DE1808567C - Vakuumregelventil und Betnebsverfahren hierzu - Google Patents

Description

2. Die eingespannte Membran ist mit einer in. Ab- gnet kann jedoch auch anders gestaltet sein. Zur hängigkeit vom Meßfühler regelbaren Tauch- Halterung des Magneten im Gehäuseunterteil 1 ist spule verbunden, die in einen Luftspalt des außen an das Magnetteil 7 ein mit Bohrungen 8 verMagneten eintaucht. - sehener Halterungsring 9 angesetzt. Zwischen den

3. Die Membran weist mindestens eine Ausneh- 5 beiden Magnetteilen 6 und 7 ergibt sich ein ringförmung auf. miger Spalt 10, in dem die elektrische Spule rl ange-

Bei einem solchen Aufbau kann die durch die ordnet ist, deren elektrische Zuleitung über eine

Ausnehmung von jedem Differenzdruck entlastete Durchführung 22 im Gehäuseunterteil 1 nach außen

Membran mit dem Ventilelement der Bewegung der geführt ist. Die Spule 11 ist an einer ringförmigen

Tauchspule unmittelbar und genau folgen, so daß die io gewellten Membran 12 befestigt, die ihrerseits a"m

Einstellung aller Durchlaßwerte nahezu trägheitslos offenen Ende des Gehäuseunterteils 1 angeschraubt

erfolgt. Damit sind sehr genaue Regel vorgänge mög- ist. Die Membran ist beim Anschrauben gegen das

Hch, und es gelingt bei der Anwendung in Kxyostaten Gehäuseunterteil 1 begrenzt verschiebbar, so daß die

trotz hoher und/oder wechselnder Wärmebelastung Spule 11 genau im Spalt 10 des Magneten 4 zentrier-

bis zu tiefsten Temperaturen im .ereich von 4,2 his 15 bar ist. Damit wird erreicht, daß sie sich reir mgsfrei

I⁰K eine Temperaturkonstanz (T/T iinte<-halb von im Spalt des Magneten bewegt.

1 ()-■"', in günstigen Fällen sogar unterhalb 10~^β zu er- An der Membran 12 ist auch das Ventilelement 13

reichen. befestigt. Das Ventilelement 13 weist einen ebenen

Es kann außerdem zweckmäßig sein, daß in den Randteil 14 auf, der bei vollständig geschlossenem einen Teilraum des Ventilgehäuses beide Ventilan- 20 Zustand des Ventils als Dichtungstiäche dient. Das Schlüsse münden, daß in dem anderen Teilraum der obere Ende des Veniüelements 13 weist einen in Tauchspulenantrieb untergebracht ist und daß das Richtung zum Ventilsitz abnehmenden Durchmesser Ventilelement einen freien Innenraum aufweist, der auf, so daß das Ventileleinent 13 eine gerundete Form über einen Faltenbalg an einen feststehenden Teil des hat, die "üne kontinuierliche Veränderung des Durch-Tauchspulensystems angeschlossen ist und einen 25 laßquerschnittes des Ventiis begünstigt. Das Ventilkomprimierbaren Ausgleichsraum bildet, der über element 13 ist als Hohlkörper ausgebildet, ist also einen Durchlaß im Ventilelement mit dem Inn^nraum besonders leicht, und es ist mit einer Ausnehmung 15 des Ventilanschlusses verbunden ist, in dessen An- versehen, die einen Druckausgleich zwischen beiden satz das Ventilelement eingreift. Das Ventilelement Seiten des Ventilelements 13 ermöglicht, so daß das wird bei dieser Ausbildung besonders leicht. Der 30 Ventilelement 13 keiner Druckbelastung unterliegt. Faltenbalg dichtet den komprimierbaren Innenraum Zur Abdichtung des Innenraumes des Ventilelements gegen den umgebenden Teilraum des Ventilgehäuses 13 gegen den restlichen Innenraum des Ventilgehäuab und kann gleichzeitig die Führung des Ventil- ses ist ein Faltenbalg 16 mit dem Ventilelement 13 elementes verbessern. verbunden, dessen freies Ende gehäusefest und gas-

