EP4295069A1 - Vakuumventil für ein vakuum-transportsystem - Google Patents

Vakuumventil für ein vakuum-transportsystem

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EP4295069A1
EP4295069A1 EP22706298.1A EP22706298A EP4295069A1 EP 4295069 A1 EP4295069 A1 EP 4295069A1 EP 22706298 A EP22706298 A EP 22706298A EP 4295069 A1 EP4295069 A1 EP 4295069A1
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EP
European Patent Office
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valve
vacuum
closure element
holding
closure
Prior art date
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Pending
Application number
EP22706298.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hanspeter Frehner
Florian Ehrne
Martin NETZER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VAT Holding AG
Original Assignee
VAT Holding AG
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Filing date
Publication date
Application filed by VAT Holding AG filed Critical VAT Holding AG
Publication of EP4295069A1 publication Critical patent/EP4295069A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61B—RAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F16K51/02—Other details not peculiar to particular types of valves or cut-off apparatus specially adapted for high-vacuum installations
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the invention relates to a device for venting a transport tube segment of a vacuum transport system.
  • a vacuum transport system is, in particular, a high-speed transport system in which capsules or other vehicles slide in a (largely) evacuated tube on a guide system, e.g. on a rail system, an air cushion or magnetically repellent, at very high speed move.
  • a guide system e.g. on a rail system
  • an air cushion or magnetically repellent e.g., an air cushion or magnetically repellent
  • linear motors can enable high accelerations, as in a magnetic levitation train, while electrically operated compressors can generate sufficient propulsion when the cruising speed is reached.
  • a corresponding drive can be provided by the object moving in the tube.
  • Such a vacuum transport system has, for example, two adjacent transport tubes made of steel or another suitable material, e.g. a metal-like, metal-containing or concrete-like material (concrete). There is preferably at least a rough or fine vacuum in the transport tubes.
  • the vacuum is intended to enable travel speeds above the speed of sound through the reduction in air resistance it achieves within the transport tube.
  • Tubes can be used to move capsules or vehicles with space for several passengers or to transport loads (e.g. cars).
  • loads e.g. cars
  • the capsules or vehicles should be moved with as little friction as possible.
  • an electromagnetic levitation system is proposed, for example.
  • the capsules or vehicles can, for example, be made primarily of aluminum or alternative lightweight materials and have a diameter of at least two meters. Furthermore, an unladen weight of 3 to 3.5 tons is proposed, with a payload of between 12 and 25 tons being possible.
  • the transport tubes can have an inner diameter slightly larger than the capsule diameter and a wall thickness of at least 20 mm.
  • the internal pressure can be kept at around 100 pascals (1 millibar), for example.
  • Supporting pillars that support the transport tubes can be positioned at an average distance of about 30 meters and secured against earthquakes by damping elements. It goes without saying that the transport tubes can also be designed close to the ground or at least partially underground, for example in analogy to a subway, etc., or as a tunnel.
  • a critical factor for the operation of such a vacuum transport system is generally the management of a desired vacuum within the system, i.e. in particular the creation, maintenance and targeted release of the vacuum.
  • a desired vacuum within the system, i.e. in particular the creation, maintenance and targeted release of the vacuum.
  • an optimized method is indicated for reasons of efficiency.
  • At least partial ventilation of the tube may be necessary for emergency evacuation but also for normal loading and unloading.
  • a problem associated with such ventilation, particularly in an emergency, is that the ventilation must be quick, reliable and at the required location, i.e. at a specific position along the transport tube, for example.
  • One object of the invention is in particular to provide a ventilation concept which makes the transport system accessible in an improved manner, in particular with regard to speed and reliability.
  • the present invention's approach to solving the above problems relies on a flood valve that allows rapid venting of an interior volume.
  • the separating devices can be provided at certain regular intervals along the route. In an emergency, this allows a specific section of the transport tube to be closed and then ventilated so that people and/or goods can be rescued.
  • At least one flood valve or several flood valves can be assigned to each separable section. After a tube section has been severed, the relevant section can be aerated by actuating the flood valve.
  • the invention relates to a valve, in particular a flood valve or vacuum flood valve, for gas-tight purposes Closing and opening a valve opening and for venting a vacuum volume, in particular for a vacuum transport system with a transport tube for transporting an object inside along the transport tube.
  • the valve has a valve seat, which in turn has the valve opening defining an opening axis and a first sealing surface.
  • a closure element for essentially gas-tight closure of the valve opening with a second sealing surface corresponding to the first sealing surface is provided, the second sealing surface being in an opposite position relative to the first sealing surface.
  • the first and/or the second sealing surface can have a sealing element (seal, sealing material).
  • the sealing element is in particular vulcanized, glued or clamped.
  • the valve has an adjustment unit that is set up to provide a movement of the closure element relative to the valve seat in such a way that the closure element moves from an open position, in which the closure element at least partially uncovers the valve opening, into a closed position, in which the second sealing surface moves in the direction of the first Sealing surface is pressed or pulled and the closure element closes the valve opening, and is adjustable back.
  • the valve seat, the closure element and the adjustment unit are arranged in such a way that the closure element can be adjusted linearly along the opening axis.
  • the valve has a holding device designed to hold the closure element in the closed position by providing a holding force.
  • the holding device is different from the adjustment unit, ie the holding force is not provided by the adjustment unit but solely by the holding device.
  • the valve is generically intended in particular for venting a transport tube
  • venting can be triggered solely by a corresponding control signal.
  • the valve can be connected to an emergency supply, for example, which provides sufficient energy to actuate the valve even if a typical power supply fails.
  • the holding device is activated and the holding force is reduced.
  • the opening axis can be such that the first sealing surface faces in a direction parallel to the opening axis and the first sealing surface extends orthogonally to the opening axis.
  • the closure element can extend in a plane orthogonal to the opening axis.
  • the valve can have a coupling element and the holding device can be arranged and designed to apply the holding force to the coupling element.
  • the coupling element provides a connection or coupling of the closure element to the adjustment unit.
  • the coupling element can be designed in particular as a valve rod, shaft or spindle and can be displaced and/or driven by means of the adjustment unit. The coupling element thus connects the adjustment unit and the closure element and provides the mobility of the closure element by means of the adjustment unit.
  • a holding force can be exerted on the coupling element by the holding device and the mobility can thus be restricted or blocked.
  • rotation or translation of the coupling element can be prevented.
  • the closure element can thus be held in the closed position and/or in the open position.
  • the holding device can be designed to generate the holding force between the closure element and the valve seat and/or between the closure element and the adjustment unit and/or between the closure element and a valve housing.
  • the holding device can be embodied as an electromechanical brake, clamping device or electromagnet, in particular with the holding force being able to be provided when the holding device is in a currentless state and being able to be reduced or released by energizing (applying a current) the holding device.
  • the valve can be held in the closed position without a current having to be applied to the valve. A current can then be applied to open the valve.
  • the adjusting unit can be designed as a lifting magnet or as an electromechanical unit, in particular as a motor, stepping motor or actuator.
  • the valve can also have an energy store, in particular a battery or an accumulator, wherein the The energy storage device is set up to supply energy to the holding device and/or the adjustment unit and is connected to the holding device or the adjustment unit.
  • an energy store in particular a battery or an accumulator
  • the valve can have a control unit for controlling the adjustment unit and/or the holding device.
  • the control unit can in particular have a locking functionality set up in such a way that when it is executed, the locking element is moved into the locking position by means of controlled operation of the adjustment unit, after the locking position has been reached the locking element is in the locking position by providing the holding force by means of the holding device (by means of controlled operation of the holding device) is held and then the control of
  • Adjusting unit and/or the holding device is terminated or the adjusting unit and/or the holding device is placed in a stand-by mode or non-operation, with the holding force remaining provided.
  • the control unit can have an opening functionality set up in such a way that when it is executed in the closed position, the holding force is reduced or released by actuating the holding device, with the closure element being opened by an opening force acting on the closure element
  • the first and/or the second sealing surface can have a sealing material and a gas-tight closure of the valve opening can be provided by contacting the sealing material through the first and the second sealing surface in the closed position.
  • the first sealing surface runs around the valve opening.
  • the closure element has a closure part and a compensation part, and a bypass channel connects the closure part and the compensation part.
  • the closure part can have a first vacuum side and a first atmosphere side opposite the first vacuum side
  • the compensation part can have a second vacuum side and a second atmosphere side opposite the second vacuum side.
  • the compensating part can delimit a compensating volume, the size of the compensating volume being variable depending on the position of the closure element along the opening axis.
  • a pressure present in the compensating volume is in particular equal to a pressure present on the first vacuum side, in particular equal to a pressure present in the bypass channel.
  • the compensating volume can be delimited by a housing of the valve and the compensating part, in particular the second vacuum side.
  • the size of Compensation volume is thus determined by the spatial extent of the delimiting valve housing and a position of the compensation part of the adjusting element.
  • a surface area of the first vacuum side can be larger than a surface area of the second vacuum side.
  • a projection of the first vacuum side onto a plane orthogonal to the opening axis can enclose a larger area than a projection of the second vacuum side onto this plane.
  • a diameter and/or circumference of the closure part can be larger than a diameter and/or circumference of the compensating part.
  • valve disk closure element
  • spindle a spindle
  • a holding magnet can be provided instead of or in addition to the brake.
  • the force required for sealing results from a minimum compression force with which the seal (sealing material) between the valve seat and valve disc must be compressed, and a (Dr) force resulting from a pressure difference (diameter and/or circumference of the closure part D2 > diameter and / or scope of the compensating part Dl; See also Figures 5a and 5b).
  • the diameters Dl and D2 can be designed in such a way that the difference between the two areas at a differential pressure of 1 bar (pressure on one of the vacuum sides relative to the surrounding atmospheric pressure), the plate can open when the brake is open.
  • the brake can thus be opened (current), with the valve being opened by the differential pressure.
  • the energy required to open the brake can, for example, be provided by a battery in the event of a power failure.
  • the second sealing surface can be arranged on the closure part, in particular on the first atmosphere side, and the closure element can have a third sealing surface, which is arranged on the compensation part and corresponds to and interacts with a fourth sealing surface for delimiting and sealing the compensation volume (cf. also Figures 5a and 5b).
  • the closure part and the compensating part can in particular be structurally firmly connected to one another, in particular be designed in one piece, with the closure part and the compensating part being moved simultaneously when the closure element is moved.
  • the invention also relates to a valve, in particular a flood valve or vacuum flood valve, for gas-tight closing and opening of a valve opening and for venting a vacuum volume, in particular for a vacuum transport system with a transport tube for transporting an object inside along the transport tube.
  • the valve has a valve seat which has the valve opening defining an opening axis and a first sealing surface.
  • the valve has a closure element for essentially gas-tight sealing Closing the valve opening with a second sealing surface corresponding to the first sealing surface.
  • the closure element is arranged to be movable along the opening axis and relative to the valve seat in such a way that the closure element moves from an open position, in which the closure element at least partially uncovers the valve opening, into a closed position, in which the second sealing surface is pressed or pulled in the direction of the first sealing surface and the closure element closes the valve opening and can be adjusted back.
  • the second sealing surface is in an opposite relationship relative to the first sealing surface.
  • the valve also has a valve housing which at least partially encloses the closure element.
  • the closure element has a closure part, in particular a valve plate, and an adjustment part.
  • the closure part is designed to close the valve opening in a substantially gas-tight manner, and the second sealing surface is arranged on the closure part.
  • the adjustment part limits a stroke volume inside the valve housing, with the size of the stroke volume being variable depending on a position of the closure element along the opening axis.
  • the valve also has a lifting and holding unit designed and arranged to provide a lifting force (and/or holding force) for moving and/or holding the closure element in or in the closed position.
  • the lifting force can be understood as a holding force in a holding state (eg in the closed position).
  • the valve can also have a control unit for controlling the lifting and holding unit.
  • control unit can have a closing functionality set up in such a way that when it is executed, the lifting force is provided by actuating the lifting and holding unit, the closure element is moved into the closed position as a result of the lifting force, after the closed position has been reached, the closure element is in the closed position by actuating the lift - and holding unit is held and the control of the lifting and holding unit is terminated or the lifting and holding unit is placed in a stand-by mode or non-operation, wherein the lifting force or a holding force is provided.
  • the lifting and holding unit can have a lifting channel that can be closed and opened by means of a shut-off component, the lifting channel providing a connection between the lifting volume and an external atmosphere.
  • a shut-off component By generating a relative negative pressure in the stroke volume (via the stroke channel), the closure element can be pulled into the closed position and the valve can thus be closed. If the closure element is in the closed position, the displacement volume can be isolated from the atmosphere, as a result of which the closure element remains in the closed position.
  • the lifting and holding unit can have a first holding element, in particular an electromagnet or clamping mechanism, the first holding element being designed and arranged to hold the closure element in the closed position.
  • a second holding element in particular a
  • Electromagnet or clamping mechanism having, wherein the second holding element is designed and arranged for holding the closure element in the open position.
  • the lifting and holding unit can thus be designed and set up to hold the closure element in the open position and/or in the closed position.
  • the lifting and holding unit can have a restoring element, in particular a spring or compression spring.
  • the restoring element is coupled to the closure element and a restoring force causes the closure element to be pressed in a specific direction.
  • the restoring element can bring about such a restoring force (in terms of direction and amount) that the closure element is pressed into the closed position.
  • the valve can then be opened by overcoming the restoring force.
  • the lifting and holding unit can have a vacuum generator for generating a vacuum or a relative negative pressure in the stroke volume or can be connected to such a vacuum generator.
  • the vacuum generator can, for example, be designed as a vacuum pump or can have a vacuum bypass that can be shut off and opened in a controlled manner and connects the vacuum volume and the stroke volume (cf. FIGS. 8a and 8b).
  • the vacuum generator can be connected to the displacement volume by a suction channel, in particular with the displacement channel itself providing or embodying the suction channel.
  • the valve can be closed solely by evacuating the displacement. The closure element is moved into the closed position by the negative pressure thus created in the displacement volume.
  • the valve may include a bypass passage, the bypass passage providing communication of the swept volume and the vacuum volume (e.g., the interior of a transport tube of a vacuum transport system).
  • the bypass channel can have a check valve, which check valve is closed when a stroke pressure present in the stroke volume is less than a vacuum pressure in the vacuum volume, and is open when a stroke pressure present in the stroke volume is greater than a vacuum pressure in the vacuum volume .
  • the closure part can have a first vacuum side and the adjustment part can have a second vacuum side that delimits the stroke volume and faces the stroke volume.
  • a surface area of the first vacuum side can be smaller than a surface area of the second vacuum side.
  • a projection of the first vacuum side onto a plane orthogonal to the opening axis can enclose a smaller area than a projection of the second vacuum side onto this plane.
  • a diameter and/or circumference of the closure part (D2) can be smaller than a diameter and/or circumference of the adjustment part (D1).
  • This size ratio of the closure part to the adjustment part i.e. the difference in the pressure-effective areas, means that a required compression force in the closed position for sealing the valve opening can be provided solely on the basis of a pressure difference (vacuum volume and stroke volume vs. atmospheric ambient pressure), i.e. no mechanical or magnetic brake required for the locking element.
  • the valve can be opened by opening the lift channel, with a comparatively rapid increase in pressure taking place in the lift volume and the closure element being pushed into the open position.
  • the closure part and the adjustment part are in particular structurally firmly connected to one another, in particular designed in one piece, with a movement of the
  • Closure element of the closure part and the adjustment part are moved simultaneously.
  • the invention also relates to a vacuum transport system with a transport tube for transporting an object inside along the transport tube, with a negative pressure, in particular a vacuum, being able to be provided inside the transport tube relative to the surrounding atmosphere.
  • the vacuum transport system also has a valve according to the invention integrated into the vacuum transport system and/or connected to the transport tube, as described above.
  • the valve seat is integrated into a wall of the transport tube and/or arranged on it in such a way that the valve opening opens a flow path between the interior of the transport tube and the surrounding atmosphere when the valve is in the open position.
  • valve By means of the valve, a controlled, fast and reliable ventilation of the transport tube can be provided when required (e.g. in an emergency situation).
  • the object that can be moved in the transport tube can be a means of transport, in particular a capsule or a vehicle, the means of transport being designed to transport a person and/or goods.
  • the vacuum transport system can have a tube diameter of several meters, in particular at least two meters.
