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Technische Hinweise zu Ventilen

Die drei Hauptfunktionen

  • Vakuumvolumen von Pumpen isolieren
  • Gasfluss steuern, um einen bestimmten Druck zu erreichen
  • Übertragung von Objekten zwischen Vakuumvolumina ermöglichen

Die wichtigsten Designmerkmale eines Ventils hängen von der Funktion ab, Details werden jedoch durch Herstellung und Benutzerfreundlichkeit bestimmt. Zu den Baumaterialien gehören Edelstahl, Aluminium und Messing – die Wahl hängt von der erforderlichen Ausheiztemperatur, dem Druckbereich und dem Baumaterial des verbleibenden Systems ab.

Jedes Ventil hat einen Teil, der sich bewegt, damit es geöffnet und geschlossen werden kann. Die Form und Bewegung dieses Teils variieren stark in Abhängigkeit zum Design des Ventils und haben leider keinen allgemeinen Sammelbegriff. Aus Gründen der Prägnanz wird der Begriff Klappe weiter unten verwendet.


Pneumatische Stellantriebe und Hubmagneten

Pneumatische Stellantriebe sind im Grunde genommen Kolben, die durch das gezielte Zuführen von Druckluft in das Volumen an einem Ende des Kolbens bewegt werden.

Zwei Arten von Stellantrieben werden zum Öffnen/Schließen von Ventilen verwendet:

  1. Federgetriebene Stellantriebe, die in eine Position und pneumatisch zur Anderen angetrieben werden
  2. Pneumatische Stellantriebe, die in beide Positionen aktiv bewegt werden (indem zuerst Luft zu "einem" Ende geleitet wird, dann zum "anderen" Ende, während das erstere "Ende" entlüftet wird)

Bei der Besprechung verschiedener Ventilstellantriebe tritt manchmal Verwirrung auf, wenn das Wort Hubmagnet in Verbindung mit einem pneumatischen Stellantrieb verwendet wird. Ist der Hubmagnet (der auch als elektromagnetischer Stellantrieb bezeichnet werden könnte) nicht ein anderer Mechanismus als der pneumatische Ansatz? Ja, es ist er, aber um die Druckluft zu steuern, die bewirkt, dass das Ventil abgeschaltet wird, entlüftet und die Enden umgestellt werden, ist eine andere Antriebsform erforderlich. Der am Pneumatikzylinder angebrachte Hubmagnet ist ausschließlich zum Umschalten der Druckluft vorgesehen. In gewissem Sinn kann es die Betätigung des Ventils auslösen, ist aber nicht wirklich Teil des Stellantriebs.

Um zwischen dem Hubmagnet, der einem pneumatischen Stellantrieb zugeordnet ist, und einem echten Magnetstellantrieb zu unterscheiden, wird letzterer in diesen Aufzeichnungen elektro-magnetischer Stellantrieb genannt.

Abdichtung und Betätigung

Abdichtung der Klappe:

Wenn sich die Klappe in der geschlossenen Position befindet, bildet sich eine Dichtung zwischen diesem und dem Ventilkörper. Je nach Anwendung, Druckbereich und maximaler Betriebstemperatur werden verschiedene Arten von Dichtungen verwendet: O-Ringe aus Gummi, geformte Gummiringe, Gummimembranen oder -schalen, Weichmetall-/Hartmetalldichtungen, Hartmetall/Hartmetalldichtungen und Weichmetall-/polierter Saphirrohling.

O-Ringe aus Gummi

Sind die häufigste Art, oft mit der Nut des O-Rings in die Oberfläche der Prallplatte geschnitten. Geformte Gummiringe werden ohne Nut direkt an die Prallplatte vulkanisiert. Der Gummi kann aus Buna-N bestehen (backbar bis zu ~80° C) oder Viton® (backbar bei geöffnetem Ventil bis zu ~200° C). Die chemische Beständigkeit und seine akzeptablen Ausgasungs-/Permeationsraten des Viton® machen ihn zum bevorzugten Elastomer für Vakuumanwendungen. Mit den richtigen Baumaterialien sind Viton-versiegelte Ventile oft kompatibel mit UHV-Drücken.

