DE2434392A1 - Thermomechanical gas valve for vacuum ,application - has valve body and plunger of unequal thermal expansion factors - Google Patents
Thermomechanical gas valve for vacuum ,application - has valve body and plunger of unequal thermal expansion factorsInfo
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Abstract
Description
Thermomechanisches Ventil Die Erfindung betrifft ein thermomechanisches Ventil mit einer Zu- und einer Abführungsleitung, dessen Ventil sitz an dem einen Ende eines Hohlkörpers, vorzugsweise eines Rohres, vorgesehen ist, während der Ventilkörper über das eine Ende eines du.rch den Hohlkörper verlaufenden Stempels, dessen anderes Ende über eine druckerzeugende Verbindung, insbesondere eine Schraubverbindung, am anderen Ende des Hohlkörpers angreift, gelagert ist, wobei die Hohlkörperwandung elektrisch erwärmbar und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der Hohlkörperwandung größer als derjenige des Stempels ist, so daß der durch die druckerzeugende Verbindung voreingestellte Anpreßdruck des Ventilkörpers an den Ventilsitz und damit der Durchlaß des Ventils mittels der Temperatur der-Hohlkörperwandung veränderbar ist. Thermomechanical valve The invention relates to a thermomechanical valve Valve with an inlet and an outlet line, the valve of which is seated on one End of a hollow body, preferably a tube, is provided, while the valve body over one end of a stamp running through the hollow body, the other end End via a pressure-generating connection, in particular a screw connection, engages at the other end of the hollow body, is mounted, the hollow body wall electrically heatable and the coefficient of thermal expansion of the material of the hollow body wall is larger than that of the stamp, so that the pressure-generating connection preset contact pressure of the valve body on the valve seat and thus the passage of the valve can be changed by means of the temperature of the hollow body wall.
Ein solches thermomechanisches Ventil dient vorzugsweiSe dazu, genau dosierte, geringe Gasmengen in Vakuumapparaturen einzulassen, insbesondere für die Gas zufuhr bei Ionenquellen von Teilchenbeschleunigern, Massenspektrometern o. dgl.Such a thermomechanical valve is preferably used to precisely Admit metered, small amounts of gas in vacuum apparatus, especially for the Gas supply for ion sources of particle accelerators, mass spectrometers or the like
Es sind viele verschiedene Typen von Ventilen für den kontrollierten Gas einlaß in Vakuun- und Niederdruckapparaturen, insbesondere im Nanospektrometer, chemische Apparaturen und Ionenquellen bekannt.There are many different types of valves for the controlled one Gas inlet in vacuum and low pressure equipment, especially in the nanospectrometer, chemical apparatus and ion sources known.
Der mögliche Ionenstrom einer Ionenquelle für einfach und insbesondere für mehrfach geladene Ionen hängt sehr entscheidend von der augenblicklichen Gaszufuhr ab; diese muß bei den Ionenquellen möglichst genau und kontrolliert zwischen 1 cm3 h b 0.211 10 31 torr sec 1 und 20 cm h 1 6 4.22 * 1 ll torr secl eingestellt werden.The possible ion current of an ion source for simple and particular for ions with multiple charges depends very decisively on the instantaneous gas supply away; In the case of the ion sources, this must be as precise and controlled as possible between 1 cm3 h b 0.211 10 31 torr sec 1 and 20 cm h 1 6 4.22 * 1 ll torr secl.
Die gebräuchlichen Ventiltypen sind vor allem mechanische Ventile, Diffusionsventile, Kapillarventile und thermomechanische Ventile.The most common types of valves are mainly mechanical valves, Diffusion valves, capillary valves and thermomechanical valves.
Unter den mechanischen Ventilen gibt es eine Vielzahl von Ausführungsformen, z.B. eine Art, bei der sich ausschließlich nur ein Kegel in das entsprechende Gegenstück eindrückt; hierbei ist es durch ein besonders genau gefertigtes und stark untersetztes Getriebe möglich, den Kegeldruck in kleinsten Schritten zu verändern, wodurch sich ein Gasdurchlaß einstellen läßt. Diese Ventilausführungen können mit Gaseinlandrücken von mehr als 40 atü arbeiten.There are a large number of designs among mechanical valves, E.g. a type in which there is only one cone in the corresponding counterpart depresses; here it is through a particularly precisely manufactured and strongly squat Gearbox possible to change the cone pressure in the smallest of steps, thereby increasing a gas passage can be set. These valve designs can be inland gas pressure work from more than 40 atmospheres.
Eine weitere häufige Ausführungsform eines mechanischen Ventils ist das Nadelventil. In diesem bewegt sich eine Nadel in einer Bohrung von bestimmtem Öffnungswinkel und Durchmesser hin und her. Je nach Stellung der Nadel ergibt sich somit ein mehr oder weniger starker Gasdurchlaß. Da das Schließen des'Ventils hierbei nicht problemlos ist, darf man diesen Ventilen nur einen geringen Überdruck bis ungefähr 700 Torr je nach Ausführungsart zuführen. Aus diesem Grund werden Nadelventile meistens in Zusammenhang mit Reduzierventilen benutzt. Hierbei wird der Eingangsgasdruck je nach Kalibration und Ausführung auf 100 Torr bis 760 Torr reduziert.Another common embodiment of a mechanical valve is the needle valve. In this a needle moves in a hole of a certain one Opening angle and diameter back and forth. Depending on the position of the needle, this results thus a more or less strong gas passage. Since the closing of the valve here is not problem-free, you can only use these valves a small one Apply overpressure of up to approximately 700 Torr depending on the design. For this reason Needle valves are mostly used in conjunction with reducing valves. Here the inlet gas pressure is between 100 Torr and 760, depending on the calibration and design Torr reduced.
