DE7707346U1 - Mehrwegventil mit kurzen umschaltzeiten zur verwendung bei messungen niedriger druecke - Google Patents

Description

Mehrwegeventil mit kurzen Umschaltzeiten zur Verwendung bei Messungen niedriger Drücke

Für die genaue Messung niedriger Drücke ist eine Kontrolle der Meßwertaufnehmer vor und nach einer Messung sowie evtl. intermittierend während des Versuchsablaufs erforderlich. Eine solche Kontrolle erfolgt beispielsweise zum Abgleich von Brückenspannungen, zur Bestimmung von Undichtigkeiten und zur Eliminierung von Nullpunktsdriften. Die Kontrolle erfolgt beispielsweise dadurch, daß der Meßwertaufnehmer kurzzeitig an einen Referenzdruck oder eine Vakuumpumpe angeschlossen wird und den betreffenden Druckwert als Bezugsgröße registriert. Anschließend erfolgt wieder die Umschaltung des Meßwertaufnehmers an die Meßsonde, d.h. der eigentliche Meßvorgang. Die für derartige Umschaltungen verwendeten Mehrwege-Vakuumventile sind großvolumig und haben entsprechend große Ansprechzeiten. Für Verwendung in Hyperschallwindkanalanlagen, in denen extrem niedrige Meß- und Referenzdrücke verarbeitet werden müssen, sind die bekannten großvolumigen Apparaturen nicht anwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mehrwegeventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es bei Messungen extrem niedriger Drücke verwendbar ist, ein kleines Volumen besitzt sowie eine entsprechend gute Abdichtung hat und schnell umschaltet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Ventilschaft eine Halterung trägt, an der der eine Rand eines Dichtungsbalges eingespannt ist, dessen anderer Rand abdichtend an dem die Vaikuumanschlüsse ent-

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haltenden Teil des Ventilgehäuses befestigt ist. Der Diehtungsbalg trennt den Betätigungsteil des Mehrwegeventils von dem eigentlichen Ventilteil ab. Er umschließt einen Teil der Länge des Ventilschaftes und in seinem Inneren herrscht der niedrige Meßdruck, während außen der Atmosphärendruck oder sogar der Druck des Steuerfluids einwirkt. Diese Art der Abdichtung erlaubt eine sehr gedrungene Ventilkonstruktion, die für die erforderlichen kurzen Schaltzeiten benötigt wird. Die BaIgabdichtuna ist imstande, das Innere des Vakuumteiles des Ventils sogar gegen den Steuerdruck, der auf den Ventilkolben einwirkt, abzudichten, so daß beide Ventilteile (Vakuumteil und Steuerteil) sehr nahe nebeneinander angeordnet werden können und ein entsprechend kurzer und leichter Ventilschaft ausreicht.

Vorzugsweise ist in die dem Ventilkolben zugewandte Stirnwand des die Vakuumanschlüsse enthaltenden Ventilgehäuses ein den Ventilschaft umgebender Ring eingelassen, der eine Hinterschneidung aufweist, in welcher der Rand des durch die Ringöffnung geführten Dichtungsbalges befestigt ist. Diese Art der Balgbefestigung ist einfach und problemlos und ermöglicht eine sichere und dichte Befesti- „ gung des Balgrandes im Übergangsbereich zwischen beiden Gehäuseteilen. Der Ring kann durch Zugschrauben, die die ^ beiden Gehäuseteile zusammenhalten, zwischen den Gehäuseteilen eingespannt sein, so daß separate Befestigungs-

mittel nicht erforderlich sind. j

Zweckmäßigerweise liegen an beiden Seiten des Ringes Dich- j tungsringe an, die in Ringnuten des den Ventilkolben ent- ; haltenden Gehäuseteiles und des die Vakuumanschlüsse ent-

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haltenden Gehäuseteiles angeordnet sind.

Der eigentliche Ventilteil ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß der die Ventilfeder enthaltende Zylinderraum an beiden Stirnwänden je eine Anschlußöffnung aufweist, und daß die eine Anschlußöffnung aus einer den Ventilschaft mit Abstand umgebenden Bohrung besteht, die über eine Querbohrung mit einem Anschlußstutzen verbunden ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren an zwei verschiedenen Anwendungsarten näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils mit einem Meßaufbau für Druckmessungen in einer Hyperschallströmung, und

Fig. 2 zeigt dasselbe Ventil wie Fig. 1 in einem Meßaufbau für Druckmessungen mit einem Baratron-Meßkopf.

Das Ventilgehäuse 10 besteht aus dem Steuerteil 11 und dem Schaltteil 12. Das Steuerteil 11 besitzt einen Zylinderraum 13, in dem der Ventilkolben 11 verschiebbar ist. Der Zylinderraum 13 wird seitlich und an der einen Stirnseite von den Wänden einer topfförmigen Hülse 15 begrenzt und ist an der anderen Stirnseite mit einer Kappe 16 verschlossen. Durch Bohrungen im Flansch der Kappe 16 und in der Hülse 15 sind Spannschrauben 17 hindurchgeführt, die in Gewindebohrungen 18 des Schaltteiles 12 eingeschraubt sind und das Ventilgehäuse in Längsrichtung verspannen.

