DE2527929A1

DE2527929A1 - Gasaktiviertes fluidik-steuergeraet

Info

Publication number: DE2527929A1
Application number: DE19752527929
Authority: DE
Inventors: W Edward Samuels
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1975-06-23
Publication date: 1976-01-15
Also published as: US3938554A; CA1016440A; JPS5118313A

Description

IJ. Eduard Samuels, 3119 Essex Road, Cleveland Heights, Ohio, 44118, U.S.A.

GASAKTIUIERTES FLUIDIK-STEUERGERÄT

Die Erfindung bezieht sich auf ein gasaktiviertes Fluidik-Steuergerät zum Steuern der Überleitung von flüchtigen oder nicht flüchtigen Flüssigkeiten, insbesondere von flüchtigen kryogenen Flüssigkeiten, ωΐθ flüssiger Luft, flüssigem Erdgas, Stickstoff, Sauerstoff, Itlaeseretoff ader Helium, die intermittierend aus einem Sammelbehälter in einen Aufnahmebehälter übergeleitet werden, in dem ein bestimmter Flüssigkeitsspiegel innerhalb eines bestimmten Bereiches aufrechterhalten werden soll.

Die Erfindung wird im Hinblick auf die Verwendung und die Handhabung von Flüssigstickstoff beschrieben, obgleich sie auch in anderen Bereichen und mit anderen flüchtigen, insbesondere kryogenen Flüssigkeiten angewendet werden kann, wobei gewisse Gesichtspunkte der Erfindung ausserdem sogar im Hinblick auf den Betrieb mit nicht flüchtigen Flüssigkeiten nutzbar sind.

Beim Arbeiten mit kryogenen Flüssigkeiten ist es oft erforderlich, in einem Aufnahmebehälter einen bestimmten Flüssigkeitsspiegel oder

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einen Bereich des Flüssigkeitsspiegels aufrechtzuerhalten, wenn der Spiegel aufgrund von Verdampfung ständig fällt. So lässt sich bei einer Hochvakuumausrüstung der Flüssigstickstoffspiegel in einem Dewar-Gefäss, das einen Dampfabscheider einer Vakuumleitung umgibt, aufrechterhalten und erfordert ständige Aufmerksamkeit der Bedienungsperson, um den Flüssigstickstoff wenn nötig wieder aufzufüllen.

Offensichtliche und allgemein bekannte Risiken, Schwierigkeiten und andere Nachteile der manuellen Behandlung von Gefäßen zum Überleiten von kryogenen Flüssigkeiten haben zur Entwicklung automatischer Systeme zur Abgabe der Flüssigkeit geführt, wenn diese benötigt wird, um einen gewünschten Flinimumspiegel im Aufnahmebehälter aufrechtzuerhalten.

klagen der extrem niedrigen Flüssigkeitstemperaturen ist die Verwendung gewöhnlicher Pumpen und anderer Sauteile aus Glas, Metall und anderen gewöhnlichen Materialien weniger wünschenswert. Deswegen sind Überleitungssysteme üblich, bei denen ein Gas aus einer unter Druck stehenden Quelle, wie Stickstoff aus einer Druckflasche, über geeignete Steuer- und Reduzierventile der Oberfläche der kryogenen Flüssigkeit in einen geschlossenen Sammelbehälter zugeführt wird, um die Flüssigkeit durch eine Belieferungsleitung zu einem Empfänger zu treiben. Früher wurde das durch manuelle Steuerung und auch durch eine Flüssigkeitsepiegel-Steuereinrichtung erreicht, die den Spiegel im Aufnahmebehälter erfasst, um automatisch ein Ventil in der Förderleitung für das Treibgas zu aktivieren, oder, wenn die Flüssigkeitsquelle ständig unter Gasdruck steht, ein Plagnetventil in der Belieferungsleitung für die Flüssigkeit in Betrieb zu setzen.

Solche nicht manuellen Überleitungsmittel wurden von verschiedenen unangenehmen und unerwünschten Merkmalen begleitet, wie relativ hohe Kosten oder Komplexizität, notwendigen externen Energiequellen, wie elektrische Energie oder Druckgasquellen, und bei bestimmten Flüssiggasen, insbesondere Flüssigwasserstoff oder Flüssigsauerstoff, einige Gesichtspunkte der notwendigen Konstruktion oder Bauteile oder der ausschließliche Gebrauch von elektrischer Energie, die aus Sicherheitsgründen soweit wie möglich vermieden werden sollte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gaeaktiviertes Fluidik-Steuergerät so zu verbessern, dass eine davon angesteuerte Ventileinheit automatisch

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flüchtige, insbesondere kryogene Flüssigkeiten an einen Empfänger abgibt, bei dem ein bestimmter Flüssigkeitsspiegel oder ein Bereich des Flüssigkeitsspiegel eingehalten werden muss.

Diese Aufgabe wird bei einem gasaktivierten auf Gas-Orucksignale ansprechenden Fluidik-Steuergerät zum Erzeugen einer Ausgangsgröße mit mechanischer Bewegung gelöst durch ein Gehäuse mit einem Körper und einer ersten Kammer für eine Mess-flembran sowie einer zweiten Kammer für eine Steuer-Membran, wobei die Mess-Membran im Körper angeordnet und in der ersten Kammer aufgespannt ist, um auf einer Seite der Mess-Membran einen Messraum zu definieren, und wobei die Steuer-Membran im Körper angeordnet und in der zweiten Kammer aufgespannt ist, um auf einer Seite der Steuer-Membran einen Steuerraum zu definieren; durch einen Anschlußstutzen am Gehäuse für eine Meßsignale führende Leitung der mit dein Meßraum in Verbindung steht, um die Meß-Membran entsprechend dem Gasdruck des Meßsignals zu verstellen; durch einen Anschlussstutzen am Körper für aktivierendes Gas, der als Gaseinlass in ständiger Verbindung mit dem Steuerraum steht; durch einen Entlüftungskanal im Körper vom Steuerraum zur Atmosphäre; durch eine die Mess-Membran aufweisende Entlüftungssteuereinrichtung zum Steuern des Gasstroms durch den Entlüftungskanal zur Atmosphäre in Abhängigkeit vom Gasdruck das Meßsignals, wobei der Gasdruck im Steuerraum verändert wird, um die Steuer-Membran zu verstellen; und durch eine am Gehäuse gehaltene Einrichtung, die ein verschiebbares Bauteil aufweist, das auf der dem Steuerraum gegenüberliegenden Seite der Steuer-Membran angeordnet und durch die Steuer-Membran zur Bildung der mechanischen Ausgangsgröße verschiebbar ist.

Die Erfindung schafft ein gasaktiviertes Steuergerät, das zuverlässig und kompakt ist und verhältnismässig niedrige Kosten für Herstellung, Wartung und Gebrauch erfordert. Das Gerät kann ohne weiteres auch eine Ventileinrichtung zum Verteilen kryogener Flüssigkeit an einen Empfänger und zum Aufrechterhalten wenigstens eines bestimmten minimalen Flüssigkeitsspiegels darin aufweisen. Eine bevorzugte Ausfuhrungsform verwendet den Dampfdruck des aus der verdampfenden Flüssigkeit erhaltenen Gases als Energiequelle zum Pumpen oder Treiben der Flüssigkeit und ausserdem als Betriebsmittel beim Erfassen des Flüssigkeitsspiegels und im Steuersystem für die Belieferung mit Flüssigkeit, so dass keine Notwendigkeit für eine externe Druckgas-Quelle oder eine elektri-

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scha Energiequelle zum Bewegen der Flüssigkeit oder soqar zur Verwendung elektrischer Energie im Steuersystem besteht. Eine weiter abseits liegende Energiequelle ist natürlich die Wärme der Umgebung. Eine zweite, mit der ersten grundsätzlich identische Ausführungsform des Steuergerätes eignet sich dann, mann eine gesonderte externe Druckgas-Quelle zur Erfassung des Spiegels verwendet und zum Pumpen der Flüssigkeit ventilgesteuert werden soll.

Das Gerät kann auch so ausgebildet werden, dass es auf Gegendrucksignale einer einen Spiegel erfassenden Gassonde zum Einleiten und Beenden von Flüssigkeiteüberleitung anspricht. Ferner kann das Gerät unabhängig von externen Energiequellen, ausgenommen Umgebungsmärme, betrieben werden, um die Überleitung von kryogener Flüssigkeit aus einem Sammelbehälter zu einem Aufnahmebehälter zu steuern, bei dam ein bestimmter minimaler Flüssigkeitsspiegel aufrechterhalten werden soll.

Praktisch versorgt sich das Gerät selbst mit Energie sowohl zum Bewegen einer kryogenen Flüssigkeit aus einem Sammelbehälter zu einem Aufnahmebehälter als auch zum Betrieb einer Einrichtung, die den Bedarf für Lieferung der Flüssigkeit an den Aufnahmebehälter und dementsprechend Anfang und Ende der Lieferung erfasst. Das Gerät ist sehr kompakt und einfach im Aufbau und so ausgelegt, dass es zu Beginn und Ende der Flüssigkeitslieferung nahezu schlagartige Ventilbewegungen erzeugt. In einem sich selbst mit Energie versorgenden Überleitungssystem, bei dem ein Teil der verdampfenden Flüssigkeit sowohl als Energiequelle zum Bewegen von Flüssigkeit als auch als Energiequelle für das Steuersystem verwendet wird, kann das Gerät so ausgelegt werden, dass es eine Mehrzahl von Steuergeräten an einem mehrere Empfänger bedienenden Sammelbehälter zusammenfasst oder dass es andere traubenförmiq angeordnete Bauteile passender Form aufweist. Schliesslich weist das erfindungsgemässe Gerät ein Minimum an bewegten Teilen auf.

Weitere l/orteile und Einzelheiten sind in den Unteransprüchen beschrieben und in der nachfolgenden Beschreibung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen axialen oder Längsschnitt eines erfindunqsgemässen Gerätes, dessen Bauteile teilweise von einander entfernt dargestellt sind, mit einer Ventil-Unterbauqruppe zur Behandlung der zu verteilenden Flüssigkeit,

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Fig« 1 A teilweise einen Schnitt durch ein gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 modifiziertes Gerät mit einer normalerweise geschlossenen Ventileinrichtung,

Fig» 2 teilweise einen Schnitt entsprechend Fig. 1 mit einer weiteren Ausführung einer Ventil-Unterbaugruppe zum Steuern eines Gasdruckes über einer kryogenen Flüssigkeit in einem Sammelgefäss zum Zwecke der Flüssigkeitsüberleitung,

Fig. 3 eine etwas verallgemeinerte Darstellung eines Fluidikerfassungsund Belieferungs-System für kryogene Flüssigkeit mit mehreren Steuergeräten der in Fig. 1 dargestellten Ausführung, die in einem Verteilerkopf oder einer Mehrfachanordnung traubenartig zusammengefasst sind, um die Belieferung mit kryogener Flüssigkeit aus einem Sammelbehälter zu einer Mehrzahl von Auffangvorrichtungen oder anderen Verwendungsstellen zu steuern,

Fig. 4 teilweise die Ansicht einer Einrichtung zum Einstellen eines Spaltes,

Fig. 5 teilweise einen Schnitt mit einer Darstellung einer anderen Ausführungsform des Aufbaues eines Betätigungsstabes,

Fig. 6 in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 7 schematisch ein Blockschaltbild einer Doppelsonde.

Allgemeiner Aufbau;

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Steuergarätes C dargestellt, das eine grössere Grund-Baugruppe U von Fluidik-Verstärkerabschnitten und eine daran angeschlossene Flüssigkeit-Ventil-Unterbaugruppe V-L aufweist, wobei die Baugruppe U auch für die Verwendung zusammen mit einer Gas-Ventil-Unterbaugruppe V-G der Fig. 2 und ferner für die schnelle Entfernung einer Baugruppe und den Ersatz dieser durch eine andere eingerichtet ist. Die Bauteile der Baugruppe nach Fig. 1 können aber auch als ein Steuergerät mit einer beliebigen Form der Ventil-Unterbaugruppe hergestellt werden, ohne dass solche Auswechselbarkeit angestrebt wird.

