Ein Mass Flow Controller (MFC) ist ein"gas flow rate control valve"das beispielsweise in der Halbleiterindustrie und bei der Lichtwellenleiterfertigung ("Optical Fiber Industry") für die Einstellung und Regelung von Gasströmen benutzt wird. Ein MFC soll den Gasfluss kontrollieren und einen gewünschten Fluss einregeln.

Ein typischer Aufbau eines MFC-Schemas wird in Figur 1 ge- zeigt. Der MFC besteht aus verschiedenen mechanischen und elektronischen Teilen, die zusammen das Ziel einer Gasströ- mungsregelung verwirklichen. Das Ventil A dass den Fluss kontrolliert, wird von einem Aktor H betrieben und entschei- det welche Menge Gas vom Eingang D zum Ausgang G fließen soll. Das Eingangsspannungssignal des Aktors wird von einer Endstufe F und einem Regler E, normalerweise mittels einer Feedback-Schleife, generiert. Ein Teil der Informationen für die Feedback-Regelung kommt von den MFC-Sensoren B im By-Pass C und von den Einstellungs-und/oder Sollwerten die der Be- nutzer vorgegeben hat. Der gesamte MFC ist mit einer Strom- versorgung I versehen.

Es gibt wie in grundsätzlich zwei verschiedene Typen von MFC Ventilen, die zwei verschiedne Betriebsarten repräsentieren : Normally Open (NO) Ventile und Normally Closed (NC) Ventile.

Im Falle"NO"ist das Ventil offen wenn der MFC nicht ange- steuert ist (Null Position) und geschlossen wenn am MFC eine maximale Spannung anliegt. Im Gegensatz dazu ist im Falle eines NC-Ventils das Ventil geschlossen wenn der MFC nicht angesteuert ist (Null-Posititon) und offen wenn am MFC eine maximale Spannung anliegt. Die Betriebsarten schließen sich

allerdings gegenseitig aus. Die gewünschte Betriebsart muss also vor der Montage festgelegt werden. Entsprechend werden MFCs normalerweise mit verschiedenen Konstruktionen und Geo- metrien hergestellt. Somit werden auch verschiedene Bauteile und Montageverfahren verwendet, welche Konsequenzen für Pro- duktionskosten, Lagerhaltung und Lieferfristen nach sich zie- hen. Insbesondere führt die Abhängigkeit von der Betriebsart des MFCs zu den folgenden Nachteilen : - erhöhte Produktionskosten, da verschiedene Bauteile her- stellt werden müssen, - erhöhte Lagerkosten, da eine größere Anzahl von Teiletypen auf Lager gehalten werden müssen, - erhöhter Zeitaufwand, da der MFC erst nach Bestellung des Kunden gemäß der vom ihm ausgewählten Betriebsart montiert werden kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt darin, eine vielseitige Ventileinheit anzugeben, welche einfach herzu- stellen ist, und mindestens eine normally open" (NO) und ei- ne normally closed" (NC), d. h., eine im Ruhezustand offene und eine im Ruhezustand geschlossene Funktion aufnehmen kann.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Ventileinheit, der Verwen- dung der Ventileinheit und des Herstellungsverfahrens der Ventileinheit durch die Merkmale jeweiligen unabhängigen An- sprüche gelöst.

Die Ventileinheit (1) umfasst in ihrer wesentlichsten Form - ein hohlzylinderförmiges Gehäuse (2) dessen Innenraum an beiden Stirnseiten mit jeweils einer Membrane (8,9) abge- dichtet ist und die Gehäusewand mit einem Einlass (5) und einem Auslass (4) für ein Fluid versehen ist, - einen im Gehäuseinnenraum axial bewegbaren zylinderförmi- gen Drosselkörper (3), der mit seinen Endflächen an die Membranen (8,9) angrenzt und aus einem Zentralstift (3a) besteht welcher in mindestens einem Bereich einen vergrö-

ßerten Querschnitt (3b, 3c, 3f) aufweist, wobei in diesem Bereich im wesentlichen axial ausgerichtete mindestens zwei Flächen (3d) ausgebildet sind, zwei Ventilsitzflächen (6A) welche an der Gehäuseinnenwand ausgebildet sind wovon mindestens eine der Ventilsitzflä- chen (6A) und/oder mindestens eine axiale Fläche (3d) des vergrößerten Querschnitts des Drosselkörpers (3b, 3c, 3f) mit Fluid-Kanälen (3e) versehen ist, - der mindestens eine Bereich des vergrößerten Querschnitts des Drosselkörpers (3b, 3c, 3f) mit den Ventilsitzflächen in Abhängigkeit von der Stellung des Drosselkörpers (3) zusammenwirkt, - der Drosselkörper (3) von einem von außen wirkenden Hub, welcher über eine Membrane (8,9) von einem Aktor (11) einleitbar ist, und gleichzeitig durch eine von außen wir- kende Rückstellkraft, welche über eine Membrane (8,9) von einem Rückstellelement (10) einleitbar ist, beaufschlagbar ist.

