DE1601918B1

DE1601918B1 - Vorrichtung zum Einfuellen von Helium in den Heliumbehaelter eines Kryostaten mittels eines Hebers

Info

Publication number: DE1601918B1
Application number: DE19671601918
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dieter Kullmann; Helmut Marsing
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-11-08
Filing date: 1967-11-08
Publication date: 1970-12-17
Also published as: FR1591253A; CH471344A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ein- der andere Verteilerausgang oberhalb des höchsten füllen von Helium in den Heliumbehälter eines beim Betrieb des Kryostaten zulässigen Heliumspie-Kryostaten mittels eines Hebers und eines oberhalb gels in den Heliumbehälter mündet und daß durch des höchsten beim Betrieb des Kryostaten zulässigen Änderung der Stellung von Kern und Gehäuse zuein-Heliumspiegels in den Heliumbehälter mündenden 5 ander das Helium jeweils einem der Verteileraus-Ventils, gänge zufuhrbar ist.

Flüssigkeitskryostaten mit Heliumbädern finden zur Beim erstmaligen Füllen des Kryostaten kann bei

Kühlung von Meßproben und zur Kühlung von dieser Vorrichtung das flüssige Helium der zum supraleitenden Einrichtungen, insbesondere von Boden des Heliumbehälters führenden Heliumleitung Supraleitungsmagnetspulen, vielfältige Anwendung. io zugeführt werden. Das flüssige Helium tritt dann aus Um den Heliumbehälter eines derartigen Kryostaten dem Ende dieser Leitung, das sich praktisch am mit Helium zu füllen, verwendet man üblicherweise ' tiefsten Punkt des Heliumbehälters befindet, in den einen Heliumheber, 'dessen eines Ende mit einem Behälter ein und verdampft dort zunächst, da der Heliumvorratsbehälter verbunden ist. und dessen Behälter noch nicht auf die Temperatur des flüssigen anderes Ende in den Heliumbehälter des Kryostaten 15 Heliums abgekühlt ist. Der entstehende kalte Heliumeingeführt wird. Ein solcher Heber besteht im allge- dampf steigt dann vom tiefsten Punkt des Heliummeinen aus einem heliumführenden Rohr, das von behälters nach oben und kühlt die höher liegenden einem Vaküummantel umgeben ist. Innerhalb des Teile des Behälters ab. Das in den Behälter einge-Vakuummantels kann auch noch ein das helium- füllte Helium kann daher besonders wirkungsvoll zur führende Rohr umgebender Strahlungsschutzmantel 20 Kühlung des Behälters ausgenutzt werden. Soll wähangeordnet sein. Auf Grund dieses Aufbaues aus rend des Betriebs des Kryostaten Helium in den mehreren Rohren sind die Heber mechanisch starr, bereits flüssiges Helium enthaltenden Heliumbehälter so daß das in den Kryostaten eingeführte Heberende nachgefüllt werden, so- kann es durch Änderung der oft nicht bis zum Boden des Heliumbehälters des Stellung von Kern und Gehäuse des Zweiwegevertei-Kryostaten abgesenkt werden kann, da die in diesem 25 lers zueinander dem anderen Verteilerausgang zuge-Behälter befindlichen zu kühlenden Einrichtungen führt werden und oberhalb des Heliumspiegels in den oder auch Teile des Behälters selbst im Wege stehen. Heliumbehälter eintreten."Dies hat den Vorteil, daß Dies führt beim erstmaligen Füllen des Helium- das wärmere Heliumgas, das zwischen den einzelnen behälters bei Inbetriebnahme des Kryostaten zu Füllvorgängen durch Verdampfen von flüssigem einem erheblichen Heliumverbrauch, da das in dem 30 Helium im Heber entsteht, nicht durch das bereits zunächst noch verhältnismäßig warmen Behälter im Kryostaten befindliche flüssige Helium hindurehnach dem Austritt aus_.dem Heberende verdampfende strömen muß, was zu .weiteren Heliumverlusten Helium nur unvollständig zur Abkühlung des Behäl- führen würde. Vielmehr kann dieses Heliumgas oberters" ausgenutzt werden; kann. -: halb des Heliumspiegels aus dem Zweiwegeverteiler