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Der Schaltteil 12 enthält einen Ventilzylinder 19, in dem der Ventilteller 20 zwischen zwei Stirnwänden axial verschiebbar ist. Der Ventilteller 20 ist über den Ventilschaft 21 mit dem Ventilkolben 14 verbunden. Zu diesem Zweck ist auf dem oberen Ende des Ventilschaftes 21 ein Gewindestutzen 22 vorgesehen, der in einen Gewindeeinsatz 23 des Ventilkolbens eingeschraubt ist. Der Gewindeeinsatz 23 besitzt einen durch eine Längsbohrung «des Kolbens hindurchgehenden Stutzen 24, der durch eine gegen die Oberseite des Kolbens 14 drückende Mutter 25 gesichert ist.

Die Betätigung des Ventilkolbens 14 erfolgt im vorliegenden Falle pneumatisch über die Steuerluftanschlüsse 26 und 27, die über Kanäle mit jeweils einer Stirnseite des Zylinders 13 verbunden sind. Die Druckluft zu den Steuerluftanschlüssen 26 und 27 wird von dem magnetisch zu betätigenden Steuerventil 28 gesteuert.

Das Ventil besitzt drei Vakuumanschlüsse 29, 30 und 31, die durch den Ventilteller 20 so gesteuert werden können, 0 daß der Anschluß 29 wahlweise mit dem Anschluß 30 dier dem Anschluß 31 in Verbindung kommt. Die Anschlüsse 30 und 31 führen zu Bohrungen 32, 33, die an den Stirnseiten axial in den Zylinderraum 19 einmünden. Die Bohrung 32 verläuft koaxial zum Ventilschaft 21, der in seinem unteren Bereich verjüngt ist, so daß zwischen ihm und der Bohrung 32 ein genügend großer Strömungsquerschnitt vorhanden ist.

Der Schaltteil 12, in dem sich die Zylinderbohrung 19 befindet, ist an seiner unteren Stirnseite mit einem Deckel

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34 verschlossen, der in einer Ringnut eine Ringdichtung

35 aufweist, die verhindert, daß Undichtigkeiten zwischen den Teilen 12 und 34 entstehen.

In ähnlicher Weise ist der Schaltteil 12 gegen den Steuerteil 11 durch Ringdichtungen 36, 3 7 abgedichtet, die in entsprechenden Ringnuten an den Stirnseiten dieser Gehäuseteile angeordnet sind und den Ventilschaft 21 mit Abstand umgeben. Zwischen den miteinander fluchtenden Dichtringen 36, 37 befindet Eich eine Scheibe 38„ gegen die von beiden Seiten her die Dichtringe drücken.

Da die bisher beschriebenen Teile sämtlich st^rr miteinander verbunden sind und an den abzudichtenden Stellen keinem Verschleiß unterliegen, reichen die Dichtringe 35, 3 6 und 37 zur vakuumdichten Abdichtung des Schaltteiles 12 aus. Zur Abdichtung der Durchführung des Ventilschaftes 21,der von dem Steuerteil 11 in den Schaltteil 12 ragt, ist ein Dichtungsbalg 39 vorgesehen, der den Ventilschaft auf einem Teil seiner Länge umgibt und mit seinem oberen Ende an dem Stopfen 23 im Inneren des Kolbens 14 abdichtend befestigt ist. Das untere Ende des Dichtungsbalges 3 9 ist durch die Mittelöffnung des Ringes 38 hindurchgeführt und in einer Hinterschneidung 4 0 dieses Ringes befestigt. Der Dichtungsbalg ist als Federbalg ausgebildet und ist im wesentlichen zylindrisch mit zieharmonikaartig gefalteter Seitenwand.

Der Ventilteller 20 weist an seinen Stirnseiten Dichtungsringe 41, 42 auf, von denen sich der Dichtungsring 42 in der einen Ventilstellung fest gegen den unteren Deckel 34 legt, während sich der Dichtungsring 41 in der anderen

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Ventilstellung fest gegen die obere Stirnwand des Zylinders 19 legt und die Leitung 32 gegen das Zylinderinnere abdichtet.Der Ventilteller 20 hat im Zylinder 19 seitliches Spiel. Die von dem Anschluß 29 kommende Bohrung 4 3-läuft radial in den Zylinder 19 hinein.

Der Ventilschaft 21 ist in einer Führungsbuchse 44 im j Inneren des Schaltteiles 12 geführt. Die Führuigqisbuchse /j weist eine Längsnut auf, durch die der am Vakuumanschluß j

] 31 herrschende Druck in das Innere des Dichtungsbalges )

39 gelangen kann.

Bei dem Meßaufbau nach Fig. 1 wird an den Vakuumanschluß 29 ein Meßwertaufnehmer 45 angeschlossen. Dieser wird während der Messungen (bei angehobenem Ventilkolben 14) über den Vakuumanschluß 30 mit der Sonde 46 verbunden.

