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Anordnung für die Umschaltung mehrerer in einer Anlage vorhandener
Ventile Zusatz zum Patent 895356 In Vakuumanlagen oder auch sonstigen Anordnungen,
bei denen betriebsmäßig eine Mehrzahl von Ventilen zur Steuerung des Stromes von
flüssigen gas- oder dampfförmigen Medien zu betätigen ist, besteht das Bedürfnis
dafür, die Steuerung so zu vereinheitlichen, daß man mit möglichst wenigen handbedienten
Betätigungsorganen alle notwendigen Schaltungen durchführen kann. Das Patent 895
356 betrifft eine derartige Ventileinheit, bei der für die Umschaltung der einzelnen
Wege vorzugsweise mehrere mit Trockendichtungen arbeitende Ventile dienen, die mit
Hilfe einer durch einen Handgriff zu betätigenden Steuerstange über Nockenscheiben
geöffnet und geschlossen werden können. Beim Ausfüh.rungsbeiispiel des Hauptpatentes
ist für diese Ventilanordnung ein einheitliches Ventilgehäuse vorgesehen, in das
alle bei dieser Anlage zu betätigenden Ventile eingebaut sind.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung für die Umschaltung mehrerer
in einer Anlage vorhandener, vorzugsweise mit Trockendichtungen arbeitender Ventile,
die mit Hilfe einer durch einen Handgriff zu betätigenden Steuerstange über Nockenscheiben
geöffnet und geschlossen werden können. Erfindungsgemäß sind mehrere Ventilgehäuse
baukastenartig zu einem die Einheit bildenden
Ventilblock zusammengefaßt,
dem die Steuervorrichtung für die Ventile zugeordnet ist. Durch diese Unterteilung
des Ventilblockes in mehrere Gehäuse gelingt es, für die verschiedensten: Verwendungszwecke
aus einheitlich aufgebauten einzelnen Ventilgehäusen in besonders einfacher und
übersichtlicher Weise die jeweils notwendige Ventil kombination zusammenzustellen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es durch die geeignete, bei
der Erfindung verwendete Ausgestaltung der Ventilgehäuse möglich ist, auch nachträglich
Erweiterungen der Anlage, die zusätzliche Ventile bedingen, mit leichten Mitteln
an den Ventilblock anzufügen und in diese Steuereinheit einzubauen. Man kann die
Erfindung bei allen Anlagen anwenden, in denen eine -Mehrzahl von Ventilen nach
bestimmtem Plan geöffnet und geschlossen werden muß. Insbesondere eignet sich die
Erfindung für Vakuumanlagen, beispielsweise Elektronenmikroskope, deren Betriebszustand
oft zwischen Luft und Hochvakuum gewechselt werden muß und bei denen unter Umständen,
durch Hinzufügen von zur Vorevakuierung von Fotomaterial od. dgl. dienenden Exsikkataren
und durch die Notwendigkeit, eine Vorpumpe und eine oder mehrere Hochvakuumpumpen
anwenden zu müssen, sich in Betrieb unter Umständen, recht verwickelte Schaltmanipulationen
ergeben.
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Man kann bei der Erfindung in die einzelnen Ventilgehäuse, die zu
dem Block zusammengefügt werden, zwei oder gar mehr Ventile einbauen. Vorzugsweise
jedoch wird man die Erfindung so ausgestalten, daß jedes Ventil des Blockes ein
gesondertes, von den anderen lösbares Gehäuse besitzt. Das hat den Vorteil, daß
man für größere Anlagen eine Mehrzahl von völlig gleichartig aufgebauten Ventilgehäusen,
die je immer ein Ventil aufnehmen, anwenden kann. Für das bei der Erfindung wesentliche
Zusammenfügen der Einzelventilgehäuse besitzen diese einzelnen Gehäuse je mindestens
eine, vorzugsweise aber zwei einander gegenüberliegende Anlageflächen zum Anfügen
eines benachbarten Ventilgehäuses. Mit einer derartigen Anlagefläche kommt man unter
Umständen bei denjenigen Ventilgehäusen aus, die die Enden des Ventilblockes bilden.
