DE1059144B

DE1059144B - Automatic protection valve for vacuum or high vacuum systems

Info

Publication number: DE1059144B
Application number: DEJ12481A
Authority: DE
Inventors: Werner Haunstein; Hans Zapfe
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1956-11-20
Filing date: 1956-11-20
Publication date: 1959-06-11

Description

Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein automatisch arbeitendes Schutzventil für Vakuum- oder Hochvakuumanlagen, bestehend aus einem Hauptventil zwischen mechanischer Pumpe und einem zu evakuierenden Raum oder Hochvakuumpumpe und einem zwischen mechanischer Pumpe und Hauptventil befindlichen Belüftungsventil.The object of the invention relates to an automatically operating protection valve for vacuum or High vacuum systems, consisting of a main valve between the mechanical pump and a closed evacuating space or high vacuum pump and one between mechanical pump and main valve located ventilation valve.

Beim Betrieb von Vakuumanlagen, insbesondere von Hochvakuumanlagen, kann es sehr leiclit vorkommen, daß bei Abschaltung der mechanischen Pumpe, bei Wiederinbetriebnahme oder bei Störungen derselben, das zur Abdichtung dieser Pumpe dienende Öl in flüssiger Form oder als Ölschaum vom Atmosphärendruck in den Vakuumraum gedrängt wird. Dieser Öleinbruch in den zu evakuierenden Raum kann für dessen Inhalt und auch für die Anlage selbst von großem Schaden sein und eine völlige, kostspielige und zeitraubende Säuberung der ganzen Anlage und deren Inhalt erforderlich machen. Ganz besonders verhängnisvoll ist ein solcher Öleinbruch bei Elektronenmikroskopen u. dgl.When operating vacuum systems, especially high vacuum systems, it can very easily happen that when the mechanical pump is switched off, when it is started up again or in the event of malfunctions the same, the oil used to seal this pump in liquid form or as an oil foam from Atmospheric pressure is forced into the vacuum space. This oil ingress in the evacuated Space can be very damaging to its contents and also to the system itself, and it can be utterly costly and require time-consuming cleaning of the entire system and its contents. Most notably Such an ingress of oil in electron microscopes and the like is disastrous.

Weiterhin erfordern manche Arbeiten im Vakuumraum, z. B. Vakuumdestillationen von leicht oxydierbaren Substanzen, wie auch nachgeschaltete Hochvakuumpumpen, insbesondere bei Wiederholter Einschaltung der Pumpe, ein sehr genau einzuhaltendes Vakuum im Vorvakuumraum, ehe der Rezipient bzw. die Hochvakuumpumpe eingeschaltet wird.Furthermore, some work in the vacuum space, e.g. B. Vacuum distillations of easily oxidizable Substances, as well as downstream high vacuum pumps, especially when switched on repeatedly the pump, a very precisely maintained vacuum in the fore-vacuum space before the recipient or the high vacuum pump is switched on.

Zur Lösung dieser Forderung wurden, bisher häufig die für eine einwandfreie Ftxnktion der Anlage notwendigen verschiedenen Ventilbetätigungen bei gleichzeitiger Überwachung der Meßinstrumte von Hand ausgeführt, Avas eine starke Konzentration des Bedienenden erforderte.In order to solve this requirement, the ones necessary for a perfect operation of the plant were often used up to now various valve actuations with simultaneous monitoring of the measuring instruments by hand carried out, Avas required a strong concentration of the operator.

Hierfür sind Absperrvorrichtungen nach Art eines Dreiwegehahnes bekannt, welche zwar die erforderlichen Ventilbetätigungen nur in der richtigen Reihenfolge durchzuführen gestatten, die aber von Hand betätigt werden müssen, wobei jedoch noch die richtigen Augenblicke für die verschiedenen Einzelbetätigungen vom Bedienenden nach Meßinstrumenten oder nach der Erfahrung zu bestimmen sind.For this purpose, shut-off devices in the manner of a three-way valve are known which, although the necessary Allow valve actuations to be carried out only in the correct sequence, but operated by hand must be, but still the right moments for the various individual activities to be determined by the operator according to measuring instruments or experience.

Bei plötzlichem unbemerktem Ausfall der mechanischen Pumpe waren aber trotzdem öleinbrüche in den Vakuum raum fast unvermeidbar.In the event of a sudden unnoticed failure of the mechanical pump, however, oil ingress was still in the vacuum space is almost inevitable.