Gummimembranen

oder eine Gummischalendichtung ist um ihren Rand herum durch den Ventilkörper eingeschlossen. Die Mitte der Membran wird in einen Sattel oder eine Öffnung umgelenkt, um den Gasfluss durch das Ventil zu blockieren. Dieser Dichtungstyp wird in Ventilen verwendet, die für Vorvakuumanwendung ausgelegt sind, bei denen die Betriebstemperaturen nicht hoch sind und die Drücke von rauem Vakuum bis Hochvakuum variieren.

Weichmetall/Hartmetall

Dichtungen haben eine Dichtungswirkung ähnlich dem CF-Flansch. Eine Metallschneide, die in den Körper maschinell eingearbeitet ist, verformt mechanisch eine Kupferauflage, die an der Klappe montiert ist. Das Ventil wird mit einem Drehmomentschlüssel verschlossen und jede Auflage hat eine relativ kurze Lebensdauer. Die Auflage ist jedoch austauschbar und die Lebensdauer des Ventils wird nicht durch die Dichtung begrenzt. Solche Ventile ermöglichen das Backen bei hohen Temperaturen (300° C, womöglich 450° C), was sie UHV-kompatibel macht. Eine Version dieses Mechanismus findet sich auch in allen metallischen Leckageventilen.

Hartmetall/Hartmetall

Dichtungen sind wie eine große, dünne, mit einem kleinen Kreisdurchmesser versehene Unterlegscheibe (Belleville-Scheibe) um die Dichtungsfläche der Prallplatte geformt. Wenn sich das Ventil schließt, bewirkt der Mechanismus, dass sich diese Scheibe abflacht (wodurch sich ihr Außendurchmesser erhöht und Innendurchmesser verringert), wodurch ihre inneren/äußeren Kanten durch elastische Verformung an der Klappe/dem Korpus jeweils abgedichtet werden. Die Ventile sind bis zu 300° C aufheizbar und dadurch UHV-kompatibel.

Weichmetall/Saphirrohling

Dichtungen haben eine optisch flache Saphirauflage, die an die Klappe befestigt ist und in eine Kupferdichtung eingefasst ist, die den Ausgangsanschluss des Ventils umgibt. Die Schließkraft verformt das Kupfer plastisch, um exakt dem Saphiroberflächenprofil zu entsprechen. Das Design des Ventils verhindert die Drehung der beiden Komponenten, sodass das Ventil immer an der gleichen Stelle sitzt. Diese Ventile, die bis 450° C aufheizbar sind, werden verwendet, um außergewöhnlich niedrige Gasflüsse in UHV-Kammern zu steuern.

Antrieb:

Um die Klappe zu bewegen, wird eine Dreh- oder Linearbewegung von der Luftseite zur Vakuumseite durch eine Dichtung übertragen. Sowohl der Teil, der die Klappe bewegt, als auch der Mechanismus, der die Bewegung verursacht, werden als Stellantrieb bezeichnet. Die Stellantriebe werden mit Handrad oder -hebeln, elektromagnetischen Antrieben, Motoren oder Pneumatikzylindern angetrieben.

Abdichten des Stellantriebs

Ein rotierender Stellantrieb wird oft durch eine dynamische O-Ring-Dichtung abgedichtet, die um die Welle herum komprimiert ist. Gelegentlich werden sie für lineare Stellantriebe verwendet, aber das größere Risiko von Gasbrüchen macht sie weniger beliebt als andere lineare Dichtungen. Die meisten dynamischen O-Ring-Dichtungen sind für den rauen und den (mittleren) Hochvakuumdruckbereich genügend.

Die gebräuchlichsten linearen Stellantriebe werden in Metallbälgen abgedichtet. Die Bälge sind oft mit der Platte in der Welle des Stellantriebs verschweißt, sind jedoch durch Schweißen, statische O-Ring-Dichtung oder Metalldichtung gegen den Ventilkörper abgedichtet. Je nach Design des Ventils ermöglichen die Dichtungen den Betrieb im Hochvakuum- oder UHV-Bereich.