Die mechanischen Ventil arten sind mit dem Nachteil des mechanischen Verschleißes behaftet; außerdem sind die meisten gegen ein Überdrehen nicht gesichert.The mechanical valve types have the disadvantage of the mechanical Afflicted with wear and tear; in addition, most of them are not secured against overturning.
Die Diffusionsventile beruhen auf der Erscheinung, daß einige Metalle eine relativ hohe Permeabilität für einige spezielle Gase haben. Diese Permeabilität ist temperaturabhängig, und es ist bei verwendung eines solchen Metalls als Durchlaßelement durch ein mehr oder weniger starkes Erwärmen des Metalls ein unterschiedlicher Gasdurchlaß einstellbar.The diffusion valves are based on the phenomenon that some metals have a relatively high permeability for some special gases. This permeability is temperature dependent, and it is when using such a metal as a passage element by heating the metal to a greater or lesser extent, a different gas passage adjustable.
Da die Absorp-tion von Gasen in Metallen und die Diffusion von Gasen durch Metalle fundamental zusammenhängen und der Mechanismus der Diffusion nur so zu begreifen ist, daß zuerst das Gas auf der Hochdruckseite des Metalls gelöst wird und anschließend das Gas auf die Niederdruckseite, die "supergesättigt" ist, wieder abgegeben wird, haben die Diffusionsventile zwar den Vorteil einer nur geringen Unreinheit der Gase nach der Diffusion, die ca. 1 Teil pro 106 bis 1 Teil pro 1010 Teile Gas beträgt, dem stehen jedoch einige beachtliche Nachteile gegenüber. So benötigt man pro Gassorte ein Ventil; weiterhin werden beträchtliche Metalltemperaturen benötigt.Because the absorption of gases in metals and the diffusion of gases fundamentally related by metals and the mechanism of diffusion just like that what is to be understood is that the gas on the high pressure side of the metal is first dissolved and then the gas on the low pressure side, which is "super saturated", again is released, the diffusion valves have the advantage of only a small one Impurity of the gases after diffusion, which is about 1 part per 106 to 1 part per 1010 Parts of gas is, however, there are some notable disadvantages. So one valve is required for each type of gas; there are also considerable metal temperatures needed.
Insbesondere aber ist die Null-Leckrate teilweise relativ hoch, beispielsweise ist diejenige eines H,-d-Ventils bei Zimmertemperatur schon ca. 0.5 cm3 h 1, was vor allem für die Plasmaausbildung für mehrfach geladene Ionen von Nachte'il- sein kann.In particular, however, the zero leakage rate is sometimes relatively high, for example that of an H, -d valve is already about 0.5 cm3 h 1 at room temperature, what especially for the formation of plasma for multiply charged ions of disadvantage can.
Die Kapillarventile bestehen grundsätzlich aus einem Körper, der eine Kapillarbohrung bestimmter Länge aufeist; dieser Körper wird über einem Widerstandsdraht erhitzt. Mit zunehmender Temperatur, bei konstantem Gasdruck, nimmt die Viskosität zu und die Dichte ab. Diese beiden Effekte schränken den Gasfluß in der Kapillare bei Erhitzung ein. Vorteilhaft ist, daß man vorher ungefähr bestimmen kann, was für einen Gasdurchlaß man zu erwarten hat.The capillary valves basically consist of a body, the one Capillary bore of a certain length; this body is over a resistance wire heated. With increasing temperature, with constant gas pressure, the viscosity decreases to and the density from. These two effects restrict the flow of gas in the capillary when heated. The advantage is that you can roughly determine what in advance for a gas passage one has to expect.
Nachteilig sind die Kapillarventile vor allem insofern, daß sie erst bei hohen Temperaturen "geschlossen" sind. Ein Heizleistungsausfall amide daher einem Belüften des Vakuumsystems gleichkommen.The main disadvantage of the capillary valves is that they only are "closed" at high temperatures. A heat output failure amide therefore equate to venting the vacuum system.
Bei den thermomechanischen Ventilen ist der Dichtungssitz mechanisch ausgeführt. Der Gasdurchlaß, d.h. die Undichtigkeit wird durch Erwärmen eines metallischen Drahtes oder Körpers erzeugt, wobei die dadurch erzielte Längenausdehnung die Größe des Gasdurchlasses bestimmt.In the case of thermomechanical valves, the sealing seat is mechanical executed. The gas passage, i.e. the leakage, is made possible by heating a metallic Wire or body is generated, the resulting elongation the size of the gas passage determined.
Nachteilig an den bisher bekannten thermomechanischen Ventilen ist ihre große Empfindlichkeit sowohl hinsichtlich der Erwärmung als auch hinsichtlich der Wärmeabfuhr.A disadvantage of the previously known thermomechanical valves their great sensitivity both to heating and to the heat dissipation.