Diejenigen Gehäuse dagegen, welche für den Einbau in der Mitte des Blockes vorgesehen
sind, besitzen bei der Erfindung vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten
die notwendigen Anlageflächen zum Anfügen des benachbarten Gehäuses.
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Man kann die Anordnung nach der Erfindung so durchbilden, daß die
einzelnen Ventilgehäuse voneinander völlig getrennt sind. Die jeweils zu schließenden
bzw. zu öffnenden Leitungen müssen in diesem Falle alle in geeigneter Weise außen
an den einzelnen Gehäusen des Ventilblockes angeschlossen «:erden. Eine besonders
vorteilhafte und die Übersichtlichkeit der Anordnung wesentlich steigernde und die
gesamte Konstruktion vereinfachende Anordnung ergibt sich jedoch dann, wenn man
gemäß der weiteren Erfindung in den einander zugekehrten Wänden zweier benachbarter
Ventilgehäusekammern Öffnungen vorsieht, wobei dann die Abdichtung des jeweils so
gebildeten Verbindungskanals nach außen hin durch Zwischenfügen einer vorzugsweise
elastischen Dichtung erfolgt. Man kann bei der Erfindung auch noch weitergehen und
auch notwendige Verbindung zwischen nicht ummittelbar benachbarten Kammern des Blockes
mit Hilfe von durch die dazwischenliegenden Ventilkammern hindurchgeführten, gegen
diese abgeschlossenen inneren Leitungen herstellen,. Bei Anwendung dieser Konstruktionsprinzipien
ergibt sich ein Ventilblock, der die notwendigen Verbindungen der einzelnen Ventilkammern
untereinander größtenteils in seinem Innern enthalten kann, so daß nach außen hin
an den Ventilblock jeweils nur diejenigen Leitungen anzuschließen sind, die beispielsweise
zu den Pumpen, den Rezipienten, den Vorvakuumbehältern od. dgl. führen. Wenn es
sich um umfangreiche Anlagen handelt, in denen viele Ventile zu steuern sind, kann
man auch Ventilgehäuse in dem Block vorsehen, an die mehr als zwei benachbarte Ventilgehäuse
angefügt werden können. Es gelingt auf diese Weise, auch die verwickeltsten, durch
einen einheitlichen. Steuerapparat zu betätigenden Ventilanlagen zu einem verhältnismäßig
wenig Raum benötigenden und übersichtlichen Block zusammenzufassen.
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Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale werden in den folgenden
Ausführungsbeispielen behandelt. In Fig. i ist zunächst ein schematisches Bild für
die Vakuumleitungen einer Elektronenmikroskopanlage dargestellt. :.Mit M ist das
Mikroskop, mit V die Vorvakuumpumpe, mit Q und L sind zwei in Reihe geschaltete
Hochvakuumpumpen bezeichnet, und Bist ein der Pumpe L vorgeschalteter Vorvakuumbehälter.
Der Anlage ist darüber hinaus noch ein Exsikkator E zugeordnet, der beispielsweise
dazu dient, das in der Mikroskopanlage zu verwendende Fotomaterial vorzuevakuieren.
Für die bei einer solchen Anlage notwendigen Vakuumschaltungen sind die mit i bis
8 bezeichneten Ventile erforderlich. Für den Betrieb der Anlage müssen folgende
Ventileinstellungen in Betracht gezogen werden: Für die Vorvakuumpumpe TI z. Einschaltstellung:
Ventils offen, Ventile 6 und 7 geschlossen, 2. Ausschaltstellung : Ventil 6 offen,
Ventile 5 und 7 geschlossen, Für das Mikroskop 31 sind folgende einzelne Schaltstellungen
vorgesehen: 3. Luft im Rohr: Ventil i und 4 offen, 2 und 3 geschlossen, 4. V orvakuum
im Rohr: Ventil e offen, i, 3 und 4 geschlossen, 5. Hochvakuum: Ventile 3 und 4
offen, i und 2 geschlossen, 6. Absperrstellung: Ventile i und 4. geschlossen, 7.