Die zuvor beschriebene Gummimembran ist eine eigene Dichtung, da der luftseitige Stellantrieb nicht in das Vakuum eindringt, sondern einfach die Membrane drückt. In ähnlicher Weise dehnen sich die gewellten Metallmembranen, die extrem feine Steuerleckageventile abdichten, aus, um kleine Antriebswege zu ermöglichen, die vom Stellantrieb benötigt werden.


Leitfähigkeit eines Absperrventils

Die Leitfähigkeit eines Absperrventils kann entweder experimentell bestimmt werden oder, da die Form des vollständig offenen Ventils einer Röhre nicht unähnlich ist, unter Verwendung der Dushman Tabelle. Einige Ventile haben jedoch Leitwerte angegeben, die die aus der Dushman Tabelle ermittelten Werte weit übersteigen.

Die Begründung für diese höheren Zahlen ist:

  1. Ein Ventil ist immer mit anderen Komponenten verbunden
  2. Diese Komponenten haben den gleichen Innendurchmesser wie das Ventil und haben eine Länge
  3. Das Obige rechtfertigt die Verwendung der "langen Rohr" Formel zur Berechnung der Leitfähigkeit

Leider gilt diese Rohrformel für lange Rohre. Wird zum Beispiel die Formel für lange Rohre für ein Absperrventil, das 10 cm mal 25 cm freie Bohrung groß ist, angewendet, beträgt der Molekularfluss ~19.000 L/s. Aber die Anwendung des Clausing-Faktors (was <1,0 für alle Längen-/Durchmesserverhältnisse, die <100sind) am berechneten Leitwert, um die Abmessungen des Ventils zu ermöglichen, liefert ~4.750 L/s. Interpolationen zu den Informationen in Dushman-Tabelle (die im Clausing-Faktor bereits enthalten sind) ergibt für die gleichen Abmessungen ~4.225 L/s.

Diese verschiedenen Formeln und Faktoren sowie die Frage "Wie kann eine langes Rohr eine größere Leitfähigkeit als ein kurzes Ventil haben?" sorgen für Schwierigkeiten für Benutzer, die mit einigen Konzepten der Tiefenvakuumtechnologie nicht vertraut sind. Der Versuch, Leitwerte für Absperrventile verschiedener Hersteller zu vergleichen, kann zu Verwirrung führen. Allerdings können zwei Punkte festgemacht werden: (a) wenn zwei Absperrventile identische Abmessungen für Dicken und freie Bohrung haben, sind ihre Leitwerte gleich; (b) bei der Berechnung von Leitwerten ist die Verwendung der berechneten Mindestleitfähigkeit immer die sichere Methode.

Die Wahl des Stellantriebs wird von der Leistung bestimmt, die benötigt wird, um die Klappe, automatische Steuerung oder Fernbetrieb abzudichten. Im Allgemeinen können Ventile mit kleiner Bohrung, die leicht erreicht werden können, manuelle Stellantriebe aufweisen. Für den Fern- oder Automatikbetrieb wird eine Magnet- oder pneumatische Betätigung verwendet. Großlochventile mit schweren Klappen müssen oft pneumatisch angetrieben werden, auch wenn sie gut erreichbar sind. Sowohl kleine als auch große Ventile, die als Leitfähigkeitssteuerungen verwendet werden (um eine gewünschte Gasströmung oder Drucksteuerung zu erhalten), setzt voraus, dass die Klappe sich in Zwischenpositionen, variabel zwischen vollständig geöffnet/geschlossen befindet. Eine manuelle Betätigung wird gelegentlich verwendet, aber meistens ist eine Motorbetätigung geeignet.

