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Welches Ventil benötige ich? 

So wählen Sie ein Ventil basierend auf der erforderlichen Vakuumanwendung aus

Die Vakuumtechnologie stellt hohe Anforderungen an die Funktion und Zuverlässigkeit der Ventile, die in einer Anlage oft in großer Anzahl benötigt werden. Die Anforderungen werden nur erfüllt, wenn für jede Anwendung je nach Bauart, Arbeitsweise und Größe die richtigen Abschaltvorrichtungen installiert sind. Darüber hinaus sind beim Bau und Betrieb von Vakuumanlagen Faktoren wie die Durchflussleitfähigkeit und Dichtigkeit von Ventilen von großer Bedeutung. 

Ventilaufbau

Ventile sind so konstruiert, dass sie das Saugvermögen nicht drosseln. Wenn sie vollständig geöffnet sind, entspricht ihre Leitfähigkeit im Grob- und Mittelvakuumbereich der Leitfähigkeit der entsprechenden Rohrkomponenten. Beispielsweise entspricht die Leitfähigkeit eines rechtwinkligen Ventils der Leitfähigkeit eines gebogenen Rohrs des gleichen Nenndurchmessers und des gleichen Winkels. Ebenso ist die Leitfähigkeit des Ventils für den molekularen Fluss (d. h. im Hoch- und Ultrahochvakuumbereich) so hoch, dass keine signifikante Drosselung eintritt. Die tatsächlichen Werte für die Leitfähigkeit verschiedener Komponenten sind im Katalog angegeben.

Um den hohen Anforderungen an die Dichtigkeit gerecht zu werden, sind hochwertige Vakuumventile so ausgelegt, dass an der Oberfläche des Ventilschafts haftende Gasmoleküle während des Betriebs nicht aus der Außenatmosphäre in das Vakuum gelangen. Diese Ventile sind daher mit Metallfederbälge zur Trennung des Ventilschafts von der Atmosphäre versehen oder alternativ vollständig gekapselt, d. h. es gibt nur statische Dichtungen zwischen Atmosphäre und Vakuum. In diese Gruppe fallen alle Mittel- und Hochvakuumventile von Leybold, die entweder manuell oder elektropneumatisch betätigt werden (Abb. 2.80) und (Abb. 2.79) und deren Leckrate weniger als 10-9 mbar · l/s beträgt.  

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

Abb. 2.79 Rechtwinkliges Vakuumventil mit Magnetventilstellantrieb

 
 
  1. Gehäuse
  2. Ventilteller
  3. Druckfeder
  4. Magnetspule
Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

Abb. 2.80 Rechtwinkliges Vakuumventil mit elektropneumatischem Stellantrieb.

  1. Gehäuse
  2. Ventilteller
  3. Bälge
  4. Druckluftversorgung
  5. Kolben

Verwendung von ölabgedichteten Ventilen

 Ventile, die mit Öl oder Fett abgedichtet sind, können für hohe Anforderungen verwendet werden. Ihre Leckrate beträgt ebenfalls ca. 10-9 mbar · l/s. Ein Sonderfall ist jedoch das Pendelschieberventil. Trotz der fettumhüllten Dichtung ist die Leckrate zwischen Vakuum und Außenatmosphäre praktisch die gleiche wie bei durch Faltenbälge abgedichteten Ventilen, da die Welle bei Betrieb des Ventils nur eine Drehbewegung ausführt, sodass keine Gasmoleküle in das Vakuum übertragen werden. 