Die Ventileinheit wird optimal in einer Dosiervorrichtung, insbesondere in einem MFC, also zur Durchlassregulierung ei- nes Fluids, eingesetzt. Die Stirnflächen des Drosselkörpers der Ventileinheit einerseits mit einem Hub eines Piezoaktors, und andererseits von einer Rückstellkraft einer Rückstellfe- der oder eines zweiten Aktors beaufschlagt werden.

Die Ventileinheit wird auch derart verwendet, dass vor End- montage der Ventileinheit in die Dosiervorrichtung. eine der Betriebsarten - im Ruhezustand geschlossen (NC) - im Ruhezustand geöffnet (NO) ausgewählt werden kann.

Es ergibt sich hier der Vorteil, dass ein Benutzer ohne be- sondere Vorplanung eine Ventileinheit nach dem oben beschrie- benen, wesentlichen Aufbau bestellen kann und anschließend

aber auswählen kann, welche Betriebsart die Ventileinheit in einem Bausatz ausführen soll.

Genauer kann ausgewählt werden, in welcher Orientierung die Ventileinheit zwischen einem Aktor und einer Rückstellelement angeordnet ist, d. h. ob eine erste Stirnseite des Drosselkör- pers mit einem Piezoaktor oder mit einem Rückstellelement zu- sammenwirkt. Die Orientierung der Ventileinheit zwischen diesen Elementen kann dann die Funktion der Ventileinheit bestimmen.

Beim Verfahren zur Herstellung der hier beschriebenen Ventil- einheit werden folgende Schritte ausgeführt : - Herstellung eines rohen Hohlzylindergehäuses, - Herstellung eines Ventilsitzes in Form eines Ringes, - Einfügung, Befestigung und Positionierung mindestens eines Ventilsitzes in den Innenraum des Gehäuses, - Einfügung in das Gehäuse eines Teils eines Drosselkörpers, sodass eine Fläche des vergrößerten Querschnitts des Dros- selkörpers auf einen Ventilsitz anliegt, - Einfügung eines zweiten Ventilsitzes um den Drosselkörper einzuklammern oder - Aufsetzen eines Endes eines Drosselkörpers mit vergrößer- tem Querschnitt auf den Zentralstift um den Ventilsitz einzuklammern - Fixierung der Membranen an den Stirnseiten des Gehäuses Es ergibt sich der Vorteil, dass der Ventilsitz vor Einbau in das Gehäuse exakt und sauber vorbereitet werden kann und so- mit die aufwendige und ungenaue Bearbeitung eines Ventilsit- zes, welcher beispielsweise bereits von einem Gehäuse umhüllt wäre, erspart wird. Die Bearbeitung des Gehäuses in roher Form ohne Ventilsitz ist dabei auch ein Vorteil, da bei- spielsweise Strukturen an der Innenwand des Gehäuses ohne Störung einfach einzuarbeiten sind.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der Ausführungs- beispiele angegeben. Die folgenden Figuren erläutern dabei die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

Dabei zeigt Figur 2 schematischer Aufbau einer Dosiervorrichtung mit einer Ventileinheit, welche sowohl eine NO und eine NC Rolle übernehmen kann.

Figur 3 Beispiel einer Ventileinheit Figur 4 hantelförmiger Drosselkörper mit Durchbohrungen und Kanalisierung Figur 5 Verschiedene Betriebsarten des Ventils Figur 6 Längenverhältnis zwischen Zentralstift des Drossel- körpers und Drosselkörperführung des Gehäuses Figur 7 Ventileinheit mit zweiteiligem Drosselkörper Figur 8 zweiteiliger Drosselkörper mit Durchbohrungen und Kanalisierung Figur 9 Unterschiedliche Durchbohrungsmöglichkeiten und entsprechende Betriebsarten einer Ventileinheit Figur 10 Ventileinheit mit dargestellter Widerstandsfläche eines Ventilsitzes Figur 11 Variierte Ventilsitze mit entsprechend dargestellte Strömungswiderständen Figur 12 symmetrischer und anti-symmetrischer Ventilsitz mit Abnehmungen