Ein. sehr leicht bewegbare Membran kann in einer 35 dicht am Magnetstück 6 gehaltert ist.
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gegebenen Gaseintritt 17 und Gasaustritt 18 des Ventils sind falls dadurch erreicht werden, daß diese Membran in hier am Gehäusedeckeistück 2 angeordnet und mit mehrere Membranstreifen unterteilt ist. Anschlußflanschen 19, 20 versehen. Das Gehäuse-Beieiner vorteilhaften Ausbildung des Drossel ven- deckelstück 2 trägt au ^h den mit einem Dichtungstils kann das elektrodynamische Tauchspulensystei^ 40 element versehenen Ventilsitz 21.
mit einer veränderbaren wecnselspanniingsüb^rlager- Wie Fig. la zeigt, ist die Membran 12 mit Bohten Gleichspannung gespeist werden. Damit kann rungen 23 zum Druckausgleich innerhalb des Gteine Schwingungscharakteristik des Ventilelements häuses 1, 2 versehen.

erreicht und darr/t die Stell- und Schaltcigenschaften Fig- 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform

des Ventils verbessert werden. 45 des Ventils, bei der das Ventilgehäuse aus einem

In den Figuren bind Ausführun^sbeispiele der Er- Unterteil 25, einem Mittelteil 26 und eiiiem Deckelfmdung dargestellt; es zeigt stück 27 besteht, die durch die Flanschverbindungen

F i g. I einen Schnitt durch ein Ventil mit einem 28 und 29 miteinander verbunden sind (30, 31--

Permanentmagneten im elektrodynamischen System, Dichtung^celemente). Das Gehäuseunterteil 25 ist mit

Fig. la einen um 90° gedrehten Schnitt durch 5° einem in das Ventilgehäuse hineinragenden eine

dasselbe Ventil an der in Fig. 1 mit A-A' gekenn- durchgehende axiale Bohrung aufweisenden zylin-

zeichneten Stelle, drischen Zapfen versehen, auf den die Wicklung 32

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ventil mit einem des Elektromagneten aufgebracht ist. Die elektrische

Elektromagneten im elektrodynamischen System. Zuleitung drs Elektromagneten ist über eine Durch-

F ig. 2 a einen um ¹X)⁰ gedrehten Schnitt durch das- 55 führung 33 im Mittelteil 26 des V^ntilgehäuscs nach

selbe Ventil an der in Fig. 2 mit B-B' gekennzeich- außen geführt. Unterteil 25 und Mittelteil 26 des

neten Stelle. Ventilgehäuses sind gleichzeitig Bestandteil des Elek-

Wie Fig. 1 zeigt, besteht das Ventilgehäuse aus tromagnel :n und sind dementsprechend so geformt,

einem topfförmigen Unterteil 1 und einem Deckel- daß sich ein ringfö; miger Spalt 34 für die elektrische

stück 2, die dur.li eine Flanschverbindung 3 lösbar 60 Spule 35 ergibt. Der Magnet kann jedoch auch

und begrenzt gegeneinander verschiebbar miteinander anders geformt sein und a'~ gesondertes Bauelement

verbunden sind. Innerhalb des topfförmigen Gehäuse- in das Ventilgehäuse eingesetzt sein. Die Spule 35.

Unterteils 1 in cii. Permanentmagnet 4 angeschraubt. deren Zuleitung ebenfalls über eine Durchführung 36

Der Permanentmagnet 4 ist rotationssymmetrisch im Mittelteil 26 des Ventilgehäuses nach außen ge-

und besteht hier aus einem pcrmanentinagnelischen 65 führt ist, ist hier an drei bandförmigen gewellten

konusförmigen Kernstück 5, an weiches zur Erzielung Memhranelemcnten 37 gehaltert, die am Mittelteil 26

der gewünschten Magnetform zwei aus Eisen beste- des Ventilgehäuses befestigt sind und die neben der

hetui: Drehteile 6 und 7 fest angesetzt sind. Dlt Ma- Spule 35 auch das Ventilelement 38 tragen. Das Ven-