Ventilauswahl auf Basis des Drucks 

Bei Betriebsdrücken bis 10-7 mbar reichen Ventile in Standardausführung aus, da die Art ihrer Dichtungen und Gehäusematerialien so ist, dass Permeation und Ausgasung für den eigentlichen Prozess keine Rolle spielen. Wenn Drücke bis zu 10-9 mbar erforderlich sind, ist in der Regel eine Einbrennlackierung von bis zu 200 °C (392 °F) erforderlich. Dafür sind hitzebeständige Dichtungsmaterialien (z. B. VITILANh) und Materialien hoher mechanischer Festigkeit, vorbereitete (Innen-)Oberflächen und eine niedrige Ausgasungsrate erforderlich. Diese Ventile sind in der Regel aus Edelstahl gefertigt. Flanschverbindungen sind mit Aluminiumdichtungen abgedichtet, sodass die Permeationsprobleme von Elastomerdichtungen vermieden werden. Im UHV-Bereich sind diese Punkte von besonderer Bedeutung, sodass hauptsächlich Metalldichtungen verwendet werden müssen. Die an die Oberfläche der Materialien gebundenen Gasmoleküle haben bei Drücken unter 10-9 mbar einen sehr großen Einfluss. Sie können nur innerhalb einer angemessenen Zeit durch gleichzeitige Entgasung abgepumpt werden. Entgasungstemperaturen von bis zu 500 °C (932 °F), die in UHV-Systemen erforderlich sind, stellen besondere Anforderungen an die Dichtungsmaterialien und die gesamte Dichtungsgeometrie. Es müssen Dichtungen aus Gold oder Kupfer verwendet werden. 

Ventilauswahl je nach Vakuumanwendung

Die verschiedenen Anwendungen erfordern Ventile mit unterschiedlichen Antrieben, d. h. Ventile, die manuell, elektropneumatisch oder magnetisch betätigt werden oder motorbetrieben sind, z. B. variable Dosierventile. Die Vielfalt wird durch die verschiedenen Gehäusedesigns noch weiter verbessert. Zusätzlich zu den verschiedenen verwendeten Materialien sind Eck- und Durchgangsventile erforderlich. Je nach Nennweite und vorgesehener Anwendung können an Ventilen angebrachte Flansche klein (KF), mit Schelle (ISO-K), verschraubt (ISO-F) oder UHV (CF) sein. 

Zusätzlich zu den Vakuumventilen, die nur eine Trennfunktion ausführen (vollständig geöffnet – vollständig geschlossen), werden für spezielle Funktionen spezielle Ventile benötigt. Typisch sind variable Dosierventile, die den Leckbereich von 10-10 cm3/s (NTP) bis 1,6 · 103 cm3/s (NTP) abdecken. Diese Ventile werden in der Regel von einem Motor angetrieben und sind für die Fernsteuerung geeignet. Wenn sie an einen Druckmesser angeschlossen sind, können die Prozessdrücke eingestellt und aufrechterhalten werden. Andere spezielle Ventile erfüllen Sicherheitsfunktionen, wie z. B. schnelle, automatische Abschaltung von Diffusionspumpen oder Vakuumsystemen bei Stromausfall. So gehören beispielsweise die SECUVAC-Ventile zu dieser Gruppe. Bei einem Stromausfall trennen sie das Vakuumsystem vom Pumpsystem und entlüften das Vorvakuumsystem. Das Vakuumsystem wird erst nach Wiederherstellung der Stromversorgung aktiviert, wenn ein bestimmter Minimaldruck (ca. 200 mbar) erreicht ist. 

Wenn aggressive Gase oder Dämpfe abgepumpt werden müssen, werden in der Regel Ventile aus Edelstahl verwendet, die mit VITILAN®-Dichtmittel abgedichtet sind. Für die Nukleartechnologie wurden Ventile entwickelt, die mit speziellen Elastomer- oder Metalldichtungen abgedichtet sind. Wenn Sie mehr über eine spezielle Anwendung erfahren möchten, wenden Sie sich bitte an uns. Wir freuen uns darauf, Ihnen weitere Auslegungsinformationen für Ihren Einsatzbereich zur Verfügung stellen zu können.

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Referenzen

Vakuumsymbole

Eine Übersicht der Symbole, die in der Vakuumtechnik häufig für Diagramme mit Pumpentypen und Pumpensystemkomponenten verwendet werden

 

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Glossar der Einheiten

Eine Übersicht der Maßeinheiten in der Vakuumtechnik, die Bedeutung der Symbole und die modernen Pendants historischer Maßeinheiten

 

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Verweise, Quellen und weiterführende Literatur zu den Grundlagen der Vakuumtechnik

 

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