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Die Baugruppe U nach Fig· 1, genauer gesagt das Steuergerät, weist einen zylindrischen Block oder Körper 11 ( z, B. aus Aluminium ) auf, der auf einem Ende eine konzentrische Ausnehmung zur Aufnahme einer z. B. aus Buna-N gebildeten elastomeren signalempfindlichen Mess-Membran 12 und einer Aluminium-Deckplatte 13, die von einem gebogenen inneren Festhalter oder C-Ring 14 gehalten wird, besitzt. Der Körper 11 weist am anderen Ende ebenfalls eine konzentrische Ausnehmung zur Aufnahme eines genauen Abstand haltenden und dichtenden O-Ringes 16 aus Buna-N auf sowie für eine zweite elastomere Membran 17, ebenfalls aus Buna-N, die hier im folgenden als "Steuer-Membran" bezeichnet wird, und weiterhin für eine Deckplatte 18, die mit einem gebogenen inneren Festhalter oder C-Ring 19 festgelegt ist und die auch die von der Baugruppe U aktivierte Ventil-Unterbaugruppe U-L trägt. Die Deckplatte 18 weist an ihrer Oberseite einen Ringflansch 18 f zur wirksameren Einspannung der Membrane 17 längs deren Umfang auf.

Auf diese Weise bilden die festgelegten Deckplatten mit den Ausnehmungen des Körpers Membranen aufnehmende Kammern 12 s, 42, 49, 5o, die von den Membranen überspannt und geteilt sind. udie später beschrieben, sind innere Gaskanäle vorgesehen von dem Anschlußstutzen 2o für die Versorgung mit energiereichem Gas zu dem Meßraum auf einer Seite der Membran 12 mit seinem Anschlußstutzen 21 für eine gaserfassende Sonde, zu einem belüfteten Raum auf der anderen Seite der Membran 12 und zu einem die Steuer-Membran beaufschlagenden Raum über der Membran 17.

Innerhalb des am Umfang eingespannten Teils besitzt die Membran 12 wie ein Rollbeigzylinder in herkömmlicher ü/eise eine angeformtB konzentrische Ausformung von ungefähr U-förtnigem Querschnitt, die eine wirksame Federkonstante der Membran bei Verschiebung innerhalb des gewünschten Bereiches ergibt. Die Membran 17, die bei den Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 für eine begrenzte Auslenkung zur Ventilbetätigung ausgelegt ist, ist nicht als Rollbalijzylinder dargostellt, der sich für ein Steuergerät U mit grösseren l'iembranauslenkungen für allgemeinere Anwendungen eignet.

Der O-Ring 16 kann aus einem relativ steifen nachgiebigen Elastomer hfjrgestallt sein, so dass er eine geeignete Kompressibilität für seine Abstandshalter- und Dichtfunktionen aufweist. Anstelle des gesonderten

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O-Ringee kann bei der Membran 17 an der Oberseite ein sich längs des Umfange erstreckender Abstand haltender flacher Randwulst wie bei der Membran 12 verwendet werden. Natürlich müssen bei Anwendung von Sauerstoff alle Bauteile, insbesondere die Membranen,O-Ringe und Dichtungskomponenten aus Sicherheits- und Beständigkeitsgründen sauerstoffbeständig sein.

Steuerung von Flüssigkeiten, Fiq» 1t

Die Steuer-Unterbaugruppe U-L weist einen Körper 25 mit einem aus korrosionsbeständigem Stahl bestehenden teleskopförmigen Rohr 25 a auf, das an seinem oberen Ende koaxial in der aus korrosionsbeständigem Stahl bestehenden Deckplatte 18 befestigt ist und mit einer zentralen Deckplattenöffnung fluchtet und das ferner in einem aus korrosionsbeständigem Stahl bestehenden Block 25 b mit seinem unteren Ende befestigt ist, der eine axiale Flüssiqkeits-Eintrittsöffnung 26 aufweist, dia innen bei oder durch den mit 45 Grad abgeschrägten Einlass-Ventilsitz 27 begrenzt ist, von dem aus die Verbindung zu einer seitlichen radialen Flüssigkeits-Austrittsöffnung 28 in einem Abzweig 28 a durch ein mit einer Schulter versehenes Kel-F-Ventilglied 29 gesteuert wird, das entgegen der normalerweise geöffneten Stellung durch Bine schraubenförmige Druckfeder 3o vorgespannt ist.

Das untere oder Einlassende 26 a des Ventilkörpers und das Ende für den Flüssigkeitsauslass des Abzweigs 28 a sind mit einer Verbindungseinrichtung oder Armaturen 31, 32 für passende Metall- oder Elastomer-Rohrnetze versehen, um diese mit einem Flüssigkeitssammelbehälter und einem Aufnahmebehälter wie in Fig. 3 zu verbinden. Eine Betätigungsstoßstange 34, die mit für Verschiebung ausreichendem Spiel im Rohr 25 a angeordnet ist und ein wenig über die das Ventil tragende Deckplatte 18 gegenüber der Membrane 17 ragt, ist durch die Membran 17 verschiebbar und liefert einen mechanischen Ausgang des Ventils, indem sie einen das Ventil schliessenden Druck auf das abgerundete obere Ende des Ventilgliedes 29 ausübt. Die Länge des Rohrs 25 a ist so gewählt, dass der von der Flüssigkeit durchströmte Teil des Ventils sich im Abstand von der Deckplatte 18 befindet, d. h. von der Baugruppe U. Die Stoßstange 34 ist vorzugsweise aus einem geeigneten Material und in einem geeigneten Abschnitt hergestellt, um den Wärmeübergang zu diesem Teil vom Rest des Gerätes zu minimieren. Aus diesem Grunde ist die Stoßstange 34 ein dünnwandiges Rohr aus korrosionsbeständigem Stahl mit geschlossenen Enden.

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Steuern von Gasen, Fig. 2:

Die ga88tsuemde Unterbaugruppe V-G nach Fig. 2 ist in den mechanischen wesentlichen Teilen derjenigen nach Fig. 1 ähnlich, aber da sie nicht von kryogener Flüssigkeit durchströmt wird, kann der Körper 25 A des Ventils V ziemlich kurz sein, die lange Stoßstange fehlen und das Ventilglied dementsprechend eine im Durchmesser verringerte Verlängerung 29 a aufweisen, die ein wenig über die Deckplatte 18 ragt, um den mechanischen Ausgang des Steuergerätes aufzunehmen. Die Verbindungseinrichtung, die im vorliegenden Fall als einfache abgedichtete Plastik-Rohrverbinderanschlüsse am Einlass 31 a und am Auslass 32 a dargestellt ist , die in mit Innengewinde versehene Einlass- bezu. Auslassöffnungen des Körpers eingedreht sind, wird für Rohre oder Leitungen entsprechend den am Ventil V auftretenden Gasdrücken ausgesucht. In diesem Fall kann jedoch das Ventil ein im Handel verfügbares normalerweise offenes Dreiwegeventil sein, d. h. bei offener Stellung des Ventil-Gliedes steht der Gas-Auslass 32 a in Verbindung mit dem Einlass 31 a, während er bei einer Aus-Stellung vom Einlass 31 a getrennt ist und in Verbindung mit einer Entlüftungsöffnung 35 zur Atmosphäre steht. Ein veränderlicher Strömungswiderstand 31 r kann in den Einlass 31 a geschaltst sein. Ein Anschluss 33 kann in einer mit Gewinde versehenen Öffnung der Deckplatte 18 zum Anschluss einer Rückkopplungsleitung 33 f zur Gasversorgungsleitung 32 b vorgesehen sein, durch die Gas vom Auslass 32 a zu dem unter Druck zu setzenden Dewar-Gefäss für die Versorgung strömt. Im Anschluss 33 kann ein Strömungswiderstand 33 a für die Rückkopplungsleitung vorgesehen sein.

Einzelheiten des Steuergerätes;

Die Ausnehmung am unteren Ende des Körpers 11 ist dargestellt als eine ebene flache zylindrische Bohrung mit einer innen am Umfang verlaufenden Nut 41 zur Aufnahme des C-Ringee 19 in solchem Abstand von dem flachen Boden der Ausnehmung, dass im Hinblick auf die Dicke der Deckplatte 18, der Membran 17 und des O-Ringes 16 diese abgedichtet gegenüber dem Körper 11 gehalten sind, wobei die Deckplatts 18 die Membran 17 am Umfang gegen den O-Ring 16 klemmt und dadurch die Teile 16 und 17 nachgiebig zusammengepresst werden und eine Arbeitskammer oder einen Gasraum für die Membran 17 definieren. An die Unterseite der Membran 17 ist eine konzentrische Versteifungsplatte 17 a aufvulkanisiert oder haftend angebracht zur besseren Übertragung der vom Gasdruck erzeugten Kraft auf

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die Stoßstange 34 oder das vorstehende Ende 29 a des Ventilgliedes in Fig. 2 und zur begrenzten Verringerung der wirksamen Plembranfläche am Ende des Membran-Abwärtshubes durch Streckung des Membranmaterials in Abwärtsrichtung hinter das Ende der Stoßstange bis zur Berührung mit der Deckplatte 18. Dieser zusammengesetzte Membranaufbau 17, 17 a wird manchmal als "Steuermembran" und nur mit dem Bezugszeichen 17 bezeichnet.

In ähnlicher üJeise dient die Deckplatte 13 zum Festklemmen des Umfangs der Membran 12 an einer inneren versenkten Schulter 42 a, die zwischen dem flachen und ebenen zylindrischen Raum 42 der Ausnehmung und der grösseren radialen Schulter 43 der die Deckplatte 13 aufnehmenden äusseren Versenkung 44, die mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 45 für den C-Ring 14 versehen ist. Die auf der Schulter 43 aufliegende Deckplatte 13 klemmt den Umfang der Mess-Membran fest, der an seiner oberen Seite eine umlaufende Rippe aufweist, die über der Schulter 42 a angeordnet ist, so dass ein Mess-Gasraum zwischen der Unterseite der Deckplatte 13 und der Oberseite der Membran 12 gebildet ist.

Eine Eintrittsöffnung 47 für das aktivierende Gas, in die ein Anschlussstutzen 2o zur Verbindung mit einer das Gas führenden Leitung eingeschraubt ist, erstreckt sich in radialer Richtung bis zu einem inneren Ende 47 a mit verringertem Durchmesser als verbindender Hurchflusskanal, der einen kleinen axialan Zueigkanal 48 anschneidet, der einen unteren Teil 48 b, der sich nach unten in eins über der Membran 17 befindliche Gasarbeits-Kammer 49 öffnet, und einen oberen Teil 48 t aufweist, der sich nach oben in eine unterhalb der Membran 12 befindliche belüftete Kammar 42 über eine konische zentrale Erhebung 51 mit flacher Spitze öffnet, die wirksam einen Sitz für die Fless-Membran =?ls V^ntilalied gegenüber dem oberen Teil 48 t bildet. Die obere ebene Seite der Erhebung 51 befindet sich ein wenig unterhalb der Ebene dar Schulter 42 a und bildet eine normale Lücke oder einen Arbeitsspalt unterhalb der Membran 12. Oie Kammer 42 steht wiederum mit der umgebsrf3n Atmosphäre über eine Entlüftungsöffnung 52 in Verbindung, die einen wesentlich grösseren Strömungsquerschnitt als der Teil 48 t besitzt.

Ein Nadelventil-Einsatz 56 mit öchraubverbindung und O-Ringdichtung in einer radialsn Bohrung 54, deren innerer Teil mit Gewinde versehen ist und deren äusserer Teil kein Gewinde aufweist, ist gegenüber der Mün-

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dung des inneren Endes 4? a fluchtend und mit einem Werkzeug einstellbar angeordnet als ein Sitz zum später noch zu beschreibenden Einstellen zeitlich abgepassten Überströmens. Eine weitere Einstellmöglichkeit kann durch einen mit einem O-Ring abgedichteten Schraubeinsatz vorgesehen sein, der in eine Bohrung 37 als einstellbares Kammervolumen, das mit einem wesentlichen Teil der Kammer 49 in Uerbindung steht, eingedreht ist.