ülelement38 ist ebenso ausgebildet, wie es bereits Die besonderen Vorteile eines solchen Ventils

an Hand von Fig. 1 beschrieben wurde, weist jedoch liegen darin, daß eine kontinuierliche Durchllußver-

keine durchgehende Ausnehmung zum D.ruckaus- änderung möglich ist, da die Spule und damit das

gleich auf. Die Gaseintrittsöffnung 39 mit Anschluß- Ventilelement jede beliebige Stellung zwischen dem

flansch 40 und der Ventilsitz 41 sind wiederum am 5 vollständig gcölinctcn Zustand und dem vollständig

Gehäusedeckelstück 27 angeordnet, während sich der geschlossenen Zustand einnehmen kann. Bei Betiiti-

Gasaustritt 42 mit dem Anschlußflansch 43 bei dieser gung des Ventils durch ein Signal eines Meßfühlers

Ausführung am Gehäuseunterteil 25 befindet. In die- in einem Kryostaten oder einem anderen Teil einer

scm Fall ist also das Ventilelement 38 der zwischen Vakuumapparatur ist der sich einstellende Ventilhub

Gaseintritt und Gasaustritt herrschenden Druck- io und damit die Durchlaßquerschnittveränderung je-

differenz ausgesetzt, was jedoch durch eine ent- weils der Sollwertabweichung an der Meßstclle direkt

sprechende Dimensionierung des Ventilelements und proportional. Da die beweglichen Teile des vorge-

dcs Magneten ohne weiteres ausgeglichen werden schlagenen Ventils massearm sind, wird eine hohe

kann. Ansprechgeschwindigkeit erreicht. Es ist jeweils nur

Das Ventil ist vorteilhaft überall dort in Vakuum- 15 ein minimaler Regelhub erforderlich. Daraus ergibt apparaturen zu verwenden, wo ein automatisch sich eine extrem hohe Stellgeschwindigkeit. Das Vensteuerbares Ventil mit hoher Ansprechempfindliehkeit tilclement arbeilet nahezu reibungsfrei, wodurch sich benötigt wird. Besondere Vorteile bietet die Anwen- eine ausgez.eichnete Einstellreproduzierbarkeit und dung des Ventils zur Druck- bzw. Temperatur- eine hohe Einstellgenauigkeit ergibt. Weitere Vorteile regelung in Kryostaten. Dabei ist das Ventil in die zur ao liegen darin, daß die beweglichen Ventilteile praktisch Förderpumpe führende Abgasleitung des Kryostaten keiner Abnutzung unterliegen und daß das Ventil eingesetzt. Die elektrische Zuleitung 22 bzw. 36 der weitgehend unabhängig ist von der Arbeitstempera-Spule 11 bzw. 35 des elektrodynamischen Systems tür. Da bei einem solchen Ventil kein Bypaß erforderist über ein geeignetes an sich bekanntes Regelgerät lieh ist, sondern der gesamte Durchsatz geregelt wird, mit einem Druck- oder Temperaturmeßfühler im 25 ist der Betrieb mit diesem Ventil in höherem Maße Kryostaten verbunden, während im Fall des zweiten wartungsfrei (keine Bypaßcinstellung von Hand er-Ausführungsbeispiels der Elektromagnet 32 im aii- fordciiich), als es von herkömmlichen Vaki.mm-Drosgemeinen an eine Gleichspannungsquelle angeschlos- sclventilen bekannt ist.

sen ist. Sowohi die der Antriebsspule als auch die Ferner ist die Ruhelage der Spule und damit die dem Magneten zugeführte Spannung kann wechsel- 30 Ruhestellung des Ventils auf elektrischem Wege ver-

spannungsüberlagert sein. änderbar, durch Überlagern einer Wechselspannung

Im stationären Betrieb gelangt bei positiver oder auf die Spule oder auch den Elektromagneten kann

negativer Abweichung des Druckes bzw. der Tem- cine bestimmte vorteilhafte Schwingungscharakteristik

peratur im Kryostaten vom Sollwert ein entsprechen- des Ventils erreicht werden, und das Ventil kann gedes Spannungssignal vom Meßfühler zur Spule des 35 gebenenfalls auch als Auf/Zu-Ventil verwendet wer-

elektrodynamischen Systems, die dadurch weiter in den (öffnen und Schließen durch Umpolen der

den Magneten hineingezogen oder weiter aus dem Spannung).

