DE2155624B2 - Doppelt wirkende kolbenpumpe fuer helium - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine doppelt wirkende kolbenpumpe für Helium, deren Kolben in einem lenkrecht angeordneten Zylinder angeordnet ist, dessen Boden und Deckel jeweils mit einem Einlaß- und einem Auslaßventil versehen sind. Durch den Deckel oder Boden des Zylinders ist eine Antriebsstange für den Kolben hindurchgeführt.

Für die Kühlung von elektrischen Einrichtungen mit Supraleitern, in'obesondcre eines supraleitenden Kabels, tind Kühlkreisläufe für flüssiges Helium oder flüssigen Stickstoff erforderlich. Zur Zirkulation dieser kryogenen Flüssigkeiten sind Pumpen vorgesehen, die innerhalb eines Sckundärkreislaufes arbeilen.

Bei solchen Kühlkreisläufen sind zwei Betriebsformen zu unterscheiden. Bei der ersten erfolgt die Wärmeabfuhr durch Verdampfen der Kühlflüssigkeit. Im Kühlkreislauf zirkuliert dann ein zweiphasigcs Gemisch, das aus Flüssigkeit und Gas besteht. Bei der zweiten Belriebsform wird die Kühlflüssigkeit unter Druck und Fixieren des Siedepunktes durch einen Wärmeaustauscher im einphasigen flüssigen Zustand umgepumpt. Die Wärmeabfuhr erfolgt über die snezifische Wärme der Kühlflüssigkeit. Der Betriebsdruck im Kreislauf kann durch den Gasvorrat in einem Behälter eingestellt werden. Der Förderdruck der Pumpe dient nur zur Überwindung der Strömungsverluste des Kühlkreislaufes.

Bei der Inbetriebnahme eines Kühlkreislaufes mit flüssigem Helium kann zunächst der Kreislauf über ein Kaltventil aus einem Kryostaten mit Flüssigkeit betankt werden. Zirkuliert nach anfänglich starkem Gasanfall ein zweiphasiges Gemisch, so kann durch Umschalten ίο des Kaltventils der Betrieb auf einen Kreislauf unter Druck mit fixiertem Siedepunkt umgeschaltet werden. Hieraus ergibt sich eine weitere Forderung an die Eigenschaften einer Pumpe für das kryogene Medium, nämlich die Verwendung für einen gemischten Kreislauf. Mit einer selchen Pumpe kann die Zeit für die Füllung des Kühlkreislaufs geringgehalten werden. Darüber hinaus muß eine derartige Kryopumpe noch weitere Forderungen erfüllen. Der Durchsatz der Kühlflüssigkeit soll stetig und in großen Bereichen variierbar sein. Ferner soll die Pumpe in der Lage sein, sowohl kaltes als auch warmes Gas zu fördern.

Zur Förderung von flüssigem Helium und flüssigem Stickstoff sind bei der konstruktiven Gestaltung der Pumpe noch besondere Anforderungen ?.u erfüllen, weil sich die einzelnen Materialien bei den tiefen Temperaturen unterschiedlich stark zusammenziehen. Metalle schrumpfen bei Heliumtemperatur beispielsweise bis zu etwa 4 %o und Kunststoffe, die als Dichtungsmaterialicn verwendet werden, sogar bis zu etwa 2,4 %. Außerdem ändert sich auch die Elastizität der Stoffe. Gummi und Kunststoffe werden beispielsweise hart und spröde. Schmierstoffe können wegen der Gefahr einer Verunreinigung der geförderten kryoge'nen Flüssigkeiten und weil sie bei den tiefen Temperaturen fest werden, im allgemeinen nicht verwendet werden. Störungen durch ausfrierendes Gas im Innenraum der Pumpe beim Abkühlen sind zu vermeiden. Helium neigt in Rohrleitungen zu Schwingungen und darf von der Pumpe nicht dazu angeregt werden.