Schieberventile

Zu den Anwendungen von Schieberventilen gehören die Isolierung zwischen Vakuumvolumen und Pumpe, die Isolierung zwischen Kammer und Schleuse beim Beladen mit einer neuen Proben und dem Zugang von Schleuse zu Kammer während des Probentransfers, sowie die Isolierung zwischen Synchrotron-Strahlrohren und experimentellen Endstationen.

Die Form der Bohrung ist typischerweise kreisförmig, aber schmale Rechtecke stehen für die Übertragung von scheibenförmigen Substraten wie Wafern, CDs oder Festplatten zur Verfügung.

Die Anordnung eines Ventils zwischen der Pumpe und der Kammer reduziert notwendigerweise die Pumpgeschwindigkeit von dieser Kammer. Um diesen Effekt zu minimieren, muss das Ventil eine hohe Gasleitfähigkeit besitzen, was bedeutet, dass es einen großen Durchmesser, eine ungehinderte geradlinige Bohrung und einen kurzen Abstand zwischen den Flanschflächen haben muss. Obwohl es keine Leitfähigkeitsfrage ist, erfordert das Überführen von Objekten von einer Kammer in eine andere durch ein Ventil auch einen breiten, ungehinderten Weg, den die Absperrventile liefern.

Die tellerartige Klappe des Absperrventils zieht sich in ihrer offenen Position vollständig aus der Bohrung zurück. Die Dichtung der Klappe ist meistens ein O-Ring, der in einer in ihre Oberfläche durch eine Nut gehalten wird. Bei gut konstruierten Ventilen bleibt die Klappe beim Schließen des Ventils in einiger Entfernung vom Ventilkörper, sodass die Kanten der Öffnung den O-Ring nicht zerschneiden. Wenn das Ende der linearen Bewegung erreicht ist, drückt ein Übertotpunktmechanismus die Klappe gegen den Ventilkörper und komprimiert den O-Ring, um die Dichtung zu gewährleisten.

Während die meisten Absperrventile bei einem Überdruck von 15 psi auf der anderen Seite der Klappe nicht undicht werden, ist bei typischen Installationen der O-Ring dem Volumen zugewandt, in dem ein Vakuum, während des Druckzyklus oder der Entlüftung herrscht. Das heißt, der erhöhte Druck hilft dabei, die Klappe in ihre geschlossene Position zu zwingen und die Dichtung aufrechtzuerhalten.

Vakuumseite Atmosphärenseite
Kammerseite
Oberseite
Schlittenseite
Geschlossene Seite
Pumpenseite
Unterseite
Dichtungsseite
Offene Seite


Eckventile

Zu den Anwendungen des Eckventils gehören Grobpumpenabschaltung, Schaltmöglichkeiten bei Vorvakuumanwendungen zwischen Pumpen, Abschaltung der Kryosorptionspumpe, Isolieren von Vorkauumfallen, UHV-Abschaltung, Sorptionsfallenisolierung, auf hohe Temperaturen gebrannte Isolierabschnitte und vieles mehr.

Wie der Name schon sagt, liegen die Winkel bei 90°, wobei die Bewegung der Klappe entlang der Achse eines Anschlusses erfolgt. Obwohl Eckventile mit großem Durchmesser (oft als Tellerventile bezeichnet) existieren, haben die gängigsten Größen Anschlüsse zwischen 3/4" und 3". Ihre rechtwinklige Konstruktion verringert die Gasleitfähigkeit für eine gegebene Bohrgröße auf etwas weniger als die äquivalente Länge der geraden Röhre.

Die Klappe ist mit einem O-Ring, einer elastomeren Scheibe oder einem Weich-/Hartmetall abgedichtet. Letztgenannte können auf hohe Temperaturen gebrannt werden und werden in UHV-Anlagen ausgiebig verwendet. Obwohl andere Stellantriebsdichtungen vorhanden sein können, ist die Flex-Metallbalgdichtung bei weitem die üblichste. Das "äußere" Ende des Balgs ist üblicherweise mit einer Platte verschweißt, die an der Welle des Stellantriebs befestigt ist. Das "innere" Ende ist mit dem Körper abgedichtet, indem entweder eine O-Ring- oder eine Messerkantendichtung aus Kupfer ähnlich dem CF-Flansch verwendet wird.