  • the vacuum transport system can be designed by integrating the valve with an emergency system for ventilation of a tunnel section. This arrangement can also be advantageous for bringing objects into and removing them from the transport system.
  • the invention is not limited to use in a vacuum transport system.
  • the use of the valve according to the invention is for all vacuum-related Areas of application are conceivable in which controlled or rapid ventilation of the vacuum volume is particularly relevant.
  • the first sealing surface can point into the interior of the transport tube and/or the valve seat and/or the first sealing surface can be present in the interior of the transport tube.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a
  • Fig. 2a-b an embodiment of an inventive
  • Valve for venting a vacuum volume, in particular for gas-tight closing and opening of a valve opening;
  • FIG. 3a-b another embodiment of a valve according to the invention for venting a
  • FIG. 4a-b another embodiment of a valve according to the invention for venting a vacuum volume in the closed and open state
  • FIG. 5a-b show a further embodiment of a valve according to the invention for venting a vacuum volume in the closed and open state
  • valve 6a-b a further embodiment of a valve according to the invention for venting a vacuum volume in the closed and open
  • FIG. 7a-b show a further embodiment of a valve according to the invention for venting a vacuum volume in the closed and open state
  • FIG. 8a-b show a further embodiment of a vacuum valve according to the invention for closing an opening or closing off a volume.
  • Figure 1 shows in a schematic way a section of an exemplary transport tube 1 of a
  • the tube 1 is preferably composed of a large number of tube segments (see FIGS. 2a and 2b), which can be shut off from one another by vacuum valves (see FIGS. 3a and 3b).
  • a complication K could occur such as a medical emergency, a vehicle body leak, or a fire. In such an emergency situation, it is desirable for the vehicle 4 to stop as quickly as possible. If the situation permits, the vehicle 4 could be held in a defined transport tube segment, or also in any desired segment, in which case sensors for detecting the vehicle 4 are then preferably present.
  • the next available valve can advantageously be used. Otherwise, a device could also be provided which displaces the vehicle 4 in such a way that the valve area becomes free and the valve can close.
  • the vehicle 4 can be a capsule or a vehicle and can be designed to transport at least one person and/or goods.
  • the transport system also has a controller (not shown), in particular a computer, which can control two adjacent vacuum valves 3a and 3b in such a way that they close or open an internal volume of the intermediate transport tube segment 2a.
  • a ventilation device 5 provided can then (after the segment 2a has been closed), for example likewise by the controller, be activated in order to eliminate a vacuum or negative pressure prevailing in the interior volume of the intermediate transport tube segment 2a by ventilation.
  • the ventilation device 5 can have a valve according to the invention (flood valve or vacuum flood valve) or be designed as such a valve.
  • a loading/unloading hatch is provided in some or all of the tube segments, for example for removing or inserting the vehicle 4 (not shown).
  • a critical factor when an emergency occurs is the time required to close a transport tube segment 2a and, above all, to ventilate it.
  • a valve in particular a flood valve, is proposed for venting the transport tube, with which the venting process can be carried out relatively quickly and reliably.
  • Figures 2a and 2b show an embodiment of a valve 10 according to the invention for venting a vacuum volume, in particular for gas-tight closing and opening of a valve opening 11.
  • Figure 2a shows the valve 10 in a closed (closed position), Figure 2b in an open state (open position).
  • the valve 10 has a valve seat 30 and a closure element 20 .
  • a valve opening 11 and an opening axis A are defined by the valve seat 30 .
  • a first sealing surface 32 of the valve seat 30 surrounds the valve opening 11.
  • the closure element 20 has a second sealing surface 22 which corresponds to the first sealing surface 32.
  • An adjustment unit 40 is provided for moving the closure element 20 .
  • the adjusting unit 40 can be designed, for example, as a motor, in particular an electric motor or a stepper motor.
  • the adjusting unit 40 can also have a valve rod or a spindle that is connected to the Closure element 20 is coupled and thereby a linear adjustability of the closure element 20 along the opening axis A provides.
  • a spindle or threaded rod is provided, which is connected to a counter-element (eg a corresponding internal thread) on the part of the closure element 20 and whose rotation can be used to generate the linear movement of the closure element 20 .
  • the adjustment unit 40 can alternatively be designed as a lifting magnet.
  • the valve 10 further has at least one inlet port 12 which is connected to the valve port 11 by a flow path.
  • the flow path provides for a fluid to flow through the valve 10 in the open position, with a direction of flow being defined by an applied differential pressure.
  • the valve 10 is designed in such a way that the closure element 20 can be brought into the closed position by means of the motor 40 .
  • a seal 21 (sealing material, e.g. a polymer-containing, elastic material) which is arranged here on the side of the closure element 20 is pressed here between the first 32 and the second 22 sealing surface.
  • the sealing material can alternatively or additionally be present on the valve seat 30 side.
  • the valve 10 also has a holding device 50 which is set up to hold the closure element 20 in the closed position by providing a holding force.
  • the holding device 50 can be designed, for example, as an electromechanical brake with which the holding force can be exerted on a motor shaft, the valve rod or the spindle.
  • the closure element 20 can be held in the closed position by means of the holding device 50 .
  • the brake 50 is brought into a braking position, for example, and the closure element 20 is thus held until the brake 50 is released, e.g. by means of appropriate activation of the holding device 50 after the closed position has been reached.
  • An advantage of this embodiment is that providing the valve 10 in the closed position does not require continuous or recurring operation of the motor 40 in order to permanently provide a minimum required pressing force (with which the first sealing surface is pressed onto the second sealing surface).
  • the holding device 50 can be designed in such a way that it can permanently provide the holding force when no current is present (de-energized). The holding device 50 can thus provide the braking position without current being present. To reduce or release the holding force, a current can be applied to the holding device 50 (energizing the holding device 50), as a result of which the brake opens and the closure element 20 can be moved from the closed position to the open position.
  • the adjusting unit 40 can be controlled accordingly.
  • the adjustment unit 40 then actively moves the closure element 20 into the open position.
  • valve 10 is opened solely by releasing the brake 50 and a applied differential pressure provided and carried out.
  • the differential pressure can be caused by an inlet-side pressure pl (which can also be present in the valve housing) and a vacuum-side pressure p2 (which is beyond the closure element 20 and when arranged with a
  • Vacuum transport system is present in the transport tube) be defined.
  • the valve 10 in the closed position, at least the minimum required pressing force and a differential pressure force applied to the closure element by the differential pressure are provided and permanently maintained by the holding device 50 . Due to the differential pressure force, the valve 10 (alone) can be opened (automatically) by loosening or releasing the brake.
  • the valve 10 can have an internal or separately connected energy store, which can supply the motor 50 and/or the brake 40 with energy, so that in an emergency and in the event of a power failure, i.e. if the external energy supply for the valve 10 fails, the
  • the energy store has at least the energy required to release the brake 50 in a magnetically switchable arrangement.
  • FIGS 3a and 3b show another embodiment of a valve 10 according to the invention for venting a
  • FIG. 3a shows the valve 10 in a closed (closed position), Figure 3b in an open state (open position).
  • a valve closure 20 (valve plate) is also coupled to a drive 40 and can be moved linearly along the opening axis A by means of the drive 40.
  • a sealing surface of the valve disk 20 has a sealing material 21 (eg O-ring or (on) vulcanized polymer).
  • the valve opening 11 is closed by the sealing material 21 coming into contact with the seat-side and (simultaneously) the plate-side sealing surface.
  • the valve 10 has a holding device 50 which is designed to hold the closure element 20 in the closed position by providing a holding force.
  • the holding device 50 is designed as a magnetic holding device and has a first holding element 51 and a second holding element 52 . At least one of the two holding elements 51, 52 is designed as an electromagnet, which provides a magnetic field depending on an applied current. This and/or the other holding element 51, 52 can also have a permanent magnet.
  • the holding device 50 is in particular configured in such a way that the holding force between the valve closure 20 and the valve seat 30 is provided without a current applied to the electromagnet (for example by a permanent magnet). With the application of a current to the electromagnet, the holding force is reduced or dissolved and the closure element 20 can due to its Leave the closed position due to its own weight and/or due to an applied differential pressure (pl > p2). The valve 10 can thus be opened solely by energizing one of the holding elements 51 or 52 (FIG. 3b).
  • a field By applying a current to the holding element designed as an electromagnet, a field can be generated which counteracts a magnetic field of a permanent magnet provided. Alternatively, by applying the current, such a magnetic field can be generated that the other (counter) holding element 51, 52 is repelled.
  • valve 10 can alternatively or additionally have a brake unit designed as a holding element.
  • the brake unit can be coupled to the motor or integrated into it.
  • the plate 20 is pulled onto the seat 30 either by means of a motor and a spindle 41, as shown here, or by means of a lifting magnet. A comparatively low force is required for this stroke (corresponding to the mass of the plate 20).
  • the plate 20 is held by the holding device 50 (e.g. de-energized).
  • the holding force provided corresponds to at least a minimum pressing force plus a force present as a result of a differential pressure (p1>p2).
  • a volume connected to the valve eg transport tube of a vacuum transport system
  • the pressure p2 can be reduced.
  • the magnet is energized and the holding force is thereby reduced or released. Due to the prevailing differential pressure, the valve 10 is then opened.
  • the valve 10 has a battery for emergency opening in the event of a power failure.
  • Figures 4a and 4b show a further embodiment of a valve 10 according to the invention for venting a vacuum volume, in particular for gas-tight closing and opening of a valve opening 11.
  • Figure 4a shows the valve 10 in a closed (closed position), Figure 4b in an open state (open position) .
  • valve 10 here has a magnetically switchable arrangement as the adjustment unit 40, which at the same time provides the function of a holding device and is therefore also to be regarded as such.
  • the magnetically switchable arrangement has a first element 53, which is arranged on the inside of the valve housing, and a second element 54, which is arranged on the closure element 20 and, depending on a circuit (e.g. current applied or de-energized) with the first element 53 attractive together.
  • a circuit e.g. current applied or de-energized
  • a magnetic force can be provided or turned off by the circuit, which acts between the first element 53 and the second element 54 and has an attractive effect on both elements.
  • At least one of the two elements 53,54 can be designed in such a way that the magnetic force that can be generated in a controllable manner causes a movement of the closure element 20 from the Open position (Fig. 4b) in the closed position (Fig. 4a) causes.
  • the valve 10 has a drive unit (not shown), the valve disk 20 being coupled to the drive 40 and thus being able to be moved linearly along the opening axis A into the closed position and into the open position. In the closed position, a holding force can be provided by the magnetically switchable arrangement.
  • the drive unit can be de-energized.
  • the adjustment unit or holding device can be designed in such a way that the attractive magnetic force is provided in a currentless state and is reduced or eliminated by applying a current.
  • the design can provide the magnetic force when current is applied and no magnetic force is generated in the de-energized state. Holding and releasing
  • Closure element 20 in the closed position can take place by appropriate switching of the two elements 53,54.
  • Figures 5a and 5b show a further embodiment of a valve 10 according to the invention for venting a vacuum volume, in particular for gas-tight closing and opening of a valve opening 11.
  • Figure 5a shows the valve 10 in a closed (closed position), Figure 5b in an open state (open position) .
  • the valve 10 has a valve seat 30 and a closure element 20 .
  • a valve opening 11 and an opening axis A are defined by the valve seat 30 .
  • a first sealing surface 32 of the valve seat 30 surrounds the valve opening 11.
  • the closure element 20 has a second sealing surface 22 which corresponds to the first sealing surface 32.
  • An adjustment unit 40 is provided for moving the closure element 20 along the opening axis A.
  • the adjusting unit 40 can be designed, for example, as a motor, in particular an electric motor or a stepper motor.
  • the adjusting unit 40 can also have a valve rod or a spindle that is connected to the
  • Closure element 20 is coupled and thereby a linear adjustability of the closure element 20 along the opening axis A provides.
  • a spindle is provided, which is connected to a counter-element (e.g. a corresponding internal thread) on the part of the closure element 20 and the linear movement of the closure element 20 can be generated by its rotation.
  • the adjustment unit 40 can alternatively be designed as a lifting magnet.
  • the valve 10 further has at least one inlet port 12 which is connected to the valve port 11 by a flow path.
  • the flow path provides for a fluid to flow through the valve 10 in the open position, with a direction of flow being defined by an applied differential pressure.
  • the valve 10 is designed in such a way that the closure element 20 can be brought into the closed position by means of the motor 40 .
  • a seal 21 (sealing material, for example a polymer-containing, elastic material) which is arranged here on the side of the closure element 20 is pressed here between the first 32 and the second 22 sealing surface. In another embodiment, the sealing material can alternatively or additionally be present on the valve seat 30 side.
  • the valve 10 also has a holding device 50 which is set up to hold the closure element 20 in the closed position by providing a holding force.
  • the holding device 50 can be designed, for example, as an electromechanical brake, with which the holding force can be exerted on a motor shaft, the valve rod or the spindle.
  • the closure element 20 can be held in the closed position by means of the holding device 50 .
  • the brake 50 is brought into a braking position, for example, and the closure element 20 is thus held until the brake 50 is released, e.g. by means of appropriate activation of the holding device 50 after the closed position has been reached.
  • An advantage of this embodiment is that providing the valve 10 in the closed position does not require continuous or recurring operation of the motor 40 in order to permanently provide a minimum required pressing force (with which the first sealing surface is pressed onto the second sealing surface).
  • the holding device 50 can be designed in such a way that it can permanently provide the holding force when no current is present (de-energized). The holding device 50 can thus provide the braking position without current being present. To reduce or release the holding force, a current can be applied to the holding device 50 (energizing the holding device 50), as a result of which the brake opens and the closure element 20 can be moved from the closed position to the open position.
  • the adjusting unit 40 can be controlled accordingly.
  • the adjustment unit 40 then actively moves the closure element 20 into the open position.
  • the opening of the valve 10 is provided and carried out solely by releasing the brake 50 and an applied differential pressure.
  • the differential pressure can be defined by an inlet-side pressure p1 (which can also be present in the valve housing) and a vacuum-side pressure p2 (which is present beyond the closure element 20 and in the transport tube when arranged with a vacuum transport system).
  • the valve 10 in the closed position, at least the minimum required pressing force and a differential pressure force applied to the closure element by the differential pressure are provided and permanently maintained by the holding device 50 . Due to the differential pressure force, the valve 10 (alone) can be opened (automatically) by loosening or releasing the brake.
  • the valve 10 can have an internal or separately connected energy store, which can supply the motor 50 and/or the brake 40 with energy, so that it can open in an emergency and in the event of a power failure, i.e. if the external energy supply for the valve 10 fails of the valve 10 is enabled despite failure.
  • the energy store has at least the energy required to release the brake 50 ready.
  • the valve 10 also has a channel 28 which connects a closure part 20a and a compensation part 20b of the closure element.
  • the closure part 20a has a first vacuum side 23 and a first atmosphere side 24 opposite the first vacuum side, wherein the compensating part 20b has a second vacuum side 25 and a second atmosphere side 26 opposite the second vacuum side.
  • the compensating part 20b together with the housing of the valve 10, delimits a compensating volume 27.
  • the size of the compensating volume 27 depends on the position of the closure element 20.
  • the compensating volume 27 is sealed off from the outside atmosphere by means of a seal 29 .
  • a pressure present in the compensation volume 27 is equal to a pressure present on the first vacuum side 23 .
  • a free exchange of fluid can take place between the compensation volume 27 and the first vacuum side 23 as a function of a pressure difference for pressure compensation.
  • the surface of the first vacuum side 23 is larger than the surface of the second vacuum side 25.
  • a projection of the first vacuum side 23 onto a plane orthogonal to the opening axis A has a larger area than a projection of the second vacuum side 25 onto this plane.
  • a diameter and/or circumference of the closure part 20a is larger than a diameter and/or circumference of the compensating part 20b. Due to said different sizes, opening is guaranteed solely on the basis of a pressure difference p1 > p2.
  • the vacuum inside the transport tube connects, together with the geometric size ratios of the closure part 20a and the compensating part 20b, causes a comparatively small force applied to the valve in the closed state due to the pressure difference p1>p2. In order to hold the valve 10 in the closed position, only this small force has to be counteracted and a minimal pressing force has to be generated.
  • Figures 6a and 6b show a further embodiment of a valve 10 according to the invention for venting a vacuum volume, in particular for gas-tight closing and opening of a valve opening 11.