Es sind auch automatisch arbeitende, von Meßinstrumenten gesteuerte Ventilkombinationen bekannt, deren technischer Aufwand an Meßgeräten, Steuermagneten, Relais, Verzögerungsgliedern usw. sehr hoch ist und die daher sehr störanfällig und kostspie-Iig sind. -There are also known automatic valve combinations controlled by measuring instruments, their technical expenditure on measuring devices, control magnets, relays, delay elements, etc. very much is high and are therefore very prone to failure and expensive. -

Insbesondere sind beispielsweise für das einwandfreie automatische Zusammenarbeiten des Belüftungsund des Hauptventils bei Inbetrieb- oder Wiederin-Automatisches S chute ventil
für Vakuum- oder HochvakuumanlagenIn particular, for example, for the perfect automatic cooperation of the ventilation valve and the main valve when starting up or restarting the automatic safety valve
for vacuum or high vacuum systems

Anmelder:
Jenoptik Jena G.m.b.H., JenaApplicant:
Jenoptik Jena GmbH, Jena

Werner Haunstein, Jena,
und Hans Zapfe, Jena-Zwätzen,
sind als Erfinder genannt wordenWerner Haunstein, Jena,
and Hans Zapfe, Jena-Zwatzen,
have been named as inventors

betriebnahme der Anlage ebenfalls komplizierte Meß- und Steuerapparaturen erforderlich, die nach dem Einschalten der Ölhiftpumpe und dem gleichzeitigen automatischen Schließen des Belüftungsventils das Hauptventil erst dann öffnen, wenn das im Vorvakuumraum herrschende Vakuum eine Höhe erreicht hat, die die Einschaltung des Rezipienten oder eine Zusohaltung der Hochvakuumpumpe ohne Schaden für die Anlage oder deren Inhalt gestattet.operation of the system also requires complicated measuring and control equipment, which after switching on the oil shift pump and the simultaneous automatic closing of the ventilation valve, the main valve Open only when the prevailing vacuum in the fore-vacuum space has reached a level that the Switching on the recipient or keeping the high vacuum pump closed without damaging the system or their content is permitted.

Gemäß der Erfindung werden diese Mängel beseitigt und die gestellten Forderungen insbesondere hinsichtlich Zuverlässigkeit und Einfachheit dadurch erfüllt, daß das geöffnete Belüftungsventil einen einstellbaren Durchlaß besitzt, daß das Hauptventil und das Belüftungsventil zu einer Einheit zusammengefaßt sind, daß nach dem Einschalten der mechanischen Pumpe eine von dieser gesteuerte fest einstellbare Verzögerungseinrichtung erst dann das Belüftungsventil schließt, wenn im Ventilgehäuse ein aus Pumpenleistung und aus einstellbarem Belüftungsventildurchlaß resultierender, für den Weiterbetrieb der Anlage günstiger Unterdruck mit Sicherheit erreicht ist und daß das Belüftungsventil mit bekannten Mitteln so mit dem Hauptventil gekuppelt ist, daß erst unmittelbar nach dessen völligem Schließen das Hauptventil geöffnet wird und im umgekehrten Fall beim Ausschalten oder Aussetzen der mechanischen Pumpe sich unverzüglich das Piauptventil vor Öffnung des Belüftungsventils schließt.According to the invention, these deficiencies are eliminated and the demands made in particular with regard to Reliability and simplicity met in that the open vent valve has an adjustable Passage has that the main valve and the ventilation valve are combined into one unit, that after switching on the mechanical pump a fixed adjustable delay device controlled by this The ventilation valve only closes when there is a pump output in the valve housing and resulting from adjustable ventilation valve passage, for the continued operation of the system favorable negative pressure is achieved with certainty and that the ventilation valve with known means so is coupled to the main valve that only immediately after it has completely closed the main valve is opened and, conversely, when the mechanical pump is switched off or suspended immediately close the main valve before opening the ventilation valve.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigtAn embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing, namely shows

Abb. 1 im Schema eine HochvakuumpumpanlageFig. 1 in the scheme of a high vacuum pumping system

909 530/106909 530/106

Claims

mit einem der Übersicht halber unmaßstäblich großen Schutzventil undwith a large protection valve and not to scale for the sake of clarity

Abb. 2 ein Diagramm, welches die Wirkunigsweise des Schutzventils erläutert.Fig. 2 is a diagram that explains how the protection valve works.