Figur 13 Ventilsitz mit Nuten, variierter Innen-und Außen- durchmesser, Einbau des Ventilsitzes in der Ventil- einheit Figur 14 Verfahren zur Durchbohrung eines Gehäuses für eine Ventileinheit Figur 15 fertig hergestelltes Gehäuse Figur 16 ein in einem von Gehäuse separaten Vorgang herge- stellter Ventilsitz mit unterschiedlichen Abnehmun- gen Figur 17 Einbau des Ventilsitzes in ein Gehäuse mit Innen- kante Figur 18 Kombination von Ein-und Auslass des Gehäuses mit Ventileinheit Ventileinheit Figur 2 zeigt wie die vielseitige Ventileinheit als eine un- abhängige Einheit gebaut und auf zweierlei Weise an den An- trieb montiert werden kann um die zwei Betriebsarten, NO und NC, zu ermöglichen. Dabei kann ein Piezoaktor P mit der Ven- tileinheit (NC, NO) verbunden sein, und eine Feder oder ein Piezoaktor S auf der dem Piezoaktor P gegenüberliegenden Sei- te der Ventileinheit, verbunden sein. Die schwarzen Punkte in den Ventileinheiten dieser Figur stellen die Funktion bzw.

Orientierung, der Ventileinheit dar. Der Aktor ist vorzugs- weise ein Festkörperaktor wie beispielsweise ein e- lektrostriktives oder magnetostriktives Element.

In Figur 3 besteht die vielseitige Ventileinheit 1 aus einem Drosselkörper 3, der in ein rohrförmiges Gehäuse 2 eingefügt ist und der an zwei elastischen Membranen 8,9 angrenzt. Die Membranen dichten das Ventil 1 an seinen Stirnseiten ab und

lassen das Fluid nur von dem Eingang 5 zum Ausgang 4 strömen.

Das Fluid strömt in einer offenen Stellung des Ventils durch einen Spalt zwischen dem Drosselkörper und dem Gehäuse, bzw. an den Ventilsitzflächen 6, welche hier auch einfach als Ven- tilsitze 6 bezeichnet werden, vorbei. Der Drosselkörper 3 wird vom einem von außen wirkenden Aktor 11 und von einer von außen wirkenden Feder 10 bewegt, wobei beide Kräfte über die Membranen übertragen werden.

Der hantelförmige Drosselkörper aus Figur 4 besteht aus den folgenden Teilen : - ein Zentralstift 3a, - eine erste Kappe 3b welche einen vergrößerten Querschnitt gegenüber dem Zentralstift aufweist, - eine zweite Kappe 3c mit einem Querschnitt wie oben.

Die Kappen 3b und 3c, welche an den Enden des Zentralstifts mit vergrößertem Querschnitt angeordnet sind, bilden eine ge- ometrische Klammer um die zwei Ventilsitzflächen 6A des Ge- häuses, wobei die Einklammerung der Ventilsitzflächen mittels der Enden des Zentralstifts einen Spielraum für die Verschie- bung des Drosselkörpers erlaubt.

Die Kappen 3b und 3c können an ihren axial ausgerichteten Flächen 3d Kanäle 3e aufweisen, welche den Durchfluss eines Fluids zwischen dem Drosselkörper 3 und dem Ventilsitz 6 er- möglichen, auch wenn eine der Kappen 3b oder 3c mit kanali- sierten Flächen 3e an den Ventilsitz 6 andrückt. Unter axial ausgerichtete Flächen wird verstanden, dass die Flächen einen Normalenvektor aufweisen, welcher im wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses bzw. des Drosselkörpers verläuft.

Die Kanäle 3e können dabei als Halbrohre entlang der Flächen 3d ausgebildet sein oder als Kanäle welche axial durch die Kappe 3b oder 3c führen-diese Variante wird mit der untersten Abbildung dieser Figur gezeigt. Statt Kanalisierung ist auch eine stufenförmige Ausbildung (nicht dargestellt) der Flächen

3d möglich. Der Effekt ist dem der halbrohrförmigen Kanäle ähnlich.

