Hochleistungs-Vakuumventil

Ein Vakuumventil ist ein Gerät, das in einer Zufuhr- oder Abfuhrleitung eines Vakuumsystems montiert ist. Es wird normalerweise verwendet, um Vakuumbereiche wie Prozesskammern zu isolieren oder ein- und ausgehende Gasmengen zu steuern. Vakuumventile können manuell, pneumatisch, elektropneumatisch, elektrisch oder elektromagnetisch betrieben werden. Vakuumventile sind ein integraler Bestandteil jedes Vakuumsystems und Vakuumsysteme werden in einer Vielzahl von industriellen Produktionsanwendungen eingesetzt.

Bestimmte Vakuumprozesse stellen besonders hohe Anforderungen an die Reinheit sowie die chemische und physikalische Stabilität der Prozessumgebung. Dies gilt beispielsweise für nahezu alle Bereiche der Halbleiterproduktion sowie für viele Forschungseinrichtungen, in denen Vakuumsysteme zum Einsatz kommen. Im Bereich der Elementarforschung kommen zu diesen Anforderungen oft noch die Fähigkeit hinzu, mit extremen Bedingungen wie sehr hohen oder tiefen Temperaturen, starker Strahlung und extrem hohem Vakuum (XHV) mit Drücken bis zu 10-15 mbar – den Grenzen des derzeit technisch Machbaren und Messbaren – umzugehen.

Vakuumventile in diesen Anwendungen unterscheiden sich von Standard-Vakuumventilen in folgenden Punkten:

Minimierte Partikelemission

Hochleistungs-Vakuumventile sind so optimiert, dass sie weder über Gehäuse-, Mechanik- oder Dichtungsmaterialien noch durch Ausgasen oder bei ihren Öffnungs-, Schließ- oder Steuerbewegungen durch Reibung Partikel freisetzen. Dies wird durch eine spezielle Auswahl und Behandlung der verwendeten Materialien sowie durch bestimmte Konstruktionsdetails erreicht, die die Partikelfreisetzung minimieren oder in manchen Fällen sogar ganz verhindern.

Minimierte Bewegungsimpulse

Jedes Ventil erzeugt durch seine Öffnungs- und Schließbewegungen Bewegungsimpulse. Diese reichen bei automatisch angetriebenen Ventilen von leichten Vibrationen bis hin zu hör- und fühlbaren harten Schlägen. Diese Bewegungsimpulse können sensible Fertigungsprozesse negativ beeinflussen, z.B. durch zusätzliche Partikelfreisetzung. Neben konstruktiven Maßnahmen minimieren Hochleistungs-Vakuumventile diese Impulse vor allem durch die Steuerung der Bewegung in sogenannten Bewegungsprofilen. Ähnlich wie bei Personenaufzügen wird die Schließgeschwindigkeit kurz vor Erreichen des Schließpunktes gedrosselt, um ein „Schlagen“ zu verhindern. Diese Bewegungsprofile lassen sich meist modifizieren, sodass sie z.B. hinsichtlich Schließzeitpunkt und Schließfrequenz an die gewünschten Gegebenheiten angepasst werden können.

Neutrales chemisches und physikalisches Verhalten

Vakuumventile verändern stets die Homogenität einer Vakuumprozesskammer, in welcher Form auch immer. Dies geschieht unter anderem durch ihre Geometrie. Verengungen oder Erweiterungen im Strömungsweg können den Strömungswiderstand und die Strömungsgeschwindigkeit verändern oder Toträume, wie z. B. Bewegungsräume für Ventilteller, können Abscheidungsprozesse begünstigen. Dies geschieht auch durch die Öffnungs- und Schließbewegung, die das Strömungsverhalten sowie die Konzentration, Verteilung, Mischung und Temperatur von Prozessgasen verändert. Hochleistungs-Vakuumventile sind darauf optimiert, solche Einflüsse möglichst zu kompensieren oder steuerbar zu machen. Dazu werden in die Konstruktionen eine Vielzahl von Zusatztechniken eingearbeitet, die weit über die grundlegenden Ventilfunktionen wie Öffnen und Schließen oder Steuern hinausgehen.

Präzise reproduzierbares Verhalten

Hochleistungs-Vakuumventile unterscheiden sich von Standardlösungen vor allem durch ihr hochreproduzierbares Verhalten. Das heißt: Während Standardlösungen bei jeder einzelnen Öffnungs- und Schließbewegung Schwankungen aufweisen und über die Einsatzdauer Abweichungen von ihren definierten Leistungswerten zeigen, sind Hochleistungs-Vakuumventile darauf optimiert, über lange Einsatzintervalle hinweg immer das gleiche, in sehr engen Grenzen definierte Verhalten zu zeigen. Damit stabilisieren sie Vakuumprozesse und minimieren den prozesstechnischen Steuerungsaufwand.

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