  • Figure 6a shows the valve 10 in a closed (closed position), Figure 6b in an open state (open position) .
  • the valve 10 has a valve seat 30 and a closure element 20 .
  • a valve opening 11 and an opening axis A are defined by the valve seat 30 .
  • a first sealing surface 32 of the valve seat 30 surrounds the valve opening 11.
  • the closure element 20 has a second sealing surface 22 which corresponds to the first sealing surface 32.
  • the valve 10 further has at least one inlet port 12 which is connected to the valve port 11 by a flow path.
  • the flow path provides for a fluid to flow through the valve 10 in the open position, with a direction of flow being defined by an applied differential pressure (p1 /p2).
  • the valve 10 also has a bypass channel 28 which connects a closure part 20a and an adjustment part 20c of the closure element 20 .
  • the adjusting part 20c limits a stroke volume 27' inside the valve housing, the size of the stroke volume 27' depending on a position of the closure element 20 along the opening axis A being variable.
  • the closure part 20a has a first vacuum side 23, with the adjustment part 20c having a second vacuum side 25'.
  • the adjustment part 20c together with the housing of the valve 10, limits the stroke volume 27'.
  • the stroke volume 27' is sealed off from the outside atmosphere by means of a seal 29.
  • the valve 10 also has a lifting and holding unit designed and arranged to provide a lifting force for moving and/or holding the closure element 20 into or in the closed position.
  • the lifting and holding unit has a compression spring 44 and a lifting channel 42 which can be closed and opened by means of a shut-off component (e.g. valve), the lifting channel 42 providing a connection between the lifting volume 27' and an external atmosphere.
  • a shut-off component e.g. valve
  • the lifting and holding unit also has a holding element 43, designed here as an electromagnet, the holding element 43 being designed and arranged to hold the closure element 20 in the open position.
  • the shifting of the valve 10 from the open position (FIG. 6b) to the closed position (FIG. 6a) takes place essentially by a corresponding activation of the lifting and holding unit.
  • part of the second vacuum side 25' is held by the holding element 43 in the lower position shown.
  • the shut-off component With the shut-off component open and thus an open lifting channel 42 a holding force caused by the holding element 43 can be reduced or switched off.
  • the shut-off component can also be closed, as a result of which fluid present in the stroke volume 27 ′ can flow via the channel 28 . Due to the missing or reduced holding force, the closure element 20 is moved into the closed position by means of the compression spring 44 and the valve opening 11 is closed.
  • shut-off component - if not already present in this state - is closed (likewise by appropriate control).
  • the lifting channel 42 is closed.
  • the total surface of the first vacuum side 23 is larger than the total surface of the second vacuum side 25'.
  • a projection of the first vacuum side 23 on a plane orthogonal to the opening axis A has a larger area within a boundary line defined by the seal 21 and also projected than a projection of the second vacuum side 25' on this plane, which is defined by a seal 29 and also projected boundary line is limited.
  • the diameter D1 is smaller than the diameter D2.
  • a diameter and/or circumference of the closure part 20a is greater than a diameter and/or circumference of the adjustment part 20c.
  • Said different diameters D1 and D2 are selected in such a way that the tensile force applied to the closure element 20 by the differential pressure pl>p2 in the direction of the open position is only so great that the closure element 20 can be moved into the open position when the displacement volume 27' is aerated .
  • the holding force required to hold the valve 10 in the closed position can be significantly reduced by the design (D1 to D2), so that the compression spring can be designed solely to compensate for the tensile force and a minimal compression force.
  • the differential pressure in this closed position affects the area within the diameter difference D2-D1.
  • the stroke volume 27' is aerated, i.e. the shut-off component is activated in such a way that the stroke channel 42 is released and a fluid (e.g. air) with e.g. a pressure pl flows from the outside into the stroke volume 27'.
  • a fluid e.g. air
  • a pressure pl flows from the outside into the stroke volume 27'.
  • the differential pressure acting on the closure element 20 is increased.
  • the differential pressure then affects the entire area within diameter D2. Due to the increased differential pressure, the tensile force is also correspondingly greater in such a way that the holding force of the compression spring 44 is clearly overcome and the valve 10 opens as a result.
  • the holding element 43 (electromagnet) can be switched in such a way that the adjustment part 20c is held in the open position by means of the holding element 43 .
  • the valve 10 can have an internal or separately connected energy store, which can supply the shut-off component and/or the electromagnet 43 with energy, so that in an emergency and in the event of a power failure, i.e. if the external energy supply for the valve 10 fails, the opening of the Valve 10 is enabled despite failure.
  • the energy store has at least the energy required to open the lifting channel 42 ready.
  • Figures 7a and 7b show a further embodiment of a valve 10 according to the invention for venting a vacuum volume, in particular for gas-tight closing and opening of a valve opening 11.
  • Figure 7a shows the valve 10 in a closed (closed position), Figure 7b in an open state (open position) .
  • This embodiment differs from that according to FIGS. 6a and 6b by the arrangement of a further, upper holding element 45 as part of the lifting and holding unit.
  • the upper holding unit 45 provides for holding the closure member 20 in the closed position.
  • the holding force that can be brought about by this holding unit 45 enables the compression spring 44 to be designed for the sole purpose of moving the closure element 20 into the closed position.
  • the holding element 45 provides such a holding force that corresponds at least to the sum of a minimum compression force (to compress the seal 21 for the gas-tight closure of the valve opening 11) and the force on the closure element 20 resulting from the differential pressure p1>p2.
  • the lifting channel 42 is released and the holding force provided by the holding element 45 is reduced or eliminated.
  • the closure element 20 then moves into the open position according to the principle described above if there is a corresponding pressure difference (in the case of generic use for venting a vacuum volume).
  • valve 10 does not have a lifting channel 42 .
  • the valve 10 can be opened here by simply actuating the upper holding element 10, i.e. by reducing or releasing the holding force.
  • the design of the compression spring 44 and the diameters D1 and D2 are matched to one another accordingly.
  • Figures 8a and 8b show a further embodiment of a valve 10 according to the invention for venting a vacuum volume, in particular for gas-tight closing and opening of a valve opening 11.
  • Figure 8a shows the valve 10 in a closed (closed position), Figure 8b in an open state (open position) .
  • the valve 10 has a valve seat 30 and a closure element 20 .
  • a valve opening 11 and an opening axis A are defined by the valve seat 30 .
  • a first sealing surface 32 of the valve seat 30 runs around the valve opening 11.
  • the closure element 20 has a second sealing surface 22 with a sealing material 21, the second sealing surface 22 corresponding to the first sealing surface 32.
  • the valve 10 further has at least one inlet port 12 which is connected to the valve port 11 by a flow path.
  • the Fleissweg provides that A fluid can flow through the valve 10 in the open position, with a direction of flow being defined by an applied differential pressure (pl in relation to p2).
  • the valve 10 also has a bypass channel 28 .
  • the closure element 20 has a closure part 20a and an adjustment part 20c, the closure part 20a and the adjustment part 20c being connected to one another.
  • the adjustment part 20c delimits a stroke volume 27' inside the valve housing, with a size of the stroke volume 27' depending on a position of the closure element 20 along the opening axis A being variable.
  • the adjustment part 20c together with the housing of the valve 10, thus limits the stroke volume 27'.
  • the stroke volume 27' is sealed off from the outside atmosphere by means of a seal 29.
  • the closure part 20a has a first vacuum side 23, with the adjustment part 20c having a second vacuum side 25'.
  • the bypass channel 28 provides a connection between the displacement volume 27 ′ and a vacuum volume facing the first vacuum side 23 .
  • the valve 10 also has a lifting and holding unit designed and arranged to provide a lifting force for moving and/or holding the closure element 20 into or in the closed position.
  • the lifting and holding unit has a lifting channel 42 that can be closed and opened by means of a shut-off component (eg valve), it being possible for the lifting channel 42 to provide a connection between the lifting volume 27' and an external atmosphere.
  • the lifting and holding unit also has a negative pressure or vacuum generator or a further vacuum volume for generating a vacuum in the lifting volume 27'.
  • a vacuum pump or a vacuum bypass that can be shut off and opened in a controlled manner can be provided as the vacuum generator or additional vacuum volume, with the vacuum bypass connecting the additional vacuum volume and the stroke volume 27 ′.
  • the vacuum generator can be connected to the displacement volume 27' by a suction channel, in particular the displacement channel being able to provide the suction channel.
  • the valve 10 has a check valve 48 installed in the bypass channel 28 .
  • the check valve is closed when an internal pressure (stroke pressure) present in the stroke volume 27 ′ is or becomes smaller than a vacuum pressure of the vacuum volume on the first vacuum side 23 .
  • the check valve is open when the internal pressure present in the displacement volume 27 is greater than the vacuum pressure in the vacuum volume.
  • the displacement volume 27' is evacuated, i.e. the internal pressure in the displacement volume 27' is compared to the pressure on the first vacuum side 23 lower.
  • the check valve 48 is closed.
  • the closure part 20a is pulled onto the valve seat 30 .
  • the diameters Dl and D2 are designed in such a way that the difference in the areas at a differential pressure of about 1 bar (vacuum ranges (vacuum volume and stroke volume) relative to the outer atmosphere) generates a minimal compression force on the seat seal 21, for example 1000N.
  • the diameters D1 and D2 are also selected in such a way (D1>D2) that, given the same pressures in the displacement volume 27' and on the first vacuum side 23, a contact pressure is produced and the valve remains closed.
  • the check valve 48 opens and thus ensures pressure equalization in the displacement volume 27'.
  • shut-off component e.g. a shut-off valve
  • the shut-off component can be opened in the transport tube, ie a fluid or air can flow into the stroke volume 27'.
  • a fluid or air can flow into the stroke volume 27'.
  • the internal pressure in the displacement volume 27' can rise rapidly and the closure element 20 can be moved into the open position as a result of the resulting differential pressure.
  • air can flow through the flow path from the inlet opening 12 to the valve opening 11 and the transport tube can be aerated.
  • air can flow into the vacuum volume via the bypass channel 28 .
  • the valve 10 can be closed and opened here without using an active drive element, such as a motor, coupled to the adjustment element 20 .
  • valve 10 can be designed without the bypass channel 28, as a result of which there is no automatic pressure equalization in the displacement volume 27'.
  • An internal or separate energy store can also be available for this valve 10, through which the required energy for opening the shut-off component is provided (emergency operation).

Landscapes

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Abstract

Ventil (10) zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung (11) und zum Belüften eines Vakuumvolumens, aufweisend einen Ventilsitz (30), ein Verschlusselement (20) und eine Verstelleinheit (40), die eingerichtet ist zur Bereitstellung einer Bewegung des Verschlusselements (20) relativ zum Ventilsitz (30) derart, dass das Verschlusselement (20) von einer Offenposition in eine Schliessposition und zurück verstellbar ist. Der Ventilsitz (30), das Verschlusselement (20) und die Verstelleinheit sind (40) derart angeordnet, dass das Verschlusselement (20) linear entlang einer Öffnungsachse (A) verstellbar ist. Das Ventil (10) weist eine zum Halten des Verschlusselements (20) in der Schliessposition durch Bereitstellen einer Haltekraft eingerichtete Halteeinrichtung (50) auf.

Description

Vakuumventil für ein Vakuum-Transportsystem
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belüften eines Transportröhrensegments eines Vakuumtransportsystems.
Bei einem Vakuumtransportsystem nach dem hierin vorliegenden Verständnis handelt es sich insbesondere um ein Hochgeschwindigkeitsverkehrssystem, bei dem sich Kapseln oder andere Vehikel in einer (weitgehend) evakuierten Röhre an einem Führungssystem, z.B. auf einem Schienensystem, einem Luftkissen oder magnetisch abstossend gleitend, mit sehr grosser Geschwindigkeit fortbewegen. In der Nähe fester Stationen können Linearmotoren wie bei einer Magnetschwebebahn hohe Beschleunigungen ermöglichen, während bei erreichter Reisegeschwindigkeit elektrisch betriebene Kompressoren genügend Vortrieb erzeugen können. Alternativ kann ein entsprechender Antrieb seitens des in der Röhre bewegten Objekts vorgesehen sein.
Eines solches Vakuumtransportsystem weist beispielsweise zwei nebeneinander liegende Transportröhren aus Stahl oder einem anderen geeigneten Werkstoff auf, z.B. einem metallartigem, metallhaltigem oder betonartigem Material (Beton). In den Transportröhren herrscht vorzugsweise mindestens ein Grob- oder Feinvakuum. Das Vakuum soll durch die dadurch erzielte Reduzierung des Luftwiderstands innerhalb der Transportröhre Reisegeschwindigkeiten bis oberhalb der Schallgeschwindigkeit ermöglichen. In den
Röhren können Kapseln oder Fahrzeuge mit Platz für mehrere Passagiere bewegt werden bzw. Lasten transportiert werden (z.B. Autos). Die Kapseln oder Fahrzeuge sollen möglichst reibungsarm gleitend bewegt werden. Hierzu ist z.B. die Verwendung eines elektromagnetischen Schwebesystems vorgeschlagen.
Die Kapseln oder Fahrzeuge können beispielsweise vorwiegend aus Aluminium oder alternativen Leichtbauwerkstoffen gefertigt sein und einen Durchmesser von mindestens zwei Metern aufweisen. Ferner ist ein Leergewicht von 3 bis 3,5 Tonnen vorgeschlagen, wobei eine Zuladung zwischen 12 und 25 Tonnen vorgesehen sein kann.
Die Transportröhren können einen Innendurchmesser von etwas mehr als dem Kapseldurchmesser und eine Wandstärke von mindestens 20 mm aufweisen. Der Innendruck kann z.B. bei ca. 100 Pascal (1 Millibar) gehalten werden. Stützpfeiler, die die Transportröhren tragen, können mit einem mittleren Abstand von etwa 30 Meter positioniert sein und durch Dämpfungselemente gegen Erdbeben gesichert sein. Es versteht sich, dass die Transportröhren auch bodennah oder zumindest teilweise unterirdisch, beispielsweise in Analogie zu einer U-Bahn etc., oder als Tunnel ausgeführt sein können.
Ein kritischer Faktor für den Betrieb eines solchen Vakuumtransportsystems ist generell das Management eines gewünschten Vakuums innerhalb des Systems, d.h. insbesondere die Schaffung, Aufrechterhaltung und gezielte Auflösung des Vakuums. Insbesondere bei einem Entladen oder Beladen oder einer Entnahme oder einem Einsetzen eines Transportvehikels in die Transportröhre ist hierfür ein optimiertes Verfahren aus Effizienzgründen angezeigt.
Weiterhin kann die Erfüllung von selbst gesetzten oder behördlich angeordneten Mindestsicherheitsauflagen ein weiteres Problem hinsichtlich eines sicheren und zuverlässigen Betriebs darstellen. Hierbei ist insbesondere die Vermeidung und Abwendung möglicher Gefahren für Personen und Güter anzustreben. Insbesondere beim Transport von Personen aber auch von z.B. Gefahrengütern ist es unerlässlich, dass vorgesehene Sicherheitseinrichtung in einem Notfall ein unversehrtes Bergen bzw. Evakuieren von Personen oder Gütern aus der Transportröhre ermöglichen.
Für eine Evakuierung ist im gefahrenfall insbesondere der Zeitfaktor - wie schnell kann die Transportröhre evakuiert werden - entscheidend.
Aufgrund des in Betrieb typischerweise vorliegenden Unterdrucks in der Transportröhre kann zur notfallmässigen Evakuierung aber auch zum normalen Be- und Entladen eine zumindest teilweise Belüftung der Röhre erforderlich sein. Ein Problem in Verbindung mit einer solchen Belüftung ist, insbesondere im Notfall, dass die Belüftung schnell, verlässlich und am erforderlichen Ort, d.h. beispielsweise an einer bestimmten Position entlang der Transportröhre, erfolgen muss.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Vorrichtung für ein Vakuumtransportsystem vorzusehen, welche die oben genannten Nachteile reduziert oder vermeidet . Eine Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere ein Belüftungskonzept bereitzustellen, welches ein verbessertes, insbesondere in Hinblick auf Schnelligkeit und Zuverlässigkeit, Zugänglichmachen des Transportsystems bereitstellt . Die oben genannten Aufgaben werden durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden, sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Der Ansatz der vorliegenden Erfindung zum Lösen der obigen Probleme beruht auf einem Flutventil, welches ein schnelles Belüften eines Innenvolumens ermöglicht.