Anheizstellung: Ventil 4 offen, i, 2 und 3 geschlossen.
Für denn
Exsikkator sind weiterhin noch folgende Schaltstellungen vorgesehen: 8. Öffnungsstellung:
Ventil 8 offen, 9. Schließstellung: Ventil 8 geschlossen, io. Einschaltstellung:
Ventil 7 offen, 5 und 6 geschlossen, i i. Ausschaltstellung: Ventil 6 offen, 5 und
7 geschlossen. Man sieht schon aus dieser Übersicht, daß bei einer solchen Anlage
eine sehr verwickelte Vakuumschaltung für den Betrieb notwendig ist. Mit der Erfindung
gedingt es nun, diese Vakuumschaltungen in besonders einfacher Weise zu einer einheitlichen
Steuerapparatur zusammenzufassen. Fig.2 zeigt zunächst schematisch die Anwendung
der Erfindung für den in Fig. i dargestellten Schaltplan. Soweit die Einzelteile
mit denen in Fig. i übereinstimmen, sind hier dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Das wesentliche Bauelement des Steuerapparates ist ein Ventilblock
VB, der aus den Gehäusen der einzelnen Ventile i bis 7 zu einer Einheit zusammengefügt,
vorzugsweise zusammengeschraubt ist. Die Ventile sind in diesem Falle schematisch
als Tellerventile angedeutet. Die Ventilgehäuse der Hauptventile 3, 2, .4, 5 und
7 bestehen je aus zwei Kammern, die durch eine Zwischenwand i i gebildet sind. Eine
in dieser Zwischenwand befindliche Verbindungsöffnung 12 ist mit der Ventilscheibe
13 verschließbar. Zur Betätigung der Ventilscheiben dienen Stößel 14, die von den
Steuerwellen 15 und 16 her mit Hilfe der Handgriffe 17 und 18 über zugeordnete Nocken
2o nach dem gewünschten Plan geöffnet und geschlossen werden können. Wie die Figur
erkennen läßt, sind notwendige Verbindungsleitungen zwischen einander benachbarten
Kammern, beispielsweise zwischen 2 und 3, dadurch hergestellt, daß in den Gehäusewänden
entsprechende Öffnungen i9 ausgespart sind. Beim Zusammensetzen der Einzelteile
dieses Vakuumblockes wird dann an dieser Stelle ein entsprechender Dichtungsring
vorgesehen. Auch die gegebenenfalls notwendige Verbindung zwischen zwei nicht benachbarten
Kammern ist aus diesem schematischen Bild ersichtlich. So sind hier die beiden Kammern
i2o und 121 und weitergehend noch die Kammer 23 der drei Ventile 5, 2 und 4 durch
innere Leitungen 24 und 25 miteinander verbunden. Diese Art des Aufbaues ist erst
beim Gegenstand der Erfindung möglich; mani mußte bisher derartige Verbindungen
durch Anschließen von äußeren Verbindungsleitungen herstellen.
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Die konstruktive Ausgestaltung der in Fig. 2 dargestellten Steuereinheit
ist weiterhin in den Fig. 3 bis 9 in Zusammenstellungszeichnungen und Einzelansichten
wiedergegeben. Fig.3 zeigt eine Seitenansicht des Ventilblockes für die Steuerung.
Beide Steuerwellen 15 und 16 wirken über die Nockenscheiben 2o und die Schwinghebel
71 auf die den Ventilen zugeordneten Stößel 14.
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Die Achslagerungen der beiden Steuerwellen ruhen in den mit den Ventilblockenden
fest verschraubten Endplatten 22, 123. Die jeweilige Schalt-Stellung wird durch
eine Rastscheibe 124 markiert. Zum Schutz der angeschlossenen Hochvakuumpumpenanordnung
Q, L ist in bestimmter Schaltstellung eine Rückdrehsperre 125 vorgesehen.
