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Steuerung eines Dreiwegehahnes, insbesondere für mehrstufige Pumpanlagen
Anlagen mit einem mehrstufigen Pumpenaggregat erfordern zur Umschaltung auf diese
einzelnen Stufen Dreiwegehähne. Besonders bei Hochvaktiumpumpanlagen, welche beispielsweise
mit einer Vorvakuumpumpe und einer Hochvakuumpumpe ausgerüstet sind, finden solche
Dreiwegehähne zum Umschalten des Pumpvorganges Anwendung. Der Dreiwegehahn hat dort
die Aufgabe, die Anlage auf das Auspumpen des Rezipienten auf Vorvakuuin oder auf
Hochvakuum umzuschalten oder aber die Vorvakuumpumpe oder den Rezipienten von dein
übrigen Aggregat zu trennen.
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Dem Wesen einer solchen Anlage entsprechend wird bei Abschluß der
Vorvakuumpumpe dieselbe stillgesetzt, während die Hochvakuumpumpe weiter in Tätigkeit
bleibt. Der Dreiwegehahn darf daher von seiner Schließstellung nicht eher in die
die beiden Pumpen kuppelnde Stellung oder in die die \`or\-al.:uuml)uinl>e mit dem
Rezipienten kuppelnde Stellung gebracht werden, bevor nicht die Vorvakuumpumpe wieder
in Betrieb genommen wurde.
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Steuerungen, welche es ermöglichen, solche Drei-\vegehähne einfach
und betriebssicher zu bedienen, sind daher unerläßlich. Die bisher hierfür bekannten
Steuerungen bedienen sich für die Umschaltung in die einzelnen Betriebsstellungen
mehrerer Steuervorgänge und tragen den genannten Forderungen nicht genügend oder
nur unter Auf-,vendung erheblicher technischer Mittel Rechnung.
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Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Steuerung für einen
Dreiwegehalln . zu schaffen, welche mit einem \l inimum an Aufwand die sichere und
einfache Bedienung des Dreiwegehahnes ermöglicht. Als Ausgangspunkt gilt folgende
Anordnung
der Hahnstellungen: Die Mittelstellung ist Ruhestellung
und Schließstellung. Zu dieser Mittelstellung sind die beiden Endstellungen, nämlich
die Verbindung des Rezipienten mit der Vorvakuumpumpe einerseits und die Verbindung
der Vorvakuumpumpe mit der Hochvakuumpumpe andererseits, entgegengesetzt angeordnet,
d. h. zwischen den beiden Endstellungen liegt die Mittelstellung.
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Erfindungsgemäß sorgt ein von äußerer Energiezufuhr unabhängiges Rückstellglied
oder -gliederpaar für die selbsttätige Schaltung des Dreiwegeliahnes in die Mittelstellung.
Die Endstellungen werden durch je einen Stellmotor, beispielsweise einen Elektromagnet,
der die Stellkraft des Rückstellgliedes zu überwinden vermag, geschaltet. Die beiden
Stellmotoren können auch durch einen in zwei Richtungen wirkenden Doppelstellmotor
ersetzt werden.
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Das Umsteuern des Dreiwegehahnes von einer Endstellung in die andere
erfordert naturgemäß eine gewisse Zeit. Um zu vermeiden, daß bei diesem Umsteuern
der zweite Stellmotor die Steuerenergie, z. B. den elektrischen Strom, vor endgültigem
Abfall des ersten Stellmotors erhält, d. h. bevor bei dem Dreiwegehahn die Mittelstellung
passiert wird, erhält erfindungsgemäß jeder der Stellmotoren ein Sperrglied, z.
B. einen Sperrschalter, welches von dem Stellmotor so gesteuert wird, daß es dem
anderen Stellmotor erst dann die Steuerenergie, z. B: den elektrischen Strom erteilt,
wenn bei dem Dreiwegehahn die Mittelstellung erreicht ist. Sind also die Stellmotoren
Elektromagnete, so erhält jeder dieser einen Sperrschalter, mit welchem der andere
Elektromagnet so lange ausgeschaltet bleibt, bis der eine ganz abgefallen ist, d.
h. der Dreiwegehahn in Mittelstellung gelangte.
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Vor der Umsteuerung des Dreiwegehahnes von der Mittelstellung in eine
oder jede der Endstellungen muß nach Vorgesagtem beachtet werden, daß die etwa außer
Betrieb gesetzte Vorvakuumpumpe erst wieder in Betrieb gesetzt werden muß. Diese
Bedingung erfordert deshalb im allgemeinen zwei aufeinanderfolgende Steuervorgänge.