Zum Lösen der obigen Probleme wird insbesondere die Integration einer Mehrzahl von Abtrenneinrichtungen (Ventile) entlang der Transportröhre vorgeschlagen. Mit Hilfe solcher Abtrenneinrichtungen können einerseits bestimmte Stationsbereiche entlang der Strecke atmosphärisch von der Röhre abgetrennt und für die Beladung und Entladung belüftet und zugänglich gemacht werden. Nach der Ladetätigkeit wird der Bereich dann wieder abgeschlossen, evakuiert und die Ventile geöffnet.
Andererseits können die Abtrenneinrichtungen in bestimmten regelmässigen Abständen entlang der Strecke vorgesehen sein. Hiermit lässt sich im Notfall ein bestimmter Abschnitt der Transportröhre verschliessen und anschliessend belüften, damit eine Bergung von Personen und/oder Gütern eingeleitet werden kann.
Jedem abtrennbaren Abschnitt kann hierbei zumindest ein Flutventil oder mehrere Flutventile zugeordnet werden. Nachdem ein Röhrenabschnitt abgetrennt ist, kann mittels einer Betätigung des Flutventils eine Belüftung des betreffenden Abschnitts erfolgen.
Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Flutventil oder Vakuumflutventil, zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung und zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere für ein Vakuumtransportsystem mit einer Transportröhre zum Transport eines Objekts im Inneren entlang der Transportröhre. Das Ventil weist einen Ventilsitz auf, der wiederum die eine Öffnungsachse definierende Ventilöffnung und eine erste Dichtfläche aufweist. Ein Verschlusselement zum im Wesentlichen gasdichten Verschliessen der Ventilöffnung mit einer zweiten zu der ersten Dichtfläche korrespondierenden Dichtfläche ist vorgesehen, wobei die zweite Dichtfläche in einer Gegenüberlage relativ zur ersten Dichtfläche vorliegt. Insbesondere kann die erste und/oder die zweite Dichtfläche ein Dichtelement (Dichtung, Dichtmaterial) aufweisen. Das Dichtelement ist insbesondere aufvulkanisiert, geklebt oder geklemmt.
Das Ventil hat eine Verstelleinheit, die eingerichtet ist zur Bereitstellung einer Bewegung des Verschlusselements relativ zum Ventilsitz derart, dass das Verschlusselement von einer Offenposition, in welcher das Verschlusselement die Ventilöffnung zumindest teilweise freigibt, in eine Schliessposition, in welcher die zweite Dichtfläche in Richtung der ersten Dichtfläche gedrückt oder gezogen wird und das Verschlusselement die Ventilöffnung verschliesst, und zurück verstellbar ist.
Der Ventilsitz, das Verschlusselement und die Verstelleinheit sind derart angeordnet, dass das Verschlusselement linear entlang der Öffnungsachse verstellbar ist. Das Ventil weist eine zum Halten des Verschlusselements in der Schliessposition durch Bereitstellen einer Haltekraft eingerichtete Halteeinrichtung auf. Die Halteeinrichtung ist insbesondere unterschiedlich von der Verstelleinheit, d.h. die Haltekraft wird nicht von der Verstelleinheit, sondern allein von der Halteeinrichtung bereitgestellt.
Das Ventil ist insbesondere gattungsgemäss dafür bestimmt das Belüften einer Transportröhre eines
Vakuumtransportsystems mit einen vergleichsweise geringen Energieaufwand und/oder weitgehend selbsttätig bereitzustellen. Das Belüften kann im Speziellen in Notsituationen allein durch ein entsprechendes Steuersignal veranlasst werden. Das Ventil kann hierfür z.B. mit einer Notversorgung verbunden sein, welche auch bei einem Ausfall einer typischen Stromversorgung ausreichend Energie zur Betätigung des Ventils bereitstellt. Hierzu wird insbesondere die Halteeinrichtung angesteuert und die Haltekraft verringert.
In einer Ausführungsform kann die Öffnungsachse derart vorliegen, dass die erste Dichtfläche in eine Richtung parallel zur Öffnungsachse weist und die erste Dichtfläche sich orthogonal zur Öffnungsachse erstreckt. Insbesondere kann sich das Verschlusselement in einer Ebene orthogonal zur Öffnungsachse erstrecken.
Gemäss einer Ausführungsform kann das Ventil ein Koppelelement aufweisen und die Halteeinrichtung zur Aufbringung der Haltekraft auf das Koppelelement angeordnet und ausgebildet sein. Das Koppelelement stellt eine Verbindung oder Kopplung des Verschlusselements mit der Verstelleinheit bereitstellt. Das Koppelelement kann insbesondere als Ventilstange, Welle oder Spindel ausgebildet sein und mittels der Verstelleinheit versetzbar und/oder antreibbar sein. Das Koppelelement verbindet also die Verstelleinheit und das Verschlusselement und stellt die Beweglichkeit des Verschlusselements mittels der Verstelleinheit bereit.
Durch die Halteeinrichtung kann eine Haltekraft auf das Koppelelement bewirkt werden und so die Beweglichkeit eingeschränkt bzw. blockiert werden. Beispielsweise kann eine Rotation oder Translation des Koppelelement verhindert werden. Das Verschlusselement kann so in der Schliessposition und/oder in der Offenposition gehalten werden.
In einer Ausführungsform kann die Halteeinrichtung ausgebildet sein zur Erzeugung der Haltekraft zwischen dem Verschlusselement und dem Ventilsitz und/oder zwischen dem Verschlusselement und der Verstelleinheit und/oder zwischen dem Verschlusselement und einem Ventilgehäuse.
Die Halteeinrichtung kann als elektromechanische Bremse, Klemmvorrichtung oder Elektromagnet ausgebildet sein, insbesondere wobei die Haltekraft in einem stromlosen Zustand der Halteeinrichtung bereitstellbar ist und durch Bestromen (Anlegen eines Stroms) der Halteeinrichtung reduzierbar oder auflösbar ist.
Durch eine derartige Auslegung kann das Ventil in der Schliessposition gehalten werden, ohne dass ein Strom am Ventil anliegen muss. Zum Öffnen des Ventils kann dann ein Strom angelegt werden.
In einer Ausführungsform kann die Verstelleinheit als Hubmagnet oder als elektromechanische Einheit, insbesondere als Motor, Schrittmotor oder Aktor, ausgebildet ist.
Das Ventil kann zudem einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie oder einen Akkumulator, aufweisen, wobei der Energiespeicher zur Energieversorgung der Halteeinrichtung und/oder der Verstelleinheit eingerichtet und mit der Halteeinrichtung bzw. der Verstelleinheit verbunden ist.
Gemäss einer Ausführung kann das Ventil eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung der Verstelleinheit und/oder der Halteeinrichtung aufweisen.
Die Steuerungseinheit kann insbesondere eine derart eingerichtete Schliessfunktionalität aufweisen, dass bei deren Ausführung das Verschlusselement mittels gesteuertem Betreiben der Verstelleinheit in die Schliessposition versetzt wird, nach Erreichen der Schliessposition das Verschlusselement in der Schliessposition durch Bereitstellen der Haltekraft mittels der Halteeinrichtung (mittels gesteuertem Betreiben der Halteeinrichtung) gehalten wird und anschliessend die Ansteuerung der
Verstelleinheit und/oder der Halteeinrichtung beendet wird oder die Verstelleinheit und/oder die Halteeinrichtung in einen Bereithaltemodus oder Nichtbetrieb versetzt wird, wobei die Haltekraft bereitgestellt bleibt. Insbesondere kann die Steuerungseinheit eine derart eingerichtete Öffnungsfunktionalität aufweisen, dass bei deren Ausführung in der Schliessposition die Haltekraft durch Ansteuerung der Halteeinrichtung reduziert oder aufgelöst wird, wobei das Verschlusselement durch eine auf das Verschlusselement wirkende Öffnungskraft
(Rückstellkraft) aus der Schliessposition in Richtung der Offenposition versetzt wird, und/oder die Verstelleinheit derart angesteuert wird, dass das Verschlusselement in die Offenposition versetzt wird. In einer Ausführungsform kann die erste und/oder die zweite Dichtfläche ein Dichtmaterial aufweisen und mittels Kontaktieren des Dichtmaterials durch die erste und die zweite Dichtfläche in der Schliessposition ein gasdichtes Verschliessen der Ventilöffnung bereitgestellt werden.
Die erste Dichtfläche umläuft insbesondere die Ventilöffnung .
Gemäss einer Ausführung weist das Verschlusselement einen Verschlussteil und einen Ausgleichsteil auf und ein Bypasskanal verbindet den Verschlussteil und den Ausgleichsteil . Mit solch einer Ausgestaltung kann eine durch die Verstelleinheit oder Halteeinrichtung aufzubringende Kraft zum Schliessen oder Geschlossenhalten reduziert werden. Die Auslegung der mechanischen Element wird entsprechend vereinfacht.
Insbesondere kann der Verschlussteil eine erste Vakuumseite und eine der ersten Vakuumseite gegenüberliegende erste Atmosphärenseiten aufweisen und der Ausgleichsteil eine zweite Vakuumseite und eine der zweiten Vakuumseite gegenüberliegende zweite Atmosphärenseiten aufweisen. Der Ausgleichsteil kann dabei ein Ausgleichsvolumen begrenzen, wobei die Grösse des Ausgleichsvolumens in Abhängigkeit der Position des Verschlusselements entlang der Öffnungsachse variabel ist. Ein in dem Ausgleichsvolumen vorliegender Druck ist insbesondere gleich einem an der ersten Vakuumseite anliegenden Druck, insbesondere gleich einem in dem Bypasskanal vorliegenden Druck.
Insbesondere kann das Ausgleichsvolumen durch ein Gehäuse des Ventils und den Ausgleichsteil, insbesondere die zweite Vakuumseite, begrenzt sein. Die Grösse des Ausgleichsvolumens ist damit bestimmte durch die räumliche Ausdehnung des begrenzenden Ventilgehäuses und einer Lage des Ausgleichsteils des Verstellelements.
Eine Oberfläche der ersten Vakuumseite kann grösser sein als ein Oberfläche der zweiten Vakuumseite.
Auch oder alternativ kann eine Projektion der ersten Vakuumseite auf eine Ebene orthogonal zur Öffnungsachse eine grösser Fläche einschliessen als eine Projektion der zweiten Vakuumseite auf diese Ebene. Auch oder alternativ kann ein Durchmesser und/oder Umfang des Verschlussteils grösser als ein Durchmesser und/oder Umfang des Ausgleichsteils sein.
Bei einer derartigen Ventilvariante kann der Ventilteller (Verschlusselement) mit einer Spindel an den Ventilsitz gezogen werden. Anschliessend kann diese Position mittels einer Bremse (Halteeinrichtung), insbesondere stromlos, gehalten werden. Anstelle oder zusätzlich zur Bremse kann ein Haltemagnet vorgesehen sein.
Die zur Abdichtung erforderliche Kraft ergibt sich aus einer minimalen Verpresskraft, mit der die Dichtung (Dichtmaterial) zwischen Ventilsitz und Ventilteller verpresst werden muss, und einer aus einer Druckdifferenz resultierenden (Dr-) Kraft (Durchmesser und/oder Umfang des Verschlussteils D2 > Durchmesser und/oder Umfang des Ausgleichsteils Dl; vgl. auch Figuren 5a und 5b).
Die Durchmesser Dl und D2 können dabei so ausgelegt sein, dass die Differenz der beiden Flächen, bei einem Differenzdruck von 1 bar (Druck an einer der Vakuumseiten relativ zum umgebenden Atmosphärendruck), den Teller bei geöffneter Bremse öffnen kann.
Zum Fluten des Systems kann damit die Bremse geöffnet werden (Strom), wobei durch den Differenzdruck das Ventil geöffnet wird.
Die benötigte Energie, zum Öffnen der Bremse kann z.B. durch eine Batterie für den Fall eines Stromausfalls bereitgestellt werden.
In einer Ausführungsform kann die zweite Dichtfläche an dem Verschlussteil angeordnet sein, insbesondere an der ersten Atmosphärenseite, und das Verschlusselement eine dritte Dichtfläche aufweisen, die an dem Ausgleichsteil angeordnet ist und mit einer vierten Dichtfläche zur Begrenzung und Abdichtung des Ausgleichsvolumens korrespondiert und zusammenwirkt (vgl. ebenfalls Figuren 5a und 5b).
Der Verschlussteil und der Ausgleichsteil können insbesondere strukturell fest miteinander verbunden sein, insbesondere einteilig ausgeführt sein, wobei bei einer Bewegung des Verschlusselements der Verschlussteil und der Ausgleichsteil gleichzeitig bewegt werden.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Ventil, insbesondere ein Flutventil oder Vakuumflutventil, zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung und zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere für ein Vakuumtransportsystem mit einer Transportröhre zum Transport eines Objekts im Inneren entlang der Transportröhre. Das Ventil weist einen Ventilsitz auf, der die eine Öffnungsachse definierende Ventilöffnung und eine erste Dichtfläche aufweist. Zudem hat das Ventil ein Verschlusselement zum im Wesentlichen gasdichten Verschliessen der Ventilöffnung mit einer zweiten zu der ersten Dichtfläche korrespondierenden Dichtflache.
Das Verschlusselement ist derart entlang der Öffnungsachse und relativ zum Ventilsitz bewegbar angeordnet, dass das Verschlusselement von einer Offenposition, in welcher das Verschlusselement die Ventilöffnung zumindest teilweise freigibt, in eine Schliessposition, in welcher die zweite Dichtfläche in Richtung der ersten Dichtfläche gedrückt oder gezogen wird und das Verschlusselement die Ventilöffnung verschliesst, und zurück verstellbar ist. Die zweite Dichtfläche liegt in einer Gegenüberlage relativ zur ersten Dichtfläche vor.
Das Ventil weist zudem ein Ventilgehäuse auf, welches das Verschlusselement zumindest teilweise umschliesst. Das Verschlusselement weist einen Verschlussteil, insbesondere Ventilteller, und einen Verstellteil auf. Der Verschlussteil ist zum im Wesentlichen gasdichten Verschliessen der Ventilöffnung ausgebildet und die zweite Dichtfläche ist an dem Verschlussteil angeordnet. Der Verstellteil begrenzt ein Hubvolumen im Inneren des Ventilgehäuses, wobei eine Grösse des Hubvolumens in Abhängigkeit von einer Position des Verschlusselements entlang der Öffnungsachse variabel ist.
Das Ventil verfügt zudem über eine zur Bereitstellung einer Hubkraft (und/oder Haltekraft) ausgebildete und angeordnete Hub- und Halteeinheit zum Versetzen und/oder Halten des Verschlusselements in die bzw. in der Schliessposition. Die Hubkraft kann in einem Haltezustand (z.B. in der Schliessposition) als eine Haltekraft verstanden werden. In einer Ausführungsform kann das Ventil zudem eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung der Hub- und Halteeinheit aufweisen.
Die Steuerungseinheit kann insbesondere eine derart eingerichtete Schliessfunktionalität aufweisen, dass bei deren Ausführung die Hubkraft mittels Ansteuerung der Hub- und Halteeinheit bereitgestellt wird, das Verschlusselement aufgrund der Hubkraft in die Schliessposition versetzt wird, nach Erreichen der Schliessposition das Verschlusselement in der Schliessposition durch Ansteuerung der Hub- und Halteeinheit gehalten wird und die Ansteuerung der Hub- und Halteeinheit beendet wird oder die Hub- und Halteeinheit in einen Bereithaltemodus oder Nichtbetrieb versetzt wird, wobei die Hubkraft oder eine Haltekraft bereitgestellt ist.
Insbesondere kann die Hub- und Halteeinheit einen mittels einer Absperrkomponente verschliessbaren und zu öffnenden Hubkanal aufweisen, wobei der Hubkanal eine Verbindung des Hubvolumens und einer äusseren Atmosphäre bereitstellt. Durch ein Erzeugen eines relativen Unterdrucks in dem Hubvolumen (via den Hubkanal) kann das Verschlusselement in die Schliessposition gezogen und das Ventil so verschlossen werden. Liegt das Verschlusselement in der Schliessposition vor kann das Hubvolumen atmosphärisch isoliert werden, wodurch das Verschlusselement in der Schliessposition verbleibt.