Für die Realisierbarkeit eines Kühlkreislaufs unter erhöhtem Druck ist ferner zu beachten, daß alle Teile der Pumpe für den Betriebsdruck auszulegen sind. Dies erfordert insbesondere eine ausreichende Dichtung des Pumpengehäuses gegen den entsprechenden Überdruck. Einerseits muß die Durchführung des Gestänges für den Kolbenantrieb durch die Zylinderwand genügend abgedichtet werden. Andererseits bewirkt eine solche Dichtung des Antriebsgestänges gegen den Betriebsdruck eine unzulässige Erhöhung der Reibungsverluste während der Bewegung des Kolbens. Diese druckfeste Durchführung stellt somit eine unzulässige Wärmequelle der gesamten Anordnung dar.

Als Pumpen zur Förderung von Helium sind Kreiselpumpen wegen der geringen Dichte des Heliums nicht geeignet, weil diese Pumpen entsprechend dem Dichteverhältnis nur eine niedrige Druckdifferenz erzeugen können. Zellenradpumpen, Zahnradpumpen und Roots-Pumpen mit drehenden Druckerzeugern können zwar eine wesentlich höhere Druckdifferenz erzeugen, ihr Einsatz hängt aber besonders von der wärmetechnischen Gestaltungsmöglichkeit hinsichtlich der Gasentwicklung bzw. der Gasverluste bei den verschiedenen Drehzahlen ab. Außerdem bereiten die bei solchen Pumpen üblichen mechanischen Elemente, wie Drehdurchführungen und Stopfbuchsen erhebliche Betriebsschwierigkeiten. Außerdem sind diese Pumpen im allgemeinen zur Gasförderung nicht geeignet.

Demgegenüber haben Kolben- und Membranpumpen

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den Vorteil, daß ihr Volumendurchsatz variierbar ist und daß große Förderhöhen bei kleinen Durchsätzen möglich sind. Sie können ferner kaltes und warmes Gas pumpen. Außerdem sind die konstruktiven Möglichkeiten bei der Wahl des Antriebs für den Kolben sehr vielseitig. Es kann beispielsweise ein Kurbelantrieb, ein Hubmagnet außerhalb oder auch ein supraleitender Spulenantrieb innerhalb des Kryobehälters verwendet werden.

Bei dem Membranpumpensystem ist in erster Linie die Qualität des Federbalges für die Lebensdauer und maximal erreicnbare Anzahl der Hübe pro Minute wesentlich. Tombak ist als Federbalgmaterial geeignet und die Federkonst.ante bei der Temperatur des flüssigen Heliums ist auch kleiner als bei Raumtemperator. Die Lebensdauer solcher Tombak-Wellkörper ist jedoch mit etwa 10⁵ bis 10" Hüben verhältnismäßig gering, (n einer aus »Cryogenics«, April 1965, Seite 109 bekannten Ausführungsform einer Pumpe für kryogene Flüssigkeiten hat man deshalb den Wellkörper aus Nickel hergestellt. Zum Antrieb ist hei der bekannten Pumpe ein supraleitender Wechselstrommagnet vorgesehen, der einen supraleitenden Niobring .'um Schwingen bringt. Durch die Benutzung der Supraleitung ist diese Pumpe jedoch auf die Förderung von Helium ^ beschränkt. Außerdem läßt der Wellkörper keinen großen Druck und nur geringe Fördermengen zu, weil bei solchen Pumpen der Hub auf einige Prozent der Wellkörperlänge begrenzt ist, damit die Elastizitätsgrenze des Wellkörpermaterials nicht überschritten wird.

D'C eingangs gestellten Forderungen an einer Pumpe für kryogene Medien können deshalb am besten mit einer in die Kühlflüssigkeit eingetauchten Kolbenpumpe erfüllt werden. Aus »Rev. of Scient. Instr.«, V. 41, Nr. 10, Seiten 1444 bis 1446 ist eine Kolbenpumpe bekannt, deren Zylinder aus nichtmagnetischem Material besteht. Der Kolben wird von zwei Ringmagneten mitgeführt, die sich außerhalb des Zylinders befinden und die von einer Führungswelle geführt und von einem Antriebsgestange bewegt werden. Dieses Zylindermaterial ermöglicht jedoch nur eine schlechte Wärmeabführung und durch den normalleitenden Magneten erhält man eine verhältnismäßig große Wärmeeinströniung. Sie ist deshalb für Helium ungeeignet.