Aus der Zeitschrift »Kältetechnik-Klimatisierung«, .35 austreten und im Heliumbehälter aufsteigen. Das aus 18. Jahrgang, 1966, S. 233 bis 237, ist ferner eine dem Heber austretende flüssige Helium kann entlang Vorrichtung zum Einfüllen von Helium in den der Wand des Gehäuses des Zweiwegeverteilers und Heliumbehälter eines Kryostaten bekannt, bei der am gegebenenfalls entlang der- Außenseite der zum ^*'⁼Heberende oberhalb des höchsten beim Betrieb des Boden des Heliumbehälters führenden Heliumleitung Kryostaten zulässigen Heliumspiegels ein in den 40 dem bereits im Heliumbehälter befindlichen Helium-Heliumbehälter mündendes Ventil vorgesehen ist. vorrat zufließen. Infolge der vom Heber unabhän-Dieses Ventil ist ein .-Entspannungsventil, durch wel- . gigen Befestigung des Gehäuses des Zweiwegeverteiches der Druck des flüssigen Heliums und damit lers im Heliumbehälter des Kryostaten verbleibt das dessen Temperatur herabgesetzt werden soll. Da das Gehäuse im Kryostaten unabhängig davon, ob der Entspannungsventil über dem höchsten beim Betrieb 45 Heber gerade in den Kryostaten eingeführt ist oder des Kryostaten zulässigen Heliumspiegel angeordnet nicht. Die zum Boden des Heliumbehälters führende ist, wird auch bei dieser Vorrichtung beim erst- Heliumleitung ist dadurch ebenfalls unabhängig von maligen Füllen des Heliumbehälters bei Inbetrieb- der Stellung des Hebers fest im Kryostaten angenahme des Kryostaten eine erhebliche Menge von ordnet.
Helium verbraucht. " V", ■-'. 50. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine- , der Vorrichtung ist der Kern des Zweiwegeverteilers Vorrichtung zum Einfüllen von Helium in den an dem Heberende, das in den Kryostaten eingeführt Heliumbehälter eines Kryostaten mittels eines Hebers wird, befestigt und durch Bewegen des Hebers inner-' und eines oberhalb" des höchsten beim Betrieb des" halb des Gehäuses verschiebbar. Die Stellung von Kryostaten zulässigen Heliumspiegels in den Helium-. 55 Kern· und Gehäuse zueinander kann bei dieser Ausbehälter mündenden Ventils so auszugestalten, daß führungsform der,..Vorrichtung in besonders einfacher der Henumverbrauch insbesondere beim erstmaligen Weise geändert werden, ohne daß zu dieser Änderung Füllen des Kryostaten stark herabgesetzt ist. zusätzliche Mittel erforderlich sind. Diese Ausfüh-

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß rungsform der Vorrichtung kann vorteilhaft insbesondas Ventil als Zweiwegeverteiler ausgebildet ist, der 60 dere derart ausgebildet sein, daß der Kern aus einem aus einem im Heliumbehälter des Kryostaten befe- Zylinder besteht, der an seinem vom Heberende weistigten, vom Heber unabhängigen, die Verteileraus- ter entfernten Ende in Art eines Ventilkegels ausgegänge enthaltenden Gehäuse und aus einem unmittel- bildet ist und bei dem eine oder mehrere Heliumbar an das eine Heberende anschließbaren, eine austrittsöffnungen an der Mantelfläche des Zylinders Hehumtührung mit wenigstens einer Heliumaustritts- 65 münden, daß das Gehäuse einen zylinderförmigen öffnung enthaltenden Kern besteht, daß an einem Hohlraum mit senkrechter Achse und entlang der Verteilerausgang eine zum Boden des Heliumbehäl- Achse unterschiedlichem Durchmesser umschließt, ters führende Heliumleitung angeschlossen ist und wobei der obere Teil des Hohlraums im Durchmesser