Magneten herausgelenkt wird, wodurch das Ventil Das Ventil zeichnet sich also durch eine vielweiter geöffnet oder weiter geschlossen wird, was zum scitige Verwendbarkeit und eine auf elektrischem Ausgleich der Sollwertabweichung der geregelten 40 Wege in weiten Grenzen variable Betricbscharakte-Größe führt. ristik aus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

G. Klipp ing, »Chemie-Ingenieur-Technik«, 36 Patentansprüche (1964), Seite 430 bis 441, insbesondere Seite 436/437). Durch die deutsche Patentschrift 1 029 640 ist ein

1. Vakuumregelventil zur Druck- bzw. Tempe- elektromagnetisch gesteuertes Ventil für die Abdichratursteuerung in Kryostaten, wobei der Ventil- 5 tung bei hohen Drücken vorbekannt, welches ein mit durchlaß in Abhängigkeit von einem im Kryo- abnehmendem Querschnitt gestaltetes Ventilelement staten angeordneten Meßfühler veränderbar ist, aufweist, das zur Schaffung der verschiedenen Durchgekennzeichnet durch die Kombination laßwerte in einen Ventilanschluß mit veränderbarer folgender an sich bekannter Merkmale: Tauchtiefe eintaucht.. Hierzu ist das Ventilelement an

1. Ein in seiner Lage gegenüber dem Ventilsitz ^{10 einer} vorgespannten elastischen Membran, die eine kontinuierlich einstellbares, mit abnehmen- ^{Wand der vom} Medium durchströmten Ventilkamdem Querschnitt gestaltetes Ventilelement ^{mer bildet}> befestigt, und diese Membran wird mit (13, 38) ist an einer im Ventilgehäusequer- ^einem Ringmagneten ausgelenkt. Ein derartiges elekschnitt eingespannten Membran (12, 37) be- tromagnetisches System erlaubt zwar die Einstellung f_cstj„t '5 verschiedener Durchflußwerte durch Regelung der

2. Die eingespannte Membran ist mit einer in Stromstärke, es ist jedoch für die Erreichung kleiner Abhängigkeit vom Meßfühler regelbaren Einstellzeiten ungeeignet, weil sich im durch die Tauchspule (11, 35) verbunden, die in einen Membran abgeschlossenen Innenraum des Ring-Luflspalt (10, 34) eines Magneten (4 5; 35) magneten ein relrtiv starres Luftpolster bildet das eintaucht ²⁰ durch seine Dämpfungswirkung ein unmittelbares

3. Die Membran weist mindestens eine Aus- Nachfolgen der Lage der Menbran bei Änderungen nehmung (23) auf. ^der S'romstärke verhindert.

Zum Stande der Technic gehören ferner Belüf-

2. Vakuumregelventil nach Anspruch I/ da- tungsventile, z. B. nach der USA.-Patentschrift durch gekennzeichnet, daß in den einen Teilraum 25 3 167 094. Diese zeigt ein Schnellschaltventil mit des Ventilgehäuses (1, 2) beide Ventilanschlüsse einem Anschlußstück, d»= wahlweise mit einer Va-(17, 18) münzen, daß in dem anderen Teilraum kuumleitung oder mit der Umgebungsatmosphäre verder Tauchspulenantrieb un.^rgebracht ist und bindbar ist. Das Ventil besitzt zwei stabile Betriebsdaß das Ventilelement (1?,) einen freien Innen- lagen, nämlich mit freigegebenem Durchlaß zur Varaum aufweist, der über einen . ;>Itenbalg (16) an 3° kuumleitung und mit belüftetem Ansatzstück. Das einen feststehenden Teil des Tauchspulensystems Einnehmen der Betriebslagen und die Abdichtung (4, M) angescnlossen ist und einen komprimier- werden jeweils durch den äußersten Luftdiuck und baren Ausgleichsraum bildet, der über einen durch das Vakuum in der Ansaugleitung unterstützt. Durchlaß (15) im Ventilelement (13) mit dem Zur Bewegung des Ventiidemeutes dient ein Tauch-Innenraum des Ventüanschlusses (18) verbunden 35 spulenantrieb, und dessen Tauchspule ist an einer ist, in dessen Ansatz das Ventilelemenl (13) Ringmembran aufgehängt. Dabei handelt es sich eingreift. jedoch nicht um ein Vakuumregelung, denn das