In einer Ausführung kann die Hub- und Halteeinheit ein erstes Halteelement, insbesondere einen Elektromagneten oder Klemmmechanismus, aufweisen, wobei das erste Halteelement zum Halten des Verschlusselements in der Schliessposition ausgebildet und angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Hub- und Halteeinheit ein zweites Halteelement, insbesondere einen
Elektromagneten oder Klemmmechanismus, aufweisen, wobei das zweite Halteelement zum Halten des Verschlusselements in der Offenposition ausgebildet und angeordnet ist.
Die Hub- und Halteeinheit kann somit dazu ausgelegt und eingerichtet sind das Verschlusselement in der Offenposition und/oder in der Schliessposition zu halten.
Gemäss einer Ausführungsform kann die Hub- und Halteeinheit ein Rückstellelement, insbesondere eine Feder oder Druckfeder, aufweisen. Das Rückstellelement ist insbesondere mit dem Verschlusselement gekoppelt und eine Rückstellkraft bewirkt, dass das Verschlusselement in eine bestimmte Richtung gedrückt wird. Das Rückstellelement kann eine derartige Rückstellkraft (hinsichtlich Richtung und Betrag) bewirken, dass das Verschlusselement in die Schliessposition gedrückt wird. Ein Öffnen des Ventils kann dann durch Überwinden der Rückstellkraft realisiert werden.
In einer Ausführungsform kann die Hub- und Halteeinheit einen Vakuumerzeuger zur Erzeugung eines Vakuums oder eines relativen Unterdrucks in dem Hubvolumen aufweisen oder kann mit einem solchen Vakuumerzeuger verbunden sein. Der Vakuumerzeuger kann z.B. als Vakuumpumpe ausgebildet sein oder kann einen gesteuert absperrbaren und zu öffnenden und das Vakuumvolumen und das Hubvolumen verbindenden Vakuumbypass aufweisen (vgl. Figuren 8a und 8b).
Der Vakuumerzeuger kann durch einen Absaugkanal mit dem Hubvolumen verbunden sein, insbesondere wobei der Hubkanal selbst den Absaugkanal bereitstellt oder verkörpert. Wie bereits oben erwähnt kann mit einer solchen Anordnung ein Schliessen des Ventil allein durch ein Evakuieren des Hubvolumens erflogen. Durch den so im Hubvolumen entstehenden Unterdrück wird das Verschlusselement in die Schliessposition versetzt.
Insbesondere kann das Ventil einen Bypasskanal aufweisen, wobei der Bypasskanal eine Verbindung des Hubvolumens und des Vakuumvolumens (z.B. das Innere einer Transportröhre eines Vakuumtransportsystems) bereitstellt. Gemäss einer Ausführungsform kann der Bypasskanal ein Rückschlagventil aufweisen, welches Rückschlagventil geschlossen ist, wenn ein in dem Hubvolumen vorliegender Hubdruck kleiner als ein Vakuumdruck in dem Vakuumvolumen ist, und geöffnet ist, wenn ein in dem Hubvolumen vorliegender Hubdruck grösser als ein Vakuumdruck in dem Vakuumvolumen ist. Durch eine solche Anordnung kann gewährleistet werden, dass der Druck im Inneren des abgeschlossenen Hubvolumens (d.h. der Hubkanal ist geschlossen) stets kleiner oder gleich dem Druck in dem durch den Bypass verbundenen Vakuumvolumen bleibt.
Das Rückschlagventil sorgt somit für ein Verbleiben des Verschlusselements in der Schliessposition auch wenn der Druck im Vakuumvolumen geringer als der Druck im Hubvolumen wird (vgl. Figuren 8a und 8b). In einer Ausführungsform kann der Verschlussteil eine erste Vakuumseite aufweisen und der Verstellteil eine das Hubvolumen begrenzende und dem Hubvolumen zugewandte zweite Vakuumseite aufweisen. Gemäss einer Ausführung kann eine Oberfläche der ersten Vakuumseite kleiner als eine Oberfläche der zweiten Vakuumseite sein.
Auch oder alternativ kann eine Projektion der ersten Vakuumseite auf eine Ebene orthogonal zur Öffnungsachse eine kleinere Fläche einschliessen als eine Projektion der zweiten Vakuumseite auf diese Ebene.
Auch oder alternativ kann ein Durchmesser und/oder Umfang des Verschlussteils (D2) kleiner als ein Durchmesser und/oder Umfang des Verstellteils (Dl) sein.
Durch dieses Grössenverhältnis von Verschlussteil zu Verstellteil, d.h. durch die Differenz der druckwirksamen Flächen, kann eine erforderliche Verpresskraft in der Schliessposition für eine Abdichtung der Ventilöffnung allein aufgrund einer Druckdifferenz (Vakuumvolumen und Hubvolumen vs. atmosphärischer Umgebungsdruck) bereitgestellt werden, d.h. es wird keine mechanische oder magnetische Bremse für das Verschlusselement benötigt.
Das Öffnen des Ventils kann durch Öffnen des Hubkanals erfolgen, wobei im Hubvolumen ein vergleichsweise schneller Druckanstieg erfolgt und das Verschlusselement in die Offenposition geschoben wird.
Der Verschlussteil und der Verstellteil sind insbesondere strukturell fest miteinander verbunden, insbesondere einteilig ausgeführt, wobei bei einer Bewegung des
Verschlusselements der Verschlussteil und der Verstellteil gleichzeitig bewegt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Vakuumtransportsystem mit einer Transportröhre zum Transport eines Objekts im Inneren entlang der Transportröhre, wobei im Inneren der Transportröhre relativ zur umgebenden Atmosphäre ein Unterdrück, insbesondere Vakuum, bereitstellbar ist. Das Vakuumtransportsystem weist zudem ein in das Vakuumtransportsystem integriertes und/oder mit der Transportröhre verbundenes erfindungsgemässes Ventil wie oben beschrieben auf.
Der Ventilsitz ist dabei derart in eine Wand der Transportröhre integriert und/oder an dieser angeordnet, dass die Ventilöffnung in der Offenposition des Ventils einen Fliessweg zwischen dem Inneren der Transportröhre und der umgebenden Atmosphäre freigibt.
Mittels des Ventils ist damit ein gesteuertes, schnelles und zuverlässiges Belüften der Transportröhre bei Bedarf (z.B. in einer Notsituation) bereitstellbar.
Das in der Transportröhre bewegbare Objekt kann ein Transportmittel sein, insbesondere eine Kapsel oder ein Fahrzeug, wobei das Transportmittel zum Transport einer Person und/oder von Gütern ausgebildet ist.
Das Vakuumtransportsystem kann entsprechend einen Röhrendurchmesser von mehreren Metern, insbesondere mindestens zwei Meter, aufweisen. Das Vakuumtransportsystem kann durch die Integration des Ventils mit einem Notfallsystem zur Belüftung eines Tunnelabschnitts ausgebildet sein. Diese Anordnung kann zudem zum Einbringen und Herausnehmen von Objekten in und aus dem Transportsystem vorteilhaft sein.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf den Einsatz in einem Vakuumtransportsystem. Generell ist der Einsatz des erfindungsgemässen Ventils für sämtliche vakuumbezogene Anwendungsbereiche denkbar, bei welchen insbesondere ein gesteuertes oder schnelles Belüften des Vakuumvolumens relevant ist.
In einer Ausführung kann die erste Dichtfläche in das Innere der Transportröhre weisen und/oder der Ventilsitz und/oder die erste Dichtfläche im Inneren der Transportröhre vorliegen.
Die erfindungsgemässen Vorrichtungen werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten konkreten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher beschrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird. Gleiche oder gleichwirkende Elemente oder Komponenten unterschiedlicher Ausführungsformen sind mit gleichen Bezugszeichen referenziert. Im Einzelnen zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform eines
Vakuumtransportsystems mit einer Belüftungseinrichtung zum bedarfsmässigen Belüften einer Transportröhre des Vakuumtransportsystems; Fig. 2a-b eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen
Ventils zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung;
Fig. 3a-b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils zum Belüften eines
Vakuumvolumens im geschlossenen und geöffneten Zustand;
Fig. 4a-b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils zum Belüften eines Vakuumvolumens im geschlossenen und geöffneten Zustand;
Fig. 5a-b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils zum Belüften eines Vakuumvolumens im geschlossenen und geöffneten Zustand;
Fig. 6a-b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils zum Belüften eines Vakuumvolumens im geschlossenen und geöffneten
Zustand;
Fig. 7a-b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils zum Belüften eines Vakuumvolumens im geschlossenen und geöffneten Zustand; und
Fig. 8a-b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Vakuumventils zum Verschliessen einer Öffnung bzw. zum Abschliessen eines Volumens. Figur 1 zeigt auf schematische Weise einen Ausschnitt einer beispielhaften Transportröhre 1 eines
Vakuumtransportsystems . Die Röhre 1 setzt sich bevorzugt aus einer Vielzahl von Röhrensegmenten zusammen (siehe 2a und 2b), die durch Vakuumventile (siehe 3a und 3b) zueinander absperrbar sind.
Eine Flutung mit Luft bzw. ein Druckausgleich mit der Umgebung ist aus Sicherheitsgründen relevant. Zum Beispiel könnte bei einem Vehikel 4, das im Inneren der Transportröhre 1 bewegt wird, eine Komplikation K auftreten wie etwa ein medizinischer Notfall, ein Leck im Vehikelgehäuse oder ein Brand. In einer solchen Notsituation ist gewünscht, dass das Vehikel 4 schnellstmöglich anhalten soll. Sofern die Lage es zulässt könnte das Vehikel 4 in einem definierten Transportröhrensegment halten, oder auch in einem beliebigen Segment, wobei dann bevorzugt Sensoren zur Detektierung des Vehikels 4 vorhanden sind.
Kommt das Vehikel 4 so zum Stehen, dass ein Ventil nicht schliessen kann, so kann vorteilhaft auf das nächstverfügbare Ventil zugegriffen werden. Anderenfalls könnte auch eine Vorrichtung vorgesehen sein, die das Vehikel 4 derart verschiebt, dass der Ventilbereich frei wird und das Ventil schliessen kann.
Das Vehikel 4 kann etwa eine Kapsel oder ein Fahrzeug sein und zum Transport mindestens einer Person und/oder von Gütern ausgebildet sein.
Das Transportsystem verfügt zudem über eine Steuerung (nicht dargestellt), insbesondere Computer, die zwei benachbarte der Vakuumventile 3a und 3b derart ansteuern kann, dass sie ein Innenvolumen des zwischenliegenden Transportröhrensegments 2a verschliessen oder öffnen. Eine vorgesehene Belüftungseinrichtung 5 kann dann (nach Verschliessen des Segments 2a), z.B. ebenfalls durch die Steuerung, angesteuert werden um durch Belüftung ein in dem Innenvolumen des zwischenliegenden Transportröhrensegments 2a vorherrschendes Vakuum oder vorherrschender Unterdrück aufzuheben. Die Belüftungseinrichtung 5 kann hierzu ein erfindungsgemäss Ventil (Flutventil oder Vakuumflutventil) aufweisen oder als solches Ventil ausgebildet sein. Insbesondere ist in einigen oder allen Röhrensegmenten eine Ent-/Beladeluke z.B. für eine Entnahme oder ein Einsetzen des Vehikels 4 vorgesehen (nicht dargestellt).
Für ein Vakuumtransportsystem, insbesondere bei einem Transport von Personen, ist ein kritischer Faktor bei Eintreten eines Notfalls die Dauer, die für das Verschliessen eines Transportröhrensegments 2a und vor allem dessen Belüftung benötigt wird. Erfindungsgemäss wird ein Ventil, insbesondere ein Flutventil, zum Belüften der Transportröhre vorgeschlagen, mit welchem der Vorgang des Belüftens verhältnismässig sehr schnell und verlässlich durchgeführt werden kann.
Die Figuren 2a und 2b zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils 10 zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung 11. Figur 2a zeigt das Ventil 10 in einem geschlossenen (Schliessposition), Figur 2b in einem geöffneten Zustand (Offenposition).
Das Ventil 10 weist einen Ventilsitz 30 und ein Verschlusselement 20 auf. Eine Ventilöffnung 11 und eine Öffnungsachse A sind durch den Ventilsitz 30 definiert.
Eine erste Dichtfläche 32 des Ventilsitzes 30 umläuft die Ventilöffnung 11. Das Verschlusselement 20 weist eine zweite Dichtfläche 22 auf, die mit der ersten Dichtfläche 32 korrespondiert. Eine Verstelleinheit 40 ist zur Bewegung des Verschlusselements 20 vorgesehen.
Die Verstelleinheit 40 kann beispielsweise als Motor, insbesondere Elektromotor oder Schrittmotor, ausgeführt sein. Die Verstelleinheit 40 kann zudem eine Ventilstange oder ein Spindel aufweisen, die mit dem Verschlusselement 20 gekoppelt ist und dadurch eine lineare Verstellbarkeit des Verschlusselements 20 entlang der Öffnungsachse A bereitstellt. In der gezeigten Ausführungsform ist eine Spindel oder Gewindestange vorgesehen, die seitens des Verschlusselements 20 mit einem Gegenelement (z.B. ein entsprechendes Innengewinde) verbunden ist und durch deren Rotation die lineare Bewegung des Verschlusselements 20 erzeugbar ist. Die Verstelleinheit 40 kann alternativ als Hubmagnet ausgebildet sein.
Das Ventil 10 weist weiter mindestens eine Einlassöffnung 12 auf, die durch einen Fliessweg mit der Ventilöffnung 11 verbunden ist. Der Fleissweg stellt das Durchströmen eines Fluids durch das Ventils 10 in der Offenposition bereit, wobei eine Strömungsrichtung durch einen anliegenden Differenzdruck definiert ist.
Das Ventil 10 ist derart ausgelegt, dass das Verschlusselement 20 mittels des Motors 40 in die Schliessposition gebracht werden kann. Eine Dichtung 21 (Dichtmaterial, z.B. ein polymerhaltiges, elastisches Material) die hier seitens des Verschlusselements 20 angeordnet ist wird hier zwischen der ersten 32 und der zweiten 22 Dichtfläche verpresst. In einer anderen Ausführung kann das Dichtmaterial alternative oder zusätzlich seitens des Ventilsitzes 30 vorliegen.
Das Ventil 10 verfügt zudem über eine Halteeinrichtung 50, die zum Halten des Verschlusselements 20 in der Schliessposition durch Bereitstellen einer Haltekraft eingerichtet ist. Die Halteeinrichtung 50 kann beispielsweise als elektromechanische Bremse ausgeführt sein, mit welcher die Haltekraft auf eine Motorwelle, die Ventilstange oder die Spindel ausgeübt werden kann.
Mittels der Halteeinrichtung 50 kann das Verschlusselement 20 in der Schliessposition gehalten werden. Hierzu wird die Bremse 50 z.B. in eine Bremsstellung gebracht und so das Verschlusselement 20 bis zum Lösen der Bremse 50 gehalten werden, z.B. mittels entsprechender Ansteuerung der Halteeinrichtung 50 nach Erreichen der Schliessposition. Ein Vorteil dieser Ausführung ist, dass zum Bereitstellen des Ventils 10 in der Schliessposition kein dauernder oder wiederkehrender Betrieb des Motors 40 erforderlich ist, um eine mindestens erforderliche Verpresskraft (mit welcher die erste Dichtfläche auf die zweite Dichtfläche gedrückt wird) dauerhaft bereitzustellen.
Zudem kann die Halteeinrichtung 50 so ausgebildet sein, dass diese ohne anliegenden Strom (stromlos) die Haltekraft dauerhaft bereitstellen kann. Die Halteeinrichtung 50 kann damit die Bremsstellung ohne anliegenden Strom bereitstellen . Zum Reduzieren oder Auflösen der Haltekraft kann ein Strom an die Halteeinrichtung 50 angelegt werden (Bestromen der Halteeinrichtung 50), wodurch die Bremse öffnet und das Verschlusselement 20 von der Schliessposition in die Offenposition verstellbar ist.
Für das Öffnen des Ventils 10 kann die Verstelleinheit 40 entsprechend angesteuert werden. Die Verstelleinheit 40 versetzt das Verschlusselement 20 dann aktiv in die Offenposition .