Insbesondere ist ein thermomechanisches Ventil der eingangs genannten Art bekannt. Dieses Ventil wird über einen Heiztransformator durch direkten Stromdurchgang durch den Hohlkörper gesteuert. Die Sekundärwicklung des Transformators, die Zuleitungslaschen, die Anschlußböcke, der Übergangswiderstand zwischen Anschlußböcken und den Ventilanschlußflanschen stellen einen gemeinsamen Widerstand dar, der jedoch kleiner als der Widerstand des als Hohlkörper dienenden Ausdehnungsrohres ist.In particular, a thermomechanical valve is the one mentioned at the beginning Kind known. This valve is operated by a heating transformer through direct current passage controlled by the hollow body. The secondary winding of the transformer, the feeder lugs, the connection blocks, the contact resistance between connection blocks and the valve connection flanges represent a common resistance, which however is smaller than the resistance of the expansion pipe serving as a hollow body.
Somit erwärmt sich das Ausdehnungsrohr um etwa das Doppelte gegegenüber der Transformatorwi cklung. Es entsteht zum Transf ormator hin ein Temperaturgefälle.Thus, the expansion pipe heats up about twice as much compared to that the Transformer winding. A temperature gradient arises towards the transformer.
Die Dichtung erfolgt durch den Andruck einer Kugel gegen eine angephaste Bohrung. Durch Dehnung de s des Ausdehnungsrohres unter der Wärmeeinwirkung wird der Andruck der Kugel gegen den Dichtungssitz geringer; je nach Erwärmung strömen mehr oder weniger Gasmoleküle zum Ventilausgang.The seal is made by pressing a ball against a chamfered one Drilling. By stretching de s of the expansion pipe under the action of heat the pressure of the ball against the seal seat is lower; flow depending on the warming more or less gas molecules to the valve outlet.
Bei diesem Ventil ist die Abhängigkeit von der Konstanz der Versorgungsspannung sehr groß. Versuche haben ergeben, daß eine Spannungsänderung von etwa #U = 0,15 % eine GasdurchflußänderungaQ von ca. 7 °% bewirkt, eine Spannungsänderung von dU = 1 % hat zur Folge, daß a Q - 46 %, wird; eine Umgebungs-temperaturänderung von 1 0C führt zu einer Gasdurchflußänderung von dQ r O/o bzw. 25 C/o.With this valve, the dependency is on the constancy of the supply voltage very large. Tests have shown that a voltage change of about #U = 0.15 % causes a gas flow change aQ of approx. 7%, a voltage change of dU = 1% has the consequence that a Q - 46% becomes; an ambient temperature change of 1 0C leads to a gas flow change of dQ r 0 / o or 25 C / o.
Insgesamt wurde fes-tgestellt, daß die bekannten thermomechanischen Ventile in ungünstiger Weise von der Stabilität der Versorgungsspannung, der gleichbleibenden Belastung des Heizspannungstransformators und der Konstanz der Umgebungstemperatur des Ventils beeinflußt werden.Overall, it was established that the known thermomechanical Valves in an unfavorable way on the stability of the supply voltage, the constant Load on the heating voltage transformer and the constancy of the ambient temperature of the valve can be influenced.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein thermomechanisches Ventil zu schaffen, das gegenüber den bekannten Gas ein laß-Ventilen, insbesondere gegenüber den bisher bekannten thermomechanischen Ventilen, eine bessere Stabilität der Gasdurchlaßmenge besitzt.The object of the invention is to provide a thermomechanical To create a valve that, compared to the known gas, a let valves, in particular compared to the previously known thermomechanical valves, better stability the gas flow rate has.
Insbesondere sollen, zumindest bei einer oder mehrerer der Ausführungsformen der Erfindung folgende Forderungen erfüllt werden: Konstanter Gasdurchlaß im Ventil, Kurzzeitschwankungen L 0.1 cm3 pro Stunde, Langzeit-Gasdurchlaßänderung soll leicht korrigierbar sein, weitestgehende Unempiindlichkeit gegen Änderungen der Umgeblulgs-temperatur, leichte definierte Einstellbarkeit des Gasdurchlasses, es soll die Möglichkeit bestehen, mehrere Ventile mit einem Netzgerät zu betreiben, geringe Baugröße, mechanische Robustheit, das zugehörige Netzgerät soll so ausgebildet werden können, daß es unempfindlich gegen Strahlung, Hochspannungsspitzen, Versorgangssl-)an7lungsschwanRungen und Hochfrequenzstörungen ist, es soll die Möglichkeit zum Einbau auf dem Hochspannungspol eines Druckgas-Beschleunigers bestehen, wobei die Bedienung als Fernbedienung mit Rückmeldung über die Stellung des Ventils ausbildbar sein soll, weiterhin soll das Ventil relativ leicht reparier- und wartbar sein und darüber hinaus eine lange Lebensdauer besitzen. Des weiteren soll die Möglichkeit gegeben sein, die Ventile so zu regeln, daß ein konstanter Gasstzsom nach Ein schalten der Regelung ohne Eingriffe von außen eingehalten wird.In particular, at least in one or more of the embodiments the invention the following requirements are met: Constant gas flow in the valve, short-term fluctuations L 0.1 cm3 per hour, long-term change in gas flow rate should be easily correctable, as far as possible insensitivity to changes the ambient temperature, easy defined adjustability of the gas passage, it should be possible to operate several valves with one power supply unit, Small size, mechanical robustness, the associated power supply should be designed in this way can be that it is insensitive to radiation, high voltage peaks, supply fluctuations and high frequency interference is, it should be able to be installed on the high voltage pole a compressed gas accelerator exist, with the operation as a remote control with It should be possible to generate feedback about the position of the valve, it should continue to do so Valve can be repaired and maintained relatively easily and also has a long service life own. Furthermore, it should be possible to regulate the valves in such a way that that a constant Gasstzsom after switching on the control without external intervention is adhered to.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein thermomechanisches Ventil der eingangs genannten Art, welches sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß der mit einer elektrischen Heizwicklung versehene Hohlkörper innerhalb eines geschlossenen Ven-til-topfes auf gehängt ist, dessen den Hohlkörper umgeben rr Innenraum, in den die Auslaßseite des Ventils mündet, mit der Abführungsleitung verbunden ist.This object is achieved by a thermomechanical valve of the type mentioned, which according to the invention is characterized in that the with an electrical heating coil provided hollow body within a closed Ven-til-pot is hung on, which surrounds the hollow body rr interior, in the the outlet side of the valve opens, is connected to the discharge line.