Zum Nachstellen des Nullpunktes an dem Meßwertaufnehmer 45 kann dieser kurzzeitig mit dem Vakuumanschluß 31 verbunden werden, der an die Vakuumpumpe 47 angeschlossen ist. Auf diese Weise gelangt kurzzeitig der von der Vakuumpumpe 4 7 erzeugte Referenzdruck an den Meßwertaufnehmer 45, während das Ventil die in Fig. 1 dargestellte Stellung einnimmt. Danach wird der Ventilkolben wieder angehoben und die Messung fortgesetzt.

Die Betätigung des Steuerventils 28 erfolgt ir-it Druckluft zwischen 6 und 16 Bar. Der mit der Sonde 46 erfaßbare Meßbereich liegt zwischen 0,1 bis 1.000 Millibar.

Alle mit dem Vakuum in Verbindung kommenden Teile ein-- I schließlich des Ventilgehäuses sind aus Edelstahl gefertigt und somit zur Verwendung in korrosiven Gasen und

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Dämpfen geeignet. Der Dichtungsbalg 39 ist als Edelstahlfederbalg ausgeführt und wirkt zugleich als Druckfeder, um den Kolben 14 im Ruhezustand in die obere Endlage zu treiben.

Für die Messung extrem niedriger Drücke in Hyperschallkanälen werden Baratron-Meßköpfe verwandt. Fig. 2 zeigt die Schaltung des erfindungsgemäßen Ventils bei einem
derartigen Meßverfahren. Der Baratron-Meßkopf 5 0 ist
'^wischen die Vakuumanschlüsse 29 und 31 geschaltet, wobei der Vakuumanschluß 31 zusätzlich mit der Vakuumpumpe 47 verbunden ist. Der Vakuumanschluß 30 ist an die Meßstelle angeschlossen und gleichzeitig mit einem Druckwächter 51 verbunden. Dieser Druckwächter liefert bei
zu hohem Meßdruck ein Signal an einer Steuereinrichtung 52, die das magnetische Steuerventil 28 betätigt.

Da Baratror.-Meßköpfe sehr empfindlich gegen einseitigen Druck sind, ist der Druckwächter 51 zur Druckbegrenzung vorgesehen. Es handelt sich um eine Sicherheitsschaltung, die den Meßkopf automatisch durch Verbinden der Vakuumanschlüsse 29 und 31 kurzschließt, wenn der Meßdruck

den zulässigen Maximalwert überschreitet. Im Normalfalle befindet sich der Ventilkolben 14 in seiner oberen Endlage, so daß die Vakuumanschlüsse 29 und 30 untereinander verbunden werden und der Meßkopf 5 0 einerseits an die Meßstelle und andererseits an die Vakuumpumpe 47

angeschlossen ist. Wegen des geringen Volumens des Ventils und durch den kurzen Schaltweg ist ein schnelles
Ansprechen der Sicherheitsschaltung gewährleistet.

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Claims (6)

Ansprüche

1. Mehrwegeventil mit kurzen Umschaltzeiten zur Verwendung bei Messungen niedriger Drücke,mit einem Ventilkolben, der über einen Ventilschaft einen Ventilteller verstellt, welcher in Abhängigkeit von seiner jeweiligen Fosition Strömungswege zwischen verschiedenen Vakuumanschlüssen freigibt oder versperrt, dadurch gekennzeichnet , daß der Ventilschaft (21) eine Halterung (23) trägt, an der der eine Rand eines Dichtungsbalges (39) eingespani. " ist, dessen anderer Rand abdichtend an dem die Vahuumanschlüsse enthaltenden Teil

(12) des Ventilgehäuses (10) befestigt ist.

2. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die dem Ventilkolben (14) zugewandte Stirnwand des die Vakuumanschlüsse (29, 30, 31) enthaltenden Gehäuseteiles (12) ein den Ventilschaft (21) umgebender Ring (38) eingelassen ist, der eine Hinterschneidung (40) aufweist, in welcher der Rand des durch die Ringöffnung geführten Dichtungsbalges (39) befestigt ist.

3. Mehrwegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß an beiden Seiten des Ringes (38) Dichtungsringe (36, 37) anliegen, die in Ringnuten des den Ventilkolben (14) enthaltenden Gehäuseteiles (11, 15) und des die Vakuumanschlüsse enthaltenden Gehäuseteiles (12, 34) angeordnet sind.

4. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Ventiltellers (20) zirka 2 mm beträgt.

5. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Ventilteller (20) enthaltende Zylinderraum (19) an beiden Stirnwänden je eine Anschlußöffnung (32, 33) aufweist, und daß die eine Anschlußöffnung (32) aus einer den Ventilschaft (21) mit Abstand umgebenden Bohrung besteht, die über eine Querbohrung mit einem Anschlußstutzen (31) verbunden ist.

6. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsbalg (39) als metallischer Zylinderbalg ausgebildet ist.

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