Mit Hilfe eines an der Hauptventilkammer 3 fest angebrachten Hohlflansches 26 wird
der gesamte Ventilblock mit der Hochvakuumpumpe Q vakuumdicht zu einer Einheit verschraubt.
Die Leitungen zu den Vakuumgefäßen und Vorpumpen werden von außen herangeführt.
Fig.4 zeigt eine Ansicht der Anordnung in Richtung des in Fig. 3 dargestellten Pfeiles
A. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, wie die einzelnen Ventilgehäuse miteinander
verschraubt sind. Zwischen den Ventilen 3 und 2 sind auch die Verbindungsöffnungen
i9 und die zum Ventil 5 führende Verbindungsleitung 24 erkennbar. Um diese Leitungen
nach außen hin vakuumdicht abzuschließen, werden die Dichtungsringe #l27, 28 an
den Anlagestellen der benachbarten Gehäuse angewendet.
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In Fig. 5 ist das Hauptvakuumventil 3 gesondert herausgezeichnet.
Das Ventilgehäuse ist aus einfachen Blechteilen 29, 30, 26 zusammengesetzt. An den
Stoßstellen sind diese Teile unter Schutzgas vakuumdicht miteinander verlötet. Das
Ventil ist durch eine Zwischenwand 31 in zwei Kammern 32, 33 unterteilt. Die in
der Wand 31 vorgesehene Ventilöffnung 3,4 wird mit der Scheibe 35 vakuumdicht verschlossen.
An dieser Scheibe ist der Stößel 14 kraftschlüssig angelenkt. Wie Fig.6 zeigt, ist
die Verbindung zwischen dem Stößel 14 und der Scheibe 35 derart durchgeführt, daß
der Stößel der Scheibe in allen Richtungen genügend Bewegung läßt, sich beim Schließen
auf den Ventilsitz einzustellen. Um dies zu erreichen, ist die Bohrung 36 am Ende
des Stößels weiter als der zugeordnete Stift 37 an der Scheibe 35, und ebenso ist
die Bohrung 38 im Stift 37 weiter gemacht als der Haltestift 39. Die Scheibe 35
ist mit einer elastischen Dichtung 40 versehen, die sich bei Schließen des Ventils
dichtend gegen den Sitz in der Trennwand 31 legt. Der Stößel ist in einer Hülse
41 in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise gelagert. In die Hülse ist eine Feder 42
eingebaut, die die Scheibe 35 an den Sitz drückt und damit das Ventil schließt.
Für den vakuumdichten Abschluß des Stößels sorgt die Gummidichtung 43.
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Einen Querschnitt durch eines der einheitlich aufgebauten Nebenventile
5, 2, 4, 7 zeigt die Fig. 7. Soweit die Einzelteile mit denen in Fig.5 übereinstimmen,
sind hier die gleichen Bezugszeichen verwendet. Mit 44 und 45 sind in diesem Falle
die Anschlußflanschenden bezeichnet, mit denen dieses Ventilgehäuse mit dem jeweils
benachbarten Gehäuse verschraubt werden kann. Sowohl bei den Hauptventilen nach
Fig.5 wie bei dem Nebenventil nach Fig.7 ist auf der dem Stößel gegenüberliegenden
Seite im Ventilgehäuse eine Öffnung 46 vorgesehen, durch die hindurch die Scheibe
35 mit dem Stößel ausgebaut werden kann. Bei den Ausführungsbeispielen sind die
bisher behandelten einzelnen Ventilkammern aus einfachen Blech- und Drehteilen zusammengesetzt
und an den Stoßstellen
unter Schutzgas vakuumdicht verlötet. Es
sind auch Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei denen die einzelnen Ventilgehäuse
aus Güßkörpern bestehen, die dann ähnlich wie die dargestellten Körper miteinander
zu dem einheitlichen Ventilblock verschraubt sind. Auch die Form der Einzelventilgehäuse
kann verschieden gewählt werden. So kann man abweichend von der in den bisherigen
Figuren dargestellten Ventilgehäuseform auch Ven. tilgehäu.se benutzen, die eine
zylindrische Wand besitzen, welche vorzugsweise so orientiert ist, daß die Stößelachse
mit der Achse dieser zylindrischen Wand zusammenfällt. Durch geeignete konstruktive
-Mittel, wie beispielsweise angesetze Flansche oder abgeflachte Seitenteile, wird
man bei derartigen Ausführungsformen für die -Möglichkeit der Zusammenfügung der
einzelnen Gehäuse zum geschlossenen Block Sorge tragen.