Aus Figur 5 sind die unterschiedlichen Positionen des Dros- selkörpers sichtbar, welche die NO"normally openm und NC "normally closed'Funktionen erfüllen. Die drei Abbildungen der oberen Reihe zeigen eine NO-MFC Betriebsart. Bei span- nungslosem Aktor 11, welcher auf die Kappe 3b wirkt, drückt im Gegensatz dazu die auf die Kappe 3c wirkende Feder 10 das Ventil ganz auf (Full open), obwohl die obere Kappe 3c an der Ventilsitzfläche 6A andrückt. Dies ist möglich, da die Kana- lisierung der Kappe 3c einen Durchfluss des Fluids zwischen dem Ventilsitz und dem Drosselkörper erlaubt (die Kanalisie- rung ist hier mit einer freien weißen Fläche der oberen Kappe 3c dargestellt). Wenn sich ein von unten wirkender Aktor aus- längt und dadurch der Drosselköper von unten mit einem Hub beaufschlagt wird, wird zunächst der Abstand zwischen der Kappe 3b und dem Gehäuse bzw. Ventilsitz kleiner und der Strömungswiderstand in dem zwischen diesen Elementen gebilde- ten Spalt entsprechend größer (Abbildung Mitte obere Reihe).

Schließlich berühren sich der Drosselkörper und der Ventil- sitz wodurch das Ventil geschlossen wird (Abbildung ganz rechts oben).

Die untere Reihe von drei Abbildungen der Figur 5 zeigt dage- gen eine NC-MFC Betriebsart. Hier drückt bei spannungslosem Aktor eine Feder von oben den Drosselkörper gegen den Ven- tilsitz. Das Ventil ist dabei ganz geschlossen, da die Kappe 3b keine Kanalisierung aufweist und somit die Kontaktstelle zwischen der axial ausgerichteten Fläche 3d der Kappe 3b und dem Ventilsitz dicht ist. Wenn sich der von unten wirkende Aktor auslängt, löst sich die Dichtkappe 3b vom Gehäuse. Mit zunehmender Aktorlängung vergrößert sich der Abstand zwischen der Kappe 3b und dem Ventilsitz 6. Bei voller Aktorspannung ist das Ventil maximal geöffnet (Full open, Abbildung ganz rechts unten). Obwohl die Kappe 3c am Ventilsitz anliegt, ist

dennoch ein Durchlass des Fluids durch die Kanalisierung mög- lich.

Die in dieser Figur dargestellten Betriebsarten können allein durch Orientierung des Ventils 1 in Bezug auf den Aktor und das Rückstellelement bestimmt werden. Eine Orientierung des Ventils mit einer kanalisierten Kappe welche über die Membra- ne mit einem Aktor zusammenwirkt ergibt eine NC Funktion. Ei- ne Orientierung des Ventils mit einer kanalisierten Kappe welche über die Membrane mit einem Rückstellelement zusammen- wirkt ergibt eine NO Funktion. Es können alternativ die Posi- tionen des Rückstellelements und des Piezoaktors miteinander ausgewechselt werden. Der Effekt ist dass eine NC Funktion des Ventils mit einer NO Funktion ausgetauscht wird.

Figur 6 zeigt die geometrische Bedingung, dass die Länge H des Zentralstifts 3a größer sein muss als die Länge h der Führung des Gehäuses für den Zentralstift. Die Länge h, bzw. die Führung für den Zentralstift 3a ist in der Regel durch die Stärke des Ventilsitzes 6 bestimmt. Im Falle einer NO Betriebsart muss der Höhenunterschied (d = H-h) kleiner sein als der Hub des Aktors ; anderenfalls wäre es nicht mög- lich das Ventil zu schließen, da hier zum Schließen des Ven- tils die Kappe 3b (ohne Kanalisierung) vom Aktor an den Ven- tilsitz bis an Anschlag gedrückt werden muss um das Ventil abzudichten. Zum Schließen des Ventils bei der Betriebsart NC ist der Höhenunterschied d weniger kritisch, da das Rück- stellelement grundsätzlich genügend Hublänge haben wird, um die Kappe 3b gegen den Ventilsitz zu drücken und somit das Ventil geschlossen wird. Allerdings würde ein nicht ausrei- chender Hub des Piezoaktors zu dem Ergebnis führen, dass beim Öffnen des Ventil der Spalt zwischen dem Ventilsitz und der Dichtkappe 3c nicht ausreichend ist um einen gewünschten Strömungswiderstand zu erreichen.

Der Einsatz eines zweiteiligen Drosselkörpers in einem Ven- tilgehäuse wird in Figur 7 dargestellt. Wie beim hantelför-

migen Drosselkörper der Figuren 3 bis 6 sind hier auch die Betriebsarten NO und NC auswählbar wobei der Drosselkörper 3 mittels des am Zentralstift mittig angebrachten, vergrößerten Querschnittsbereich 3f seine Endstellung an den Ventilsitz- flächen 6A findet. Der Drosselkörper wird genauer in Figur 8 gezeigt. Mindestens eine der axial ausgerichtete Flächen 3d weist wie beim hantelförmigen Drosselkörper Kanalisierungen 3e auf. Die Stärke oder Höhe dieses vergrößerten Quer- schnittsbereiches 3f muss für die Verschiebung des Drosselkö- pers genügend Spielraum zu den Ventilsitzen 6 erlauben. Die zwei Ventilsitzflächen des Gehäuses bilden in diesem Fall al- so eine geometrische Klammer um den Drosselkörper.