Insbesondere kann die Zuführungsleitung die Aufhängung für den Hohlkörper im Ventiltopf bilden.In particular, the feed line can be the suspension for the hollow body form in the valve pot.
Vorzugsweise ist die Zuführungsleitung an den Ventilsitz am einen Ende des Hohlkörpers geführt, während das andere'Ende des Hohlkörpers eine in den Ventiltopf mündende Öffnung aufweist, wobei die Öffnung in der druckerzeugenden Verbindung ausgebildet sein kann. Insbesondere kann die Öffnung in einer den Stempel mit Druck beaufschlagenden Schraube vorgesehen sein, die in das andere, vOrI Ventilsitz entf ernte Ende des FIohlkörpers eingeschraubt ist Hierbei besteht die Öffnung zweckmäßigerweise aus einem sich mittig in der Schraube erstreckenden Bereich und einem radial von letzterem in den Innenraum des Hohlkörpers mündenden Bereich.The feed line is preferably connected to the valve seat on one side End of the hollow body out, while the other'End of the hollow body one into the Valve pot has opening opening, the opening in the pressure-generating Connection can be formed. In particular, the opening in one of the rubber stamp be provided with pressurizing screw, which is in the other, vOrI valve seat The end of the hollow body is screwed in. The opening is expediently here from an area extending in the center of the screw and a radially from the latter area opening into the interior of the hollow body.
Der Ventil sitz kann insbesondere vom, vorzugsweise scharfkantigen, Rand einer kreisförmigen Öffnung gebildet sein, während der Ventilkörper eine mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Rotationakörperfläche, die bevorzugt eine Kugeifläche ist, aufweisen kann.The valve seat can in particular from, preferably sharp-edged, Edge of a circular opening be formed, while the valve body with a the valve seat cooperating rotational body surface, which is preferably a spherical surface is, may have.
Die Hohlkörperwandung besteht in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Edelstahl und der Stempel aus Keramik oder Metalls kerarnikmaterial, insbesondere Aluminimuoxyd.The hollow body wall consists in a preferred embodiment made of stainless steel and the stamp made of ceramic or metal kerarnikmaterial, in particular Aluminum oxide.
Zur weiteren Verbesserung der Unempfindlichkeit des erfindungsgemäßen thermomechanischen Ventils gegen äußere Temperaturschwankungen kann der Ventiltopf seinerseits in einem ihn vollständig umgebenden Schutztopf aufgehängt sein, und zwar vorzugsweise mittels der Zuführungs- und Abführungsleitung. Hierbei können die Zuführungs- und Abführungsleitung in einem abnehmbaren Schutztopfdeckei münden, während ihre Durchgangsstellen durch einen, vorzugsweise abnehmbaren, Ventiltopfdeckel abgedichtet sind, zu welchem Zwecke die Zuführungs-und Abführungsleitungen an diesen Durchgangsstellen mit dem Ventiltopfdeckel verlötet, hartverlötet oder Verschweißt sein können.To further improve the insensitivity of the invention thermomechanical valve against external temperature fluctuations can the valve pot in turn be suspended in a protective pot completely surrounding it, and although preferably by means of the supply and discharge line. Here you can the supply and discharge lines open into a removable protective pot cover, while their passage points through a, preferably removable, valve pot cover are sealed, for what purpose the supply and discharge lines are attached to them Passage points are soldered, hard-soldered or welded to the valve pot cover could be.
Eine weitere Verbesserung der Stabilität des Gasdurchflusses wird erzielt, wenn der Ventiltopf und dessen Deckel aus einem Material geringer spezifischer Wärme und großer Wärmeléitzahl , vorzugsweise aus Neusilber hergestellt sind, während der Schutztopf und dessen Deckel bevorzugt aus einem Material hoher spezifischer Wärme, vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt ist.A further improvement in the stability of the gas flow will be achieved when the valve pot and its cover are made of a material less specific Warmth and high heat resistance, preferably made of nickel silver, while the Protective pot and its lid preferably made of a material higher specific heat, preferably made of stainless steel.
Auch wird die Stabilität des Gasdurchflusses gegenüber Tempe raturschwankungen dadurch erhöht, daß die Zuführungs- und Abführungsleitung aus im Verhältnis zu den Abmessungen des Ventiltopfes, insbesondere dessen Durchmesser und/oder dessen Höhe, dülulen Leitungen ausgebildet werden, da sich dann ein geringer Wärmeübergang zwischen den einzelnen Teilen, insbesondere dem Ventil und dem Ventiltopf sowie auch zwischen dem Ventiltopf und dem Schu-tztopf ergibt.The stability of the gas flow with respect to temperature fluctuations is also increased increased by the fact that the supply and discharge line from in relation to the Dimensions of the valve pot, in particular its diameter and / or its height, dülulen lines are formed, since there is then a low heat transfer between the individual parts, in particular the valve and the valve pot as well as between the valve pot and the protective pot results.