In einer alternativen Ausführung wird das Öffnen des Ventils 10 allein durch ein Lösen der Bremse 50 und einen anliegenden Differenzdruck bereitgestellt und durchgeführt. Der Differenzdruck kann dabei durch einen einlassseitigen Druck pl (der auch im Ventilgehäuse vorliegen kann) und einen vakuumseitigen Druck p2 (der jenseits des Verschlusselements 20 und bei Anordnung mit einem
Vakuumtransportsystem in der Transportröhre vorliegt) definiert sein.
Hierbei wird in der Schliessposition mindestens die mindestens erforderliche Verpresskraft und eine durch den Differenzdruck an dem Verschlusselement anliegenden Differenzdruckkraft bereitgestellt und durch die Halteinrichtung 50 dauerhaft aufrechterhalten. Aufgrund der Differenzdruckkraft kann das Ventil 10 (allein) durch ein Lockern oder Lösen der Bremse (selbsttätig) geöffnet werden.
Das Ventil 10 kann über einen internen oder separat verbundenen Energiespeicher verfügen, welcher den Motor 50 und/oder die Bremse 40 mit Energie versorgen kann, damit in einem Notfall und bei einem Stromausfall, also beim Ausfall der externen Energieversorgung für das Ventil 10, das
Öffnen des Ventils 10 trotz Ausfall ermöglicht ist. Der Energiespeicher hält mindestens die zum Lösen der Bremse 50 magnetisch schaltbare Anordnung enötigte Energie bereit.
Die Figuren 3a und 3b zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils 10 zum Belüften eines
Vakuumvolumens, insbesondere zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung 11. Figur 3a zeigt das Ventil 10 in einem geschlossenen (Schliessposition), Figur 3b in einem geöffneten Zustand (Offenposition). Entsprechend der Ausführungsform der Figuren 2a und 2b ist auch hier ein Ventilverschluss 20 (Ventilteller) mit einem Antrieb 40 gekoppelt und kann mittels des Antriebs 40 linear entlang der Öffnungsachse A bewegt werden. Eine Dichtfläche des Ventiltellers 20 weist ein Dichtmaterial 21 (z.B. O-Ring oder (an-)ulkanisiertes Polymer) auf. Im geschlossenen Zustand ist die Ventilöffnung 11 durch ein Kontaktieren des Dichtmaterials 21 mit der sitzseitigen und (gleichzeitig) der tellerseitigen Dichtfläche verschlossen.
Das Ventil 10 verfügt über eine Halteeinrichtung 50, die zum Halten des Verschlusselements 20 in der Schliessposition durch Bereitstellen einer Haltekraft eingerichtet ist. Die Halteeinrichtung 50 ist als magnetische Halteeinrichtung ausgeführt und weist ein erstes Halteelement 51 und ein zweites Halteelement 52 auf. Zumindest eines der beiden Halteelemente 51,52 ist als Elektromagnet ausgebildet, welcher in Abhängigkeit eines anliegenden Stroms ein Magnetfeld bereitstellt. Dieses und/oder das andere Halteelement 51,52 kann zudem einem Permanentmagneten aufweisen.
Es versteht sich, dass alternativ auch eine Ausführungsform mit einer Halteeinrichtung denkbar ist, welche nur eines der beiden Halteelemente 51 oder 52 aufweist (nicht gezeigt) .
Die Halteeinrichtung 50 ist insbesondere so konfiguriert, dass die Haltekraft zwischen Ventilverschluss 20 und Ventilsitz 30 ohne einen an dem Elektromagneten anliegenden Strom bereitgestellt ist (z.B. durch einen Permanentmagneten) . Mit dem Anlegen eines Stroms an den Elektromagneten wird die Haltekraft reduziert oder aufgelöst und das Verschlusselement 20 kann aufgrund seines Eigengewichts und/oder aufgrund eines anliegenden Differenzdrucks (pl > p2) die Schliessposition verlassen. Das Ventil 10 kann also durch alleiniges Bestromen von einem der Halteelemente 51 oder 52 geöffnet werden (Figur 3b).
Durch das Anlegen eines Stroms an das als Elektromagnet ausgebildete Halteelement kann eine Feld erzeugt werden, das einem Magnetfeld eines vorgesehenen Permanentmagneten entgegenwirkt. Alternativ kann durch das Anlegen des Stroms ein derartiges Magnetfeld erzeugt werden, dass das andere (Gegen-) Haltelement 51,52 abgestossen wird.
In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann das Ventil 10 alternative oder zusätzlich über eine als Halteelement ausgebildet Bremseinheit verfügen. Die Bremseinheit kann an den Motor gekoppelt oder in diesen integriert sein.
Zum Schliessen des Ventils 10 wird der Teller 20 entweder mittels eines Motors und einer Spindel 41 wie hier gezeigt oder mittels eines Hubmagneten an den Sitz 30 gezogen. Für diesen Hub wird eine vergleichsweise geringe Kraft benötigt (entsprechend der Masse des Tellers 20). In der so erreichten Schliessposition wird der Teller 20 mittels der Halteeinrichtung 50 gehalten (z.B. stromlos). Die bereitgestellte Haltekraft entspricht dabei mindestens einer minimalen Verpresskraft zuzüglich einer durch einen Differenzdruck (pl > p2) vorliegenden Kraft.
In diesem Zustand kann ein mit dem Ventil verbundenes Volumen (z.B. Transportröhre eines Vakuumtransportsystems) evakuiert werden, d.h. der Druck p2 kann verringert werden. Zum Fluten des Volumens bzw. Öffnen des Ventils 10 wird der Magnet bestromt und dadurch die Haltekraft reduziert oder aufgelöst. Aufgrund des herrschenden Differenzdrucks wird das Ventil 10 daraufhin geöffnet. Das Ventil 10 weist insbesondere eine Batterie zum notfallmässigen Öffnen bei Stromausfall auf.
Die Figuren 4a und 4b zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils 10 zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung 11. Figur 4a zeigt das Ventil 10 in einem geschlossenen (Schliessposition), Figur 4b in einem geöffneten Zustand (Offenposition).
Im Unterschied zur Ausführungsform gemäss den Figuren 3a und 3b weist das Ventil 10 hier als Verstelleinheit 40 eine magnetisch schaltbare Anordnung auf, welche gleichzeitig die Funktion einer Halteeinrichtung bereitstellt und damit ebenfalls als solche anzusehen ist.
Die magnetisch schaltbare Anordnung weist ein erstes Element 53, das an der Innenseite des Ventilgehäuses angeordnet ist, und ein zweites Element 54 auf, das an dem Verschlusselement 20 angeordnet ist und in Abhängigkeit einer Schaltung (z.B. anliegender Strom oder stromlos) mit dem ersten Element 53 anziehend zusammenwirkt. Insbesondere kann durch die Schaltung eine magnetische Kraft bereitgestellt oder abgestellt werden, welche zwischen dem ersten Element 53 und dem zweiten Element 54 wirkt und auf beide Elemente anziehend wirkt.
Zumindest eines der beiden Elemente 53,54 kann dabei derart ausgelegt sein, dass die steuerbar erzeugbare Magnetkraft eine Bewegung des Verschlusselements 20 aus der Offenposition (Fig. 4b) in die Schliessposition (Fig. 4a) bewirkt. Insbesondere weist das Ventil 10 eine Antriebseinheit (nicht gezeigt) auf, wobei der Ventilteller 20 mit dem Antrieb 40 gekoppelt ist und damit linear entlang der Öffnungsachse A in die Schliessposition und in die Offenposition bewegt werden kann. In der Schliessposition kann eine Haltekraft durch die magnetisch schaltbare Anordnung bereitgestellt werden. Die Antriebseinheit kann dabei stromlos vorliegen.
Die Verstelleinheit bzw. Halteeinrichtung kann so ausgelegt sein, dass die anziehende Magnetkraft in einem stromlosen Zustand bereitgestellt wird und durch Anlegen eines Stroms reduziert bzw. aufgelöst wird. Alternativ kann die Auslegung die Magnetkraft bei anliegendem Strom bereitstellen und im stromlosen Zustand keine Magnetkraft erzeugt werden. Das Halten und Lösen des
Verschlusselements 20 in der Schliessposition kann durch entsprechende Schaltung der beiden Elemente 53,54 erfolgen.
Die Figuren 5a und 5b zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils 10 zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung 11. Figur 5a zeigt das Ventil 10 in einem geschlossenen (Schliessposition), Figur 5b in einem geöffneten Zustand (Offenposition).
Das Ventil 10 weist einen Ventilsitz 30 und ein Verschlusselement 20 auf. Eine Ventilöffnung 11 und eine Öffnungsachse A sind durch den Ventilsitz 30 definiert.
Eine erste Dichtfläche 32 des Ventilsitzes 30 umläuft die Ventilöffnung 11. Das Verschlusselement 20 weist eine zweite Dichtfläche 22 auf, die mit der ersten Dichtfläche 32 korrespondiert. Eine Verstelleinheit 40 ist zur Bewegung des Verschlusselements 20 entlang der Öffnungsachse A vorgesehen.
Die Verstelleinheit 40 kann beispielsweise als Motor, insbesondere Elektromotor oder Schrittmotor, ausgeführt sein. Die Verstelleinheit 40 kann zudem eine Ventilstange oder ein Spindel aufweisen, die mit dem
Verschlusselement 20 gekoppelt ist und dadurch eine lineare Verstellbarkeit des Verschlusselements 20 entlang der Öffnungsachse A bereitstellt. In der gezeigten Ausführungsform ist eine Spindel vorgesehen, die seitens des Verschlusselements 20 mit einem Gegenelement (z.B. ein entsprechendes Innengewinde) verbunden ist und durch deren Rotation die lineare Bewegung des Verschlusselements 20 erzeugbar ist. Die Verstelleinheit 40 kann alternativ als Hubmagnet ausgebildet sein.
Das Ventil 10 weist weiter mindestens eine Einlassöffnung 12 auf, die durch einen Fliessweg mit der Ventilöffnung 11 verbunden ist. Der Fleissweg stellt das Durchströmen eines Fluids durch das Ventils 10 in der Offenposition bereit, wobei eine Strömungsrichtung durch einen anliegenden Differenzdruck definiert ist.
Das Ventil 10 ist derart ausgelegt, dass das Verschlusselement 20 mittels des Motors 40 in die Schliessposition gebracht werden kann. Eine Dichtung 21 (Dichtmaterial, z.B. ein polymerhaltiges, elastisches Material) die hier seitens des Verschlusselements 20 angeordnet ist wird hier zwischen der ersten 32 und der zweiten 22 Dichtfläche verpresst. In einer anderen Ausführung kann das Dichtmaterial alternative oder zusätzlich seitens des Ventilsitzes 30 vorliegen. Das Ventil 10 verfügt zudem über eine Halteeinrichtung 50, die zum Halten des Verschlusselements 20 in der Schliessposition durch Bereitstellen einer Haltekraft eingerichtet ist. Die Halteeinrichtung 50 kann beispielsweise als elektromechanische Bremse ausgeführt sein, mit welcher die Haltekraft auf eine Motorwelle, die Ventilstange oder die Spindel ausgeübt werden kann.
Mittels der Halteeinrichtung 50 kann das Verschlusselement 20 in der Schliessposition gehalten werden. Hierzu wird die Bremse 50 z.B. in eine Bremsstellung gebracht und so das Verschlusselement 20 bis zum Lösen der Bremse 50 gehalten werden, z.B. mittels entsprechender Ansteuerung der Halteeinrichtung 50 nach Erreichen der Schliessposition. Ein Vorteil dieser Ausführung ist, dass zum Bereitstellen des Ventils 10 in der Schliessposition kein dauernder oder wiederkehrender Betrieb des Motors 40 erforderlich ist, um eine mindestens erforderliche Verpresskraft (mit welcher die erste Dichtfläche auf die zweite Dichtfläche gedrückt wird) dauerhaft bereitzustellen.
Zudem kann die Halteeinrichtung 50 so ausgebildet sein, dass diese ohne anliegenden Strom (stromlos) die Haltekraft dauerhaft bereitstellen kann. Die Halteeinrichtung 50 kann damit die Bremsstellung ohne anliegenden Strom bereitstellen . Zum Reduzieren oder Auflösen der Haltekraft kann ein Strom an die Halteeinrichtung 50 angelegt werden (Bestromen der Halteeinrichtung 50), wodurch die Bremse öffnet und das Verschlusselement 20 von der Schliessposition in die Offenposition verstellbar ist.
Für das Öffnen des Ventils 10 kann die Verstelleinheit 40 entsprechend angesteuert werden. Die Verstelleinheit 40 versetzt das Verschlusselement 20 dann aktiv in die Offenposition .
In einer alternativen Ausführung wird das Öffnen des Ventils 10 allein durch ein Lösen der Bremse 50 und einen anliegenden Differenzdruck bereitgestellt und durchgeführt. Der Differenzdruck kann dabei durch einen einlassseitigen Druck pl (der auch im Ventilgehäuse vorliegen kann) und einen vakuumseitigen Druck p2 (der jenseits des Verschlusselements 20 und bei Anordnung mit einem Vakuumtransportsystem in der Transportröhre vorliegt) definiert sein.
Hierbei wird in der Schliessposition mindestens die mindestens erforderliche Verpresskraft und eine durch den Differenzdruck an dem Verschlusselement anliegenden Differenzdruckkraft bereitgestellt und durch die Halteinrichtung 50 dauerhaft aufrechterhalten. Aufgrund der Differenzdruckkraft kann das Ventil 10 (allein) durch ein Lockern oder Lösen der Bremse (selbsttätig) geöffnet werden.
Das Ventil 10 kann über einen internen oder separat verbundenen Energiespeicher verfügen, welcher den Motor 50 und/oder die Bremse 40 mit Energie versorgen kann, damit in einem Notfall und bei einem Stromausfall, also beim Ausfall der externen Energieversorgung für das Ventil 10, das Öffnen des Ventils 10 trotz Ausfall ermöglicht ist. Der Energiespeicher hält mindestens die zum Lösen der Bremse 50 benötigte Energie bereit.
Das Ventil 10 weist zudem einen Kanal 28 auf, der einen Verschlussteil 20a und einen Ausgleichsteil 20b des Verschlusselements verbindet. Der Verschlussteil 20a weist eine erste Vakuumseite 23 und eine der ersten Vakuumseite gegenüberliegende erste Atmosphärenseiten 24 auf, wobei der Ausgleichsteil 20b eine zweite Vakuumseite 25 und eine der zweiten Vakuumseite gegenüberliegende zweite Atmosphärenseiten 26 aufweist. Der Ausgleichsteil 20b begrenzt zusammen mit dem Gehäuse des Ventils 10 ein Ausgleichsvolumen 27. Die Grösse des Ausgleichsvolumens 27 hängt von der Position des Verschlusselements 20 ab. Das Ausgleichsvolumen 27 ist mittels einer Dichtung 29 zur äusseren Atmosphäre abgedichtet .
Aufgrund der durch den Kanal 28 bereitgestellten Verbindung ist ein in dem Ausgleichsvolumen 27 vorliegender Druck gleich einem an der ersten Vakuumseite 23 anliegenden Druck. Zwischen dem Ausgleichsvolumen 27 und der ersten Vakuumseite 23 kann ein freier Fluidaustausch in Abhängigkeit einer Druckdifferenz zum Druckausgleich erfolgen .
Die Oberfläche der ersten Vakuumseite 23 ist grösser als die Oberfläche der zweiten Vakuumseite 25. Insbesondere weist eine Projektion der ersten Vakuumseite 23 auf eine Ebene orthogonal zur Öffnungsachse A eine grösser Fläche auf als eine Projektion der zweiten Vakuumseite 25 auf diese Ebene. Insbesondere ist ein Durchmesser und/oder Umfang des Verschlussteils 20a grösser als ein Durchmesser und/oder Umfang des Ausgleichsteils 20b. Durch besagte unterschiedlichen Grössen ist ein Öffnen allein aufgrund einer Druckdifferenz pl > p2 gewährleistet.