Die Betriebsarten werden wie in Figur 5 dargestellt übernom- men, d. h., wenn die Kanalisierungen 3e dem Aktor zugewandt sind, nimmt die Ventileinheit wie in Figur 5 gezeigt eine NC Betriebsart auf. Wenn die Kanalisierungen 3e dem Rückstell- element zugewandt sind, dann nimmt die Ventileinheit eine NO Betriebsart auf.

Der Ventilsitz 6 kann grundsätzlich als Engpass im Gehäusein- nenraum betrachtet werden. Für den hantelförmigen Drossel- körper sind also zwei Engpässe im Gehäuseinnenraum ausgebil- det. Im Falle eines zweiteiligen Kolbens wie aus Figur 7 o- der 8 ist lediglich ein Engpass im Gehäuseinnenraum ausgebil- det. Jeder Engpass weist allerdings mindestens zwei axial ausgerichtete Ventilsitzflächen 6A auf. Somit sind für beide Drosselkörper mindestens zwei Ventilsitzflächen bereitge- stellt, welche mit den axial ausgerichteten Flächen der ver- größerten Querschnittsbereiche der Drosselkörper zusammenwir- ken.

Figur 9 zeigt verschiedene Ein-und Auslasskanäle der Ventil- einheit für ein Fluid. Die Durchbohrungen 4 und 5 des Gehäu- ses 2 können wie dargestellt derart ausgebildet sein, dass kein kompletter Durchflussabbruch erreicht wird (Abbildung rechts), wobei die Ventileinheiten gemäß der Abbildungen

links und mitte vollständig drosseln. Wenn eine der Kappen 3b oder 3c gemäß der Abbildung rechts an den Ventilsitz 6 drückt bleiben ein schmale Durchflussbereiche 5a und 4a be- stehen, da die Kappen die Durchgänge 5 und 4 nicht ganz blo- ckieren. Eine solche Ausgestaltung der Erfindung ist nützlich bei Systemen, die einen abgebremsten Durchfluss verlangen, jedoch aber nicht einen Durchflussabbruch erzielen. Aus den drei Abbildungen dieser Figur ist auch ersichtlich, dass der Einlass 5 und der Auslass 4 Teil des Ventilsitzes sein kön- nen. Der Ventilsitz kann also mit einem oder mehreren Kanälen oder Durchbohrungen versehen werden, welche in den Einlass oder in den Auslass des Gehäuses münden und somit wiederum gesamte Ein-und Ausläße für die Ventileinheit bilden.

Die Figuren 10 bis 14 zeigen Ausführungsformen der Ventilein- heit für variierte Strömungswiderstände zwischen dem Ventil- sitz und dem Drosselkörper.

Grundsätzlich kommt es zu einem Druckfall zwischen Einlass und Auslass wenn ein Gas in einer Leitung fließt. Dieser Druckfall wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, z. B. vom Gastyp, Oberflächenrauhigkeit der Leitung (Widerstand an der Innenwand der Leitung), und von der Geometrie der Lei- tung. Letztere eignet sich am besten für die Kontrolle des Durchflussbereichs, da die Geometrie bei der Herstellung der Ventileinheit kontrolliert verändert werden kann. Bei einem rotationssymmetrischen Aufbau einer Ventileinheit gemäß Figur 10 sind nur zwei Parameter zu regeln : die Höhe H des Spalts zwischen der Kappe 3b und dem Ventilsitz 6 und die Überde- ckungslänge L der Kappe 3b über dem gegenüberliegenden Ven- tilsitz 6 oder der Ventilsitzfläche 6A. Je größer die Höhe H desto niedriger ist der Strömungswiderstand des Fluids und je größer die Fläche 6A desto größer ist der Strömungswider- stand. Die Höhe H ist vom Antrieb des Drosselkörpers be- grenzt, da das Ventil sich noch regeln, schließen und öffnen lassen muss. Bei einem typischen Hub des Piezoantriebs von ca. 60 Am bleibt nicht viel Spielraum um den Strömungswider-

stand zu variieren. Im Gegensatz dazu ist die Fläche 6A des Ventilsitzes jedoch frei wählbar und wird somit vorteilhaft- erweise benutzt um den Strömungswiderstand zu variieren.