Won einer vertikalen Verbindungsleitung 58, die durch die Schulter zur Einlassöffnung 47 für das aktivierende Gas gebohrt worden ist, gelangt Gas über die Membranrippe zur oberen Arbeitsfläche der Membran über eine an der Innenfläche der Deckplatte 13 eingewalzte Ausnehmung oder durch einen darin eingeklebten fluchtenden festen Strömungswiderstand 59 ( wie dargestellt ) zum Deckplatten-Anschluss 61, der mit dem dahinein geschraubten Anschlußstutzen 21 zum Anschluss eines den Flüssigkeitsspiegel erfassenden Elementes versehen ist. Durch ein Loch in der Deckplatte 13 und einen Stift in der Schulter 13 wird eine Ausrichtung und Fluchtung zwischen der Uerbindungsleitung 58 und dem äusssren Ende der eingewalzten Nut oder dem Strömungswiderstand 59 darin erzielt.

Der Strömungswiderstand 59 kann auch aus einer vorgewählten Länqe einer Präzisionekapillare bestehen, die abgedichtet in der Verbindungsleitung 58 angeordnet ist, oder er kann die Gestalt eines veränderlichen Widerstandes annehmen durch Anordnung eines Nadelventil-Einsatzes, der z. B. in die Deckplatte 13 oder den Körper 11 eingedreht ist und mit der Uerbindungsleitung 58 oder einem Ende davon zusammenarbeitet und dadurch eine einstellbare Querschnittsverringerung ergibt. Der Strömungswiderstand sollte in erster Linie einfach herstellbar sein, ura den gewünschten Strömungswiderstand zu erhalten.

Obgleich der Körper 11 der Baugruppe U aus verschiedenen Materialien hergestellt werden kann, sogar aus dimensionsstabilem Kunststoff, wobei ein grosser Teil der erforderlichen Form als Gußstück mit minimaler maschineller Bearbeitung erhalten wird und das gesamte Gerät auch ein Ventil zur Behandlung kryogener Flüssigkeit enthält, ist ein Metall wünschenswert, z. B. Aluminium, das nicht nur relativ billig zu bearbeiten ist und wenig kostet, sondern auch eine "umgekehrte Wärmesenke" darstellt, die eine geringe Wärmemenge in das obere Ende des Körpers leitet, um das Uordringen von Reif und Vereisung zu verhindern.

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Normalerweise geschlossene Ausführung der Baugruppe C, Fig. 1 A;

Während bei der Ausführung nach Fig. 1 das Flüssiqkeitsventil normalerweise geöffnet ist, zeigt die Teilansicht nach Fin. 1 A eine Ausführung, Dei der es normalerweise geschlossen ist. Gleiche oder analoge Teile sind mit identischen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Ein modifiziertes Ventilqlied 29 a ist mit einer Ventilfeder 3o a vorgespannt gegen die normalerweise geschlossene Stellung auf einen nach unten gerichteten vorspringenden konischen oder abgeschrägten Sitz 27 a, der koaxial um das Ende einer etwas vergrösserten Eintrittsöffnung 26 des Flüssigkeitsventilblocks 25 b angeordnet ist. Das Element 26 a am Einlassende ist nicht nur ein mit Aussenqewinde versehener Verschluss für die Feder und die Ventilkammer, die durch die vergrösserte Einlassleitung gebildet wird, sondern besitzt auch einen koaxialen Ring oder eine koaxiale Ausnehmung zum Festlegen des unteren Endes der Feder.

Eine zentrale Führungsnabe am Ende des Ventilkopfes legt in ähnlicher Weise das obere Ende der Feder fest, während die mit dem Sitz zusammenwirkende obere Schulterfläche des Ventilkopfes abgeschrägt oder als Teil einer Kugelfläche ausgebildet ist. Das Ventilglied wird hauptsächlich geführt durch das gegenseitige Zusammenwirken bei freier Verschiebbarkeit des runden oder reduzierten Schaftabschnittes des Ventilgliedes in einer koaxialen Bohrung neben dem Strömungsraum zur Auslassöffnung 28. Der Schaft erstreckt sich soweit in das Rohr 25 a, dass es für den Boden der Stoßstange 34 ausreicht, um sein abgerundetes oberes Ende zu berühren und gerade ausreichenden Abstand vom Block des Körpers zu halten. Die iteuer-Membran 17 wird mittig von einer Versteifungsscheibe 17 a unterstützt, die ebenso wie in Fig. 1 am oberen Ende der Stoßstange 34 oder unter der Membran 17 befestigt sein kann.

die Steuer-Membran nach Fig. 1 A die Stoßstange 34 nach unten drücken muss, um das Flüssigkeitsventil zu öffnen, ist die Baugruppe U des Steuergerätes ebenfalls verändert, um dieses Ergebnis in Abhängigkeit von Sondensignalen zu erzielen, die dazu dienen, das Ventil nach Fig. 1 zu öffnen, in einer Weise, die später im einzelnen nur im Hinblick auf Fig. 1 beschrieben wird. Es versteht sich, dass, mutatis mutandis, im allgemeinen die grundlegende Betriebsweise ähnlich ist.

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In Fig. 1 A wird das die Steuer-Membran aktivierende Gas, das wiederum durch einen geeigneten festen Strömungswiderstand oder durch eine variable Widerstandseinrichtung wie das oben beschriebene Nadelventil gelangt, durch die Leitung 48 ρ zur Gas-Arbeits-Kammer 49 geleitet, aus der es gesteuert durch die Mess-Membran 12, über die mittige Leitung 48 d zwischen der Kammfir 49 und der frei belüfteten Kammer 42 strömt. Hier wird der buckelartige Sitz 51 a in der Kammer 49 um das untere Ende der Leitung 48 d gebildet und nicht wie bei der Ausführung nach Fig. 1 am oberen Ende der Leitung 48, die dort als eine Verlängerung der Kammer 49 angesehen werden kann. Die Steuerung der Belüftung durch die Membran 12 wird erreicht durch ein leichtes Belüftungs-Ventilelement 53, das für das Zusammenwirken mit dem Sitz 51 a eine Ventilkopf-Scheibe 53 a, einen Stützschaft 53 b, der sich mit einem reichlichen Strömungsabstand durch die vertikale Leitung 48 d erstreckt, und eine auf dem oberen Ende des Schaftes angeordnete zur Scheibe 53 a parallele Scheibe 53 c aufweist. Es können Unterbauteile verwendet werden, z. B. kann der Schaft 53 b zwei an den Enden mit Gewinde versehene Teile aufweisen, um seine montage im Körper 11 zu ermöglichen. Die Mess-Nembran drückt gegen die Scheibe 53 c, um mit wachsenden Gegendruck des Sondensignals die Belüftung der Kammer 49 zu verstärken durch entsprechendes Niederdrücken der Scheibe 53 a von dem Sitz 51 a weg gegen die normalerweise in Schliessrichtung wirkende Vorspannung der Feder 53 f, die zwischen der Scheibe 53 c und dem Boden der Kammer 42 angeordnet ist, wobei eine koaxiale Ausnehmung oder Führungslippen das untere Ende der Feder festlegen.

Bevor Einzelheiten der Betriebsweise beschrieben werden, wird bemerkt, dass wegen des Wirkungsgrades des Steuergerätes und seiner im allgemeinen geringen Abmessungen verschiedene Baugruppen C ganz bequem in einer traubenförmigen Anordnung an einem Versorgunge-Dewar-Gefäss, wie es in Fig. 3 dargestellt ist und im folgenden beschrieben wird, zum Steuern von Flüssigkeit angeordnet werden können.

Einstellbare Au9führunqsform der Baugruppe U, Fig. 4:

Bei der Baugruppe U des Steuergerätes kann die Einstellbarkeit des Spaltes zwischen der Mess-Plembran 12 und dem buckeiförmigen Sitz 51 in einfacher Weise durch Anordnung einer zentralen Schraube 51 s erreicht werden, die mit dem buckeiförmigen Sitz 51 fluchtet und gasdicht in die Deckplatte oder eine daran angebrachte Armatur eingedreht ist sowie auf

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der Membran 12 aufliegt und diese in der Mitte vorspannt. Steuern von Flüssigkeit. de-sensibilisiBrte Ausführung, Fig. 5j

Eine Desensibilisierung entsprechend einer Veränderung der Eigenschaften von gesteuerten Flüssigkeiten und der Eiqenschaften der Versorgungsleitung lässt sich dadurch erreichen, dass die Unterseite oder Ventilseite der Steuer-Membran 17 effektiv eine kleinere Fläche als die Oberseite erhält, uiobei diese Flächen denjenigen entsprechen, die dem im System entstehenden Gasdruck ausgesetzt sind. Dias kann praktisch dadurch erreicht werden, dass am oberen Ende der Stoßstange 34 eine Nut zur Aufnahme eines O-Ringes angeordnet wird, der verschiebbar abdichtend im Rohr des Ventilkörpars gehalten ist, und dass eine Entlüftungsleitung 5o ν im Gehäuseaufbau zwischen der Steuer-Membran und dem oberen Ende der Stoßstange 34 vorgesehen wird, ωίβ in Fig. 5 dargestellt. Vernachlässigt man den durch den O-Ring abgedichteten Spalt, dann besteht die Fläche auf die der in Schliessrichtung wirkende Gegendruck der Versorgungsleitung wirkt, ausschliesslich aus der Endfläche der Stoßstange. Diese Fläche kann ganz begucm so ausgelegt werden, dass sie eine Grüssenordnung von 1/4 bis 1/5 der vom Gas beaufschlagten Fläche der Steuer-Membran besitzt. Obgleich diese Fläche noch einem beträchtlichen Gegendruck von Flüssigkeit oder Dampf ausgesetzt ist, setzt die Stoßstange der Wirkung der Fiembran einen entsprechend kleineren Vsntilschliesswiderstand als im Fall der Ausführung nach Fig. 1 entgegen , wo die Unterseite der Steuer-Msmbran, die solchen Drücken wie in Kammer 5o ausgesetzt ist, im wesentlichen der Überseite gleicht.

Folglich sind der Proportionaleffekt der Kennlinie der Abstromleitung oder die Hruckänderungen ebenfalls entsprechend reduziert. Dadurch kann tatsächlich die wirksame Einstellung oder der bei Verwendung pines Nadelventils 56 erreichbare Bereich ausgedehnt werden. Ferner lässt das eirts Steuerung der Versorgungs- taezw. Austrittsleitung zu mit einem weiteren Bereich für die Auswahl des Förderzeitraums, weit entfernt von der Einstellung mit Hilfe eines Nadelventils.

Ein ähnliches Ergebnis lässt sich erzielen, wenn in die Wandung des Ventilrohres nach Fiq, 1 ein Präzisionsauslass- oder Gasentlüftungsventil eingesetzt uird, das den Gegendruck im Ventilkörper begrenzt

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und deswegen auch den auf die Unterseite der Steuer-Membran wirkenden Druck, der aus dem Stickstoff-Oampfdruck im Ventil resultiert. Eine Begrenzung ergibt sich dadurch, dass bai einem längeren Versorqungszyklus der sich im Ventil ansammelnde Flüssigstickstoff beginnt, aus dem Auslassventil auszufHessen, nachdem der Körper des Hauptventils sich abgekühlt hat.

Druckqasquella für Flüssiqkeltssteuerunq, Fig. 6;

Bei der unqefähr schematischen Darstellung nach Fig. 6 verläuft eine Leitung 9o, die an einen seitlichen Nippel 91 am Einlaßstutzen 26 a angeschlossen ist und ein Nadelventil 92 aufweist, zum Einlaßstutzen 2o für aktivierendes Gas der Baugruppe U. Etwas unter dem Druck des Dewar-Gefässes stehende Flüssigkeit gelangt in einer kontrollierten kleinen Menge zum Nadelventil 92 und kann durch die von der Leitung 9o absorbierte Wärme verdampfen, um 30 das erforderliche Gas für den Betrieb zu liefern. Ein den Gasdruck steuerndes Sicherheitsventil 93 ist dabei an die Leitung auf der Gasseite des Nadelventils 92 angeschlossen. Das Nadelventil 92 kann vorteilhaft in dem den Nippel 91 bildenden Bauteil untergebracht sein. Diese Ausführung ermöglicht eine kompaktere einfachere Anordnung des Steuergerätes und der zugeordneten Leitungen, die sowohl direkt an ein Versorgungs-Deuar-Gefäss als auch an ein z. B. Wehrfachabsperrventil 73 nach Fig. 3 auf einem einfachen Steigrohr oder Austrittsrohr des Deuiar-Gefässes angeschlossen sein können.