In »Advances in Cryogenic Engineering«, V. 11, 1965, Seiten 530 bis 535 ist eine nach dem Prinzip der Doppelkolbenanordnung fördernde Pumpe bekannt, die zwar an sich eine stetige Förderung ermöglicht; die Wärmeabführung ist jedoch durch die Verwendung von Edelstahl schlecht und ihr Totvolumen verhältnismäßig groß. Infolgedessen geht die Fördermenge bei Betrieb lurück. Die Füllung im äußeren Zylinderraum verdampft und damit wird die Förderung unregelmäßig.

In der US-Patentschrift 34 56 595 ist eine Ausführungsform einer Pumpe für kryogene Flüssigkeiten dargestellt mit einem Kolben, der in einem senkrechten Zylinder bewegt wird. Eine Antriebsstange für den Kolben ist durch den Deckel des Zylinders hindurchgeführt. Deckel und Boden enthalten jeweils ein Ansaug- und ein Auslaßventil. Der Zylinder wird zunächst mit einem Gas-Flüssigkeitsgemisch gefüllt. Mit der Bewegung des Kolbens strömt zunächst ein überschüssiger Anteil an Flüssigkeit über öffnungen in der Zylinderwand, die als Hilfsventilc wirken, in das Flüssigkeitsbad zurück. Dann wird das Flüssigkeits-Gas-Gemisch komprimiert, wodurch sich das Gas wieder verflüssigt. Dann erst öffnen die Auslaßventile. Wegen der öffnungen in der Zylinderwand ist ein Betrieb unter Überdruck nicht möglich. Auch ein geschlossener Kreislauf des beförderten Mediums ist nicht möglich.

Es wurde nun erkannt, daß eine Pumpe, die alle vorgenannten Forderungen erfüllen soll, so gestaltet sein muß, daß die zu fördernde kryogene Flüssigkeit, insbesondere flüssiges Helium, beim Pumpen nicht verdampft. Es muß somit sowohl eine Wärmeeinleitung von außen als auch vor allem eine unzulässige Wärmeentwicklung der Pumpe selbst praktisch ausgeschlossen werden. Diese Forderung kann nur erfüllt werden, wenn an der Durchführung des Antriebsgestänges durch die Zylinderwand nur eine vernachlässigbar geringe Reibungswärme entsteht uno zugleich wesentliche Strömungsverluste in den Zu- und Ableitungen des Kühlmediums unmittelbar am Pumpenzylinder, insbesondere in den Ansaug- und Auslaßventilen, vermieden werden.

Aus dem Fachbuch »Pumpen für Flüssigkeiten und Gase«, Berlin 1970, Seiten 41 bis 45 ist zwar eine Kolbenpumpe für kryogene Medien wie beispielsweise flüssigen Stickstoff bekannt. Bei dieser Pumpe sind die genannten Forderungen nicht erfüllt. Darüber hinaus wird das kryogene Medium aufgrund einer Ansaugwirkung in den Pumpenzylinder gefördert. Eine solche Ansaugwirkung muß aber bei einer Förderung von flüssigem Helium vermieden werden, da die damit verbundene Siedepunktserniedrigung schnell zu einer Verdampfung dieses Mediums führt. Die bekannte Pumpe ist deshalb für flüssiges Helium nicht geeignet. Dasselbe gilt auch für die aus den US-PS 32 12 280 und J2 99 828 bekannten Pumpen, bei denen ebenfalls in einem Ansaugvorgang ein kryogenes Medium, beispielsweise flüssiger Wasserstoff, in den jeweiligen Pumpenzylinder gelangt.