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dicht an die Zylindermantelfläche des Kerns angepaßt Heliumbehälter umgebenden Strahlungsschild 2 und ist, der mittlere Teil einen größeren Durchmesser als einem äußeren Vakuummantel 3. Zur Kühlung des der Kern besitzt und der in die Heliumleitung mim- Strahlungsschildes 2 ist ein Behälter 4 für flüssigen dende, den einen Verteilerausgang bildende untere Stickstoff vorgesehen. Zum Füllen des Behälters 4 Teil in Art eines Ventilsitzes passend zum Kern aus- 5 dient das Rohr 5. Der Heliumbehälter 1 setzt sich aus gebildet ist, und daß in der den oberen Teil des Hohl- einem oberen, turmförmigen Teil 6 mit vertikaler raumes umschließenden Gehäusewand wenigstens Achse und einem unteren, hohlzylinderförmigen eine Öffnung als zweiter Verteilerausgang vorge- Teil 7 mit horizontaler Achse zusammen, der eine sehen ist. zu kühlende Supraleitungsmagnetspule 8 umschließt, Durch die einen Flüssigkeitskühler betreffende io deren Achse ebenfalls in horizontaler Richtung liegt. USA.-Patentschrift 1757 638 ist bereits ein Zwei- In gleicher Weise bestehen auch der Strahlungswegeverteiler mit einem innerhalb eines Gehäuses schild 2 und der Vakuummantel 3 aus je einem obeverschiebbaren Kern bekannt. Der Kern besteht auch ren, turmförmigen und einem unteren, hohlzylinderbei diesem bekannten Zweiwegeverteiler aus einem förmigen Teil. Der von der Spule 8 umschlossene, Zylinder, dessen eines Ende in Art eines Ventilkegels 15 horizontal liegende Arbeitsraum 9 kann sich auf ausgebildet ist und an dessen Mantelfläche Flüssig- Raumtemperatur befinden und ist in diesem Fall keitsaustrittsöffnungen münden. Das Gehäuse dieses beim Betrieb des Kryostaten frei von außen zugäng-Zweiwegeverteilers umschließt einen zylinderförmi- lieh. Der Heliumbehälter 1 und der Vakuummantel 3 gen Hohlraum mit entlang der Zylinderachse unter- können beispielsweise aus V₂A-Stahl, der Strahlungsschiedlichem Durchmesser. Ein Teil dieses Hohl- 20 schild 2 aus Kupfer bestehen. Oberhalb des Heliumraumes ist im Durchmesser dicht an die Zylinder- spiegeis 10 ist in den Heliumbehälter 1 ein beispielsmantelfläche des Kernes angepaßt, ein anschließen- weise aus demunter dem Handelsnamen »Styrofoam« der Teil besitzt einen größeren Durchmesser als der bekannten Kunstschaumstoff bestehender Verdrän-Kern, und ein weiterer, in ein Flüssigkeitsabflußrohr gerkörper 11 eingesetzt, der eine Bohrung 12 zum mündender Teil ist in Art eines Ventilsitzes passend 25 Einführen des Hebers 13 besitzt. Am anderen Ende zum Kern ausgebildet. In der Gehäusewand ist ferner des Hebers ist ein in Fig. 1 nicht dargestelltes ein weiterer Verteilerausgang vorgesehen. Bei diesem Heliumvorratsgefäß angeschlossen. Am unteren Ende bekannten Zweiwegeverteiler wird jedoch der Kern der Bohrung 12 ist das Gehäuse 14 des Zweiwegedurch einen Druckknopf betätigt. Außerdem sind Verteilers angebracht, an dessen einen Verteileraus-Kern und Gehäuse ohne Zerlegen des Zweiwege- 30 gang die zum Boden, d. h. praktisch zur tiefsten Verteilers nicht voneinander zu trennen. Stelle, des Heliumbehälters 1 führende Heliumleitung