Bei Betriebsruhe ist, wie Abb. 1 darstellt, das Ventilgehäuse! zwischen ÖUuftpumpe 2 und zur Hochvakuumpumpe 3 führender Leitung 4 über ein offenes Belüftungsventil, bestehend aus Ventilsitz 5, Ventilteller 6 und einstellbarer Düse 7, belüftet. Gleichzeitig wird der Ventilteller 8 des Hauptventils zwischen Gehäuse 1 und Hochvakuumpumpe 3 durch die Wirkung der Druckfeder 9 auf seinen Sitz 10 gepreßt.When the plant is idle, as shown in Fig. 1 , the valve housing! between air pump 2 and line 4 leading to high vacuum pump 3 via an open ventilation valve consisting of valve seat 5, valve disk 6 and adjustable nozzle 7. At the same time, the valve disk 8 of the main valve between the housing 1 and the high vacuum pump 3 is pressed onto its seat 10 by the action of the compression spring 9.

Bei Betätigung eines Schalters 11 wird durch einen Motor 12 die ÖUuftpumpe 2 angetrieben. Gleichzeitig tritt auch ein mit dieser Pumpe gekuppelter Fliehkraftschalter 13 in Tätigkeit, der bei erreichter Arbeitsdrehzahl der Pumpe anspricht und ein. Verzögerungsrelais 14 von einigen Sekunden Laufzeit in Tätigkeit setzt.When a switch 11 is actuated, the air pump 2 is driven by a motor 12. Simultaneously a centrifugal switch 13 coupled to this pump also comes into action, which is activated when Working speed of the pump responds and a. Delay relay 14 of a few seconds running time in Activity sets.

Noch ehe dieses Verzögerungsrelais 14 zum Ansprechen kommt, hat die Pumpe 2 genügend Zeit gehabt, um das Gehäuse 1 bei noch offenem Belüftungsventil 5, 6 auf einen durch die Düse 7 einstellbaren Druck zu evakuieren. Der durch diese Düse einströmende Gasstrom befindet sich dann im Gleichgewicht mit dem durch die ÖUuftpumpe 2 geförderten Gasstrom. Es herrscht jetzt im Ventilgehäuse ein Vakuum, welches dem für die Hochvakuumpumpe 3 »unschädlichen Druck« entspricht. Erst nach Erreichung dieses Zustandes schaltet das Verzögerungsrelais 14 eine Magnetspule 15 ein, die einen Kern 16 in Überwindung der Kraft der Druckfeder 9 in sich hineinzieht. Damit wird auch der mit dem Kern 16 fest verbundene Körper 17 und der daran befindliche Arm 18 in gleicher Richtung bewegt. Der Schaft 19 des durch die Feder 20 belasteten Ventiltellers 6 folgt dem Arm 18, bis das Belüftungsventil 5, 6 geschlossen ist. Erst danach kommt der Schaft 21 des Ventiltellers 8 mit seiner pilzförmigen Kappe 22 infolge der Wirkung der Druckfeder 23 a.n der Innenwand 24 des Körpers 17 zur Anlage, und nach Weiterbewegung des Körpers 17, was sich in Bruchteilen einer Sekunde abspielt, hebt sich der Ventilteller 8 von seinem Sitz 10 ab. Auf diese Weise werden gemäß den Erfordernissen die beiden Ventile infolge der teleskopähnlichen Ventilspindel, die sich aus den Teilen 16, 17, 21, 22 und 23 zusammensetzt, in äußerst rascher Folge hintereinander bewegt, ohne daß dabei nur für einen Augenblick die Ventile gleichzeitig offen sind.Before this delay relay 14 is triggered, the pump 2 has had enough time to around the housing 1, with the ventilation valve 5, 6 still open, to an adjustable position through the nozzle 7 Pressure to evacuate. The gas stream flowing in through this nozzle is then in equilibrium with the gas flow conveyed by the air pump 2. It now prevails in the valve housing Vacuum, which corresponds to the "harmless pressure" for the high vacuum pump 3. Only after achieving it In this state, the delay relay 14 switches on a solenoid 15 which has a core 16 in overcoming the force of the compression spring 9 pulls into itself. This also makes the one with the core 16 firmly connected body 17 and the arm 18 located thereon moved in the same direction. The shaft 19 of the valve disk 6 loaded by the spring 20 follows the arm 18 until the ventilation valve 5, 6 is closed is. Only then does the shaft 21 of the valve disk 8 come with its mushroom-shaped cap 22 as a result of the Action of the compression spring 23 a.n the inner wall 24 of the body 17 to rest, and after further movement of the body 17, which takes place in fractions of a second, the valve disk 8 lifts off his seat 10. In this way, the two valves as a result of the telescopic-like Valve spindle, which is composed of parts 16, 17, 21, 22 and 23, in extremely rapid Sequence moved one after the other without the valves being open at the same time for just a moment.