Mit der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, e:ne Pumpe zur Förderung von gasförmigem und flüssigem Helium zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Pumpen vermeidet und alle eingangs genannten Forderungen erfüllt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Pumpenkolben mit der Antriebsstange und dem Antrieb in einem gemeinsamen Druckgehäuse angeordnet ist und daß die Einlaßventile annähernd gewichtslos ausgebildet und mit einer minimalen äußeren Kraft zu öffnen sind, wobei der Druckunterschied zu beiden Seiten dieser Einlaßventile während des Einlaßvorganges des Heliums in den von dem Pumpenkolben freigegebenen Pumpraum sowie der Strömungswiderstand der Einlaßventile annähernd Null sind. Das Helium strömt in den Zylinder, bevor ein merkbarer Unterdruck auftritt. Eine Ansaugwirkung beim Einlaßvorgang ist somit praktisch nicht vorhanden. Diese Pumpe kann für einen hohen Druck in einem Kreislauf ausgelegt werden, und sie kann einen wenigstens annähernd stetigen Flüssigkeitsstrom liefern. Da die Antriebsstange im Pumpengehäuse angeordnet ist, braucht die Durchführung der Stange durch die Zylinderwand das Helium nicht gegen den Betriebsdruck abzudichten. In dieser Durchführung braucht deshalb nur eine vernachlässigbare kleine Reibungswärme erzeugt zu werden.

Aufgrund dieser Vorteile ist die Pumpe nach der Erfindung insbesondere zur Förderung von gasförmigem und/oder flüssigem Helium geeignet. Selbstverständlich können mit ihr aber auch andere gasförmige oder flüssige kryogene Medien wie beispielsweise Wasserstoff gefördert werden.

Das Einlaßventil im Boden des Zylinders der Pumpe

nach der Erfindung kann vorzugsweise auch ohne Druckfeder ausgeführt werden. Ist die Pumpe zur Förderung eines Zweiphasengemisches oder ausschließlich zur Förderung von gasförmigem Helium vorgesehen, so kann das obere Einlaßventil mit einer sehr s schwachen Druckfeder versehen sein. Die Federkraft wird dann vorteilhaft so bemessen, daß sie annähernd gleich oder wenigstens nicht wesentlich größer als das Gewicht des Ventiltellers ist. Sie hat somit im wesentlichen nur die Aufgabe, das Gewicht des Tellers zu kompensieren.

Falls die Pumpe ausschließlich kryogene Flüssigkeiten, beispielsweise flüssiges Helium oder flüssigen Stickstoff, fördern soll, so können unter Umständen auch beide Einlaßventile als Tellerventile ohne Ventilfedem ausgeführt sein. Die Strömungsverluste in der Pumpe können durch entsprechende Gestaltung sowohl der Ventile als auch der Rohrleitungen in der Nähe der Ventile geringgehaltcn werden. Der Strömungsquerschnitt in den Ventilen wird deshalb vorzugsweise nicht wesentlich geringer, insbesondere gleich oder sogar größer als der Strömungsquerschnitt in den angeschlossenen Rohrleitungen gewählt. Zusätzlich können die Rohrleitungen an der Pumpe, insbesondere deren Verzweigungen, so gestaltet sein, daß die Wirbelbildung in den Leitungen gering ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Pumpe nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

In der dargestellten Ausführungsform der Pumpe ist zur Erzeugung der Antriebskraft ein Gleichstrommotor 2, beispielsweise für eine Spannung von 220 V und mit einer Leistung von 60 W, vorgesehen. Dieser Motor 2 bewegt über ein axiales Stirnradgetriebe 4 mit einer Untersetzung von beispielsweise 15:1 und einem Drehmoment von beispielsweise 3 Nm sowie über eine Kurvenscheibe 6 und ein Antriebsgestänge 8 einen Kolben 10 bewegt. Das Umfangsprofil der Kurvenscheibe 6 kann zweckmäßig so gestaltet sein, daß die Bewegung des Kolbens 10 nach einer Sinusfunktion verläuft (vgl. französische Patentschrift 5 75 456).