In Figur 11 wird oben links der Grundaufbau einer in Figur 3 gezeigten Ventileinheit nochmals gezeigt. Die mit 6A mar- kierte Fläche ist der engste Bereich im Gaspfad, also der Be- reich wo der Strömungswiderstand des ganzen Ventils im We- sentlichen bestimmt wird. Der entsprechende Strömungsweg wird in der Abbildung rechts oben gezeigt ; die Pfeile zeigen die Strömung. Ein zweiter, variierter Aufbau der Ventileinheit mit einem Ventilsitz mit Stufe bzw. Abnehmung 6B wird unten links gezeigt. Der Ventilsitz 6 ist mit einer Stufe verse- hen, welche einen breiteren Einrittskanal 6V und deshalb eine kleinere effektive Widerstandsfläche 6A erlaubt (siehe Fig.

11 unten rechts). Da über die Geometrie des Eintrittskanals 6V bzw. die Stufe die effektive Widerstandsfläche 6A geändert wird, ist es möglich, den maximalen Strömungswiderstand des Ventils und damit den Durchflussbereich des MFCs zu bestim- men. Je größer also der Durchmesser der Ausnehmung 6B, desto kleiner ist der Strömungswiderstand des Ventils. Wichtig zu bemerken ist dass man in ähnlicher, allerdings invertierter Weise die Geometrie des Drosselkörpers ändern kann (nicht dargestellt) um den Strömungswiderstand zu variieren. In die- sem Fall würde eine axial ausgerichtete Fläche 3d des vergrö- ßerten Querschnittsbereichs des Drosselkörpers mit einer Stu- fe oder Ausnehmung versehen werden.

Die verschiedenen Arten den Ventilsitz mit einer Stufe, Kante oder Ausnehmung zu versehen werden in Figuren 12 und 13 ge- zeigt. In Figur 12 wird jeweils links und rechts ein unsy- metrischer und ein symmetrischer Ventilsitz mit Ausnehmungen oder Kanten 6B gezeigt. Figur 13 zeigt Ventilsitze welche mit Nuten 6D versehen sind, deren Positionen und Anzahl variier- bar sind. Die Ventilsitzoberfläche kann auch derart ausge- bildet sein, dass sie einen verkleinerten Außendurchmesser 6C und einen vergrößerten Innendurchmesser oder Abnehmung 6B

aufweist (Abbildung rechts oben). Der Einbau solcher Ventil- sitze in einer Ventileinheit ist in Figur 13 unten gezeigt.

Figuren 14 bis 18 zeigen Herstellungsmethoden für die bisher beschriebene Ventileinheit.

In Figur 14 wird gezeigt, wie in einem Arbeitsvorgang Ein- und Auslässe 5 und 4 des Gehäuses 2 mit einem Bohrgerät 14 hergestellt werden können. Das Gehäuse wie hier dargestellt ist bereits mit einer Kante 12 versehen, auf der ein Ventil- sitz in einem späteren Arbeitsvorgang genau positioniert wer- den kann. Eine solche Herstellung ist besonders vorteilhaft, da sie schnell ausgeführt ist und der Ein-und Auslass auf einer Achse liegen, sodass der Einbau der Ventileinheit in einem Bausatz vereinfacht wird. Die Positionen der Ein-und Auslässe des Gehäuses werden vorzugsweise mit dem Typ des Drosselkörpers abgestimmt, d. h., in Falle eines hantelförmi- gen Drosselkörpers sitzen die Ein-und Auslässe jeweils opti- mal zwischen dem Ventilsitz 6 und den Membranen. Im Falle eines zweiteiligen Drosselkörpers wie in Figur 8 sitzen die Ein-und Auslässe des Gehäuses jeweils im wesentlichen zwi- schen dem vergrößerten Querschnittsbereich 3f des Drosselkör- pers und den Membranen. Auf alle Fälle sind zum Zweck der Ab- dichtung die Ein-und Auslässe zwischen den Membranen positi- oniert.

Das in Figur 15 fertig gestellte Gehäuse weist eine Kante 12 oder Abnehmung 15 auf, welche als Ein-oder Auslass 5,4 die- nen kann. Der Ein-oder Auslass 4 nimmt die bereits be- schriebene, übliche Durchbohrungsform auf.