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungs- 15 angeschlossen ist. Diese Heliumleitung 15 besteht gemäßen Vorrichtung besitzt der Zweiwegeverteiler vorzugsweise aus flexiblem Material, beispielsweise einen Kern, der vom Heber getrennt im Gehäuse aus einem Tombakschlauch, und ist um die Supradrehbar angeordnet ist und in dessen Heliumführung 35 leitungsmagnetspule 8 herumgeführt. Oberhalb des das Heberende einsetzbar ist. Zum Drehen des Ker- Heliumspiegels 10 sind im Gehäuse 14 mehrere Offnes kann dabei ein aus dem Heliumbehälter des Kryo- nungen 16 vorgesehen, die den zweiten Verteilerstaten herausgeführtes Rohr vorgesehen sein. Die ausgang bilden. Durch Verstellen des in Fig. 1 nicht Vorrichtung kann jedoch so ausgebildet sein, daß der sichtbaren Kernes des Zweiwegeverteilers kann das Kern durch Verschieben des Hebers im Gehäuse 40 Helium aus dem Heber 13 wahlweise den Öffnungen drehbar ist. 16 oder der Heliumleitung 15 zugeführt werden. Zur

Um Konvektion und thermische Schwingungen des Herabsetzung der Heliumverluste durch Wärmeein-

über dem flüssigen Helium im Heliumbehälter des strahlung ist am unteren Ende des Verdrängerkörpers

Kryostaten befindlichen gasförmigen Heliums zu ver- 11 eine reflektierende Metallplatte 17, beispielsweise

meiden, kann im Heliumbehälter des Kryostaten 45 eine vergoldete Messingplatte, vorgesehen, an der das

oberhalb des Heliumspiegels ein Verdrängerkörper Gehäuse 14 des Zweiwegeverteilers angeschraubt ist.

angebracht werden, der eine Bohrung zum Einführen Die Platte 17 und der Verdrängerkörper 11 können

des Hebers aufweist. Das Gehäuse des Zweiwege- beispielsweise durch einen in F i g. 1 nicht darge-

verteilers wird dann vorteilhaft an dem einen Ende stellten Gewinderohrstab aus schlecht wärmeleiten-

dieser Bohrung angeordnet. 5° dem Material am Deckel 18 des Heliumbehälters be-

An Hand einiger Figuren und Beispiele soll die festigt sein. Der Verdrängerkörper 11 besitzt an seiner

Erfindung noch näher erläutert werden. Mantelfläche schraubenförmige Gänge 19, durch die

Fig'. 1 zeigt schematisch einen Kryostaten mit das beim Betrieb des Kryostaten verdampfende He-

einer Vorrichtung zum Einfüllen von Helium gemäß lium aufsteigen und nach außen abgeführt werden

der Erfindung; 55 kann und in denen die in Fig. 1 nicht dargestellten

Fig. 2 a und 2 b zeigen schematisch im Schnitt elektrischen Zuleitungen für die Supraleitungsmagnet-

eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungs- spule 8 verlegt sind. Auf diese Weise werden die elek-

gemäßen Vorrichtung in zwei verschiedenen Stel- irischen Zuleitungen und die Wand des Heliumbehäl-

lungen; ters 1 vom Heliumabgas vorgekühlt, wodurch die

Fig. 3a und 3b zeigen schemafisch im Schnitt 60. Heliumverluste durch Wärmeeinleitung beträchtlich

eine andere beispielhafte Ausführungsform der erfin- verringert werden. Verdampft plötzlich eine größere

dungsgemäßen Vorrichtung in zwei verschiedenen Heliummenge, beispielsweise beim Übergang der

Stellungen; . Supraleitungsmagnetspule 8 vom supraleitenden in

Fig. 4 zeigt schematisch im Schnitt eine weitere den elektrisch normalleitenden Zustand, so öffnet

beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemä- 65 sich ein an der Unterseite des Verdrängerkörpers 11

ßen Vorrichtung. vorgesehenes Überdruckventil 20 und das verdampfte

Der in Fi g. 1 im Schnitt dargestellte Kryostat be- Helium kann durch ein im Verdrängerkörper 11 vorsteht aus einem Heliumbehälter 1, einem diesen gesehenes Abgasrohr 21 nach außen entweichen, ohne

daß der Kryostat beschädigt wird. Außerdem ist im Verdrängerkörper H noch eine weitere in Fig. 1 nicht dargestellte Bohrung zur Einführung eines Heliumstandanzeigers vorgesehen. Zur Abdichtung des Heliumbehälters 1 sind zwischen dem Deckel 18 des Heliumbehälters und dem Deckel 22 des Vakuummantels konzentrische O-Ring-Dichtungen vorgesehen. Durch den Rohrstutzen 23 kann der Vakuummantel evakuiert werden.