Der Antriebsmotor 2 kann zweckmäßig nur zur Erzeugung der Aufwärtsbewegung des Kolbens 10 vorgesehen sein. Dann braucht das Antriebsgestänge 8 lediglich eine Zugkraft zu übertragen und kann somit als Rohr mit dünner Wandung ausgeführt sein, das entsprechend geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die Wärmeeinführung über das dünne Rohr zum Kolben 10 und damit zu dem zu fördernden kryogenen Medium ist entsprechend gering. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 10 kann dann durch Federkraft erzeugt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Schraubenfeder 12 vorgesehen sein, die zwischen dem Kolben 10 und einer Gehäusedurchführung 14 angeordnet ist Die Gehäusedurchführung 14 enthält eine Dichtung 16. Die Zugstange 8 kann vorzugsweise aus Edelstahl bestehen, der eine gute Festigkeit hat und ein schlechter Wärmeleiter ist Die Kurvenscheibe 6 ist in einem Antriebsgehäuse 18 angeordnet, das mit einem Sichtfenster 20 versehen ist Das Sichtfenster 20 ermöglicht eine Beobachtung der Funktion des Antriebs. Das Antriebsgehäuse 18 ist über ein rohrförmiges Verbindungsstück 22 mit der Durchführung 14 eines Pumpenzylinders 24 verbunden, in dem der Kolben 10 bewegt wird. Das Verbindungsstück 22 kann zweckmiStg ebenfalls aus einem dünnwandigen Rohr hergestellt sein, das eine geringe Wärmeeinleitung zum Pumpenzylinder 24 sicherstellt. Der Deckel 26 des Pumpenzylinders 24 isi mit einem Einlaßventil 28 versehen, das vorzugsweise als Tellerventil mit einem Teller 30 und einei Ventilfeder 32 versehen sein kann. Im Boden 34 des Zylinders 24 befindet sich ein weiteres Einlaßventil 36 das ebenfalls zweckmäßig als Tellerventil gestaltet sein kann. Der Ventildruck gegen die Strömungsrichtung des zu fördernden Mediums kann dadurch geringgehalten werden, daß dieses Ventil ohne Ventilfeder ausgeführt ist. Die Ventilwirkung wird dann ausschließlich durch einen Teller 38 erzeugt.

Im Deckel 26 ist ferner ein Auslaßventil 40 angeordnet, das eine Ventilfeder 42 und einen Ventilteller 44 enthält. Ein in gleicher Weise aufgebautes Auslaßventil 46 mit einer Ventilfeder 48 und einem Ventiltellei 50 ist im Boden 34 des Pumpenzylinders 24 angeordnet. In den Ansaugventilen 28 und 36 mündet jeweils eine Einlaßleitung 52 bzw. 54. Diese Einlaßleitungen 52 und 54 sind jeweils über eine Kupplung 56 bzw. 58 mit einer Zuleitung 60 für das Kühlmedium verbunden.

In gleicher Weise ist an die Auslaßventile 40 und 46 jeweils ein Auslaßrohr 62 bzw. 64 angeschlossen, das über entsprechende Kupplungen 66 bzw. 68 mit einer Ableitung 70 für das Kühlmedium verbunden ist.

Der Pumpenzylinder 24 kann aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere einem nur geringe Reibungsverluste erzeugenden Metall, insbesondere Kupfer, hergestellt werden. Als Material für den Kolben 10 ist vorzugsweise eine Kupferlegierung, insbesondere Messing, geeignet Zur Dichtung der beiden Teile des Zylinderinnenraumes gegeneinander sind Dichtungsringe 11 vorgesehen, die an der inneren Wand des Zylinders 24 gleiten. Diese Dichtungsringe 11 müssen besonders gute Gleiteigenschaften haben und außerdem bei tiefer Temperatur nur wenig oder wenigstens nicht wesentlich mehr als der Zylinder 24 schrumpfen. Diese Forderung an die Dichtungsringe 11 erfüllt Kunststoff, in den ein Metall, insbesondere Bronze, in feinverteilter Form eingelagert ist.

In der dargestellten Ausführungsform der Pumpe mit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Antriebsmotor 2, Antriebsgestänge 8 und Kolben 10 kann auch im Falle eines im Zylinder 24 eingefrorenen Kolbens 10 die Pumpe nicht beschädigt werden. Der Motor 2 zieht dann nämlich den klemmenden Kolben 10 nur noch in die obere Endstellung. Da die Kraft der Feder 12 den Kolben 10 nicht mehr bewegt, läuft der Antrieb des Kolbens leer weiter. Dieser Leerlauf kann durch das druckfeste Sichtfenster 20 im Antriebsgehäuse 18 beobachtet werden.