Flüssigkeitssteuerunq bei Mehrfachanordnung, Fig. 3: Bei der in Fig. 3 dargestellten traubanförmigen Mehrfachanordnung ist eine scheibenförmigeGrundplatte 7o am Flansch eines Flaschenhalses eines Deujar-Gefässae durch Schrauben 7o 3 befestigt und klemmt über zwischengeschaltet8 Vorspannungsfedern einen Gummistopfen 7o a des Vßrsorqungsgefrisses, das teilweise dargestellt und allgemein mit S bezeichnet ist. Ein Gasbelieferungs-Rohr 71, das gasdicht die Grundplatte 7o undden Gummistopfen 7o a zentral durchdringt, ist an seinem oberen Ende gasdicht angeschlossen und trägt koaxial ein Steigrohr 72 für die Versorgungsflüssiqkait mit einem kleineren Durchmesser, rias bis auf den Boden reicht. Das obere Ende des Steigrohrs 72 ist durch eine Schraubkupplung 72 f an den unteren Einlass eines Mehrfachabsperrventils 73 angeschlossen. Eine der Länge nach einstellbare abgedichtete Verbindung wird vorzugsweise durch eine Rohre verbindende Anordnung 71 a hergestellt, die einen mit Aussenqewinde versehenen Teil am Ende des Rohrs

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71, eine mit Innengewinde versehene Manschette darüber und eine fest greifende abdichtende Rohrverschraubung dazwischen aufweist, durch die das dadurch geführte Steigrohr lösbar festgeklemmt und abgedichtet in einer vorgegebenen Position gehalten werden kann, ohne dass die Rohrverschraubung in eine bleibende Lage gestaucht wird.

Entlang des Gas-Rohres 71 sind oberhalb der Scheibe bzw. Grundplatte 7o und unterhalb des Ventils 73 in einander diametral gegenüberliegenden Öffnungen durch Gewinde festgelegt und abgedichtet ein Manometer 75 und ein einstellbares oder Druckbegrenzungsventil 76 angeordnet, das in typischer U/eise auf etwa o,275 bis o,415 bar (4-6 psig ) eingestellt ist, aber falls gewünscht bis etwa 1,71 bar ( 25 psig ) eingestellt werden kann. Darunter sind vier in gleichen Winkeln zueinander angeordnete Leitungs-Anschlußstutzen 77 vorgesehen, die in ähnlicher Uleise mit Gewinde versehen und abgedichtet sind, um entsprechende Gasabnahmestellen für Leitungen 78 zu den Einlass-Anschlußstutzen 2o, 47 von betreffenden Steuergeräten C zu bilden. Vorteilhaft ist ein ähnlicher Anschlußstutzen 77 a vorgesehen, über den ein neu angeschlossenes Versorgungs-Dewar-Gefäss sofort unter Druck gesetzt werden kann durch Verbindung mit einer externen Gasquelle für den Betrieb, ohne dass abgewartet werden muss, dass das Gefäss den Betriebs-Gasdruck durch innere Verdampfung erreicht. Vorzugsweise sind die Verbindungsbauteile 77, 77 a bekannte Baugruppen, die ein Ventil umfassen, das den Gasstrom bei Betriebsruhe abschaltet, wie eine Schnallverbinder-Armatur.

Diese Anordnung bildet somit eine gedrängte Gruppenverbindunq von Steuergeräten und ihren Gasversorgungsleitungen auf dem oberen Ende eines Dewar-Flüssigkeits-Versorgungs-Gefässes S, bei der die Handhabe für das Flüssigkeits-Absperrventil leicht für Handbetätigung zugänglich ist. Von jedem Steuergerät C in der gruppenartigen Anordnung erstreckt sich eine Meßsonde P in ein entsprechendes Aufnahmegefäss R und ferner eine Flüssigkeitsversorgungsleitung 81 zu jeder Betriebsstelle.

Die Bauteile der oben beschriebenen gruppenförmigen Anordnung, nämlich das Mehrfachabsperrventil 73, das Steigrohr 72 mit dem Gas-Rohr 71 und dem zugeordneten Manometer 75, das Regel-Druckbegrenzungsvontil 76 und die Anschlußstutzen 77, 77 a können auf einfache Meise mit einem Dewar-Gefäss verbunden werden, dessen Verschluss einen rohrförmigen Ausflussnippel besitzt, in-dem einfach ein kurzer Gummi-Rohrverbinder auf das untere Ende des Gas-Rohres 71 und auf das obere Ende des Nippels ge-

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klemmt uiird, durch den das Steigrohr 72 in die Flasche geführt ist. Wenn andererseits dBr Verschluss ein Gummi- oder Elastomererstopfen oder Stöpsel ist, der sich in radialer Richtunq erstreckt und längs seines Umfanges mit der Gefässöffnung durch axiale Kompression zwischen Endplatten abdichtet, die zwischen einer Mutter und einer eich dadurch erstreckenden axialen Schraube gehalten sind, kann das Gas-Rohr 71 mit dem koaxialen Steigrohr 72 sich in oder durch die Schraube erstrecken oder in einer Bohrung der Schraube abgedichtet gehalten sein oder integraler Teil des Schraubenaufbaues sein.

Betrieb mit Flüssiqkeitssteuarunq, Fig. 1;

Die Betriebsweise des Flüssirjkeita-Steuergerätes nach Fig. 1 ist im Hinblick auf Fig. 3 in geeigneter Weise besprochen, Wenn der Stöpsel des Versorgungsgefässes gasdicht ist, baut sich unter normalen Bedingungen und normaler Stickstoff-Verdampfung ein Gasdruck bis zur Einstellung des Druckbegrenzungsventils, z. B. bis o,415 bar ( 6 psig ) im freien Gasraum über der Flüssigkeitsoberfläche auf, so dass Gas mit einem Druck von o,415 bar ( 6 psig ) über das Mehrfachventil an jedes Steuergerät geliefert wird. Ferner ist der Gasdruck im Gefäss bestrebt, die Flüssigkeit durch das Steigrohr und das offene Flüssigkeitsvereorgungs-Mehrfachabsperrventil 73 zum Flüssigkeitseinlass jedes Steuergerätes C zu treiben, die jeweils unabhängig voneinander arbeiten, wie weiter unten beschrieben, Wenn jedoch eine geeignete gesonderte Gasversorgung zur Verfugung steht, kann die Quelle bequem und sofort auf den Betriebsdruck gebracht werden, indem eine Verbindung zu dem dafür vorgesehenen Anschlußstutzen 77 a hergestellt wird.

Im Steuergerät C wird das aktivierende Gas über eine Leitung 7B und durch die Leitungs-Bauteilc 47, 58, 59, 12 s, 61 und 8o in einer ge-

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eigneten Menge von 1o cm/oder weniger, die durch den Strömungswiderstand 59 bestimmt ist, zu der auf Gasbasis arbeitenden Meßsonde P im Aufnahmebehälter R geleitet, in dem Flüssigetickstoff innerhalb eines , bestimmten Niveaubereiches oder bei einem bestimmten Niveau gehalten werden soll, wobei der Bereich oder die Lage dieses Niveaus durch die Lage des unteren Endes der Sonde bestimmt ist. Das aktivierende Gas wird ferner durch die Leitungs-Bauteile 47 a und 48 b in die Kammer zur inneren oder oberen Oberfläche der Steuer-Membran 17 geleitet. Wenn das Steuergerät Flüssigkeit weiterleitet, befindet sich diB Mess-Membran in hinreichendemAbstand vom Sitz 51 und der Gasverbrauch ist

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naturgemäss grosser, ζ« B. 5ο cm /min.

Uenn der Aufnahmebehälter anfangs leer ist oder der Flüssigkeitsspiegel aus irgendeinem Grunde siih iueit unterhalb des Sondenendes befindet, herrscht nur ein sehr geringer Gegendruck ( der auch als Nullsignaldruck angesehen werden kann ) in der Kammer 12 s auf der Oberseite der Membran 12, so dass das Gas frei aus dem oberen Leitungs-Teil 48 t durch die Kammer 42 und die Entlüftungsöffnung 52 entweichen kann. Die Kammer 49 steht unter keinem ausreichenden Druck, um das Flüssigkeitssteuerventil gegen die Öffnungsvorspannung der Feder 3o in geschlossene Stellung zu bringen. Wenn z, B. die Vorspannung o_fo52 bar ( o,75 psig ) auf der Membran 17 entspricht und das V/entil vollständig geschlossen ist, muss der Leitungsuiderstand im Leitungs-Teil 48 t so gross sein, dass der Druckabfall durch den Leitungs-Teil 48 t kleiner ist als o,o52 bar ( o,75 psig ) bei der grössten Strömungsmenge, die das Nadelventil durchlässt. Dementsprechend wird Flüssigstickstoff aus dem Versorgungsgefäss S über das Ventil V-L und die Versorgungs-Leitung 81 in das Aufnahmegefäss R geliefert.

Bei anfänglicher Füllung, uenn der Stickstoffspiegel im Aufnahmegefäss die Spitze der Sonde P erreicht und diese umschließt ( wobei Änderungen des Gegendruckes aufgrund der Annäherung, die wegen der geringen Strömungsgeschwindigkeit sehr klein ist, vernachlässigt werden ) entsteht ein kleiner aber scharfer Druckanstieg oder Druckschritt von O aufgrund von Oberflächenspannungs- und Viskositätseffekten, nact-jdsm sich der Gegendruck linear in der Kammer 12 s entsprechend der Änderung des Flüssigkeitsspiegel aufbaut. Dieser Gegendruckanstiag, der im Ergebnis Rückkopplungssignale von der Sonde zur Mess-Membran 12 liefert, verursacht eine entsprechende abwärts gerichtete Auslenkung der Membran 12 in Richtung auf den nabenfnrmigen Sitz 51 bei gleichzeitiger Drosslung des Gasstroms aus dem Leitungs-Teil 48 t. Das wiederum verursacht Druckanstiege in der Leitung 48 und in der Kammer 49, die auf die Steuer-Membran 17 einwirken, um eine Kraft über die Stoßstange 34 auf das Ventilqlied 29 aufzubringen. Bei vollständiger Abdichtung des Leitungs-Teil 48 t durch diß Membran 12 steigt der Druck in der Kammer 49 auf den Gasv~rsorgungsdruck, der z. 8. o,415 bar ( 6 psig ) beträgt. Es gibt jedoch eine inhärente Zeitverschiebung beim Druckaufbau in der Kammer 49 wegen der Gaskompressibilität und der endlichen Zeit, die das Gas benötigt, um in die Kammer 49 zu strö-

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men, wobei die Grosse dieser Zeitverechiebung durch die Einstellung des Nadelventileinsatzes 56 bei einem gegebenen Aufbau bestimmt ist. Natürlich nimmt auch die erforderliche Zeit infolge der Vergrösserung des.Volumens der Kammer 49 durch die Auslenkung der Steuer-Flembran zu.

Bei einem z. B, gegebenen Versorgungsdruck von o,415 bar ( 6psig ) und einem Sondengegendruck oder Rückkopplungssignal von 12, 7 mm US ( ungefähr 17,7 rom Stickstoffsäule ) beginnt die MeGmembran 12 ihre Bewegung in Richtung auf den Sitz 51 und verkleinert natürlich den Spalt mit wachsendem Gegendruck, d. h. mit wachsender Flüssigkeitstiefe an der Sonde, so daea aie wie ein Fluidik-Varstärker beim Betrieb ( bei Verwendung zum Schliessen eines Flüssigkeitsventils ) auch viel höhere Drücke als o,415 bar ( 6 psig ) steuert und eine verhältnismässig hohe Ventilechlieaskraft entwickelt.