Der Hohlkörper und der Ventiltopf sind vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet, und wenn ein Schutztopf vorgesehen ist, so ist dieser dann ebenfalls bevorzugt zylindrisch und konzentrisch zum Hohlkörper und Ventiltopf.The hollow body and the valve pot are preferably cylindrical and arranged concentrically to one another, and if a protective pot is provided, so this is then also preferably cylindrical and concentric to the hollow body and valve pot.
Die elektrische Heizwicklung kann von einem Miniaturheizleiter mit geringem Strombedarf gebildet werden und in mehreren Lagen stufenförmig aufgebracht sein, wobei vorzugsweise im Bereich desjenigen Endes des Hohlkörpers, an dem die druckerzeugende Verbindung vorgesehen ist, mehrere Lagen der Heizwicklung vorgesehen sind, während die Anzahl der Lagen nach demjenigen Ende des Hohlkörpers zu, an dem sich Ventilsitz und Ventilkörper befinden und an dem der Hohlkörper aufgehängt ist, stufenweise abnimmt.The electrical heating coil can be connected to a miniature heating conductor low power consumption and applied in several layers be, preferably in the region of that end of the hollow body on which the pressure-generating connection is provided, several layers of the heating coil are provided are, while the number of layers after that end of the hollow body to which the valve seat and valve body are located and on which the hollow body is suspended, gradually decreases.
Zum Anschluß der Heizwicklung an das zugehörige Netzgerät kann das eine Ende der Heizwicklung gasdicht und isoliert durch den Ventiltopf, insbesondere dessen Deckel geführt sein, während das andere Ende der Heizwicklung elektrisch mit dem Ventiltopf, insbesondere dessen Deckel verbunden ist. Bevorzugt ist das eine Ende der Heizwicklung über die Durchführung im Ventiltopf direkt an einen Kontakt einer am Schutztopf, insbesondere dessen Deckel, angebrachten Steckverbindung geführt, während das andere Ende der Heizwicklung über den Ventiltopf, dessen Aufhängung im Schutztopf und den Schu-tztopf, insbesondere dessen Deckel, elektrisch mit einem anderen Kontakt der Steckverbindung verbunden ist.To connect the heating coil to the associated power supply unit, the one end of the heating coil gas-tight and insulated by the valve pot, in particular its cover be guided, while the other end of the heating coil is electrical with the valve pot, in particular its cover, is connected. Preferred one end of the heating coil is connected directly to the bushing in the valve pot a contact of a plug connection attached to the protective pot, in particular its cover out, while the other end of the heating coil over the valve pot, its suspension in the protective pot and the protective pot, in particular its lid, electrically with one other contact of the connector is connected.
Die vorstehenden sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung im Prinzip dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert: es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen thermomechanischen Ventils, hauptsächlich in Schnittdarstellung; Fig. 2 eine seitliche, hauptsächlich im Schnitt dargestellte, Ansicht des Hohlkörpers mit dem Stempel, dem Ventilkörper und dem Ventilsitz sowie mit der Heizwicklung und der druckerzeugenden Verbindung; Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 vergrößerte Schnittansicht einer Schraube, die den einen Teil der druckerzeugenden Verbindung am unteren Ende des Hohlkörpers der Fig. 2 bildet: und Fig. 4 eine teilweise Schnittansicht gemäß einem Schnitt in Richtung des Pfeils A in Fig. 1.The foregoing and other features and advantages of the invention are shown in principle below with reference to one in FIGS. 1 to 4 of the drawing, particularly preferred exemplary embodiment explained in more detail: FIG. 1 shows a Side view of a thermomechanical valve according to the invention, mainly in sectional view; Fig. 2 is a lateral, mainly shown in section, View of the hollow body with the stamp, the valve body and the valve seat as well with the heating coil and the pressure-generating connection; Fig. 3 is opposite Fig. 2 is an enlarged sectional view of a screw that is part of the pressure generating Connection at the lower end of the hollow body of FIG. 2 forms: and FIG. 4 is a partial Sectional view according to a section in the direction of arrow A in FIG. 1.
Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher das Bezugszeichen 1 dem eigentlichen Ventil zugeordnet ist, das in einem zylindrischen Ventiltopf 2 konzentrisch aufgehängt ist, der seinerseits in einem zylindrischen Schutztopf 3, ebenfalls konzentrisch, aufgehängt ist.Reference is first made to FIG. 1, in which the reference numeral 1 is assigned to the actual valve, which is located in a cylindrical valve pot 2 is suspended concentrically, which in turn is in a cylindrical protective pot 3, also concentrically, is suspended.
Der Ventiltopf 2 besitzt einen abnehmbaren Ventiltopfdeckel 4, und der Schutztopf 3 weist einen abnehmbaren Schutztopfdeckel 5 auf. Beide Deckel sind durch Schrauben befestigt, wobei der Ventiltopf 2, dessen Inneres unter Unterdruck steht, mit einer umlaufenden Dichtung 6 abgedichtet ist.The valve pot 2 has a removable valve pot cover 4, and the protective pot 3 has a removable protective pot cover 5. Both lids are fastened by screws, the valve pot 2, the interior of which is under negative pressure stands, is sealed with a circumferential seal 6.