Zur Inbetriebnahme des Kryostaten wird zweckmäßig zunächst der Vakuumraum beispielsweise auf einen Druck von 10 ~² Torr oder weniger evakuiert. Dann wird der Behälter 4 und anschließend der Heliumbehälter 1 zur Vorkühlung mit flüssigem Stickstoff gefüllt. Wenn der Heliumbehälter 1 etwa auf die Temperatur des flüssigen Stickstoffes abgekühlt ist, wird der flüssige Stickstoff aus dem Heliumbehälter abgepumpt bzw. mittels einer am Boden des Heliumbehälters vorgesehenen, in der Fig. 1 nicht dargestellten elektrischen Heizung ausgeheizt. Wenn der Stickstoff restlos verdampft ist, wird der Heber 13 in den Kryostaten eingesetzt und der Zweiwegeverteiler so gestellt, daß das flüssige Helium durch die Heliumleitung 15 fließt und am Boden des Heliumbehälters 1 in diesen eintritt. Das flüssige Helium verdampft zunächst und kühlt den Heliumbehälter 1 und die Supraleitungsmagnetspule 8 weiter ab. Nach weiterem Absinken der Temperatur bleibt schließlich das Helium flüssig und füllt den Heliumbehälter 1. Wenn der Heliumspiegel 10 das Gehäuse 14 des Zweiwegeverteilers erreicht, wird die Heliumzuführung unterbrochen,

-Zum Nachfüllen von Helium während, des Betriebs des Kryostaten wird der Zweiwegeverteiler so gestellt daß das Helium den Öffnungen 16 zugeführt wird. Das flüssige Helium läuft dann an der Außenseite des Gehäuses 14 nach unten, während aus dem Heber 13 austretendes gasförmiges Helium nicht mit dem im Heliumbehälter 1 bereits vorhandenen Heliumbad in Berührung kommt, sondern unmittelbar in die Gewindegänge 19 gelangen und nach außen abgeführt werden kann.

In den Fi g. 2 a und 2 b ist eine bevorzugte Ausführungsform des Zweiwegeverteilers in zwei verschiedenen Stellungen dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Kern durch Bewegen des Hebers innerhalb des Gehäuses verschiebbar. Der Kern 30 besteht aus einem Metallzylinder, beispielsweise einem Messingzylinder,, der am unteren Ende in Art eines Ventilkegels 31 ausgebildet ist und im Inneren eine als Heliumführung 32 dienende Bohrung enthält. Der Kern ist mittels eines Verbindungsrohres 33 und eines Gewindeanschlusses 34 an das Ende des heliumführenden Rohres 35 des Hebers angeschlossen. Im Zylindermantel des Kernes sind mehrere Heliumaustrittsöffnungen 36 vorgesehen. Das Gehäuse 37 umschließt einen zyUnderförmigen Hohlraum mit senkrechter Achse und unterschiedlichem Durchmesser entlang der Achse." Der obere Teil 38 des Hohlraumes ist im Durchmesser möglichst dicht an die Zylindermantelfläehe des Kernes 30 angepaßt. Der mittlere TeE 39 des Hohlraumes hat einen größeren Durchmesser als der Kern 30 und ist etwas langer afc der Zylindermantel des Kernes. Der den einen Verteilerausgang bildende untere Teil des Hohlraumes ist in Art eines Ventilsitzes 40 passend zum Ventilkegel 31 des; Kernes ausgebildet. Das Gehäuse 37 kann ebenfalls aus Metall, beispielsweise aus Messing oder Stahl, oder aus Kunststoff bestehen. Als Heliumleitung 41 kann beispielsweise ein Tombakschlauch dienen, der mit dem Gehäuse 37 verlötet oder verklebt ist. In der den oberen Teil 38 des Gehäuses umschließenden Gehäusewand sind mehrere Öffnungen 42 vorgesehen, die den zweiten Verteilerausgang bilden. Das Gehäuse 37 ist an die reflektierende Metallplatte 43 angeschraubt. In die zum Einführen des Hebers dienende Bohrung des Verdrängerkörpers 44