Tatsächlich wirkt bei stetigen Strömungsbedingungen durch das vollständig geöffnete Ventil der Ventilschliesswirkung der Membran 17 zusätzlich zur Vorspannung der Ventilfeder ein auf den Boden der Membran 17 wirkender Druck im geschlossenen Körper des Ventils entgegen, nämlich der Dampfdruck dea Stickstoffs und Bin Flüssigkeits-Gegendruck, der sich aus dem Widerstand der Versorgungsleitung an der Ausgangeseite des Ventils ergibt, in der Grössenordnung von etwa o,2o7 bar ( 3 psig ). Deswegen beginnt die Schliessbewegung des Ventils bei den angenommenen, dem Schliessen entgegenwirkenden Vorspannungen und Druckbedingungen erst, wenn sich ein Druck von o,2o7 bar ( 3 psig ) auf der Membran 17 entwickelt hat. Dann baut sich die Widerstandskraft der Feder mit der Schliessbewegung des Ventils bis zum Äquivalent von o,o52 bar ( o,75 psig ) auf.

Offenbar kann der Schliesspunkt des Ventils durch Auswahl der Vorspannungsfeder und durch den Wert des auf der Abstromseite angeordneten liJiderstandes in der Flüseigkeits-Versorgungsleitung ebenso verändert werden, wie durch Auswahl einer einen Widerstand in dieser Leitung bildenden Einschnürung.

Die Uiedargabekurve steigt hierbei normalerweise langsam linear an wie die der Schlis3srichtung entgegenwirkenden Kräfte überwunden werden, wobei das Ventilglied 29 mehr oder weniger langsam sich seinem Sitz nähert bis es schliesst und die Strömung mit kleinen Tropf-

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chen endet* Das ist beim Schliessen nicht so unangenehm uiie mährend des Öffnens, weil die Versorgungsleitung bereits durch dis vorherige Strömung gekühlt ist und der Stickstoffverlust durch Verdunstung nicht so gross ist.

Bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Leitungs-Teil 48 t des Steuergerätes sind Bernoullikräfte in Praxis vernachlässigbar, wenn die Membran 12 sich der Oberfläche des Sitzes 51 nähert. Beim tatsächlichen Verschluss des Leitungs-Teils 48 t durch die Membran steigt jedoch der Oruck in der Leitung 48 und in der Kammer 49 unter den beim Ausführungsbeispinl angenommenen Bedingungen scharf auf o,415 bar ( 5 psig ) an.

Wenn das Ventil aus anderen Gründen noch nicht geschlossen ist, stellt dieser Verschluss des Leitungs-Teils 48 t durch die Membran 12 einen letzten Schliesspunkt dar, wobei der tatsächliche Betriebspunkt durch üJahl der Federkonstante in der Membran 12 und der Spaltgrösse zwischen dem Sitz 51 und der Membran gewählt werden kann, einschliesslich der effektiven Höhe des Sitzes 51 bei einem gegebenen Aufbau der Baugruppe U, der Sonde, des Ventils und insbesondere der Federvorspannung sowie des Widerstandes der Versorgungsleitung. Eine Einstellung eines normalen Spaltes kann bei der Ausführung nach Fig. 4 mit Hilfe der mittigen Schraube 51 s erfolgen.

Beim Betrieb mit einem voreingestellten kleinen Spalt kann die Ventilbetätigung aufgrund des oben beschriebenen kleinen scharfen Druckanstieges beim Verschluss der Sondenspitze durch Flüssigkeit und Öffnung, wenn sie frei wird, erfolgen, obgleich bei kryogenen Flüssigkeiten dies normalerweise wegen der irgendwo auftretenden Vereisungsgefahr unerwünscht ist.

UJann jedoch die Betriebsbedingungen so sind, dass vor dem Aufsetzen der Membran 12 auf den Sitz 51 der in der Kammer 49 entwickelte Druck ausreicht, um die der Schliessrichtung entgegenwirkenden Kräfte zu überwinden ( z. B. o,2o7 bar ( 3,ο psig ) wie oben angenommen ) und zu beginnen, das Vantilglied 29 in geschlossene Lage zu bringen, dann verringert die Drosselung der Flüssigkeitsströmung den Dampfdruck und die Gegendruckkomponente der gesamten entgegen der Schliessrichtung wirkenden Kraft ( z. B, auf o,2oo bar ), wodurch der Schliessdruck für die Schliessbewegunn wirksamer wird und ein weiterer Drosseleffekt er-

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zielt wird souie in gegensinniger iJeise wie bisher durch Rückkopplung im Ventil die Schliessbewagung gleichsam sprungartig beschleunigt wird, und das trotz wachsenden Federuiiderstandes. Wenn das Ventil geschlossen und der Gegendruck der Versorgungsleitung auf O gefallen ist sowie der Stickstoff-Dampfdruck nach Entleerung und Verdampfung abgenommen hat, wirkt die gesamte durch den Druck in der Kammer entwickelte Kraft natürlich abzüglich der Federkraft auf die Membran 17, um das Ventilglied geschlossen zu halten.

Tatsächlich lässt sich eine Ober-Füllung, das ist eine fortgesetzte Belieferung nach dem Öffnen des Ventils bei einem Punkt, an dem die Sonden8pitze bereits bedeckt ist, vorteilhaft durch Einstellen eines Narteluentileinsatzes 56 erzielen. Dabei handelt es sich mit anderen Worten um eine Versorgungssteuerung, die vorzugsweise beginnt, bevor der Stickstoff im Aufnahmebehälter unter die Sondenspitze gefallen ist, und die endet, wenn ein einstellbares höheres Niveau wiederhergestellt ist. Durch Vergrösserung der Strömungsgeschwindigkeit aus der Mündung 47 a wird die Zeit für die Über-Füllung verkürzt, d. h., der zugelassene Niveaubereich wird verkleinert. Bei durch das Nadelventil eingestellten vergrösserten Strömungsgeschwindigkeiten wird aufgrund des vergröseerten Druckabfalls über den Widerstand der dünnen Bohrung ( in der Grössenordnung von o,33 mm Durchmesser ) des Zweigleitungs-Teils 48 t und eines folglich höheren Druckes auf die SteuBr-Membrankammer die Steuer-Flembran stärker in Richtung auf einen Ventilverschluss vorgespannt. Eine ähnliche Veränderung der Situation ergibt eich aus einem vergröseerten Varsorgungsdruck, was jedoch sogar bis zu Drücken von 1,71 oder 2,o7 bar ( 25 oder 3o psig ) bei dem angegebenen Verhältnis von Messkammer-Sitzöffnung und Mess-Membran,

4
das in der Grösaenordnung von 1o liegt, keine praktische Bedeutung

So konnte in einem 151 mm - Durchmesser Dewar-Gefäss mit einem kleinen Steuergerät dieser Art als ein Extrem ein 2o3 mm - Niveauunterschied erreicht werden, während im anderenExtremfall das Steuergerät so eingestellt werden konnte, dass das Niveau genau innerhalb eines viel engeren Bereiches, z. B. o,5o8 mm, gehalten werden konnte. Tatsächlich konnte das Niveau entgegen bestimmten theoretischen Betrachtungen des Pleßsystems innerhalb eines ganz kleinen Bruchteils dieses Wertes gehalten werden, wenn die Stirnfläche des Sitzes 51 um die Mündung

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des Leitunqs-Teils 48 t bis auf einen Kreisring mit dem Querschnitt einer "Messerschneide" verringert war.

Wenn z. B. das Nadelventil 56 für eine Fördarunq von etwa 5o cm /min aus dem o,415 bar ( 6 psig ) Stickstoffgas-Versorgungssystem bei einer Strömungsmenge von 1o cm /min zum Flessteil eingestellt war, wurde das Niveau bei ^. 1»6 ^mm gehalten, wobei im Sonderfall das Ventil einschaltete, ωβηη der Stickstoffflüssiqkeitsspiegel auf 19,ο mm der Sondenspitzen-Eintauchung fiel, und abschaltete, wenn der Spiegel auf 22,1 mm angestiegen war.

Da die Drosseleinstellung des Nadelventils 56 bei geringen Strömungsmengen unberechenbar wird, kann das Volumen der Bohrung 37 und damit das effektive Volumen der Kammer 49 falls erforderlich bei Annäherung an den unberechenbaren Strömungszustand verändert werden entweder durch Einstellen des Schraubeneinsatzes 36, oder uenn dieser fehlt, durch Einbringen eines Einsatzes aus einem ausgewählten im Handel erhältlichen Präzisionsbauteil in die mit Gewinde versehene Passage. Eine Volumenvergrösseruno hat den gleichen Effekt wie eine weitere Drosselung der Gasströmung, weil jede dieser Änderungen die Zeit vergrössert, die erforderlich ist, um einen gegebenen Druckzuwachs zu erreichen.

Beim Fallen des Stickstoffspiegeis im Aufnahmegefäss durch Verdunstung, wenn der Gegendruck der '5ondenleitung in rier Kammer 12 s fällt, verursacht der Rückzug der Membran 12 vom Sitz 51 und der entsprechende Anstieg der Gasströmung aus dem Leitungs-Tsil 48 t einen langsamen Druckabfall in der Leituno 49 und in der Kammer 49 in mehr oder weniger linearer Abhär zjigkeit von der Spiegelabsenkung. Somit nimmt die von der fiembran 17 auf die Stoßstange 34 und damit auf das Ventilglied 29 ausgeübte Kraft allmählich ab. Üblicherweise neigt das Ventil dazu, zu Anfang sehr lanosam und allmählich zu öffnen, wobei die Offnun-sbewegung beginnt, wenn der Druck in der Kammer 49 auf o,o52 bar ( o,75 psig ) bei den angenommenen Bedingungen des Ausführungsbeispiels und der Federkraft gefallen ist, und wobei das Ventil für einige Zeit in unerwünschter üJeise zulässt, dass Flüssigstickstoff in geringen Mengen in die nunmehr uarme Versorgungsleitung eintritt und dort als Schwund verdampft.

Wenn jedoch der Druckabfall bei solcher anfänglichen Entleerung aus der Eintrittsöffnung 26 o,o52 bar ( o,75 psig ) erreicht, passiert öin Tropf-

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chen oder dergleichen das Ventilglied 29, um über dem Ventilsitz mit relativ "heissem" Metall des Rohrs 25 a zusammenzutreffen und sofort in Dampf zerstäubt zu werden, wobei es in dem Raum ζωΐsehen der Stoßstange 34 und dem Ventilglied 29 einen Übergangsdruck von etwa 1,71 bis 2,o7 bar ( 25 bis 3o psig ) erzeugt, der sofort die Stoßstange 34 und damit die Membran 17 nach oben verschiebt. Darauf folgt schnell eine weite Öffnung des Ventilgliedes 29 unter Öffnungs-Vorspannung der Feder 3o, wobei diese Öffnungsbewegunq sprungartig abläuft. Das relativ geschlossene System zwischen der Stoßstange 34 und dem Rohr 25 a, das gegenüber der Membran 17 durch die mit einem Flansch versehene Deckplatte 18 abgedichtet ist, ermöglicht diese sprungartige Bewegung.

Beim ersten Einsetzen eines bestimmten Steuergerätes in eine spezielle Umqebung und vorhandene Einrichtung, wird die Sonde zeitweise sehr tief im Aufnahmebehälter R befestigt und das Systemgas und die Flüssigkeitsversorgung eingeschaltet, um Flüssigstickstoff an den Aufnahmebehälter R zu liefern. Der Flüssigkeitsspiegel an der Sonde beim Abschalten wird ebenso markiert wie nach Verdunstung bis zum Einschalten der untere Spiegel beim Einschalten. Danach wird die Sonde endgültig festgeklemmt, wobei die untere ( Einschalt- ) Marke in Höhe des gewünschten minimalen Flüssigkeitsapiegels im Behälter angeordnet wird. Wenn die Höhe des Ausschaltpunktes für den höheren Spiegel im Behälter nicht zugelassen werden kann, dann wird di? Einstellung des Nadelventils wie erforderlich geändert, um den Ausschaltpunkt für den "Füllungs-" oder "Maximum-" Spiegel auf die gewünschte Höhe zu bringen. Wenn möglicherweise beim anfänglichen Füllen das Steuergerät das Ventil nicht ausschaltet, stabilisiert ein momentaner Verschluss und anschliessendes Uiederöffnen des Absperrorgans für die Versorgung den Betrieb, so dass bei durch Verdampfung aufrechterhaltenem Kreislauf von Einsehalten und Füllen sich herausgestellt hat, dass das Füllen beim zweiten Zyklus automatisch wie angestrebt beendet wird.