Das eigentliche Ventil 1 ist über die Zuführungsleitung 7 im Ventiltopf 2 aufgehängt. Der Ventiltopf 2 seinerseits ist über die Zuführungsleitung 7 und die frei im Inneren des Ventiltopfes mündende Abführungsleitung 8 im Schutztopf 3 aufgehängt.The actual valve 1 is via the supply line 7 in the valve pot 2 hung. The valve pot 2 in turn is via the supply line 7 and the discharge line 8, which opens freely inside the valve pot, in the protective pot 3 hung.
Zuführungs- und Abführungsleitung 7 bzw. 8 sind an ihren Durchgangsstellen durch den Ventiltopfdeckel 4 mit letzterem hartverlötet und münden zum Anschluß an Wellschläuche 9 und 10 im Schutztopfdeckel 5, mit dem sie verschweißt bzw. hartverlötet sind. Der Anschluß der Wellschläuche erfolgt über Vakuumflansche 11, wobei die dichte Verbindung mittels Runddichtungen 12 hergestellt wird. Die am anderen Ende der Wellschläuche vorgesehenen Flansche 13 bzw. 14 werden mit einer Gasquelle bzw.Feed and discharge lines 7 and 8 are at their passage points through the valve pot cover 4 hard-soldered to the latter and open to the connection on corrugated hoses 9 and 10 in the protective pot cover 5, with which they are welded or brazed are. The connection of the corrugated hoses takes place via vacuum flanges 11, whereby the tight Connection is made by means of round seals 12. The one at the other end of the corrugated tubing provided flanges 13 and 14 are connected to a gas source or
der Vakuumapparatur verbunden.connected to the vacuum apparatus.
In Fig. 2 ist das eigentliche Ventil 1 näher im Schnitt dargestellt: Es besitzt einen als dünnwandiges Rohr ausgebildeten Hohlkörper 15,- an dessen oberem Ende der Ventilsitz 16 vorgesehen und die Zuführungsleitung 7 angeschweißt ist. Am unteren Ende 17 des Hohlkörpers 15 ist ein Innengewinde vorgesehen, in das eine Sechskant-Input-Schraube 18 eingeschraubt is-t; letztere ist im Schnitt in Fig. 3 näher veranschaulicht. Auf dem oberen Ende der Schraube 18 ist der aus Aluminiumoxyd bestehende Stempel 19 gelagert, und zwar über ein Zwischenteil 20, das beispielsweise aus einer an ihren beiden Enden abgeflachten Kugel besteht. Auf dem oberen Ende des Stempels 19 sitzt der Ventilkörper 21, der eine an seinem unteren Ende abgeflachte Stahlkugel ist.In Fig. 2 the actual valve 1 is shown in more detail in section: It has a hollow body 15 designed as a thin-walled tube, - on its upper one The end of the valve seat 16 is provided and the feed line 7 is welded on. At the lower end 17 of the hollow body 15, an internal thread is provided into which one Hexagon input screw 18 is screwed in; the latter is shown in section in Fig. 3 illustrates in more detail. On the upper end of the screw 18 is the one made of aluminum oxide existing stamp 19 stored, via an intermediate part 20, for example consists of a ball flattened at both ends. On the upper end of the plunger 19 sits the valve body 21, which is flattened at its lower end Steel ball is.
Durch entsprechendes Anziehen der Schraube 18 mit einem vorbestimmten Drehmoment wird der Anprcßdruck des Ventilkörpers 21 an den Ventilsit 16 eingestellt. Dieser Anpreßdruck läßt sich durch die Erwärmung der zylindrischen Wandung des Hohlkörpers 15 verändern, wozu eine Heizwicklung 22 auf der Außenseite dieser Wandung vorgesehen ist.By appropriately tightening the screw 18 with a predetermined Torque, the contact pressure of the valve body 21 on the valve seat 16 is set. This contact pressure can be reduced by heating the cylindrical wall of the hollow body 15 change, including a heating coil 22 provided on the outside of this wall is.
Das von der Zuführungsleitung 7 herkommende Gas, welches zwischen Ventilsitz 16 und Ventilkörper 21 hindurchströmt, gelangt zu der Schraube 18. Diese Schraube besitzt eine mittige Durchgangsöffnung 23, an die sich zwei radiale Durchgangsöffnungen 24 anschließen, da die mittige Durchgangsöffnung 23 von dem Zwischenkörper 20 abgedeckt wird. Infolgedessen fließt das Gas aus dem Inneren des Hohlkörpers 15 zunächst durch die radialen Durchgangsöffnungen 24 in die mittige Durchgangsöffnung 23 und von dort über das Innere des Ventiltopfes 2 zur Abführungsleitung 8.The gas coming from the supply line 7, which between Valve seat 16 and valve body 21 flows through, arrives at the screw 18. This The screw has a central through-opening 23 to which two radial through-openings are attached 24 connect, since the central through opening 23 is covered by the intermediate body 20 will. As a result, the gas initially flows through from the interior of the hollow body 15 the radial through-openings 24 into the central through-opening 23 and from there via the interior of the valve pot 2 to the discharge line 8.