Um aber diese Steuerung auf einmalige einfache Schaltvorgänge zu reduzieren, ist
vor einen oder jeden der Stellmotoren ein Verzögerungsglied geschaltet. Dies bewirkt,
daß mit Einleitung der Umsteuerung erst die Vorvakuumpumpe in Betrieb gesetzt wird
und nach einer angemessenen Zeitspanne die Umsteuerung des Dreiwegehahnes in eine
der Endstellungen erfolgt.
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Im folgenden sei eine beispielsweise Ausführung der Erfindung beschrieben:
Die Steuerung dient der Handhabung des Dreiwegehahnes 4 einer Hochvakuumpumpanlage,
welcher einerseits die Hochvakuumpumpe i mit der Vorvakuumpumpe 2 und andererseits
die Vorvakuumpumpe 2 mit dem Rezipienten 3 verbinden soll oder aber die Vorvakuumpumpe
2 von der übrigen Anlage abschließen soll.
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Fig. i zeigt die schematische Darstellung einer üblichen Hochvakuumpumpanlage.
In der gezeichneten Stellung des Dreiwegehahnes 4 ist der Rezipient 3 mit
-der Hochvakuumpumpe i und diese über den Dreiwegehahn .4 mit der Vorvakuumpumpe
2 verbunden. Dies ist eine der beiden Endstellungen.
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Fig.2 stellt die Mittel- bzw. Ruhestellung des Dreiwegehahnes i dar.
In dieser Schließstellung ist die Vorvakuumpumpe 2 von der übrigen Anlage abgeschlossen
und im allgemeinen außer Betrieb gesetzt. In dieser Stellung pumpt die Hochvakuumpumpe
i in das Ausgleichsgefäß 5 hinein.
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Fig. 3 zeigt die zweite Endstellung, in welcher der Rezipient 3 mit
der Vorvakuumpumpe 2 .verbunden ist und somit denselben auf Vorvakuum pumpt. Hierbei
ist der Haupthahn 6 geschlossen.
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Die Umschaltung des Hahnkükens des Dreiwegehahnes 4 geschieht durch
folgende Beispielsweise in Fig. 4 schematisch dargestellte Anordnung. Mit dem Hahnküken
des Dreiwegehahnes :4 ist das Kettenrad 7 fest verbunden. Das Kettenrad 7 besitzt
drei Rastenkerben 8, in welche jeweils die Raste 9 von der Rastenfeder 1o gedrückt
wird. Über das Kettenrad 7 läuft die Kette i i, an deren Enden die Ankerbolzen 12,
13 befestigt sind. An den Ankerbolzen 12, 13 sind die Federteller 16 bzw. 17 sowie
die Anker 18, i9 befestigt. Die freien Enden der Ankerbolzen 12, 13 sind durch das
über eine Rolle 21 geführte Seil 20 so verbunden, daß die gesamte Anordnung formschlüssig
wird. Die beiden Elektromagnete 14 und 15 sind die Stellmotoren. Sie können auch
durch einen Doppelmagnet mit zwei entgegengesetzt gerichteten Kraftwirkungen ersetzt
werden. Die Ankerbolzen 12, 13 tragen Schaltnasen zum Betätigen der Sperrschalter
26, 27, hier Kippschalter. Die Federteller 16 und 17 liegen auf den Rückstellfedern
22, 23, welche sich in Mittelstellung des Dreiwegehalines :4 in Gleichgewicht befinden
und sich auf die Gehäuse 24, 25 der Elektromagnete 14, 15 abstützen. Fig. 4 zeigt
die Mittelstellung des Dreiwegehalines .4.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung der Stellmotoren im beschriebenen
Anwendungsbeispiel durch die Elektromagnete 14, 15 nach dem in Fig. 5 dargestellten
Schaltbild. Das Sperrglied, hier der Sperrschalter 26, wird bei Anziehen des einen
Stellmotors, hier des Elektromagnets 14, von diesem in Sperrstellung gebracht, hier
ausgeschaltet. Der Sperrschalter 27 wird sinngemäß bei Anziehen des Elektromagneten
15 ausgeschaltet. Das Verzögerungsglied, hier das Verzögerungsrelais 31, ist vor
den zweiten Stellmotor, den Elektromagnet 15, geschaltet. Die für die Umschaltung
des Dreiwegehahnes 4 nötigen Steuerglieder sind hier die Steuerschalter 28, 29,
welche auch durch einen Umschalter ersetzt werden können und gleichzeitig den Antrieb
der Vorvakuunipumpe 2 steuern, indem sie zwangsläufig mit den Schaltern 33, 34 verbunden
sind, über welche der Antrieb der Vorvakuumpumpe 2 Spannung erhält.