3. Vakiiumregelventil nach Anspruch I, da- Prinzip eines Wechsels zwischen dem stabile.i Bedurch gekennzeichnet, daß die Membran in triebszustand der Belüftung und dem des Anschlusmehrere Membranstreifen (37) unterteilt ist. 40 ses an die Vakuumleitung erlaubt keine Einstellung

4. Betriebsverfahren für ein Vakuumregelventil von verschiedenen Durchlaßwerten. Außerdem ist nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch ge- kein Ventilelement mit abnehmendem Querschnitt, kennzeichnet, daß das Tauchspulensystem mit sondern eine Rohrhülse mit einem schneidenförmigen einer veränderbaren, wechselspannungsüberlager- Rand und einer kegelmantelförmigen Auflagefläche ten Gleichspannung gespeist wird. 45 vorgesehen. Ein solches elektromagnetisches Ventil

is' somit für die rasche und praktisch trägheitslose

Einstellung verschiedener Durchlaßwerte prinzipiell

ungeeignet. In gleicher Weise muß die USA.-Patentschrift 3 001 549 betrachtet werden, in der ein

Die Erfindung betrifft ein Vakuumregelvcntil zur 50 in zwei Endlagen steuerndes Überdruckventil zur Ab-Druck- bzw. Temperatursteuerung in Kryostaten, tastung von Lochkarten beschrieben wird. Der dort wobei der Ventildurchlaß in Abhängigkeit von einem vorhandene Tauchspulenantrieb liefert lediglich die im Kryostaten angeordneten Meßfühler veränderbar Stellimpulse, wobei die jeweils angesteuerte Endlage ist. Außerdem ist ein vorteilhaftes Betriebsverfahren durch einen Schnappniechanismus mit Unterstützung angegeben. 55 des Diflerenzdruckes des strömenden Mediums c.

Für verschiedene Anwendungs/.wccke werden Va- reicht wird.

kuiimregelventile benötigt, bei denen die Einstellung Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus,

einer veränderbaren Durchlaßöffnung mit besonders ein Vakiiumregelventil mit kleiner Einstellzeit zu kleiner Einstellzeit erfolgt, so daß bei Verwendung schaffen, bei dessen Anwendung die Regelsclnva.ikunderartiger Vakiiumrcgelventile in Regelsystemen nur 60 gen in Kryostaten auf ein zulässiges Maß herabgesetzt geringe Regclschwankungen auftreten. Ein bevorzug- werden können. Das Kennzeichnende der Erfindung tes Anwendungsgebiet liegt in der Konstanthaltung ist in der Kombination folgender an sich bekannter einstellbarer tiefer Temperaliiren in verdampfer- Merkmale zu sehen:

kryostalen, wobei das Vakuumregclvenlil zwischen I. Ein in seiner Lage gegenüber dem Ventilsitz

dem Verdampfer des Kryostaten und der Vakuum- 65 kontinuierlich einstellbares, mit abnehmendem

purine in1 der Abgasleitung angeordnet ist und in Ab- Querschnitt gestaltetes Ventilelemeiit ist an

hiingi[-kci! von der Temperatur am Verdampferkörper einer im Venlilgehäusei|iiersclinitt eingespannten

oder an der Probe gesteuert wird (Lit.: beispielsweise Membran befestigt.