Die Heizwicklung 22 besteht aus mehreren Lagen, die st;fenförmig so angeordnet sind, daß am unteren Ende alle Lagen übereinandcr liegen, während die Anzahl der Lagen nach dem oberen Ende zu abnimmt.The heating coil 22 consists of several layers, which are shaped like staves are arranged that all layers at the lower end lie on top of each other, while the number of layers decreases towards the upper end.
Die elektrische Verbindung der Heizwicklung 22 erfolgt über einen elektrisch mit dem Ventiltopfdeckel 4 verbundenen Anschluß 25 einerseits und über eine Leitung 26, die durch eine vakuumdichte Isolierung 27 durch den Ventiltopfdeckel 4 hindurchgeführt ist und an der Steckdose 28 einer Steckverbindung endet.The electrical connection of the heating coil 22 is made via a electrically connected to the valve pot cover 4 terminal 25 on the one hand and over a line 26 through a vacuum-tight insulation 27 through the valve pot cover 4 is passed and ends at the socket 28 of a plug connection.
Die elektrische Verbindung der Steckdose 28 mit dem an den Vehtiltopfdeckel 4 geführten Anschluß der Heizwicklung 22 erfolgt über die Zu- bzw. Abführungsleitung und den Schutztopfdeckel 5.The electrical connection of the socket 28 with the one on the Vehtiltopfdeckel 4 led connection of the heating coil 22 takes place via the supply and discharge line and the protective pot cover 5.
Das thermomechanische Ventil wird dann über den in die Steckdose eingeführten Stecker 29 mit dem zugehörigen Netzgerät verbunden.The thermomechanical valve is then inserted over the into the socket Plug 29 connected to the associated power supply unit.
Das eigentliche Thermoventil 1 ist mit den anderen Bauteilen praktisch nur über die als dünnes Rohr ausgebildete Zuführungsleitung 7 verbunden, so daß sich eine geringe Wärmeübertragung ergibt.The actual thermal valve 1 is practical with the other components connected only via the feed line 7 designed as a thin tube, so that there is little heat transfer.
Der Raum des Ventiltopfes weist immer den gleichen Druck auf, wie er im Verbraucher herrscht, also einen relativ niedrigen Druck. Die Wärmeabfuhr vom Thermoventil über den Ventiltopfdeckel 4 zum Ventiltopf wird fast ausschließlich nur durch die Zuführungsleitung 7 verursacht, die aus V-Stahl besteht, wobei diese Wärmeübertragung gering ist, da die Wärmeleitzahl für V-Stahl ca. 45 koal m 1 h 1 °C 1, die Wärmeleitzahl für Wasserstoff nur 0.14 kcal m-1 h-1 beträgt, für schwere Gase wird sie noch kleiner; z.B. Argon 0.0137 kcal m-1 h-1 oC-l. Der Schutztopf hat die Aufgabe, kurzzeitige Luftwirbel, Temperaturschwankungen o. dgl. zu dämpfen, außerdem dient er als Puffer gegen mechanische Stöße; somit wird der Schutztopfdeckel 5, welcher mit dem Ventiltopf nur über die zwei'dünnen Leitungen 7, 8 verbunden ist, unempfindlich gegen mechanische Beanspruchungen. Der Schutztopfdeckel trägt, wie bereits er wähnt, die beiden Gaszubringer-Wellschläuche 9, 10, die vom Anschlußdeckel leicht lösbar sind, so daß nötigenfalls ein Austausch des Ven-tils leicht möglich ist.The space of the valve pot always has the same pressure as it prevails in the consumer, so a relatively low pressure. The heat dissipation from the thermal valve via the valve pot cover 4 to the valve pot is almost exclusively caused only by the feed line 7, which consists of V-steel, this Heat transfer is low, since the coefficient of thermal conductivity for V-steel is approx. 45 koal m 1 h 1 ° C 1, the coefficient of thermal conductivity for hydrogen is only 0.14 kcal m-1 h-1, for heavy ones Gases it becomes even smaller; e.g. argon 0.0137 kcal m-1 h-1 oC-l. The protective pot has the task of dampening brief air eddies, temperature fluctuations or the like, it also serves as a buffer against mechanical impacts; thus the protective pot lid 5, which is only connected to the valve pot via the two thin lines 7, 8 is insensitive to mechanical Stresses. The protective pot lid carries, as he already mentioned, the two gas feeder corrugated hoses 9, 10, which from Connection covers are easily detachable so that the valve can be replaced if necessary is easily possible.
Der Ventiltopf 2 und der Ventiltopfdeckel 4 sind aus Neusilber oder Nickel gefertigt, Materialien, die sowojil Weich- als auch Hartlöten zulassen. Sie haben außerdem eine geringe spezifische Wärme (0.095 kcal kg-1 °C-1 bzw. 0.11 kcal kg-1 °C-1) und eine große Wärmeleitzahl (25 kcal m-1 h-1 °C-1 bzw. 45 ketal m-1 h-1 °C-1).The valve pot 2 and the valve pot cover 4 are made of nickel silver or Made of nickel, materials that allow both soft and hard soldering. she also have a low specific heat (0.095 kcal kg-1 ° C-1 or 0.11 kcal kg-1 ° C-1) and a high coefficient of thermal conductivity (25 kcal m-1 h-1 ° C-1 or 45 ketal m-1 h-1 ° C-1).