ίο ist zur besseren Führung des Hebers ein Rohr 45 aus schlecht wärmeleitendem Material eingesetzt. Dieses Rohr soll den Vakuummantel 46 des Hebers möglichst eng umschließen, damit keine Heliumgas-Konvektion stattfinden kann. Zur weiteren Verbesserung der Abdichtung kann am Verbindungsrohr 33 noch ein Dichtungsstück 47 vorgesehen sein. Am Deckel 48 des Heliumbehälters des Kryostaten befindet sich, ein Rohrstutzen 49 mit einer O-Ring-Dichtung. Zur Abdichtung gegenüber dem Außenraum wird der O-Ring 50 mit Hilfe des Schraubringes 51 gegen den Vakuummantel 46 des Hebers gepreßt.

Bei Inbetriebnahme des Kryostaten wird der Heber i mit dem am Heberende befestigten Kern 30 in den Kryostaten eingeführt. Der Heber wird so weit eingeschoben, daß der Kern 30 im Gehäuse 37 die in Fig. 2a dargestellte Stellung hat. In dieser Stellung, bei welcher der Ventilkegel 31 noch nicht auf dem Ventilsitz 40 aufsitzt, läuft das Helium durch die Öffnungen 36 in Richtung der Pfeile 52 in die Helium-

3Q leitung 41 und damit zum Boden des Heliumbehälters. Nach Beendigung des Füllvorganges kann der Heber zusammen mit dem Kern 30 wieder aus dem Kryostaten herausgezogen werden.
Zum Nachfüllen von Helium während des Betriebes des Kryostaten wird, wie in FIg. 2b dargestellt ist, der Kern 30 zusammen mit dem Heber im Gehäuse 37 bis zum Anschlag nach unten geschoben, so daß der Ventilkegel 31 auf dem Ventilsitz 40 aufsitzt. Die Heliumleitung 41 ist dann verschlossen. Das aus den Öffnungen 36 austretende Helium steigt innerhalb des Gehäuses 37 in Richtung des Pfeiles 53 nach oben, tritt durch die Öffnungen 42 aus dem Gehäuse 37 aus und tropft nach unten. Gasförmiges Helium, | das sich im Heber befindet, tritt ebenfalls durch die " Öffnungen 42 aus dem Gehäuse 37 aus und kann durch die in,Fig. 1 dargestellten Gewindegänge 19 entweichen.

Die Fig. 3a und 3b zeigen ebenfalls in zwei verschiedenen Stellungen eine andere Ausführungsform des Zweiwegeverteilers, bei welcher der Kern 60 getrennt vom Heber 61 im Gehäuse drehbar angeordnet ist. Das Gehäuse 62 ist wiederum am Ende der zum Einführen des Hebers 61 bestimmten Bohrung des Verdrängerkörpers 63 an einer Platte 64 befestigt. In der Gehäusewand ist ein Heliumkanal 65 vorgesehen, der den einen Verteilerausgang bildet und in die am unteren Ende des Gehäuses angebrachte, zum Boden des Heliumbehälters führende Heliumleitung 66 mündet. Gegenüber der Eintrittsöffnung des Heliumkanals 65 ist die Gehäusewand mit einer Bohrung 67 versehen, die den zweiten Verteilerausgang bildet. Der zylrnderförmige Kern 60 enthält" eine abgewinkelte Heliumführung 68, die durch Drehen des Kernes mit jeweils einem der Verteilerausgänge verbunden werden kann. Die Einlaßöffnung der Heliumführung 68 ist als Trichter 69 ausgebildet, in den das Heberende 70 des heimführenden Rohres eingesetzt werden kann. Der Kern 60