Das Ausgleichsvolumen 27 zusammen mit dem Kanal 28, der das Ausgleichsvolumen 27 bei gattungsgemässem Einsatz des Ventils 10 mit und an einem Vakuumtransportsystem mit dem Vakuum innerhalb der Transportröhre verbindet, bewirkt zusammen mit den geometrischen Grössenverhältnissen von Verschlussteil 20a und Ausgleichsteil 20b eine vergleichsweise kleine, an dem Ventil im geschlossenen Zustand aufgrund der Druckdifferenz pl > p2 anliegende Kraft. Zum Halten des Ventils 10 in der Schliessposition muss daher nur dieser kleinen Kraft entgegengewirkt und eine minimal Verpresskraft erzeugt werden.
Die Figuren 6a und 6b zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils 10 zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung 11. Figur 6a zeigt das Ventil 10 in einem geschlossenen (Schliessposition), Figur 6b in einem geöffneten Zustand (Offenposition).
Das Ventil 10 weist einen Ventilsitz 30 und ein Verschlusselement 20 auf. Eine Ventilöffnung 11 und eine Öffnungsachse A sind durch den Ventilsitz 30 definiert. Eine erste Dichtfläche 32 des Ventilsitzes 30 umläuft die Ventilöffnung 11. Das Verschlusselement 20 weist eine zweite Dichtfläche 22 auf, die mit der ersten Dichtfläche 32 korrespondiert.
Das Ventil 10 weist weiter mindestens eine Einlassöffnung 12 auf, die durch einen Fliessweg mit der Ventilöffnung 11 verbunden ist. Der Fleissweg stellt das Durchströmen eines Fluids durch das Ventils 10 in der Offenposition bereit, wobei eine Strömungsrichtung durch einen anliegenden Differenzdruck (pl /p2) definiert ist.
Das Ventil 10 weist zudem einen Bypasskanal 28 auf, der einen Verschlussteil 20a und einen Verstellteil 20c des Verschlusselements 20 verbindet. Der Verstellteil 20c begrenzt ein Hubvolumen 27' im Inneren des Ventilgehäuses, wobei eine Grösse des Hubvolumens 27' in Abhängigkeit von einer Position des Verschlusselements 20 entlang der Öffnungsachse A variabel ist.
Der Verschlussteil 20a weist eine erste Vakuumseite 23 auf, wobei der Verstellteil 20c eine zweite Vakuumseite 25' aufweist. Der Verstellteil 20c begrenzt zusammen mit dem Gehäuse des Ventils 10 das Hubvolumen 27'. Das Hubvolumen 27' ist mittels einer Dichtung 29 zur äusseren Atmosphäre abgedichtet.
Das Ventil 10 weist weiter eine zur Bereitstellung einer Hubkraft ausgebildete und angeordnete Hub- und Halteeinheit zum Versetzen und/oder Halten des Verschlusselements 20 in die bzw. in der Schliessposition auf. Die Hub- und Halteeinheit weist eine Druckfeder 44 und einen mittels einer Absperrkomponente (z.B. Ventil) verschliessbaren und zu öffnenden Hubkanal 42 auf, wobei der Hubkanal 42 eine Verbindung des Hubvolumens 27' und einer äusseren Atmosphäre bereitstellt.
Die Hub- und Halteeinheit verfügt zudem über ein Halteelement 43, hier ausgebildet als Elektromagnet, wobei das Halteelement 43 zum Halten des Verschlusselements 20 in der Offenposition ausgebildet und angeordnet ist.
Das Versetzen des Ventils 10 von der Offenposition (Figur 6b) in die Schliessposition (Figur 6a) erfolgt im Wesentlichen durch ein entsprechendes Ansteuern der Hub- und Halteeinheit. In der Offenposition wird eine Teil der zweiten Vakuumseite 25' durch das Halteelement 43 in der gezeigten unteren Position gehalten. Bei geöffneter Absperrkomponente und damit einem geöffneten Hubkanal 42 kann eine durch das Halteelement 43 bewirkte Haltekraft verringert oder abgeschaltet werden. Die Absperrkomponente kann dabei alternativ auch geschlossen sein, wodurch ein Anströmen von in dem Hubvolumen 27' vorliegendem Fluid via den Kanal 28 erfolgen kann. Durch die fehlenden oder verkleinerte Haltekraft wird das Verschlusselement 20 mittel der Druckfeder 44 in die Schliessposition versetzt und die Ventilöffnung 11 verschlossen.
In dieser Stellung wird dann die Absperrkomponente - falls nicht schon in diesem Zustand vorliegend - verschlossen (ebenfalls durch entsprechende Ansteuerung). Der Hubkanal 42 ist geschlossen.
Nach der Schliessung des Hubkanals 42 kann ein Volumen, das der ersten Vakuumseite 23 zugewandt ist, evakuiert werden. Hierdurch wird auch der Druck im Inneren des Hubvolumens 27' entsprechend verringert.
Die gesamte Oberfläche der ersten Vakuumseite 23 ist grösser als die gesamte Oberfläche der zweiten Vakuumseite 25'. D.h. eine Projektion der ersten Vakuumseite 23 auf eine Ebene orthogonal zur Öffnungsachse A weist hier innerhalb einer durch die Dichtung 21 definierten und ebenfalls projizierten Begrenzungslinie eine grösser Fläche auf als eine Projektion der zweiten Vakuumseite 25' auf diese Ebene, welche durch eine die Dichtung 29 definierte und ebenfalls projizierten Begrenzungslinie begrenzt ist. Wie hier entsprechend gezeigt ist der Durchmesser Dl kleiner als der Durchmesser D2. Insbesondere ist ein Durchmesser und/oder Umfang des Verschlussteils 20a grösser als ein Durchmesser und/oder Umfang des Verstellteils 20c. Die besagten unterschiedlichen Durchmesser Dl und D2 sind derart gewählt, dass die durch den Differenzdruck pl > p2 an dem Verschlusselement 20 anliegenden Zugkraft in Richtung der Offenposition nur derart gross ist, dass das Verschlusselement 20 bei einer Belüftung des Hubvolumens 27' in die Offenposition versetzbar ist. Zudem kann durch die Auslegung (Dl zu D2) die zum Halten des Ventils 10 in der Schliessposition benötigte Haltekraft signifikant verkleinert werden, sodass die Druckfeder allein zum Ausgleich der Zugkraft und einer minimalen Verpresskraft ausgestaltet sein kann. Der Differenzdruck in dieser Schliessposition wirkt bezüglich der Fläche innerhalb der Durchmesserdifferenz D2-D1.
Zum Öffnen des Ventils 10 wird das Hubvolumen 27' belüftet, d.h. die Absperrkomponente wird so angesteuert, dass der Hubkanal 42 freigegeben wird und ein Fluid (z.B. Luft) mit z.B. einem Druck pl von aussen in das Hubvolumen 27' strömt. Hierdurch wird der an dem Verschlusselement 20 wirkende Differenzdruck vergrössert. Der Differenzdruck wirkt dann bezüglich der gesamten Fläche innerhalb des Durchmessers D2. Durch den vergrösserten Differenzdruck wird auch die Zugkraft entsprechend derart grösser, dass die Haltekraft der Druckfeder 44 deutlich überwunden wird und das Ventil 10 dadurch öffnet.
Mit zunehmender Belüftung des Vakuumvolumens nimmt der Differenzdruck wiederum ab. p2 nähert sich an pl an. Um eine vorzeitige Rückstellung des Ventils 10 in die Schliessposition zu verhindern, kann das Halteelement 43 (Elektromagnet) entsprechend geschaltet werden, dass der Verstellteil 20c mittels dem Halteelement 43 in der Offenposition gehalten wird. Das Ventil 10 kann über einen internen oder separat verbundenen Energiespeicher verfügen, welcher die Absperrkomponente und/oder den Elektromagneten 43 mit Energie versorgen kann, damit in einem Notfall und bei einem Stromausfall, also beim Ausfall der externen Energieversorgung für das Ventil 10, das Öffnen des Ventils 10 trotz Ausfall ermöglicht ist. Der Energiespeicher hält mindestens die zum Öffnen des Hubkanals 42 benötigte Energie bereit.
Die Figuren 7a und 7b zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils 10 zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung 11. Figur 7a zeigt das Ventil 10 in einem geschlossenen (Schliessposition), Figur 7b in einem geöffneten Zustand (Offenposition).
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäss den Figuren 6a und 6b durch die Anordnung eines weiteren, oberen Haltelements 45 als Teil der Hub- und Halteeinheit .
Die obere Halteeinheit 45 stellt das Halten des Verschlusselements 20 in der Schliessposition bereit. Die durch diese Halteeinheit 45 bewirkbare Haltekraft ermöglicht eine Auslegung der Druckfeder 44 zum alleinigen Zweck des Verschiebens des Verschlusselements 20 in die Schliessposition. Das Halteelement 45 stellt dabei eine derartige Haltekraft bereit, die mindestens der Summe einer minimalen Verpresskraft (zur Verpressung der Dichtung 21 zum gasdichten Abschluss der Ventilöffnung 11) und der aus dem Differenzdruck pl > p2 resultierenden Kraft auf das Verschlusselement 20 entspricht. Zum Öffnen des Ventils 10 wird der Hubkanal 42 freigegeben und die vom Halteelement 45 bereitgestellte Haltekraft reduziert oder eliminiert. Daraufhin fährt das Verschlusselement 20 bei entsprechender Druckdifferenz (bei gattungsgemässem Einsatz zum Belüften eines Vakuumvolumens) nach oben beschriebenem Prinzip in die Offenposition.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) weist das Ventil 10 keinen Hubkanal 42 auf. Das Öffnen des Ventils 10 kann hier durch die alleinige Betätigung des oberen Halteelements 10, d.h. durch ein Reduzieren oder Auflösen der Haltekraft, erfolgen. Hierzu sind die Auslegung der Druckfeder 44 sowie die Durchmesser Dl und D2 entsprechend aufeinander abgestimmt.
Die Figuren 8a und 8b zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils 10 zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung 11. Figur 8a zeigt das Ventil 10 in einem geschlossenen (Schliessposition), Figur 8b in einem geöffneten Zustand (Offenposition).
Das Ventil 10 weist einen Ventilsitz 30 und ein Verschlusselement 20 auf. Eine Ventilöffnung 11 und eine Öffnungsachse A sind durch den Ventilsitz 30 definiert.
Eine erste Dichtfläche 32 des Ventilsitzes 30 umläuft die Ventilöffnung 11. Das Verschlusselement 20 weist eine zweite Dichtfläche 22 mit einem Dichtmaterial 21 auf, wobei die zweite Dichtfläche 22 mit der ersten Dichtfläche 32 korrespondiert .
Das Ventil 10 weist weiter mindestens eine Einlassöffnung 12 auf, die durch einen Fliessweg mit der Ventilöffnung 11 verbunden ist. Der Fleissweg stellt das Durchströmen eines Fluids durch das Ventils 10 in der Offenposition bereit, wobei eine Strömungsrichtung durch einen anliegenden Differenzdruck (pl im Verhältnis zu p2) definiert ist.
Das Ventil 10 weist ferner einen Bypasskanal 28 auf. Das Verschlusselements 20 verfügt über einen Verschlussteil 20a und einen Verstellteil 20c, wobei der Verschlussteil 20a und der Verstellteil 20c miteinander verbunden sind. Der Verstellteil 20c begrenzt ein Hubvolumen 27' im Inneren des Ventilgehäuses, wobei eine Grösse des Hubvolumens 27' in Abhängigkeit von einer Position des Verschlusselements 20 entlang der Öffnungsachse A variabel ist. Der Verstellteil 20c begrenzt damit zusammen mit dem Gehäuse des Ventils 10 das Hubvolumen 27'. Das Hubvolumen 27' ist mittels einer Dichtung 29 zur äusseren Atmosphäre abgedichtet .
Der Verschlussteil 20a weist eine erste Vakuumseite 23 auf, wobei der Verstellteil 20c eine zweite Vakuumseite 25' aufweist. Der Bypasskanal 28 stellt eine Verbindung des Hubvolumens 27' und eines der ersten Vakuumseite 23 zugewandten Vakuumvolumens bereit.
Das Ventil 10 weist weiter eine zur Bereitstellung einer Hubkraft ausgebildete und angeordnete Hub- und Halteeinheit zum Versetzen und/oder Halten des Verschlusselements 20 in die bzw. in der Schliessposition auf.
Die Hub- und Halteeinheit weist einen mittels einer Absperrkomponente (z.B. Ventil) verschliessbaren und zu öffnenden Hubkanal 42 auf, wobei der Hubkanal 42 eine Verbindung des Hubvolumens 27' und einer äusseren Atmosphäre bereitstellen kann. Die Hub- und Halteeinheit verfügt zudem über einen Unterdrück- oder Vakuumerzeuger oder ein weiteres Vakuumvolumen zur Erzeugung eines Vakuums in dem Hubvolumen 27'. Als Vakuumerzeuger bzw. weiteres Vakuumvolumen kann insbesondere eine Vakuumpumpe oder ein gesteuert absperrbarer und zu öffnender Vakuumbypass vorgesehen sein, wobei der Vakuumbypass das weitere Vakuumvolumen und das Hubvolumen 27' verbindet. Der Vakuumerzeuger kann durch einen Absaugkanal mit dem Hubvolumen 27' verbunden ist, insbesondere wobei der Hubkanal den Absaugkanal bereitstellen kann.
Das Ventil 10 weist ein in dem Bypasskanal 28 verbautes Rückschlagventil 48 auf. Das Rückschlagventil ist geschlossen, wenn ein in dem Hubvolumen 27' vorliegender Innendruck (Hubdruck) kleiner als ein Vakuumdruck des Vakuumvolumens an der ersten Vakuumseite 23 ist oder wird. Das Rückschlagventil ist geöffnet, wenn der in dem Hubvolumen 27 vorliegende Innendruck grösser als der Vakuumdruck in dem Vakuumvolumen ist.
Zum Versetzen des Ventils 10 von der Offenposition (Figur 8b) - d.h. aus einem Zustand, in dem das Vakuumvolumen belüftet ist - in die Schliessposition (Figur 8a) erfolgt ein Evakuieren des Hubvolumens 27', d.h. der Innendruck im Hubvolumen 27' wird im Vergleich zum Druck an der ersten Vakuumseite 23 geringer. Das Rückschlagventil 48 ist geschlossen. Hierdurch wird der Verschlussteil 20a an den Ventilsitz 30 gezogen.
Die Durchmesser Dl und D2 sind dabei derart ausgelegt, dass die Differenz der Flächen bei einer Differenzdruck von etwa 1 bar (Vakuumbereiche (Vakuumvolumen und Hubvolumen) relativ zur äusseren Atmosphäre) eine minimale Verpresskraft an der Sitzdichtung 21 erzeugt, z.B. 1000N.
Die Durchmesser Dl und D2 sind ferner so gewählt (Dl > D2), dass bei gleichen Drücken im Hubvolumen 27' und an der ersten Vakuumseite 23 eine Anpresskraft bewirkt ist und das Ventil geschlossen bleibt.
Sollte der Druck im Vakuumvolumen (an der ersten Vakuumseite 23) kleiner als im Hubvolumen 27' werden, öffnet das Rückschlagventil 48 und sorgt damit für einen Druckausgleich im Hubvolumen 27'.
Sobald das Ventil 10 in der Schliessposition vorliegt bzw. sobald das Vakuumvolumen, insbesondere die Transportröhre des Vakuumtransportsystems, evakuiert ist, wird ein möglicher Fluidfluss durch den Hubkanal 42 hindurch unterbrochen. Dies kann durch Schliessen der
Absperrkomponente (z.B. eines Absperrventils) erfolgen. Das Flutventil 10 verbleibt dann in der Schliessposition, d.h. das Verstellelement 20 wird in der Schliessposition gehalten . Zum Öffnen des Flutventils 10 und damit zum Belüften der
Transportröhre kann die Absperrkomponente geöffnet werden, d.h. es kann ein Fluid oder Luft in das Hubvolumen 27' strömen. Hierdurch kann der Innendruck im Hubvolumen 27' schnell ansteigen und das Verschlusselement 20 aufgrund des so entstehenden Differenzdrucks in die Offenposition verstellt werden. Dadurch kann Luft durch den Fliessweg von der Einlassöffnung 12 zu der Ventilöffnung 11 strömen und die Transportröhre belüftet werden. Zudem kann Luft via den Bypasskanal 28 in das Vakuumvolumen strömen. Das Schliessen und Öffnen des Ventils 10 kann hier ohne die Verwendung eines mit dem Verstellelement 20 gekoppelten aktiven Antriebselements, wie etwa eines Motors, erfolgen.