Auch bei der Inbetriebnahme des Kühlkreislaufs, wenn die Rohrleitungen 60 und 70 mit der Pumpe sich noch auf Raumtemperatur befinden und somit stoßweise ein starker Gasanfall mit entsprechender Druckerhöhung zu erwarten ist, setzt der Pumpenvorgang durch Leerlauf des Antriebs solange aus, bis der Druck in den Rohrleitungen 60 und 70 und den Anschlußleitungen 52 und 54 sowie 62 und 64 ausgeglichen oder kleiner als der Druck der Feder 12 geworden ist Hierdurch werden zugleich Schwingungen vermieden, wenn Helium mit der Pumpe gefördert werden soll und es werden auch optimale Betankungszehen bei der Inbetriebnahme des Kühlkreislaufs erreicht Die Antriebsteile, nämlich der Motor 2, das Getriebe 4 sowie (fie Kurvenscheibe 6 und die Zugstange 8 befinden sich in dem Gehäuse 18 mit dem Verbindungsstück 22. Sie können vorzugsweise aus vernickeltem Stahl bestehen. Durch die als Stonfbuehse

mit expandiertem Graphit 16 als Dichtungsmaterial ausgeführte Durchführung 14 wird das kryogene Medium gehindert, aus dem Zylinder 24 in das Verbindungsrohr 22 aufzusteigen. Diese Stopfbuchse braucht jedoch nicht den hohen Druck des Kreislaufs <i gegen die Atmosphäre abzudichten. Außerdem kann diese Stopfbuchse vorteilhaft einstellbar ausgeführt sein, so daß auch die Reibung und damit die erzeugte Wärme entsprechend vernachlässigbar kk-ingehaltcn werden können.

Durch die Anordnung von jeweils einem Einlaß- und einem Auslallventil oberhalb und unterhalb des Kolbens 10 in den Zylinderdeckel!! 26 bzw. 34 erhält man die Doppelfunkiion der Kolbenpumpe mit jeweils einem Hub bei der Aulwärts- und der Abwärtsbewegung des Kolbens 10.

Die Pumpe ist zur Förderung siedender Flüssigkeit, d. h. für einen offenen Kühlkreislauf und für eine Kühlflüssifkeit geeignet, die sich dicht unter dem Siedepiinl· '■ befindet, l-jne auch nur geringe Druckverminderung durch das Ansaup.-n würde die Flüssigkeit zum Verdampfen bringen. Dir Ventile sind deshalb so gestallet und ungeordnet, daß das Kühlmedium im Falle eines offenen Kreislaufs durch die statische Flüssigkeitssäule bereits ohne merkbare Druckverminderung in den Z\linder 24 einströmt. Bei geschlossenem Kreislauf wird das Kühlmedium sofort in das freiwerdende Volumen hineingednickt.

Diese Funktion erfüllen vorzugsweise Tellerventile mit sehr geringer Masse der Teller 30 bzw. 38 sowie 44 und 50 in Verbindung mit einer wenigstens sehr geringen oder sogar fehlenden Federkraft der Einlaßventile 28 und }6. Die Ventilteller können vorzugsweise ims dünnen Dm al Metallplättchen mit einem Gewicht von beispielsweise 0.5 ρ bestehen. Der Durchmesser kann beispielsweise 12,8 mm betragen. Zur seitlichen Führung der Ventilteller können beispielsweise in jedem Ventil vier ::::\ 40 versetzte Nocken vorgesehen sein. Die beiden Auslaßventile 40 und 46 können jeweils mit einer etwas schwereren Zylinderfeder versehen sein, die beispielsweise aus Edelstahl bestehen kann und eine l-'ederkraft von beispielsweise 10 ρ haben kann.

I):is obere Einlaßventil 28 kann mit einer Ventilfeder 32 versehen sein, falls mit der Pumpe ein gasförmiges Medium oder ein Zweiphasengemisch gefördert werden Si)Il. Dann wird die Kraft der Feder 32 so gewählt, daß sic das Gewicht des Ventiltellers 30 gerade ausgleicht. Ist die Pumpe zur Förderung eines flüssigen Mediums vorgesehen, so kann die Ventilfeder entfallen.