ist an einem Rohr 71 aus schlecht wärmeleitendem Material, beispielsweise aus V₂A-Stähl, befestigt, das durch den Deckel 72 des Heliumbehälters aus dem Kryostaten herausgeführt ist. Zur Abdichtung gegenüber dem Außenraum sind zwischen dem auf dem Deckel 72 angebrachten Rohrstutzen 73 und dem Rohr 71 sowie zwischen dem Rohr 71 und dem Vakummantel des Hebers 61 O-Ringe 74 und 75 vorgesehen. Durch Drehen des Rohres 71 kann die Heliumführung 68 des Kernes 60 wechselweise mit dem Heliumkanal 65 oder mit der Bohrung 67, welche die beiden Verteilerausgänge darstellen, verbunden werden. Um das Drehen des Rohres 71 zu erleichtern, ist am oberen Rohrende ein Hebel 76 angebracht.

Zum Einfüllen von Helium bei Inbetriebnahme des Kryostaten wird zunächst der Heber 61 in das Rohr 71 so weit eingeschoben, bis das Heberende 70 des heliumführenden Rohres im Trichter 69 sitzt. Durch entsprechende Drehung des Rohres 71 wird dann der Kern 60 in die in F i g. 3 a gezeigte Stellung gebracht, bei welcher die Hehumführung 68 mit dem