Diese Kenndaten sind mitentscheidend für das Verhalten des Ventils. Der Schutztopfdeckel 5 und der Schutztopf 3 sind aus V-Stahl hergestellt, ein Material mit hoher spezifischer Wärme, 0.12 kcal.kg1 °C 1, so daß, mitverursacht durch die anderen wärmetechnischen Bedingungen, sich beide bei normalem Betrieb des Ventils kaum merklich über die Raumtemepratur (250G bei 210 C Raumtemperatur) erwärmen.These characteristics are also decisive for the behavior of the valve. The protective pot cover 5 and the protective pot 3 are made of V-steel, a material with high specific heat, 0.12 kcal.kg1 ° C 1, so that, partly caused by the other thermal conditions, both during normal operation of the valve Warm up barely noticeably above room temperature (250G at 210 C room temperature).
Im Betrieb des Ventils tritt das Gas durch den Wellschlauch 10 und die Zuführungsleitung 7 in das Ventil, anschließend in den Ventiltopf, in dem sehr niedriger Druck herrscht, der erheblich zur Wärmeisolierung beiträgt, und von dort über die Abführungsleitung 8 und den Welischlauch 9 in den Verbraucher.During operation of the valve, the gas passes through the corrugated hose 10 and the supply line 7 in the valve, then in the valve pot, in the very there is low pressure, which adds significantly to thermal insulation, and from there Via the discharge line 8 and the Welschlauch 9 in the consumer.
Durch ein bestimmtes Drehmoment, das an der Schraube 18 wirksam wird, wird über den Stempel, der vorzugsweise als Aluminiumoxyd besteht, auf den halbkugelförmigen Ventilkörper ausgeübt. Die Leckrate der zwischen Ventilkörper 21 und Ventilsitz 16 bestehenden Liniendichtung ist kleiner als 10 8 Liter pro Sekunde 1 für Helium. Durch die Erwärmung des Hohlkörpers 15, der aus einem Stück gefertigt und vor dem Einbau einer Rekristallisationsglühung unterworfen worden ist, Der Hohlkörper, die Heizwicklung und der Ventiltopf sind so dimen.sionier-t, ihre Materialien so ausgewählt und der Ausbau so konstruiert, daß die aufgebrachte Wärmeleistung, Wärmeleitung und Wärmesträffung in einem günstigen Verhältnis zueinander stehen. Der Schutztopfdeckel trägt die elektrischen und mechanischen Anschliisse für das Ventil. Das Veiitfi 1 demontierbar; es ist leicht nachzukallibrieren und besitzt, da die Bauteile keinem besonderen Verschleiß unterliegen, eine sehr lange praktisch kaum begrenzte Lebensdauer.By a certain torque that is effective on the screw 18, is over the stamp, which is preferably made of aluminum oxide, on the hemispherical Valve body exercised. The leakage rate between the valve body 21 and the valve seat 16 existing line seal is less than 10 8 liters per second 1 for helium. By heating the hollow body 15, which is made of one piece and before Installation has been subjected to recrystallization annealing, Of the The hollow body, the heating coil and the valve pot are so dimensioned as their materials so selected and the expansion constructed in such a way that the applied heat output, There is a favorable relationship between heat conduction and heat tightening. The protective pot cover carries the electrical and mechanical connections for the Valve. The Veiitfi 1 can be dismantled; it is easy to recalibrate and has, since the components are not subject to any particular wear and tear, a very long practical experience hardly limited service life.
Ventile der mit der Erfindung geschaffenen Art werden in der Hauptsache für die Gas zufuhr i.n Ionenquellen eingesetzt. Da.Valves of the type created with the invention are in the main used for gas supply i.n ion sources. There.
sich diese thermomechanischen Ventile gemäß der Erfindung jedoch besonders durch Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen der Umgebung auszeichnen, sind sie nicht nur im Druckgas eines Beschleunigers verwendbar, sondern auch für den Betrieb an Luft geeignet. Damit ergibt sich ein sehr umfangreicher Anwendungsbereich.However, these thermomechanical valves according to the invention are particularly suitable characterized by insensitivity to temperature fluctuations in the environment, they can be used not only in the compressed gas of an accelerator, but also for suitable for operation in air. This results in a very extensive area of application.
Claims (24)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2434392A DE2434392A1 (en) | 1974-07-17 | 1974-07-17 | Thermomechanical gas valve for vacuum ,application - has valve body and plunger of unequal thermal expansion factors |
| NL7508557A NL7508557A (en) | 1974-07-17 | 1975-07-17 | THERMOMECHANICAL VALVE. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2434392A DE2434392A1 (en) | 1974-07-17 | 1974-07-17 | Thermomechanical gas valve for vacuum ,application - has valve body and plunger of unequal thermal expansion factors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2434392A1 true DE2434392A1 (en) | 1976-01-29 |
Family
ID=5920821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2434392A Withdrawn DE2434392A1 (en) | 1974-07-17 | 1974-07-17 | Thermomechanical gas valve for vacuum ,application - has valve body and plunger of unequal thermal expansion factors |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2434392A1 (en) |
| NL (1) | NL7508557A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2605382A1 (en) * | 1986-10-16 | 1988-04-22 | Draegerwerk Ag | VALVE ASSERSIBLE ELECTRICALLY |
-
1974
- 1974-07-17 DE DE2434392A patent/DE2434392A1/en not_active Withdrawn
-
1975
- 1975-07-17 NL NL7508557A patent/NL7508557A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2605382A1 (en) * | 1986-10-16 | 1988-04-22 | Draegerwerk Ag | VALVE ASSERSIBLE ELECTRICALLY |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL7508557A (en) | 1976-01-20 |
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