Betrieb bei Ciassteuerung:

Die Ventilausführung nach Fig. 2 behandelt vorteilhafterweise Gas wie die gesteuerte Flüssigkeit wie in einem Flüssigkeit verteilenden System, bei dem eine gesonderte Gasquelle aktivierendes Gas zum Messen, Verstärken und Pumpen von Flüssigkeit liefert, sowie die Belieferung aus Versorgungs-Dewar-Gefäss durch Zufuhr von solch externem Gasdruck

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in dan Gasraum des Versorgungsgefässes bewirkt wird, um Flüssigkeit durch ein Steigrohr auszutreiben, und bei dem die Strömung abrupt unterbrochen wird nicht nur durch Abschalten des angelegten Druckes sondern auch durch schnelle Entlüftung des unter üruck stehenden Raums.

In solch einem Fall ist die den Spiegel erfassende Sonde wie vorher an ein Steuergerät bei 21 angeschlossen und die externe Gasdruck-Quelle ist sowohl an den Gas-Anschlußstutzen 2o des logischen Verstärkers als auch an den Einlass 31 a angeschlossen, während der Auslass 32 a mit dem Gasraum des abgedichteten Versorgungs-Oewar-Gefässes verbunden ist, das folglich über den Einlass 31 a unter Druck gesetzt ader durch Betätigung des Ventils entlüftet werden kann. Obgleich die Anwendung von Druck aus einer externen Druckquelle hier davon ausgeht, dass Flüssigkeit aus dem Dewar-Gefäss austritt, ist die Betriebsweise des Steuergerätes im Grunde die gleiche, abqesehen von einer im Hinblick auf Fig. 1 zu beschreibenden typischen sprungartigen Betriebsweise. Dedoch wird die Rückkopplung von der Deuar-Oruck- und Entlüftungsleitung vorteilhaft verwendet, wie später noch beschrieben.

Das Gas-Steuergerät nach Fig. 2 eignet sich besser zum Steuern von Flüssigheliumspiegeln unter Verwendung einer externen aktivierenden Gasquelle für die Meßsonde und für die Aktivierung der Verbraucher sowie für das Unterdrucksetzen des Flüssighelium-Sammelgefässes als das Steuergerät nach Fig. 1, weil sich wegen der geringen Verdampf unnswärme von Flüssighelium empfiehlt,dieses direkt von dem Sammelbehälter zur Verbraucherstelle zu leiten mit minimalem Kontakt mit warmen Körpern wie Ventilen. Für Flüssigwasserstoff kann sowohl die Anordnung mit eigener Energieversorgung ( Fig. 1 ) oder eine Methode mit externer Druckerzeugung vorteilhaft Verwendung finden.

Im Fall des Gerätes nach Fig. 2, das zur Steuerung des Spiegels von kryogenen Flüssigkeiten in einem Aufnahmebehälter ausgelegt ist, der von einem Dewar-Gefäss versorgt wird, das von einer externen Gasquelle unter Druck gesetzt wird, um die Belieferung zu bewirken, und das belüftet wird, um die Belieferung zu unterbrechen, wobei das Gasventil V-G die Gaslieferung und die Entlüftung steuert, ist die Rückkopplungsverbindung, die der Aufbau nach Fig. 2 aufweisen kann, nützlich, (denn das normalerweise offene vorgespannte Gasventil etwas öffnet, wird der Druck in der Versorgungsleitung 32 b über die Rückkopp-

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lungsleitung 33 f zur Unterseite der Steuermembran übertragen und beschleunigt zusammen mit der ventilöffnenden Vorspannung die öffnung des Ventils für schnelles Anlegen des Gasdruckes an das Versorgungsgefäss. Dies stellt entgegen einer teilweisen Verschiebung des Ventilgliedes in eine stabile Position die Entlüftung des Gaseinlasses sicher, ohne dass das VTirsorgungsgefäss in genügender Weise unter Druck gesetzt wird, um eine Überleitung zu bewirken, und wiederum ein quasi - sprunghaftes Verhalten bei der Ventilöffnung auftritt. Zweckmässig wird ein einstellbarer Widerstand in der Einlassleitung angeordnet, der als ein Ventil im Einlassanschluss des Gasventils angebracht sein kann.

Solch eine Rückkopplungsverbindung und solch ein Widerstand können auch gleich im Ventilaufbau untergebracht werden, so dass zusätzlich zur Messleitung nur eine Leitung vom Ventilauslass zum Versorgungsgefäss und eine zweite Leitung von einer externen Gasversorgung zum Gaseinlass erforderlich sind.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass bei Verwendung einer Meßsonde der beschriebenen Art in einem Dewar-Gefäss, wenn zugelassen wird, dass der Flüssigstickstoffspiegel unter die Sondenspitze fällt, atmosphärische Feuchtigkeit an der ungeschützten Spitze der Sonde als Reif oder festeres Eis kondensieren kann, und zwar bis zu einem Ausmass, das unberechenbare Eigenschaften oder sogar Blockierung und Versagen der Sonde verursachen und dadurch das gesamte Meßsystem unbrauchbar machen kann.

Es ist deshalb wünschenswert, dass das Steuergerät so ausgelegt ist, dass es einschaltet, wenn der Spiegel auf etwa 19 mm über der Probenspitze gefallen ist, das ist ein sehr sicherer Spiegel im Hinblick auf Reifbildung und die Genauigkeit oder Reproduzierbarkeit des mit der Erfindung erreichbaren Einschaltvorganges.

Es wird gelegentlich bemerkt, dass eine Phasen-Trenneinrichtung am Auslassende der Versorgungsleitung vom Flüssigventil in üblicher Umgebung vorteilhaft eingesetzt wird. Weil die von der Versorgungsleitung nach jedem Versorgungszyklus absorbierte Wärme Stickstoff zu Beginn Des nächsten Zyklus verdampft, bis die Leitung abekühlt ist, ergibt sich gewöhnlich ein beträchtlicher anfänglicher Ab- oder Entlastungsstrom von gasförmigem Stickstoff für etwa 3o see, dessen Kraft und Ausmass unter

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einigen Bedingungen ein grosses Restvolumen yon Flüssigstickstoff aus dem Aufnahmebehälter heraustreiben kann, das häufig ein Mehrfaches des Volumens beträgt, das erforderlich ist, um den Spiegel entsprechend den Sondensignal zu haltsn.

Insbesondere wenn eine universelle Steuergerät-Baugruppe U gewünscht wird, nie sich für verschiedene Verbraucheranwendungen anpassen lässt oder die z. 3. für die Behandlung einer besonderen Flüssigkeit uia Stickstoff vorgesehen ist, wobei sogar ganz unterschiedliche Eigenschaften der Versorgungsleitung in Längs, Bogen, Bohrungsdurchmessern usu., die den Flüssiqkeitsdruckabfall beeinflussen, vorhanden sein können, dann kann für solche Flüssigkeitssteuerunqszwecke das Steuergerät für derartige Abänderungen und Anwendungen mit weiteren Vorteilen wie oben beschrieben desensitiviert werden.

Eine beträchtliche Desensitivierung lässt sich durch Anwendung der Ausführung nach Fiq. 5 erreichen, wobei die untere Seite oder Ventil seite der Steuer-Membran 17 eine im Ergebnis kleinere Fläche aufweist, die den systemeigenen Drücken ausgesetzt ist, als auf ihrer Oberseite.

Es lüsst sich feststellen, dass bei verschiedenen nicht flüchtigen nicht kryogenen Flüssigkeiten, bei denen eine auf Messung beruhende Steuerung des Spiegels erwünscht ist, Geräte nach der Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden kennen. So kann es erforderlich sein, den Spiegel eines geschmolzenen Salzes, eines qeschmolzrannn Atzstoffes oder eines geschmolzenen Metalls wie Natrium, einer ^äure wie konzentriertar Schwefelsäure oder heisser korrosiver Lösungen in einem Behälter durch Zugabe weiterer Flüssigkeit zu steuern, wie in einem VererbRitungsbad, wo Verlust durch den Austrag der behandelten Objekte oder durch Heaktion entsteht. In solchen Fällen kann wiederum eine Sriegelmeüsonde vom Gastyp verwendet werden, die natürlich aus einem Material zusammengesetzt ist, das gegenüber der Flüssigkeit und dem aktivierenden Gas im Bad beständig ist im Sinne chemischer Reaktionsfähigkeit und Löslichkeit, wie es der Zw9Ck zul^nst. Oie Verbraucher-Baugruppe U kann dann als sehr empfindliches uer'it dienen, das mit wenig Gasverbrauch betrieben wird, um ein Gasventil ähnlich dem Gasventil V-G zu betätigen, das unmittelbar eine Strömung aus einer Uuel-Ie- oder ichwerkraft oder anderer Druckwirkung steuert, um einen Schalter zu betäti^n, der ein entferntes Ventil oder ielais dafür oder viel-

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leicht ein Gerät für die Zufuhr von Feststoffen, das die feste Form des im Bad geschmolzenen Materials liefert, zu steuern.

Doppelsonde, Fig» 7;

Uegen der Empfindlichkeit der Steuergerät-Baugruppe L) und der inhärenten Zyklushysterese wird es vorteilhaft mit einem doppelten f'lesssondsnaufbau verwendet ( Fig. 7 ),bei dem die Messleitung vom Anschlußstutzen 21 Gas über ein T-Stück zu den betreffenden Sonden-Leitungen 8o a, 8o b leitet, deren Sonden P-j, 92, entweder in verschiedenen Höhen in einem Behälter wie in Fig. 7 angeordnet sind, um zusätzliche Signale zu erzeugen, wann der Flüssigkeitsspiegel die betreffenden Sondenspitzen oder ein besonderes Niveau über jeder der Sondenspitzen erreicht, oder in betreffenden Behältern zum Vergleich der darin enthaltenen Flüssigkeitsspiegel angeordnet sind. In solchen Anordnungen ist ein einstellbarer Widerstand 83 in der Leitung zu der Sonde für den höheren Spiegel vorgesehen, um den Widerstand und damit die Strömung darin in Bezug auf den inhärenten Widerstand und damit die Strömung in der Leitung zur Sonde für den niedrigeren Spiegel im Hinblick auf einen ausgewählten Bezugsspiegel oder die Tauchung der Sonde auszugleichen oder in anderer LJeise einzustellen, wobei die Sonde für den höheren Spiegel unbedeckt bleibt. Für eine allgemeine Einstellung ist ferner ein veränderbarer Widerstand in der zum T-Stück führenden Leitung angeordnet, der in seiner Funktion dem Widerstand 59 ähnlich ist. Ein weiterer veränderbarer Widerstand kann selbstverständlich in der Leitung zur Sonde für den niedrigeren Spiegel angeordnet werden.

Für grössere Flexibilität beim Gebrauch und bessere Einstellbarkeit ist jedoch die besonders Ausführung nach Fig. 7 vorteilhaft. Dabei ist die Gasbelieferung von einer Leitung 78 a der Gasquelle zu beiden Sonden einstellbar durch Lieferung von aktivierendem Gas nicht nur über die Eintrittsöffnung 47 zum Nadelventil 56, sondern auch durch eine abzweigende Verbindungsleitung 58 a, die innerhalb oder auseerhalb des Steuergerätes angeordnet sein kann, zu veränderlichen einstellbaren Widerständen in zu den Sonden führenden Leitungen, über die das Gas zur Leitung 8o a zur Sonde für das niedrigere Niveau bzw. durch den Widerstand 83 zur Leitung Bo b zur Sonde für das höhere Niveau geleitet wird.

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Die Gegendrücke werden unmittelbar von der Sonden-Leitung 80 a für das niedrigere Niveau und über den veränderbaren Uiderstand 87 stromaufwärts des Widerstandes 83 in der Sondenleitung für das höhere Niveau abgenommen j um gemeinsam zur Fless-i'iembran 12 s z. B. über den Mess-Anschlußstutzen 21 geleitet zu werden.