ψ Kanal 65 verbunden ist. Das Helium fließt dann durch diesen Kanal und die Heliumleitung 66 zum Boden des Heliumbehälters. Zum Nachfüllen von Helium während des Betriebs des Kryostaten wird das Rohr 71 so gedreht, daß die Hehumführung 68, wie Fig. 3b zeigt, mit der Bohrung 67 in der Wand des Gehäuses 62 verbunden ist. Das Helium kann dann durch diese Bohrung in den Heliumbehälter des Kryostaten eintreten. Nach Beendigung des Füllvorganges kann beispielsweise der Kern 60 durch Drehen des Rohres 71 in eine Zwischenstellung gebracht werden, in welcher die Heliumführung 68 mit keinem der beiden Verteilerausgänge verbunden ist.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Zweiwegeverteiler ist der Kern 80 ebenfalls getrennt vom Heber 81 im Gehäuse 82 angeordnet. Er enthält wiederum eine abgewinkelte Heliumführung 83, deren Einlaßöffnung zur Aufnähme des heliumführenden Rohres 84 des Hebers trichterförmig ausgebildet ist. In der Wand des Gehäuses 82 ist ein Heliumkanal 85 vorgesehen, der in die Heliumleitung 86 mündet. An der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 82 befindet sich, gegenüber der Eintrittsöffnung des Kanals 85 nach oben versetzt, eine Bohrung 87 als zweiter Verteilerausgang. Am Mantel des zylinderförmigen Kernes 80 ist eine schraubenförmige Erhebung 88 vorgesehen, die in einer schraubenförmigen Nut 89 in der Gehäusewand gleitend geführt wird. Unterhalb des Kernes 80 befindet sich im Gehäuse 82 eine Feder 90 aus Stahl oder Bronze. Fig. 4 zeigt den Zweiwegeverteiler in der Stellung zum Nachfüllen des Heliums während des Betriebs des Kryostaten. Zum Einfüllen von He-Hum bei Inbetriebnahme des Kryostaten wird der Heber 81 weiter in den Kryostaten hineingeschoben. Unter dem vom Heber ausgeübten Druck bewegt sich der Kern 80 im Gehäuse 82 nach unten, wobei er sich gleichzeitig dreht, da die schraubenförmige Erhebung e₀ 88 tiefer in die schraubenförmige Nut 89 hineingleitet. In der tiefsten Stellung ist der Kern so weit gedreht, daß die Heliumführung 83 mit dem Kanal 85 in Verbindung steht. Nach Abschluß des Einfüllvorganges wird der Heber 81 wieder aus dem Kryostaten herausgezogen. Dabei wird der Kern 80 durch die Feder 90 nach oben gedrückt und in die Ausgangsstellung zurückgedreht. Bei dieser Ausführungsform des Zweiwegeverteilers kann also der Kern durch Verschieben des Hebers gedreht werden.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die vorstehend beschriebenen, in den Fig. 2a bis 4 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung den besonderen Vorteil besitzen, daß zur Änderung der Stellung des Kernes im Gehäuse der Heber nicht gedreht werden muß. Dies ist besonders wichtig, da bei einer Drehung des Hebers das am einen Heberende angeschlossene Heliumvorratsgefäß um den Kryostaten herumbewegt werden müßte, was den Betrieb wesentlich erschweren würde. Außerdem ist bei diesen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Funktion des Zweiwegeverteilers völlig unabhängig von einer Drehung des im Kryostaten befindlichen Heberendes um seine Achse, so daß keine Vorzugsstellung für den Heber existiert. Dies hat den Vorteil, daß der Aufstellungsort für das Heliumvorratsgefäß in der Umgebung des Kryostaten beliebig gewählt werden kann, ohne auf die Funktion des Zweiwegeverteilers Rücksicht nehmen zu müssen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einfüllen von Helium in den Heliumbehälter eines Kryostaten mittels eines Hebers und eines oberhalb des höchsten beim Betrieb des Kryostaten zulässigen Heliumspiegels in den Heliumbehälter mündenden Ventils, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Zweiwegeverteiler ausgebildet ist, der aus einem im Heliumbehälter (1) des Kryostaten befestigten, vom Heber (13) unabhängigen, die Verteilerausgänge enthaltenden Gehäuse (14, 37) und aus einem unmittelbar an das eine Heberende anschließbaren, eine Heliumführung (32) mit wenigstens einer Heliumaustrittsöffnung (36) enthaltenden Kern (30) besteht, daß an einem Verteilerausgang eine zum Boden des Heliumbehälters führende Heliumleitung (15, 41) angeschlossen ist und der andere Verteilerausgang oberhalb des höchsten beim Betrieb des Kryostaten zulässigen Heliumspiegels (10) in denHeliumbehälter (1) mündet und daß durch Änderung der Stellung von Kern (30) und Gehäuse (14, 37) zueinander das Helium jeweils einem der Verteilerausgänge zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (30) am Heberende befestigt und durch Bewegen des Hebers (13) innerhalb des Gehäuses (37) verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (30) aus einem Zylinder besteht, der an seinem vom Heberende weiter entfernten Ende in Art eines Ventilkegels (31) ausgebildet ist und bei dem eine oder mehrere Heliumaustrittsöffnungen (36) an der Mantelfläche des Zylinders münden, daß das Gehäuse (37) einen zylinderförmigen Hohlraum mit senkrechter Achse und entlang der Achse unterschiedlichem Durchmesser umschließt, wobei der obere Teil (38) des Hohlraumes im Durchmesser dicht an die Zylindermantelfläche des Kernes (30) angepaßt ist, der mittlere Teil (39) einen größeren Durchmesser als der Kern besitzt und der in die Heliumleitung (41) mündende, den einen Verteilerausgang bildende untere Teil in Art eines Ven-

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tilsitzes (40) passend zum Kern ausgebildet ist, und daß in der den oberen Teil (38) des Hohlraumes umschließenden Gehäusewand wenigstens eine Öffnung (42) als zweiter Verteilerausgang vorgesehen ist.

4, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (60) vom Heber getrennt im Gehäuse (62) drehbar angeordnet und das Heberende (70) in die HeHumführung (68) des Kernes einsetzbar ist. .

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (60) an einem aus dem Heliumbehälter des Kryostaten herausge-

führten, drehbaren, das .Heberende (70) umschließenden Rohr, (71) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (80) durch Verschieben des Hebers (81) im Gehäuse (82) drehbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Heliumbehälter (1) des Kryostaten oberhalb des Heliumspiegels (10) ein Verdrängerkörper (11) angebracht ist, der eine Bohrung (12) zum Einführen des Hebers (13) aufweist, und daß das Gehäuse (14) des Zweiwegeverteilers an dem einen Ende dieser Bohrung.ahgeordnet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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