Die Herstellung eines Ventilsitzes in Form eines Ringes in einem vom Gehäuse separaten Herstellungsvorgang wird in Figur 16 gezeigt. Die Herstellung des Ringes in einem von Gehäuse separaten Arbeitsvorgang ergibt sich als vorteilhaft, da es durch diese Maßnahme nicht mehr notwendig ist, Flächen am Ge- häuse nachzubearbeiten. Der Ring 6 welcher die Rolle in der

Ventileinheit des Ventilsitzes 6 aufnimmt, kann mit einer Durchbohrung 16 versehen werden, welche nach Einbau des Ven- tilsitzes in das Gehäuse mit einem Ein-oder Auslass des Ge- häuses verbunden sein kann. Dabei kann die Durchbohrung eine Richtungsänderung aufweisen, sodass beispielsweise das Fluid in axialer, statt wie üblich in radialer Richtung, in die Ventileinheit geleitet wird, siehe auch Figur 18. Die Durch- bohrung 16 kann derart positioniert sein, dass der vergrößer- te Querschnittsbereich des Drosselkörpers 3f entweder die Mündung der Durchbohrung in das Ventil teilweise oder ganz deckt. Der Ring kann alternativ eine Abnehmung 6B wie be- reits in Figur 11 und 12 gezeigt, aufweisen. Die Abnehmung oder Kante 6B kann dabei breitflächiger wie in der Abbildung ganz rechts dieser Figur ausgebildet sein.

Der Ring wird vorteilhafterweise mit einer nicht dargestell- ten geringstmöglichen Oberflächenrauhigkeit versehen, damit die Flächen 6A abdichtend mit den axial ausgerichteten Flä- chen des Drosselkörpers zusammenwirken können. Um eine siche- re Abdichtung zwischen Gehäuse bzw. Ventilsitz und Drossel- körper zu gewährleisten wird es bevorzugt, eine Flächenrau- higkeit von 0, 1Am bis 0, 4gm oder kleiner zu erreichen.

In Figur 17 ist der Zusammenbau des Ventilsitzes und des Ge- häuses gezeigt. Der Ventilsitz und das geänderte Gehäuse ist aber so konstruiert, dass sie nach der Einfügung des Ventil- sitzes doch wieder eine Einheit bilden. Der Ventilsitz 6 kann z. B. auf einer Kante 12 beim Einbau in das Gehäuse gesetzt werden. Es ist möglich, den Ventilsitz nochmals an die Ge- häusewand zu befestigen, z. B. durch Anschweißen von einer in der Herstellung bevorzugten Seite des Gehäuses. Das An- schweißen wird generell durch die Figur an der rechten Seite dargestellt, wobei die Schweißstellen mit 13 markiert sind.

Dabei wird für eine schnellere Herstellung nur die eine Seite 13 des Ventilsitzes geschweißt. Es kann also entweder die Oberseite oder die Unterseite des Ventilsitzes an die Innen- wand des Gehäuses angeschweißt werden.

Der Ventilsitz wird vorzugsweise derart genau positioniert und fest fixiert, dass die Strecke vom Eingang zum Ausgang des Gases eindeutig festgelegt ist. Dafür sind folgende Mög- lichkeiten gegeben : - der Ventilsitz wird eingeschrumpft, eingefügt und dabei richtig positioniert, - der Ventilsitz wird lediglich eingeschrumpft und einge- fügt, und automatisch dadurch positioniert, dass eine Stu- fe bzw. Kante 12 im Gehäuse bereitgestellt ist, - das Insert wird eingefügt, positioniert und geschweißt.

Im Falle eines zweiteiligen Drosselkörpers wie in Figur 8 ge- zeigt können zwei Ringe in das Gehäuse eingefügt werden, wo- bei in diesem Falle erst nach dem Einfügen des Drosselkörpers der zweite Ring eingefügt wird. Beide Ringe können auf Kan- ten 12 der Gehäuseinnenwand aufgesetzt werden. Im Gegensatz hierzu ist im Falle eines hantelförmigen Drosselkörpers le- diglich das Einfügen eines Rings notwendig. Beim Einfügen des Drosselköpers in das Gehäuse wird allerdings zuerst der Zent- ralstift 3a und eine Kappe 3b als eine Einheit eingefügt, wo- bei in einem zweiten Schritt die zweite Kappe 3c von der an- deren Seite des Ventilsitzes auf den bereits eingefügten und vom Ventilsitz eingeklammerten Zentralstift montiert und be- festigt wird.

Um das Einfügen des Ventilsitzes in das Gehäuse zu ermögli- chen wird ein thermischer Dehnungs-oder Kontraktionseffekt jeweils des Gehäuses oder des Ventilsitzes ausgenutzt. Dabei kann der Ventilsitz vor Einsatz in das Gehäuse stark gekühlt werden, beispielsweise mit flüssigem Stickstoff. Die Wieder- aufwärmung des Ventilsitzes an seiner vorgesehenen Position im Gehäuse führt dann zu seiner thermischen Dehnung und an- schließenden Befestigung an der Gehäuseinnenwand. Alternativ kann das Gehäuse aufgewärmt werden, wobei in der Abkühlungs- phase das Gehäuse an den Ventilsitz andrückt um eine Befesti- gung zu erreichen.