Beim Ausschalten des Pumpenantriebes 12 mittels des Schalters 11 oder beim Ansprechen des Fliehkraftschalters 13 bei Störungen wird die Magnetspule 15 augenblicklich stromlos. Der Kern 16 mit dem Körper 17 schnellt wieder infolge der Wirkung der Druckfeder 9 in die in Abb. 1 dargestellte Lage zurück, wobei sich zunächst der durch die Druckfeder 23 aus dem Körper 17 hinausgeschobene Schaft mit dem Ventilteller 8 auf den Ventilsitz 10 legt und die Leitung 4 zur Hochvaltuumpumpe 3 und den sich daran anschließenden Rezipienten 25 absperrt. Unmittelbar darauf drückt der Arm 18 des Körpers 17 den Ventilteller 6 .des Belüftungsventils von seinem Sitz 5 ab. Die Belüftung des Ventilgehäuses 1 durch die einstellbare Düse 7 ltann nun erfolgen, und ein öleinbruch in das Ventilgehäuse und in die weitere Pumpanlage wird verhindert.When the pump drive 12 is switched off by means of the switch 11 or when the centrifugal switch 13 responds in the event of malfunctions, the solenoid 15 is instantaneously de-energized. The core 16 with the body 17 flips again due to the action of the compression spring 9 in the position shown in fig. 1 position again, wherein first of all the sets by the compression spring 23 from the body 17 postponed shaft to the valve disc 8 on the valve seat 10 and the Line 4 to high voltage pump 3 and the adjoining recipient 25 shut off. Immediately thereafter, the arm 18 of the body 17 presses the valve disk 6 of the ventilation valve from its seat 5. The valve housing 1 can now be ventilated through the adjustable nozzle 7, and oil ingress into the valve housing and into the further pumping system is prevented.

Nur durch Veränderung der einstellbaren Düse 7 hat man es in der Hand, den Druck im Ventilgehäuse den jeweiligen Erfordernissen anzupassen, ohne daßOnly by changing the adjustable nozzle 7 you have it in your hand, the pressure in the valve housing to adapt to the respective requirements without

an dem Verzögerungsrelais 14 eine Verstellung oder an der raschen Betätigungsfolge der beiden Ventile eine Veränderung vorgenommen werden muß.on the delay relay 14 an adjustment or on the rapid actuation sequence of the two valves a change needs to be made.

Im Diagramm der Abb. 2 sind zwei Kurvenzüge dargestellt, von denen die Kurve I den Druckverlauf im Hauptventilgehäuse bisher bekannter Einrichtungen vom atmosphärischen Druck P₁ ausgehend darstellt, während die Kurve II den Druckverlauf bei Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung erkennen läßt.In the diagram of Fig. 2, two curves are shown, of which curve I shows the pressure curve in the main valve housing of previously known devices starting from atmospheric pressure P ₁ , while curve II shows the pressure curve when using the device according to the invention.

Bisher mußte gemäß Kurve I bei A zur Zeit t_t gleichzeitig mit dem Einschalten der ÖUuftpumpe auch das Belüftungsventil geschlossen werden. Sobald der Druck p₂ bei B erreicht war, mußte der Rezipient bzw. die Hochvakuumpumpe zugeschaltet werden. Hierzu ist eine komplizierte teuere und störanfällige Steuereinrichtung für die beiden getrennt arbeitenden A'entile erforderlich, da ein zu frühes oder zu spätes Zuschalten im Punlct C bzw. D bei anderen eventuell für die Anlage schädlichen Drücken erfolgen würde.So far, according to curve I at A at time t _t , the ventilation valve had to be closed at the same time as the air pump was switched on. As soon as the pressure p _{2 was reached} at B , the recipient or the high vacuum pump had to be switched on. For this purpose, a complicated, expensive and failure-prone control device is required for the two separately working A 'valves, since switching on too early or too late in point C or D would occur at other pressures that may be harmful to the system.