Eckventile werden manuell, durch Pneumatikzylinder oder durch elektromagnetische Schaltungen betätigt. Ventile, die den letztgenannten Mechanismus verwenden, werden manchmal als 'Magnetventile' bezeichnet, aber die Ähnlichkeit des Namens mit Ventilen, die Druckluft bei der pneumatischen Ventilbetätigung umlenken (wie zuvor erwähnt), sorgt für Verwechslungen. Hier betätigt der 'Magnet' direkt die Klappe des Ventils. Dies ist ein Vakuumventil (kein Druckluftventil) und ist für die Automatisierung einiger Teile eines Systems attraktiv, ohne Druckluft zu benötigen.

Diese Ventile sind im Wesentlichen ein- und ausschaltbare Geräte und werden selten zur Leitwertsteuerung (siehe unten) verwendet, außer in der einfachsten, manuellen Ausführung. Einige Vorteile sind die Einfachheit der Konstruktion und die einfache Montage/Demontage. Die Positionierung eines Ventils zwischen zwei (starren) Rohren mit einer gemeinsamen Mittellinie oder parallelen/versetzten Mittellinien ist schwieriger als die Verwendung eines Eckventils und von Rohren bei 90°.

Obwohl es durchaus im Stande ist, Überdrücken von 15 psi auf beiden Seiten der Klappe standzuhalten, wird das Ventil oft so montiert, dass der O-Ring der Klappe zum normalerweise evakuierten Raum zeigt. Eine populäre Version dieses Ventils ist als Blockventil bekannt, da es aus einem Aluminiumblock hergestellt ist.



In-Line-Ventile

Diese Ventile teilen die meisten Merkmale und Anwendungen, die für Eckventile bekannt sind. Der Unterschied ist, dass ein Anschluss um 90° gedreht wird, sodass seine Achse parallel zur Achse des anderen Anschlusses liegt. Dies bedeutet, dass der Leitwert des Ventils um den zusätzlichen rechtwinkligen Strömungsweg reduziert wird. In-Line verschweißte Versionen sind nicht verfügbar.


Kugelventile

Kugelventile sind bei vielen Gas- und Wasseranwendungen beliebt, bei Vakuumanwendungen jedoch seltener. Sie bieten jedoch eine kostengünstige, robuste Leistung bei groben Vakuumdrücken und sind in Vorvakuum- und Fallenanwendungen zu finden.

Die Kugel (Klappe) wird in zwei PTFE-Ringen gehalten, die die Verbindungsanschlüsse umgeben und den Ventilkörper an der Kugel abdichten. In der offenen Position ist ein Durchgangsloch in der Kugel mit den Öffnungen ausgerichtet. Angesichts der begrenzten Vakuumanwendungen ist die Gesamtleitfähigkeit dieses Ventils angemessen und selten ein Problem. Der Stellantrieb der Kugel, normalerweise ein Griff, der eine Welle dreht, wird durch einen dynamischen O-Ring abgedichtet.

Ein interessantes Montageproblem ergibt sich bei Kugelventilen, die zusätzlich zum Durchgangsloch einen "Seitenloch" bei 90° durch eine Hälfte des Ventils besitzen. Bei geschlossenem Ventil verbindet das Seitenloch das Durchgangsloch des Ventils mit einem Anschluss. Die Absicht ist, es mit dem Seitenloch zu verbinden, das mit dem Anschluss verbunden ist, der der Pumpe am nächsten ist. Das ermöglicht, dass Gas, das in dem Durchgangsloch eingeschlossen ist, gepumpt wird, bevor das Ventil zum System geöffnet wird.


Drosselklappen

Schmetterlingsklappenventile sind in einer Reihe von Größen erhältlich—groß genug, um Diffusionspumpen zu isolieren, aber auch klein genug für viele Vorvakuumwendungen. Eine gängige Anwendung ist eine nachgeschaltete Leitfähigkeitssteuerung, um bei Prozessen, die einen Gasstrom erfordern, einen konstanten Kammerdruck aufrechtzuerhalten.