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Für Schaltungen, bei welchen geringere Durchgangsquerschnitte genügen,
z. B. Lufteinlaßventile, kann man in den Ventilblock eine kleine zylindrische Ventilkammer
einfügen, bei welcher erfindungsgernäß die beiden Kammerhälften durch eine eingeschobene
elastische Dichtung gebildet werden und in welcher durch einen hinein- und herausschiebbaren
Stößel das vakuumdichte Schließen bzw. Öffnen des Durchgangs bewirkt wird. Dieser
Stößel ist dann ähnlich wie bei den anderen Ventilen nach außen durchgeführt und
abgedichtet. Eine Ausführungsform für ein derartiges Ventil ist in Fig. 8 im Längsschnitt
dargestellt. Mit seiner Anlagefläche 47 wird der hier dargestellte Ventilkörper
48 an geeigneter Stelle an den Ventilblock angesetzt. 49 ist eine Rille für die
Einlage eines Dichtungsringes. Der Innenraum des Ventils enthält eine ringförmige
Dichtung 5o, in die der Stößel 14 hinein- und herausbewegt werden kann. Die Verbindungsleitung
von der Außenluft her geht über das Filter 5 i und den Kanal 52 zur Ventilkammer
53 und nach Zurückziehen des Stößels 14 über den Kanal 54 zur angeschlossenen Kammer.
Mit 55 ist eine Dichtungsscheibe zur Abdichtung des Stößels nach außen bezeichnet,
und 56 ist in diesem Falle eine Druckfeder, die hier den Stößel normalerweise in
die öffnungsstellung des Ventils drückt.
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Fig. 9 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit der Erfindung für ein Umschaltventil,
das geeignet ist, die beispielsweise zu einem Rezipienten führende Anschiußleitung
57 wahlweise mit dem Außenluftkanal 58 bzw. mit einer Pumpenleitung, beispielsweise
einer Vorpumpenleitung 59, zu verbinden. In diesem Falle ist ein mit zwei Dichtungen
6o, 61 versehener Stößel 62 vorgesehen, der beispielsweise auch wieder mit
Hilfe des in den vorgehenden Figurendargestellten Nockentriebs betätigt werden kann.
In der dargestellten Schaltstellung ist die EZezipientenleitung 57 über die mittlere
Kammer 63 des Ventils und den Kanal 58 mit der Außenluft verbunden. Wird
der Stößel nach unten gedrückt, >o wird zunächst die Luftleitung 58 dadurch abgeschlossen,
daß die elastische Dichtung 6o in die Dichtungsbuchse 64 einfährt. Im weiteren Verlauf
der Abwärtsbewegung des Stößels gleitet dann die elastische Dichtung 6 1
vom unteren Ende 65 aus der Dichtungsbuchse heraus und gelangt in den Bereich 66,
der ei:.ne weitere Bohrung hat, so daß nunmehr die Vorpumpenleitung 59 Verbindung
mit dem Kanal 57 hat. Die in den Fig. 8 und 9 dargestellten Anordnungen sind auch
von grundsätzlicher Bedeutung für andere Ventilanordnungen, können also auch unabhängig
von einem im vorstehenden beschriebenen, aus Einzelgehäusen zu,sammengesetzen Ventilblock
mit Vorteil angewendet werden.