Dies kann gemäß der Erfindung nicht eintreten. Im Punkt A (Kurve II) wird hierbei nur die ÖUuftpumpe eingeschaltet. Das Belüftungsventil mit der einstellbaren Düse ist noch unverändert offen. Die Düse ist so eingestellt, daß beim gewünschten Druck^₂ ein Gleichgewichtszustand zwischen dem durch die Düse einströmenden und dem durch die ÖUuftpumpe geförderten Gasstrom herrscht. Dieser Zustand ist bei dem PunktE erreicht, und von dort aus verläuft die Kurve horizontal. Bei E könnte nun frühestens das Belüftungsventil geschlossen und das Hauptventil zum Rezipienten bzw. zur Hochvakuumpumpe geöffnet werden. Da es aber auf Verzögerungen von wenigen Sekunden in den meisten Fällen nicht ankommt, legt man die beiden Ventilbetätigungen, die nunmehr mit einem immer konstanten sehr kleinem Zeitintervall (bedingt durch die Teleskopspindel) erfolgen können, auf einen späteren Zeitpunkt t_s bei dem Punkt F für die Schließung des Belüftungsventils und kurz darauf zur Zeit i₄ bei dem Punkt G für die öffnung des Hauptventils. Dies hat den Vorteil, daß beispielsweise bei geändertem Düsendurchlaß, also bei den mit II' (größere Düse) und IT" (kleinere Düse) bezeichneten Kurven auf jeden Fall die Ventile im horizontalen Teil der Kurve, nämlich nach Erreichung der Punkte E' und E", betätigt werden.According to the invention, this cannot occur. At point A (curve II) only the air pump is switched on. The ventilation valve with the adjustable nozzle is still open. The nozzle is set so that at the desired pressure ^ _{2 there is} a state of equilibrium between the gas flow flowing in through the nozzle and the gas flow conveyed by the air pump. This condition is reached at point E, and from there the curve is horizontal. At E , the ventilation valve could now be closed at the earliest and the main valve to the recipient or to the high vacuum pump could be opened. However, since delays of a few seconds are not important in most cases, the two valve actuations, which can now take place with an always constant, very small time interval (due to the telescopic spindle), are set to a later point in time t _s at point F for the closing of the ventilation valve and shortly thereafter at time i ₄ at point G for the opening of the main valve. This has the advantage that, for example, when the nozzle opening is changed, i.e. with the curves marked II '(larger nozzle) and IT "(smaller nozzle), the valves in the horizontal part of the curve, namely after points E' and E have been reached ", are operated.

Patentanspruch:Claim:

Automiatisches Schutzventil für Vakuum- oder Hochvakuumanlagen, bestehend aus einem Hauptventil zwischen mechanischer Pumpe und einem zu evakuierenden Raum oder Hochvakuumpumpe und einem zwischen mechanischer Pumpe und Hauptventil befindlichen Belüftungsventil, dadurch gekennzeichnet, daß das geöffnete Belüftungsventil (5, 6) einen einstellbaren Durchlaß (7) besitzt, das Hauptventil (8, 10) und das Belüftungsventil (5, 6) zu einer Einheit zusammengefaßt sind, daß nach dem Einschalten der mechanischen Pumpe (2) eine von dieser gesteuerte fest einstellbare Verzögerungseinrichtung (14) erst dann das Belüftungsventil (5, 6) schließt, wenn im Ventilgehäuse (1) ein aus Pumpenleistung und aus einstellbarem Belüftungsventildurchlaß (7) resultierender, für den Weiterbetrieb der Anlage günstiger Unterdruck mit Sicherheit erreicht ist, und das Belüftungsventil (5, 6) mit bekanntenAutomatic protection valve for vacuum or high vacuum systems, consisting of a main valve between mechanical pump and a room to be evacuated or a high vacuum pump and a ventilation valve located between the mechanical pump and the main valve, thereby characterized in that the open ventilation valve (5, 6) has an adjustable passage (7) possesses, the main valve (8, 10) and the ventilation valve (5, 6) combined into one unit are that after switching on the mechanical pump (2) one controlled by this fixed adjustable delay device (14) only closes the ventilation valve (5, 6) when in the valve housing (1) a pump output and an adjustable ventilation valve opening (7) the resulting negative pressure, which is favorable for the continued operation of the system, has been reached with certainty, and the ventilation valve (5, 6) with known ones