügel 14, 16 und 18 so proportioniert und mit gleichem Drehwinkel drehbar, daß die beiden mittleren Öffnungsbereiche A und B (die zwischen den außenliegenden Flügeln 14 und 16 und dem mittleren Flügel 18 gelegen sind) größer als die beiden außenliegenden Öffnungsquerschnitte C und D (die zwischen der Wand des Ventilgehäuses 10 und den außenliegenden Flügeln 14 und 16 gelegen sind) für eine gegebene Winkeldrehung der Flügel sind. Als Ergebnis ist die Strömung durch das Ventil 1 in den mittleren Bereichen des Ventils größer als in den außenliegenden Bereichen, um die Strömung durch das Ventil 1 auszugleichen und dadurch dazu beizutragen, zu verhindern, daß die gesamte Strömung gegen die Wand des Ventilgehäuses 10 gerichtet wird. Wie oben erwähnt, würde eine Strömung gegen die Wände des Ventilgehäuses 10 (bzw. des Geräts, in welchem das Ventilgehäuse 10 montiert ist) einen unerwünschten Aufbau von Kontaminationsstoffen innerhalb des Ventils hervorrufen.

Die Flügel 14, 16 und 18 sind auf Wellen 24 bzw. 26 bzw. 28 montiert. Jeder der Flügel hat eine symmetrische Drehachse (bzw. ist mit anderen Worten so konfiguriert, daß er durch eine Längsebene längs dieser Symmetrieachse in zwei gleiche Hälften geteilt ist). Da die Flügel 14, 16 und 18 so montiert sind, daß die Wellen 24, 26 und 28 mit diesen Achsen zusammenfallen, ergibt eine Drehung der Wellen 24, 26 und 28 eine ausbalancierte Drehung der Flügel 14, 16 und 18. Diese ausbalancierte Drehung ermöglicht die Drehung der Flügel 14, 16 und 18 mit größerer Winkelgeschwindigkeit als bei Flügeln, die keine solche symmetrische Drehachse haben.

Die Wellen 24, 26 und 28 werden durch einen Schrittmotor 30 gedreht, der auf die Welle 26 über einen Antriebsriemen 32 wirkt, der mit einer mit dem Motor 30 verbundenen Antriebsrad 34 und einer getriebenen Rolle 36 in Eingriff steht, die auf der Welle 26 befestigt ist. Die Drehung der Welle 26 wird durch innere Rollen 38 und 40, die an der Welle 26 befestigt sind, auf angetriebene Riemen 42 und 44 übertragen. Die angetriebenen Riemen 42 und 44 stehen ihrerseits mit äußeren angetriebenen Rollen 46 und 48 in Eingriff, die auf der Welle 24 bzw. 28 befestigt sind. Die Riemenspannung wird durch einen Riemenspannmechanismus 49 bzw. 50 aufrechterhalten. Daher drehen die Wellen 24, 26 und 28 und die Flügel 14, 16 und 18 unter dem Antrieb des Motors 30 in der gleichen Richtung. Alternativ dazu könnte jeder der Flügel 14, 16 und 18 gesondert angetrieben werden, so daß für eine gegebene Offenstellung des Ventils 1 die Flügel 14 und 16 eine größere oder kleinere Winkeldrehung als der mittlere Flügel 18 durchmachen würden.

Jede der Wellen ist vorzugsweise innerhalb des Ventilgehäuses 10 mittels eines bekannten Mechanismus drehbar montiert, wie er für die Welle 24 dargestellt ist. Dieser Mechanismus umfasst eine Feder 51, die sich an einem ringförmigen Schublager 52 abstützt, das sich wiederum an einem Nadellager 54 abstützt, um die Welle 24 von der Feder bzw. der rechten Seite in der Zeichnung wegzudrängen. Die Welle 24 wird jedoch durch eine Einstellschraube 56 in Position gehalten, die sich an einem ringförmigen Schublager 58 abstützt, das wiederum am Ende der Welle 24 anliegt. Ein Nadellager 60 haltert die Welle 24 drehbar am Ventilgehäuse 10 an dem dem Eingriff der Feder 50 entgegengesetzten Ende der Welle 24. Die Feder 50 wird durch ein Lagergehäuse 62 zusammengedrückt, das mit dem Ventilgehäuse 10 über Zapfen 64 verbunden ist. Die Einstellschraube 56 ist in ein gegenüberliegendes Lagergehäuse 66 eingeschraubt, das mittels Zapfen 68 am Ventilgehäuse 10 befestigt ist.

Der Vorteil des vorstehenden Mechanismus liegt darin, daß eine Drehung der Einstellschraube 56 entgegen der Feder 50 die Welle 24 sauber ausrichtet und daher den Flügel 14 innerhalb der Öffnung 12 des Ventilgehäuses 10 ausrichtet.


Anspruch[de]

1. Ventil mit:

einem Ventilgehäuse (10) mit einer kreisförmigen Öffnung (12), und

drei innerhalb der kreisförmigen Öffnung (12) des Ventilgehäuses (10) zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung drehbar montierten Flügeln (14, 16, 18),

wobei die drei Flügel (14, 16, 18) zwei außenliegende Flügel (14, 16) umfassen, die jeweils zwei gegenüberliegende kreisrunde periphere und so konfigurierte Ränder (20, 22) haben, dass einer (20) der beiden gegenüberliegenden kreisrunden peripheren Ränder an der kreisförmigen Öffnung (12) anliegt, wenn die beiden Flügel (14, 16) sich in ihrer Schließstellung befinden, und einen mittigen Flügel (18) umfassen, der zwischen den beiden äußeren Flügeln (14, 16) gelegen ist,

wobei jeder der drei Flügel (14, 16, 18) so konfiguriert ist, dass er eine symmetrische Drehachse (24, 28, 26) hat und innerhalb der kreisförmigen Öffnung (12) des Ventilkörpers (10) so montiert ist, dass er um die symmetrische Drehachse drehbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, wobei die gegenüberliegenden kreisrunden peripheren Ränder (20, 22) voneinander beabstandet sind.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mittige Flügel einen stundenglasförmigen peripheren Rand hat.

4. Ventil nach einen der vorhergehenden Ansprüche, wobei

die drei Flügel (14, 16, 18) so montiert sind; dass jeder der drei Flügel in der gleichen Richtung und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit dreht, und

die drei Flügel so proportioniert sind, dass zwei zentrale offene Bereiche, die zwischen den mittigen Flügel (18) gebildet sind, mit einer größeren Rate als zwei außenliegende Bereiche größer werden, die zwischen den außenliegenden Flügeln und dem Ventilgehäuse (10) gebildet sind, wenn die drei Flügel aus ihrer Schließstellung in die Offenstellung gedreht werden.

5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, wobei der stundenglasförmige periphere Rand des mittleren Flügels (18) so konfiguriert ist, dass die andere der kreisrunden Ränder (22) der beiden außenliegenden Flügel mit dem stundenglasförmigen Peripherierand des mittleren Flügels zusammenwirken, wenn die drei Flügel (14, 16, 18) sich in ihrer Schließstellung befinden.







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