In Figur 18 wird gezeigt, wie die Ein-und Auslässe des Ge- häuses 5 und 4 mit der Durchbohrung 16 des Ventilsitzes aus Figur 16 bei der Herstellung der Ventileinheit aneinander verbunden werden können. Es kann wie in der rechten Abbildung gezeigt auch das Gehäuse derart modifiziert werden, dass Ab- nehmungen 15 (siehe Figur 15) sich an der Innenwand des Ge- häuses schräg gegenüber liegen und der Ventilsitz an die Eck- bereiche 17, welche sich zwischen der Abnehmungs-losen Innen- wand und der mit der Abnehmung versehenen Innenwand befinden, befestigt werden.

Die Ventileinheit weist hinsichtlich ihrer Herstellung und hinsichtlich ihre geometrischen Merkmale mehrere Vorteile auf : - in zwei vorläufigen Arbeitsvorgängen kann das rohe Gehäuse als Rohr und der Ventilsitz als Ring hergestellt werden, - bei der Herstellung der Ventileinheit braucht nur ein ein- ziges Teil, entweder der Ventilsitz 6 oder die Kappen 3a oder 3b des Drosselkörpers modifiziert werden um eine ge- wünschte Durchflusscharakteristik zu gewährleisten. Es ist dabei nicht notwendig, ganze Funktionseinheiten auszu- tauschen oder zu bearbeiten, - die verschiedenen Ventilsitze bzw. Drosselkörper weichen von ihren ursprünglichen Design, d. h. der rohen Ringform, nur geringfügig ab. Die Änderungen können sogar rotati- onssymmetrisch ausgebildet sein.

Bei einer symmetrischen Ausbildung des Ventilsitzes ergeben sich zudem weitere Vorteile : - der Ventilsitz hat keine Orientierung, und kann aus diesem Grunde nicht verkehrt in das Gehäuse eingebaut werden, - auch wenn der Ventilsitz fest mit dem Gehäuse verbunden ist und die Ventileinheit nicht mehr gedreht werden kann, ist es immer noch möglich, den Drosselkörper umzudrehen und so die Betriebsart umzustellen (von NO auf NC und vice versa)

Es wird also grundsätzlich bevorzugt, die inneren Teile der Ventileinheit wie der Drosselkörper und der Ventilsitz, unab- hängig vom Gehäuse herzustellen und erst während der Montage einzufügen.

Der Herstellungsvorgang für die gesamte Ventileinheit kann beispielsweise nach der folgenden Methode ausgeführt werden : Im massiven, rohen Gehäuse der Ventileinheit wird eine Boh- rung für die Gasleitung angebracht. Danach wird das massive Gehäuse axial aufgebohrt um den Ventilsitz aufnehmen zu kön- nen. Der Ventilsitz oder der Ring wird anschließend für den Einbau des Gehäuses vorbereitet. Die Bohrungen/Abnehmungen des Ventilsitzes werden bearbeitet und die Flächen sauber ge- schliffen. Der so präparierte Ventilsitz wird eingefügt und im Gehäuse fixiert. Die Innenbohrung kann unter Umständen natürlich noch nachbearbeitet werden. Der Innendruchmesser kann dabei vergrößert werden und eventuell eine kleine Fase am Rand der Bohrung angebracht werden. Die übrigen Ventil- teile werden eingeschoben, d. h. die Teile des Drosselkörpers in logischer Reihenfolge mit dem Ventilsitz oder den Ventil- sitzen. Letztlich werden die beiden Membranen am Gehäuse fi- xiert.

Die Ventileinheit wird optimal in einer Dosiervorrichtung wie z. B. in einem Mass-Flow-Controller eingesetzt. Hierfür können die Steuerelemente 10 und 11 der Ventileinheit von einer Feedback-Schleife kontrolliert werden. Dabei wird der Durch- fluss hinter der Ventileinheit mit einem Messgerät erfasst und die hiermit erfassten Informationen verwendet um das Öff- nen und das Schließen der Ventileinheit zu kontrollieren.

Die Ventileinheit kann zur Durchflussregulierung eines Gases oder einer Flüssigkeit verwendet werden, wobei eine geeignete Membrane zur Abdichtung der Ventileinheit ausgewählt wird.