Die Schmetterlingsklappe ist eine kreisförmige Scheibe mit einem O-Ring um ihren Umfang herum. Die Klappe dreht sich (um ihren Durchmesser) in der konusförmigen Bohrung. Die Geometrie der Befestigung der Antriebswelle an der Klappe drückt diese in den Konus hinein, wenn sich das Ventil schließt, wobei der O-Ring gegen den Ventilkörper abdichtet. Im geöffneten Zustand hat eine Schmetterlingsklappe eine hohe Leitfähigkeit, wobei die Bohrung nur teilweise durch die Klappe behindert wird.

Eine Hauptanwendung für dieses Ventil ist die stromabwärtige Leitfähigkeitssteuerung. Zwei Typen werden verwendet, der erste mit O-Ring (wie oben beschrieben) und der zweite ohne. Ohne einen O-Ring hat das Ventil eine bekannte feste Leitfähigkeit, wenn es vollständig geschlossen ist. Mit einem O-Ring hat das Ventil im vollständig geschlossenen Zustand keine Leitfähigkeit. Welches die bessere Wahl ist, hängt von den Anwendungsdetails ab.

Die rotierende Welle des Stellantriebs wird mit einem (dynamischen) O-Ring abgedichtet, wodurch das Ventil für UHV-Anwendungen ungeeignet ist. Ein Merkmal von Ventilen mit großem Durchmesser kann den Benutzer überraschen und muss bei der Konstruktion eines Systems berücksichtigt werden. Typische Ventile mit großer Bohrung sind im geöffneten Zustand ausreichend dünn; die Klappe erscheint oberhalb und unterhalb der Flanschflächen. Das heißt, die dem Ventil benachbarten Vakuumkomponenten müssen genügend freies Volumen haben, um dies zu ermöglichen.


Leitfähigkeitssteuerungen

Leitfähigkeitssteuerungen werden in Sputter- oder Ätzanwendungen verwendet, bei denen der Arbeitsdruck bei grob 10-2 Torr liegt, aber der anfängliche Überprüfungs- oder Nachbehandlungsdruck liegt bei 10-6 Torr bis 10-8 Torr. Die meisten HV-Pumpen können keinen kontinuierlichen Einlassdruck tolerieren, wenn sie sich einem Bereich von 10-2 Torr annähern. Aber selbst wenn sie es könnten, würde eine direkte Verbindung zwischen Kammer und Pumpe einen unannehmbar hohen Prozessgasverbrauch verursachen. Leitfähigkeitssteuerungen eignen sich ideal für Anwendungen mit geringer Leitfähigkeit bei der Verarbeitung und hoher Leitfähigkeit während der Reinigung.

Die Leitfähigkeitssteuerung sperrt für gewöhnlich den Gasstrom nicht ab.

Übliche Designs basieren auf: (a) eine Mehrfachflügelstruktur, die jeweils wie ein dünnes Kuchenstück geformt sind und um ihre eigene Achse rotieren; und (b) eine Schmetterlingsklappe (oben unter Schmetterlingsklappen vermerkt). Beide haben eine niedrige Leitfähigkeit in der vollständig geschlossenen und eine hohe Leitfähigkeit in der offenen Position. Die Antriebswellen werden durch einen O-Ring abgedichtet und werden durch eine manuelle Steuerung, einen voreingestellten Pneumatikzylinder oder einen Motor zur automatischen Steuerung von einer Druck- oder Durchflussmessungs-Rückkopplungsschleife betätigt



Leckageventile

Leckageventile haben zwei spezifische Anwendungen: (a) Gas mit einer kontrollierten Leckrate in eine Vakuumkammer hineinzulassen; und weniger seltener: (b) eine Vakuumkammer auf einen niedrigen Druck zu bringen. Selbst wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, sollte es wegen seiner geringen Leitfähigkeit nicht zwischen Pumpe und Vakuumvolumen montiert werden. Einige der gebräuchlicheren Mechanismen zur Steuerung der Gasströmung sind hier aufgeführt.