In einer Variante (nicht gezeigt) kann das Ventil 10 ohne den Bypasskanal 28 ausgeführt sein, wodurch ein automatischer Druckausgleich im Hubvolumen 27' ausbleibt.
Auch für dieses Ventil 10 kann ein interner oder separater Energiespeicher verfügbar sein, durch welchen die erforderliche Energie zum Öffnen der Absperrkomponente bereitgestellt ist (Notfallbetrieb).
Es versteht sich, dass die dargestellten Figuren nur mögliche Ausführungsbeispiele schematisch darstellen. Die verschiedenen Ansätze können erfindungsgemäss ebenso miteinander sowie mit Ventilen zum Verschliessen von Transportsystemen des Stands der Technik kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Ventil (10), insbesondere Flutventil oder
Vakuumflutventil, zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung (11) und zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere für ein
Vakuumtransportsystem mit einer Transportröhre (1) zum Transport eines Objekts (4) im Inneren entlang der Transportröhre (1), aufweisend
• einen Ventilsitz (30), der die eine Öffnungsachse (A) definierende Ventilöffnung (11) und eine erste Dichtfläche (32) aufweist,
• ein Verschlusselement (20) zum im Wesentlichen gasdichten Verschliessen der Ventilöffnung (11) mit einer zweiten zu der ersten Dichtfläche korrespondierenden Dichtfläche (22), wobei die zweite Dichtfläche in einer Gegenüberlage relativ zur ersten Dichtfläche vorliegt, und
• eine Verstelleinheit (40) eingerichtet zur Bereitstellung einer Bewegung des
Verschlusselements (20) relativ zum Ventilsitz (30) derart, dass das Verschlusselement (20) von einer Offenposition, in welcher das Verschlusselement (20) die Ventilöffnung (11) zumindest teilweise freigibt, in eine Schliessposition, in welcher die zweite Dichtfläche (22) in Richtung der ersten Dichtfläche (32) gedrückt oder gezogen wird und das Verschlusselement (20) die Ventilöffnung (11) verschliesst, und zurück verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
• der Ventilsitz (30), das Verschlusselement (20) und die Verstelleinheit (40) derart angeordnet sind, dass das Verschlusselement (20) linear entlang der Öffnungsachse (A) verstellbar ist und • das Ventil (10) eine zum Halten des
Verschlusselements (20) in der Schliessposition durch Bereitstellen einer Haltekraft eingerichtete Halteeinrichtung (50) aufweist.
2. Ventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsachse (A) derart vorliegt, dass die erste Dichtfläche (32) in eine Richtung parallel zur Öffnungsachse (A) weist und die erste Dichtfläche (32) sich orthogonal zur Öffnungsachse (A) erstreckt.
3. Ventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (20) sich in einer Ebene orthogonal zur Öffnungsachse (A) erstreckt.
4. Ventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10) ein Koppelelement aufweist und die Halteeinrichtung (50) zur Aufbringung der Haltekraft auf das Koppelelement angeordnet und ausgebildet ist, wobei das Koppelelement eine Verbindung oder Kopplung des Verschlusselements (20) mit der Verstelleinheit (40) bereitstellt.
5. Ventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement als Ventilstange, Welle oder Spindel (41) ausgebildet ist und mittels der Verstelleinheit (40) versetzbar und/oder antreibbar ist.
6. Ventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (50) ausgebildet ist zur Erzeugung der Haltekraft zwischen
• dem Verschlusselement (20) und dem Ventilsitz (30) und/oder
• dem Verschlusselement (20) und der Verstelleinheit (40) und/oder
• dem Verschlusselement (20) und einem Ventilgehäuse.
7. Ventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (50) ausgebildet ist als elektromechanische Bremse, Klemmvorrichtung oder Elektromagnet, insbesondere wobei die Haltekraft in einem stromlosen Zustand der Halteeinrichtung (50) bereitstellbar ist und durch Bestromen der Halteeinrichtung (50) reduzierbar oder auflösbar ist.
8. Ventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (40) als Hubmagnet oder als elektromechanische Einheit, insbesondere als Motor, Schrittmotor oder Aktor, ausgebildet ist.
9. Ventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10) einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie oder einen Akkumulator, aufweist, wobei der Energiespeicher zur Energieversorgung der Halteeinrichtung (50) und/oder der Verstelleinheit (40) eingerichtet und mit der Halteeinrichtung (50) bzw. der Verstelleinheit (40) verbunden ist.
10. Ventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10) eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung der Verstelleinheit und/oder der Halteeinrichtung aufweist.
11. Ventil (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit eine derart eingerichtete Schliessfunktionalität aufweist, dass bei deren Ausführung
• das Verschlusselement (20) mittels gesteuertem Betreiben der Verstelleinheit (40) in die Schliessposition versetzt wird,
• nach Erreichen der Schliessposition das Verschlusselement (20) in der Schliessposition durch Bereitstellen der Haltekraft mittels der Halteeinrichtung (50) gehalten wird und
• die Ansteuerung der Verstelleinheit (40) und/oder der Halteeinrichtung (50) beendet wird oder die Verstelleinheit und/oder die Halteeinrichtung in einen Bereithaltemodus oder Nichtbetrieb versetzt wird, wobei die Haltekraft bereitgestellt bleibt.
12. Ventil (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit eine derart eingerichtete Öffnungsfunktionalität aufweist, dass bei deren Ausführung
• in der Schliessposition die Haltekraft durch Ansteuerung der Halteeinrichtung (50) reduziert oder aufgelöst wird, wobei das Verschlusselement (20) durch eine auf das Verschlusselement wirkende Öffnungskraft aus der Schliessposition in Richtung der Offenposition versetzt wird, und/oder
• die Verstelleinheit (40) derart angesteuert wird, dass das Verschlusselement in die Offenposition versetzt wird.
13. Ventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Dichtfläche (22,32) ein Dichtmaterial (21) aufweist und mittels Kontaktieren des Dichtmaterials durch die erste und die zweite Dichtfläche in der Schliessposition ein gasdichtes Verschliessen der Ventilöffnung (31,131) bereitstellbar ist.
14. Ventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtfläche (32) die Ventilöffnung (11) umläuft.
15. Ventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (20) einen Verschlussteil (20a) und einen Ausgleichsteil (20b) aufweist und ein Bypasskanal (28) den Verschlussteil (20a) und den Ausgleichsteil (20b) verbindet.
16. Ventil (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
• der Verschlussteil (20a) eine erste Vakuumseite (23) und eine der ersten Vakuumseite gegenüberliegende erste Atmosphärenseiten (24) aufweist,
• der Ausgleichsteil (20b) eine zweite Vakuumseite (25) und eine der zweiten Vakuumseite gegenüberliegende zweite Atmosphärenseiten (26) aufweist,
• der Ausgleichsteil (20b) ein Ausgleichsvolumen (27) begrenzt und die Grösse des Ausgleichsvolumens (27) in Abhängigkeit der Position des Verschlusselements (20) variabel ist und
• ein in dem Ausgleichsvolumen (27) vorliegender Druck gleich einem an der ersten Vakuumseite (23) anliegenden Druck ist, insbesondere gleiche einem in dem Bypasskanal (28) vorliegenden Druck ist.
17. Ventil (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsvolumen (27) durch ein Gehäuse des
Ventils und den Ausgleichsteil (20b), insbesondere die zweite Vakuumseite (25), begrenzt ist.
18. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der ersten Vakuumseite (23) grösser als ein Oberfläche der zweiten Vakuumseite (25) ist.
19. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine geometrische Projektion der ersten Vakuumseite (23) auf eine Ebene orthogonal zur Öffnungsachse (A) eine grösser Fläche einschliesst als eine geometrische Projektion der zweiten Vakuumseite (25) auf die Ebene.
20. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser und/oder Umfang des Verschlussteils (20a) grösser als ein Durchmesser und/oder Umfang des Ausgleichsteils (20b) ist.
21. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtfläche (22) an dem Verschlussteil (20a) angeordnet ist, insbesondere an der ersten Atmosphärenseite, und das Verschlusselement (20) eine dritte Dichtfläche aufweist, die an dem Ausgleichsteil angeordnet ist und mit einer vierten Dichtfläche zur Begrenzung und Abdichtung des Ausgleichsvolumens korrespondiert und zusammenwirkt.
22. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussteil (20a) und der Ausgleichsteil (20b) strukturell fest miteinander verbunden sind, insbesondere einteilig ausgeführt sind, und bei einer Bewegung des Verschlusselements (20) der Verschlussteil und der Ausgleichsteil gleichzeitig bewegt werden.
23. Ventil (10), insbesondere Flutventil oder Vakuumflutventil, zum gasdichten Verschliessen und Öffnen einer Ventilöffnung (11) und zum Belüften eines Vakuumvolumens, insbesondere für ein
Vakuumtransportsystem mit einer Transportröhre (1) zum
Transport eines Objekts (4) im Inneren entlang der
Transportröhre (1), aufweisend
• einen Ventilsitz (30), der die eine Öffnungsachse (A) definierende Ventilöffnung (11) und eine erste Dichtfläche (32) aufweist,
• ein Verschlusselement (20) zum im Wesentlichen gasdichten Verschliessen der Ventilöffnung (11) mit einer zweiten zu der ersten Dichtfläche korrespondierenden Dichtfläche (22), wobei
° das Verschlusselement (20) derart entlang der Öffnungsachse (A) und relativ zum Ventilsitz (30) bewegbar angeordnet ist, dass das
Verschlusselement (20) von einer Offenposition, in welcher das Verschlusselement (20) die Ventilöffnung (11) zumindest teilweise freigibt, in eine Schliessposition, in welcher die zweite Dichtfläche (22) in Richtung der ersten Dichtfläche (32) gedrückt oder gezogen wird und das Verschlusselement (20) die Ventilöffnung (11) verschliesst, und zurück verstellbar ist und ° die zweite Dichtfläche (22) in einer Gegenüberlage relativ zur ersten Dichtfläche (32) vorliegt, und
• ein Ventilgehäuse (35), welches das Verschlusselement (20) zumindest teilweise umschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass
• das Verschlusselement (20) einen Verschlussteil (20a), insbesondere Ventilteller, und einen Verstellteil (20c) aufweist, • der Verschlussteil (20a) zum im Wesentlichen gasdichten Verschliessen der Ventilöffnung (31,131) ausgebildet und die zweite Dichtfläche (22) an dem Verschlussteil (20a) angeordnet ist,
• der Verstellteil (20c) ein Hubvolumen (27') im Inneren des Ventilgehäuses (35) begrenzt, wobei eine Grösse des Hubvolumens (27') in Abhängigkeit von einer Position des Verschlusselements (20) entlang der Öffnungsachse (A) variabel ist, und
• das Ventil (10) eine zur Bereitstellung einer Hubkraft ausgebildete und angeordnete Hub- und Halteeinheit zum Versetzen und/oder Halten des Verschlusselements (20) in die bzw. in der Schliessposition aufweist.
24. Ventil (10) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10) eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung der Hub- und Halteeinheit aufweist.
25. Ventil (10) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit eine derart eingerichtete
Schliessfunktionalität aufweist, dass bei deren
Ausführung
• die Hubkraft mittels Ansteuerung der Hub- und Halteeinheit bereitgestellt wird,
• das Verschlusselement (20) aufgrund der Hubkraft in die Schliessposition versetzt wird,
• nach Erreichen der Schliessposition das Verschlusselement (20) in der Schliessposition durch Ansteuerung der Hub- und Halteeinheit gehalten wird und
• die Ansteuerung der Hub- und Halteeinheit beendet wird oder die Hub- und Halteeinheit in einen Bereithaltemodus oder Nichtbetrieb versetzt wird, wobei die Hubkraft oder eine Haltekraft bereitgestellt ist.
26. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Hub- und Halteeinheit einen mittels einer Absperrkomponente verschliessbaren und zu öffnenden Hubkanal (42) aufweist, wobei der Hubkanal (42) eine Verbindung des Hubvolumens (27') und einer äusseren Atmosphäre bereitstellt.
27. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Hub- und Halteeinheit ein erstes Halteelement (45), insbesondere einen Elektromagneten oder Klemmmechanismus, aufweist, wobei das erste Halteelement (45) zum Halten des Verschlusselements (20) in der Schliessposition ausgebildet und angeordnet ist.
28. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Hub- und Halteeinheit ein zweites
Halteelement (43), insbesondere einen Elektromagneten oder Klemmmechanismus, aufweist, wobei das zweite Halteelement (43) zum Halten des Verschlusselements (20) in der Offenposition ausgebildet und angeordnet ist.
29. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Hub- und Halteeinheit ein Rückstellelement (44), insbesondere Feder oder Druckfeder, aufweist.
30. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Hub- und Halteeinheit einen Vakuumerzeuger zur Erzeugung eines Vakuums in dem Hubvolumen (27') aufweist oder mit einem Vakuumerzeuger verbunden ist, insbesondere wobei der Vakuumerzeuger eine Vakuumpumpe ist oder einen gesteuert absperrbaren und zu öffnenden und das Vakuumvolumen und das Hubvolumen verbindenden Vakuumbypass aufweist.
31. Ventil (10) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumerzeuger durch einen Absaugkanal mit dem Hubvolumen (27') verbunden ist, insbesondere wobei der Hubkanal (42) den Absaugkanal bereitstellt oder verkörpert.
32. Ventil (10) nach Anspruch 23 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10) einen Bypasskanal (28) aufweist, wobei der Bypasskanal (28) eine Verbindung des
Hubvolumens (27') und des Vakuumvolumens bereitstellt.
33. Ventil (10) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (28) ein Rückschlagventil (48) aufweist, welches Rückschlagventil (48) • geschlossen ist, wenn ein in dem Hubvolumen (27') vorliegender Hubdruck kleiner als ein Vakuumdruck in dem Vakuumvolumen ist, und
• geöffnet ist, wenn ein in dem Hubvolumen (27') vorliegender Hubdruck grösser als ein Vakuumdruck in dem Vakuumvolumen ist.
34. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussteil (20a) eine erste Vakuumseite (23) aufweist und der Verstellteil (20c) eine das Hubvolumen (27') begrenzende und dem Hubvolumen (27') zugewandte zweite Vakuumseite (25') aufweist.
35. Ventil (10) nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der ersten Vakuumseite (23) kleiner als eine Oberfläche der zweiten Vakuumseite (25') ist.
36. Ventil (10) nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass eine geometrische Projektion der ersten Vakuumseite (23) auf eine Ebene orthogonal zur Öffnungsachse (A) eine kleinere Fläche einschliesst als eine geometrische Projektion der zweiten Vakuumseite (25') auf die Ebene.
37. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 23 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser und/oder Umfang des Verschlussteils (20a) kleiner als ein Durchmesser und/oder Umfang des Verstellteils (20c) ist.
38. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 23 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussteil (20a) und der Verstellteil (20c) strukturell fest miteinander verbunden sind, insbesondere einteilig ausgeführt sind, und bei einer Bewegung des Verschlusselements (20) der Verschlussteil (20a) und der Verstellteil (20c) gleichzeitig bewegt werden.
39. Vakuumtransportsystem mit
• einer Transportröhre (1) zum Transport eines Objekts (4) im Inneren entlang der Transportröhre (1), wobei im Inneren der Transportröhre (1) relativ zur umgebenden Atmosphäre ein Unterdrück, insbesondere Vakuum, bereitstellbar ist und
• einem in das Vakuumtransportsystem integrierten und/oder mit der Transportröhre verbundenen Ventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 38, wobei
• der Ventilsitz (30) derart in eine Wand der Transportröhre integriert ist, mit dieser verbunden ist und/oder an dieser angeordnet ist, dass die Ventilöffnung (11) in der Offenposition des Ventils (10) einen Fliessweg zwischen dem Inneren der Transportröhre (1) und der umgebenden Atmosphäre freigibt.
40. Vakuumtransportsystem nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (4) ein Transportmittel ist, insbesondere eine Kapsel oder ein Fahrzeug, wobei das Transportmittel zum Transport einer Person und/oder von Gütern ausgebildet ist.
41. Vakuumtransportsystem nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass
• die erste Dichtfläche (32) in das Innere der Transportröhre (1) weist und/oder
• der Ventilsitz (30) und/oder die erste
Dichtfläche (32) im Inneren der Transportröhre (1) vorliegt.
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