Die Ventilteller werden beim Öffnen beispielsweise um etwa 3 mm angehoben und gegen einen ringförmigen Käfig im Ventileinsatz, gedrückt. Der allgemeine Querschnitt der Rohrleitungen 60 bzw. 70 mit den zugehörigen Anschlullleitungen 52, 54, 62 und 64 kann vorzugsweise auch in den Kupplungen 56, 58. 66 und 68 sowie auch in den Ventilen 28, 36, 40 und 46 selbst eingehalten werden. Eine gute Abdichtung der einzelnen Ventilteller gegen den Ventileinsatz erhält man durch geschliffene Oberflächen des Tellers.

Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Pumpe kann beispielsweise für einen Volumendurchsatz von mehreren 1 000 Litern/Stunde ausgeführt werden.

Im Ausführungsbeispiel ist eine Ausführungsform der Pumpe dargestellt, bei der die Antriebsstange 8 durch den Deckel 26 des Zylinders 24 hindurchgeführt und der Antrieb oberhalb der Pumpe angeordnet ist. Es ist jedoch auch eine Ausführungsform der Pumpe möglich, bei der die Antriebsstange 8 durch den Boden 34 der Pumpe hindurchgeführt und der Antrieb dementsprechend unterhalb der Pumpe angeordnet ist.

Ein besonderer Vorteil der Pumpe besteht darin, daß sie sowohl flüssige als auch gasförmige kryogene Medien fördern kann. Es ist somit möglich, zunächst den Kühlkreislauf mit einem gasförmigen Medium zu füllen, das sich mit zunehmender Kühlung und entsprechend abnehmender Temperatur stufenlos verflüssigt.

In einem geschlossenen Kühlkreislauf, beispielsweise für flüssiges Helium als Kühlmittel, kann die Pumpe zusammen mit wenigstens einem Wärmeaustauscher in einem Kühiflüssigkeitsbad mit flüssigem Helium angeordnet sein. Der Kühlkreislauf kann als zu kühlende Einrichtung beispielsweise ein supraleitendes Kabel enthalten. Dann kann zur Inbetriebnahme dieses Kreislaufes zunächst gasförmiges Helium beispielsweise aus Gasbehältern in den Kreislauf einströmen. Das durch die Pumpe im Kreislauf umgewälzte Gas wird im Wärmeaustauscher stetig herabgekühlt. Mit einem Druckregler in der Gaszuleitung kann ein gewünschter Überdruck im Kühlkreislauf eingestellt werden, der vorzugsweise so gewählt wird, daß ein Sieden des verflüssigten Heliums im Kreislauf verhindert wird. Der dazu erforderliche überkritische Druck kann durch Steuerung oder Regelung aufrechterhalten werden. Die zu kühlende Einrichtung wird somit stetig herabgekühlt und auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 409547/62

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Doppelt wirkende Kolbenpumpe für Helium, deren Kolben in einem senkrecht angeordneten Zylinder angeordnet ist, dessen Boden und Deckel jeweils mit einem Einlaß- und einem Auslaßventil versehen sind, mit einer durch den Deckel oder den Boden hindurchgeführten Antriebsstange für den Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (10) mit der Antriebsstange (8) und dem Antrieb (2) in einem gemeinsamen Druckgehäuse (18_: 24, 26, 34) angeordnet ist und daß die Einlaßventile (28, 36) annähernd gewichtslos ausgebildet und mit einer minimalen äußeren Kraft zu öffnen sind, wobei der Druckunterschied zu beiden Seiten dieser Einlaßventile (28, 36) während des Einlaßvorganges des Heliums in den von dem Pumpenkolben (10) freigegebenen Pumpraum sowie der Strömungswiderstand der Einlaßventile (28, 36) annähernd Null sind.

2 Kolbenpumpe nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (34) des Zylinders (24) als Einlaßventil ein Tellerventil (36) ohne Ventilfeder vorgesehen ist.

3. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 und

2, dadurch gekennzeichnet, daß im Deckel (26) des Zylinders (24) als Einlaßventil ein Tellerventil (28) mit einer Druckfeder (32) vorgesehen ist, deren Federkraft nicht wesentlich größer als das Gewicht des Ventiltellers (30) ist.

4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (24) aus Kupfer besteht.

5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) mit Dichtungsringen (11) versehen ist, die aus Kunststoff mit eingelagertem Metall in fein verteilter Form bestehen.

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Bronze vorgesehen ist.