Nadelventile: Ein konischer Schaft passt in eine konische Hülse. Wenn Sie den Schaft (bzw. Nadel) hinein- und herausbewegen, ändert sich die Leitfähigkeit des Ventils und somit die Durchflussrate des Gases. Die Nadelwelle wird typischerweise durch einen dynamischen O-Ring oder einen PTFE-Block abgedichtet.

Vakuumleckageventile (besser bekannt als Leckageventile): Mindestens zwei Siegelmechanismen werden verwendet: (a) ein weiches Nickelkissen, das gegen einen harten Stellit-Messerkantenring verschließt, der die Ausgangsöffnung des Ventils umgibt; (b) eine harte, optisch flache und polierte Saphirauflage, die sich gegen einen weichen Kupferring schließt, der die Austrittsöffnung umgibt. Beide verwenden flexible Metallbälge, um die Welle des Stellantriebs abzudichten.


Die Wahl des Leckageventils

[Hintergrundinformationen: In viskosen/Übergangssystemen wird der Massendurchsatz eines Gases durch seine Viskosität beeinflusst, die wiederum von der Temperatur beeinflusst wird. Überraschenderweise steigt die Gasviskosität mit steigender Temperatur und reduziert den Massenstrom. Im Molekularströmungssystem hat die Viskosität keine Bedeutung, eine hohe Temperatur erhöht jedoch die mittlere Molekülgeschwindigkeit.]

Im Allgemeinen hängt das geeignete Leckageventil für eine Anwendung von dem Bereich der erforderlichen Massenströmungsrate, der Genauigkeit, mit der die Strömungsrate aufrechterhalten werden muss, und (gelegentlich) dem stromaufwärtigen Druck ab.

Nadelventile werden häufig in Vakuumprozessanwendungen eingesetzt, in denen mittlere bis hohe Durchflussraten (1 bis 1.000 sccm) hoher Druckquellen (1 bis 10 bar) benötigt werden. Unter diesen Bedingungen ist jedoch ein Teil der Verengung innerhalb des Ventils in einem viskosen oder Übergangszustand. Wie in der Hintergrundinformationbereits angegeben, ändert sich die Raumtemperatur, so ändert sich auch der Gasfluss.

Zusätzliche Nachteile beim Einsatz von Nadelventilen für den Hochvakuumbetrieb sind (a) wenn sie bis an ihre Verschlussgrenze zugemacht werden, schließen Nadelventile den Gasstrom nicht ab. Die übliche "Lösung"—zu festes Anziehen—führt häufig zu einem Verklemmen der Nadel; (b) Ausheiztemperaturen werden durch O-Ring- oder PTFE-Wellendichtungen begrenzt (normalerweise <200° C).

Für Anwendungen, die eine genaue Steuerung im oben genannten Strömungsbereich erfordern, ergibt sich daher eine konstante Strömung, trotz der Änderung der Raumtemperatur und eine Gasabschaltfähigkeit—Massendurchflussregler wird häufig ausgewählt.

Vakuumleckageventile können hohe Eingangsdrücke aufnehmen (~10 bar) und können dennoch niedrige Flussraten steuern (sagen wir, bei 1x10-9 bis 0,1 T.L/s). Bei diesen Durchflussraten besteht die signifikante "Drosselung" des Ventils im molekularen Fluss. Sobald die Durchflussrate festgelegt ist, wird sie durch Änderungen der Raumtemperatur nicht wesentlich beeinflusst.

Besonders wichtig bei Hochvakuum- und UHV-Anwendungen: (a) im geschlossenen Zustand sperren diese Ventile den Gasfluss und; (b) da der Stellantrieb durch einen Metallbalg abgedichtet wird, können diese Ventile bis zu ~450° C aufgeheizt werden, was sie letztlich UHV-kompatibel macht.


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