Obgleich die verschiedenen Widerstände und entsprechenden Durchlässe in einer Baugruppe U für diese Zwecke vorgesehen sein können, so dass ein einziger Gasversorgungs-Anschlußstutzen 2o mit einem zusätzlichen Sondenanschluss wie 80 b verwendet werden kann, lassen sich alle diese Bauteile in ainer Hilfsbaugruppe D unterbringen. Eine solche Baugruppe D enthält die betreffenden Anschlüsse für Sonden-Leitungen 80 a und 80 b, einen Anschluss für die Gasversorgungs-Leitung 53 a, wenn ein externes T-Zweigstück für die Gasversorgungsleitung vorgesehen ist oder einen zusätzlichen Anschluss für eine Leitung zum Anschlußstutzen 2o, wenn die Hilfsbaugruppe anstelle des externen T-Zwaigstückes einen internen T-Zweig aufweist, und schliesslich einen einzigen Signalleitungs-Anschlußstutzen für eine Leitung zum Anschlußstutzen 21 für das Flesssystem. Für den Fall, dass eine Hilfsbaugruppe D in dieser Weise verwendet wird, sollte bei der dargestellten und oben beschriebenen Hilfsbaugruppe U der Widerstand 59 einen unendlichen Widerstand aufweisen, d. h. die innere Verbindungsleitung 58 zur Kammer 12 s oberhalb dsr Fless-Fiembran sollte blockiert sein.

Wenn sich die Sonden in einem Behälter befinden, uiird das Meßsystem so eingestellt, dass der Signal liefernde Gegendruck ( die Rückkopplung ) in der Messleitung zum Steuergerät klein genug ist, um die Versorgung zu beginnen, wenn der Flüssigkeitsspiegel auf einen Punkt in einem vorbestimmten Abstand gerade über der unteren Sondenspitze gefallen ist. Wenn mit steigendem Spiegel die Überleitung von Flüssigkeit anhält, steigt infolge der verqrösserten Druckhöhe auch der Gegendruck an, auch wenn der Gasausfluss aus der noch nicht eingetauchten höheren Sonde anhält. Wenn der Flüssigkeitsspiegel diese Sonde erreicht, zeint der wachsende Gegendruck einen scharfen Anstieg oder eine Stufe, rjie ein schnelles und endgültiges Ausschalten des Flüssiakeitsventils bewirken kann.

Es sei bemerkt, dass das Steuergerät leicht empfindlich genug zur 'Jiedergabe des statischen Hrucks eines veränderlichen Niveaus gemacht wer-

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den kann, d. h., dass Bin Volumen nicht strömenden Gases in die Messkammer, die Bondenleitung, die ^c.onde und die erfasste Flüssigkeit eingeschlossen ist, luobei das Gas natürlich verträglich, d. h. nicht reaktionsfähig mit und unlöslich in der Flüssigkeit sein muss.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Gasaktiviertss auf Gas-örucksignale ansprechendes Fluidik-— Steuergerät zum Erzeugen einnr Ausgangsgrösse mit mechanischer Bewegung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11, 13, 18 ) mit einem Körper ( 11 ) u. einer ersten Kammer ( 12 s, 42 ) für eine t'iess-i'iembran ( 12 } sowie einer zweiten Kammer ( 49, 5o ) für eine Steuer-i'iembran ( 17 ), wobei die f'less-i'iembran ( 12 ) im Körper ( 11 ) angeordnet und in der ersten Kammer ( 12 s, 42 ) aufgespannt ist, um auf einer Seite der P'less-f'lembran ( 12 ) einen Messraum ( 12 s ) zu definieren, und uobei die Steuor-Membran ( 17 ) im Körner ( 11 ) angeordnet und in der zweiten Kammer ( 49, 5o ) aufgespannt ist, um auf einer Seite der Steuer-Membran ( 17 ) einen Steuerraum ( 49 ) zu definieren; durch einen Anschlußstutzen ( 21 ) am Gehäuse für eine rnef3signale führende Leitung, der mit dem fiessraum ( 12 s ) in Verbindung steht, um die Mess-Fiembran ( 12 ) entsprechend dem Gasdruck des i'leGsianals zu verstellen; durch einen Anschlußstutzen ( 2o ) am Körner ( 11 ) für aktivierendes Gas, der als Gaseinlass in ständiger Verbindung mit dem Steuerraun ( 49 ) steht; durch einen Entlüftungskanal ( 48 b, 48 t, 42, 52 ) im Körnar ( 11 ) vom Steuerraum ( 49 ) zur Atmosphäre; "urch Bine die iiess-i ismbran ( 12 ) aufweisende Entlüftungssteuereinrichtung zum steuern des Gasstroms durch den Entlüftungskanal ( 4P b, 4B t, 4/'., 52 ) zur Atmosphäre in Abhängigkeit vom Gasdruck des f-ießsignals, wobei der Gasdruck im Steuerraum ( 49 ) verändert wird, um die Steuer-Wembran ( 17 ) zu verstellen; und durch eine am Gehäuse gehaltene einrichtung, diö ein verschiebbares Bauteil ( 34 ) aufweist, das auf der dem Steuerraum ( 49 ) gegenüberliegenden Seite der Steuer-Menbran ( 17 ) angeordnet und durch die Steuer-Hembran { 17 ) zur Bildung der mechanischen Ausgangsgrösse verschiebbar ist.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messr-iembran ( 12 ) die erste Kammer teilt, um eim>n boüüfteten Kaum ( 42 ) auf der anderen Seite der Mess-iiembran zu definieren, der eine Entluftungsüffnung ( 52 ) zur Atmosphäre aufweist, daß die Steuer-Membran ( 17 ) die zueite Kammer teilt, um einen zweiten Raum ( 17 ) auf der anderen Seite der Stnuer-I^vlembran zu definiert, in dem ein verschiebbares Bauteil ( 34 ) mit der Steuer-Membran zu-

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sammenwirkt, dass der Entlüftungskanal im Körper eine Zweigleitung ( 48 ) für das aktivierende Gas aufweist, die sich an einem Ende zu dem vom Gas beaufschlagten Raum der Steuer-Membran und am anderen Ende zum belüfteten Raum öffnet, dass die Entlüftungssteuereinrichtung einen nabenförmigen Sitz ( 51 ) aufweist, durch den sich das andere Ende der Zweigleitung ( 48 ) zum belüfteten Raum öffnet und von dem die eine Seite der Mess-Membran ( 12 ) normalerweise sich in einem Abstand zur Bildung eines Strömunqsspaltes befindet, so dass eine den Spalt verändernde Verstellung der Mess-Membran die Gasströmung aus der Zweigleitung ( 48 ) zum belüfteten Raum ( 52 ) ändert, dass eine Verbindungsleitung im Körper vom Einlass-Anschlußstutzen ( 2o ) zur Zweigleitung ( 48 ) zwischen deren Enden und durch eine darin vorgesehene Mündung ( 47 a ) als ständige Verbindung vorgesehen ist, und dass ein einstellbares Nadelventil ( 56 ) im Körper angeordnet ist zur Steuerung der Gasströmung durch die Mündung der Verbindungsleitung zur Zweigleitung ( 48 ).

3. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-Membran ( 1? ) die zweite Kammer teilt, um darin einen zweiten Raum auf der anderen Seite der Steuer-Membran zu definieren, indem ein verschiebbares Bauteil ( 34 ) mit der Steuer-Membran zusammenwirkt, dass der Entlüftungskanal eine Leitung ( 48 d ) im Körper auf weist, deren eines Ende sich zum vom Gas beaufschlagten Raum ( 49 ) der Steuer-Membran und deren anderes Ende sich über eine Entlüftungsöffnung ( 42, 52 ) zur Atmosphäre öffnet, dass die Entlüftungssteuereinrichtung einen nabenförmigen Sitz ( 51 a ),durch den sich die Leitung ( 48 d ) in den von Gas beaufschlagten Raum ( 49 ) öffnet, und ein Ventilelement ( 53 ) hat, das mit dem Sitz ( 51 ) zusammenwirkt und gegen diesen vorgespannt sowie mit der Mess-Membran ( 12 ) verbunden ist, wodurch eine Verstellung der Mess-Membran unter Veränderung des Spaltes zwischen dem Ventilelemßnt ( 53 a ) und dem Sitz ( 51 a ) die Gasströmung aus dem mit Gas beaufschlagten Raum der Steuer-Membran zur Entlüftungsöffnung verändert, dass eine Verbindungsleitung ( 48 ρ ) im Körper vom Einlass-Stutzen zu dem vom Gas beaufschlagten Raum ( 49 ) für eine ständige Verbindung vorgesehen ist, und dass ein ausgewählter Widerstand oder ein einstellbares Nadelven-

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til im Körper zur Steuerung der Gasströmung durch dis Uerbindungsleitung zu dem vom Gas beaufschlagten Raum angeordnet ist ( Fig. 1A).

4. Steuergerät nach Anspruch 1, insbesondere zur Jiedergabe von Gasdrucksignalen von einem Messfühler, uiie einer Gas erfassenden Sonde, die Gas abgibt und Gegendruckänderungen als Signale entsprechend der Änderung des Strömungswiderstandes im Messfühler erzeugt, gekennzeichnet durch eine Uerbindunqsleitunn ( 58, 59 ) im Körper von dem Anschlußstutzen für das aktivierende Gas zum Fiess-Gasraum, um einen Hess-Gasstrom zu einem Ressfühlpr wie einer Sonde, die mit dem Mess-Signal-Gasleitungs-Anschlußstutzen ( 21 ) verbunden ist, zu liefern.

5. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungswiderstand ( 59 ) in der zweiten Unrbindungsleitung angeordnet ist.

6. Steuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand ein veränderbarer Widerstand inform eines Nadelventiles ist, das im Körper angebracht ist.

7. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüssigkeitssteuerventil ( U-L ) mit einer Flüssigkeit-Eintrittsöffnuno ( 26 ), einer Flüssigkeits-Austrittsöffnunq ( 28 ) und einem wechselweise arbeitenden Ventilglied ( 29 ) vom Gehäuse getraqen wird und als verschiebbares Bauteil ( 34 ) ein das Ventilglied beaufschlagendes und dieees wechselweise von einer normalen Stellung in eine nicht normale Stellung bringendes Element aufweist.

a. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gassteuer-Dreiwege-Uentil ( U-G ) mit einem Gaseinlass ( 31 ), einem Gasauslass ( 32 ) und einer Gasentlüftung ( 38 ) sowie einem wechselweise arbeitenden Uentilglied ( 29 a ) vom Gehäuse getragen wird und als verschiebbares Bauteil ein das Uentilglied beaufschlagendes und dieses aus einer normalen Position in eine nicht normale Position bringendes Element aufweist, wobei der Gaseinlass ( 31 ) vom Gasauslass ( 32 a ) und der Entlüftungsleitung ( 35 ) getrennt ist sowie der Auslass zur Entlüftungsleitung hin offen ist,

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wenn das Ventilglied in seiner geschlossenen Position ist, und wobei der Einlass zum Auslass hin geöffnet ist und der Auslass von der Entlüftungsleitung getrennt ist, wenn das Ventilglied in seiner geöffneten Stellung ist.

9. Steuergerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung ( 51 s ) zur einstellbaren Vorspannung der Mess-Membran ( 12 ), um den maximal erreichbaren Spalt in Bezug auf den nabenartigen Sitz zu erzielen,( Fig. 4 ).

10. Steuergerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine im Körper angeordnete Kammer ( 37 ), die in Verbindung mit dem vom Gas beaufschlagten Raum ( 49 ) der Steuer-Membran steht, und durch eine einstellbare Einrichtung ( 36 ) zum Verändern des Volumens diessr Kammer bei gleichzeitiger Änderung des effektiven Volumens des vom Gas beaufschlagten Raumes ( 49 ).

11. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Membranen ( 12, 17 ) einen elastomeren während des Betriebes verstellbaren Membran-Teil aufweisen, und dass ferner eine Versteifungsscheibe ( 17 a ) für den elastomeren verstellbaren Teil der Steuer-Membran ( 17 ) vorgesehen ist, die zwischen dem verschiebbaren Bauteil ( 34 ) und der Steuer-Membran ( 17 ) angeordnet und an einen dieser beiden befestigt ist.

12. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeits-Steuerventil einen Ventilkörper ( 25 a, 25 b ) aufweist, dessen eines Ende mit dem Gehäuse ( 18 ) des Steuergerätes verbunden ist und der eine Ventilbohrung aufweist, deren eines Ende durch ein Ende des Ventilkörperteils in einen zweiten unterhalb der Steuer-Membran vorhandenen Raum geöffnet ist, wobei die Flüssigkeits-Einlassöffnung ( 26 ) am anderen Ende des Ventilkörpers angeordnet ist und sich gerade zur Bohrung hin über einen Ventilsitz ( 27 ), der koaxial am anderen Ende der Bohrung angeordnet ist, öffnet, wobei die Flüssigkeits-Auslassöffnung ( 28 ) sich seitlich von der Bohrung an eine Stelle in der Nähe des Sitzes ( 27 ) öffnet und das Ventilglied ( 29 ) in der Bohrung wechselweise eine geschlossene Stellung gegen den Sitz ( 27 ) und eine offene Stellung vom Sitz ( 27 ) entfernt einnimmt, und wobei das Ventil-

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glied durch eine Feder ( 3o ) in Öffnungsrichtung vom Sitz ( 27 ) vornespannt ist souie das verschiebbare Bauteil ( 34 ) eine Sto(3-stange aufweist, die verschiebbar in der Bohrung zwischen dem Ventilnlied ( 29 ) und dar Steuer-Membran ( 17 ) anhalten ist.

13. Steuergerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das d3s eine Ende der Ventilbohrunq abgedichtet mit der von der Steuer-Membran gebildeten zweiten Kammer ( 5o ) in Verbindung steht.

14. Steuergerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßstange ( 34 ) verschiebbar abgedichtet in der Ventilbohrung gehalten ist, dass die zweite Kammer ( So ) zur Atmosphäre belüftet und dass die Stoßstange ( 34 ) einen Durchmesser besitzt, der kleinsr ist als der Durchmesser des während des Betriebes verstellbaren Abschnittes der Steuer-Membran ( 17 ), so dass die Ventilwirkung durch Reduzierung der beweglichen ^l^che vermindert ist, wann die Fläche bei qeöffnetem VentilDrücken in der Ventilbohrung ausgesetzt ist, die aus dem Gegendruck in der Auslassleitung und dem Flüssigkeitsdruck der gestauarten Flüssigkeit bestehen und gegen dia die Steuer-Membran bei der Schliessbewegung arbeiten muss.

15. Steuergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer ( 5o ) des Steuergerätes durch eine Deckplatte ( 13 ) geschlossen ist, diß das Gas-öteuerventil ( V-G ) trägt, und dass ein Anschluss für eine Gasdruckrückkopplung vorgesehen ist, der sich in die zweite Kammer ( 5o ) öffnet und der zum Anschluss an eine Druckentnahme ( 33 f ) in einer vom Gasventil führenden Gas-Auslassleitunq ( 32 b ) eingerichtet ist.

16. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass -ler Gehäuse-Körner ( 11 ) zylindrisch ausgebildet ist und an gegenüberliegenden Stirnseiten koaxiale Ausnehmungen aufweist, die zur Aufnahme entsprechender scheibenförmigem Deckplatten ( 13, 18 ) eingerichtet sind, um eine erste Kammer und eine zweite Kammer zu definieren, ijnbni jede Ausnehmung eine innen am Umfang verlaufende Nut ( 45, 41 ) zur Aufnahme jeweils eines Hie Deckplatten haltenden Ringes ( 14, 19 ) besitzt, dass die Membranen ( 12, 17 ) in d=n 'Ausnehmungen angeordnet sind, und Hass in jeder Ausnehmunn oinn Einrichtung zur Unterstützung der bßtreffenden Membran :\ vorgesehen ist,

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die darin durch die betreffenden Deckplatten festgeklemmt sind, wobei die Deckplatten in den betreffenden Ausnehmungen und die dafür vorgesehenen Federringe in einer die Membranen festklemmenden Stellung befsstigt sind, dass als Zweigleitung eine mittig entlang der Längsachse verlaufende Bohrung ( 48 ) mit kleinem Durchmesser vorgesehen ist,die mit ihren gegenüberliegenden Enden ^n den Endwandungen der betreffenden Ausnehmungen mündet, wobei die Zweigleitung in die die erste Kammer bildende Ausnehmunn durch einen konischen nabenartigen Sitz ( 51 ) mündet, der mit der F-Iess-Membran ( 12 ) zusammenwirkt, dass der Körper eine Entlüftungsöffnung ( 52 ) aufweist, die sich von der fiess-Membran aufnehmenden Ausnehmung nach aussen zur Atmosphäre erstreckt, um einen Entlüftungsauslass für die belüftete Kammer ( 42 ) zu bilden, uobei die Entlüftungsöffnung ( 32 ) einen grösseren Strömungsquerschnitt besitzt als die Zweigleitung ( 48 ), dass dor Körper an einer zwischen seinen Endflächen angeordneten Stelle nine erste seitliche Bohrung ( 67 ) mit einem Anschlußstutzen ( 2o ) für das aktivierende Gas aufweist, der in das äussere Ende der Bohrung ( 47 ) eingeschraubt ist, dass die verbindende Leitung ( 47 a ) sich von der seitlichen Bohrung ( 47 ) über die flündung zur Zweigleitung ( 48 ) erstreckt, dass Bine zweite seitliche Bohrung ( 54 ) im Körper vorgesehen ist, die die Zweigleitung ( 48 ) im Bereich der Mündung schneidet und die einen mit Gewinde versehenen Abschnitt sowie ein Nadelventil ( SG ) aufweist, das dnrin eindrehbar ist und einen Nadelventilabschnitt besitzt, dar sich in die Mündung erstreckt und mit dieser zusammen wirkt, um die Strömung des aktivierenden Gases vom Einlass-AnschluHstutzen ( 2o ) für das aktivierende Gas in die Zweigleitung ( 48 ) zu steuern.

17. Steuergerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Ausnehmung bestimmte und mit dieser eine erste Kammer bildende Deckplatte ( 13 ) einen Durchlass ( 61 ) besitzt, _f der mit ainem Anschlussstutzen ( 21 ) für eine Pießsignal-Gasleitung versahen ist, und dass die Oeckplatte ( 18 ) für die andere Ausnehmung einen Halter für die Einrichtung sowie für das verschiebbare Bauteil ( 34 ) bildet, das senkrecht zur Steuer-Flambran ( 17 ) verschiebbar gehalten ist.

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18. Steuergerät nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine zwsite Verbindungsleitung ( 58 ), die sich von der ersten seitlichen Bohrung ( 77 ) zu einem Bereich gerade ausserhalb der normalen Anordnung der Ebene der Mess-Membran ( 17 ) erstreckt, und durch eine Einrichtung ( 59 ) für eine Verbindung zwischen der Leitung ( 58 ) und dem Ness-Gasraum.

19. Steuergerät nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine mit Gewinde versehene seitliche Bohrung ( 37 ) im Gehäusekörper, die einujärts mit dem vom Gas beaufschlagten Raum ( AV ) der Steuer-Rembran in Verbindung steht, und durch einen in der Bohrung ( 37 ) durch Drehung verstellbaren, abgedichteten Schraubeinsatz ( 36 ), wobei durch axiale Verschiebung des Schraubeinsatzes das effektive Volumen des vom Gas beaufschlagten Raums der Steusr-Hembran verändert wird.

20. Steuergerät nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch sine mit Gewinde versehene seitliche Bohrung ( 37 ) im Gehäusekörper, die einwärts mit dem vom Gas beaufschlagten Raum ( 49 ) der Steuer-Membran in Verbindung steht und durch einen Schraubeinsatz ( 36 ) abgeschlossen ist sowie zum Ersatz des Schraubeinsatzes durch ein Präzisionsbauteil eingerichtet ist, das das effektive Volumen des vom Gas beaufschlagten Raumes der Steuer-Membran vergrössert.

21. Steuergerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper ein Rohr ( 25 a ) aufweist, das sich über den rrösseren Teil der Ventilkörperbohrung erstreckt und dessgn Länge, Querschnitt und Wärmeleitfähigkeit für eine geringe Uärmeleckage zum Bereich des Ventilsitzes ausgewählt sind, und dass das Rohr an einer vom Ventilsitz entfernten Stelle in der Nähe des Gehäusekörpers eine einstellbare Entlüftungseinrichtung aufweist, die die rohrförmige Bohrung mit der Atmosphäre verbindet.

22. Steuergerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen seitlichen Nippel ( 91 ) am Flüssigkeitseinlass des Flüssiqkeits-Steuerventils ( V-L ) als Zweiganschluss, der ebenso wie das Ventil Flüssigkeit aufnimmt, durch eine eine Strömungs-Leitung ( 9o ) bildende Einrichtung vom Nippel ( 91 ) zum Anschluistutzen ( 2o ) am Körpergehäusß, der als Einlass für aktivierendes Gas dient, ·

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durch ein Nadelventil (92 ) in der Leitung ( 9o ), und durch ein Druck steuerndes Entlüftungsventil ( 93 ), das mit der Leitung ( 9o ) an einer Stelle zwischen dem Nadelventil ( 92 ) und dem Anschlußstutzen ( 2o ) am Körper verbunden ist, so dass durch Wärmeübergang aus der Atmosphäre zur Flüssigkeit in der Leitung ( 9o ) eine vom Nadelventil ( 93 ) gesteuerte Menge kryogener Flüssigkeit, die zum Flüssigkeitseinlass geleitet wird, verdampft wird, um das aktivierende Gas für das Steuergerät zu liefern.

23, Steuergerät nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche mit einer traubenförmigen Mehrfachanordnung an der Mündung eines Dewar- oder anderen Gefässes für kryogene Flüssigkeit, nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Grundplatte ( 70 ) für eine Abdichtung mit einem Gummistopfen ( 7o a ) der Gefäesmündung, ein zur Verteilung des Gases bestimmtes Rohr ( 71 ), dessen eines Ende sich durch die Grundplatte ( 7o ) zur Verbindung mit dem Gasraum über der normalen Flüssigkeitsfüllung des Gefässes ( S ) erstreckt und dessen anderes Ende sich aufwärts über die Grundplatte ( 7o ) hinaus erstreckt, ein Flüssigkeits-Steigrohr ( 72 ), dessen oberes Ende gasdicht mit dem Gasverteilungs-Rohr ( 71 ) verbunden ist und sich darüberhinaue erstreckt und das nach unten durch das Gasverteilungs-Rohr ( 71 ) erstreckt und bis in den mit Flüssigkeit gefüllten Raum des Gefäseee (S) reicht, ein Mehrfachabsperrventil ( 73 ) mit einem Einlass, der mit dem Steigrohr ( 72 ) verbunden ist, und einer sich seitlich erstreckenden Mehrfachanschluss-Einrichtung am Ventilkörper, die jeweils einen Flüssigkeitseinlass einer Steuergerät-Baugruppe ( C ) besitzt, die an der Einrichtung tragend befestigt ist, wobei das Gasverteilungs-Rohr im Bereich seines sich nach oben erstreckenden Abschnittes ein Druckbegrenzungsventil ( 76 ) und ein Druck-Manometer ( 75 ) sowie eine Vielzahl von wenigstens Stickstoff führenden Auslass-Anschlüssen ( 77 ) aufweist, wobei die betreffenden Anschlußstutzen ( 2o ) für das aktivierende Gas einerMehrzahl von an dem Steuergerät befestigten Druckbegrenzungsventilen mit dem gasführenden Bereich des Dewar-Gefässes verbindbar sind.

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24. Steuergerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslassanschlüsse ( 77 ) als Anschlüsse mit Rückschlagventilen ausgebildet sind, die gegen Ausströmen von Gas geschlossen sind, wenn nicht eine Gasauslassleitunq damit verbunden ist.

25. Steuergerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Gasleitungs-Anschluss ( 77 a ) mit einem Rückschlagventil am Gasverteilungs-Rohr angeordnet ist, so dass beim ersten Ansetzen des Gerätes an ein Gefäß ( S ) der gasführende Raum des Gefässee mit einer unabhängigen Gasquelle verbunden und sofort unter den gewünschten Betriebsdruck aus dieser Quelle gesetzt werden kann, ohne Verzögerung beim Druckaufbau durch Verdampfung der darin enthaltenen kryoqenen Flüssigkeit.

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