Schnellschlussklappe

 

Bei dieser Entwicklung handelt es sich um eine wesentlich vereinfachte Konstruktion einer UHV kompatiblen Schnellschlussklappe für kleine Querschnitte (Nennweite < 60mm), welche mit weniger als 10-2 sek schließt.

Schnellschlussklappen werden eingesetzt, um ausgedehnte Ultrahochvakuumsysteme vor Schnellbelüftungen zu schützen. So kann es beispielsweise erforderlich sein, einen Beschleunigerring davor zu schützen, dass eine Druckwelle, die durch einen Lufteinbruch aufgrund einer Fehlbedienung oder eines Risses in einem Fenster oder einem Faltenbalg an einem Messplatz verursacht wird, in den Bereich des Beschleunigerringes selbst gelangt und damit längere Betriebsunterbrechungen der gesamten Anlage hervorruft. Lufteinbrüche laufen mit einer Geschwindigkeit von 1000m/sec in ein Vakuumsystem hinein.

Problemstellung

Schnellschlussklappen schließen mit weniger als 10 msec und dichten metallisch durch zwei ebene, geläppte Flächen im Ultrahochvakuum (UHV). Die Leckrate am Ventilsitz beträgt ~1 mbar * l / sec. Diese Leckrate reicht aus um ein nach geschaltetes, langsam schließendes Ventil zu schließen.
Ein bisheriger Typ UHV geeigneter Schnell-schlussklappen für große Öffnungen (40 x 200mm2) zeichnet sich durch eine im UHV gelagerte Ventilklappe mit Antriebseinheit (im UHV vorgespannte Federn mit Sperrklinke) aus. Die Lagerung der Klappe und der Auslöseeinheit im UHV haben das Problem der UHV-Kompatibilität und der damit verbundenen komplizierten Wartung der Lagerung und Auslöseeinheit.
Ein kompakteres Schnellschlussklappensystem erfordert eine andere Klappenlagerung und eine darauf abgestimmte Antriebs und Auslöseeinheit außerhalb des UHV Systems.

Innovation

Die Schnellschlussklappe zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

  • Der Ventilteller wird durch ein Festkörpergelenk im Ultrahochvakuum geführt.
  • Das zu verschließende Vakuumrohr ist im Ventil elliptisch geformt. Zusammen mit dem Anstellwinkel des Ventilsitzes ergibt sich ein kreisförmiger Ventilteller.
  • Der Antrieb des Ventils befindet sich außerhalb des Vakuums.
  • Die Gestaltung der Auslöseklinke außerhalb des Vakuum ermöglicht geringe Auslöseverzögerungen.
  • Die Ventileinheit lässt sich als Modul vom Ventilsitz trennen und vereinfacht Wartungsaufgaben.
  • Die Verschlusszeiten liegen unter 10 msec.

Nutzen

Die vorgestellte Schnellschlussklappe vereinfacht die bisher bei DESY verwendeten Klappen erheblich. Wartungsanfällige Lagerungen der Klappe im Vakuum werden durch ein Festkörpergelenk vermieden. Die komplette Antriebseinheit ist außer-halb des Vakuums angeordnet, und ermöglicht Wartungsarbeiten ohne das Vakuum zu brechen. Das System ist einfach zu fertigen und zu montieren.

Entwicklungsstand

Mehr als 20 Klappen wurden bisher bei DESY gebaut und 17 davon werden bei PETRA III und FLASH verwendet. Nutzungsrechte sind an einen Lizenznehmer vergeben.