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Die Funktion der beispielsweisen Xusführung der Steuerung für den
Dreiwegehahn 4 ist folgende: Bei Spannungslosigkeit der Batterie 32 erhält
keiner der Elektromagnete 14, 15 Spannung, der Dreiwegehahn 4 befindet sich daher
in Ruhestellung, d. h. in Schließstellung, wodurch die hydraulische
oder
pneumatische Verbindung der Vorvakuumpumpe 2 mit dem übrigen Aggregat verschlossen
ist. Die Stellung des Hahnkükens zeigt Fig. 2. Wird das Aggregat in Betrieb genommen,
d. h. liefert die Batterie 32 Spannung, und wird z. B. der Steuerschalter 28 geschlossen,
so bewirkt dies folgendes: i. Die Vorvakuumpumpe 2 erhält durch den zwangsweise
mit dem Steuerschalter 28 gekuppelten Schalter 33 Spannung und wird dadurch in Tätigkeit
gesetzt, und 2. der Elekromagnet i4 erhält über den geschlossenen Sperrschalter
27 Spannung, spricht an schaltet über die Kette i i und das Kettenrad 7 unter Überwindung
der Rastkraft der Raste g und unter Zusammendrückung der Rückstellfeder 22 das Hahnküken
in die gewünschte Stellung, wie sie in Fig.3 dargestellt ist. Dabei ist der Haupthahn
6 geschlossen. Nunmehr beginnt die Vorvakuumpumpe 2 über den Dreiwegehahn 4 den
Rezipienten 3 auf Vorvakuum zu pumpen.
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Inzwischen wird die Hochvakuumpumpe i in nicht dargestellter Weise
in Betrieb genommen. Ist das vorgeschriebene Vorvakuum im Rezipienten 3 erreicht,
so wird der Steuerschalter 28 ausgeschaltet und gleichzeitig der Steuerschalter
29 eingeschaltet. Diese beiden Maßnahmen können durch bekannte Mittel gemeinsam
erfolgen. Hierdurch wird folgendes bewirkt: i. Die Vorvakuumpumpe 2 erhält durch
den zwangsläufig mit dem Steuerschalter 29 verbundenen Schalter 34 Spannung und
bleibt weiter in Tätigkeit, und 2. der Elektromagnet 14 fällt ab, die Rückstellfeder
22 zieht über den Ankerbolzen 12, das Seil 2o, den Ankerbolzen 13 und die Kette
ii sowie unter Überwindung der Rastkraft der Raste 9 durch Drehung des Kettenrades
7 das Hahnküken in die Nullstellung zurück. In diesem Augenblick schließt sich der
Sperrschalter 26, und der Elektromagnet 15 erhält über das Verzögerungsrelais
31 Spannung. Dadurch spricht dieser verzögert an und schaltet sinngemäß, wie vorher
bei dem Elektromagnet 14 beschrieben, den Dreiwegehahn 4 weiter in die in Fig. i
dargestellte Lage. Gleichzeitig wird der Haupthahn 6 in nicht dargestellter Weise
geöffnet. Nunmehr wird der Rezipient 3 von der Hochvakuumpumpe i weiter auf Hochvakuum
gepumpt und die Vorvakuumpumpe 2 ist dahintergeschaltet, d. h. sie pumpt ihrerseits
die Hochvakuumpumpe i auf Vorvakuum.
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Soll nun während des Betriebes aus bestimmten hier nicht näher beschriebenen
Gründen die Vorvakuumpumpe 2 abgeschaltet werden, die Hochvakuumpumpe i aber weiter
in Betrieb bleiben, so wird der Steuerschalter 29 ausgeschaltet. Mithin geschieht
folgendes: i. Der Elektromagnet 15 fällt ab und schaltet sinngemäß wie in der bei
Elektromagnet 14 vorher beschriebenen Weise durch Entspannen der Rückholfeder 23
den Dreiwegehahn 4 in Ruhestellung, wie in Fig. 2 dargestellt ist; 2. die Vorvakuumpumpe
2 wird stillgestezt; 3. die Hochvakuumpumpe i pumpt weiter den Rezipienten 3 aus
und in das Ausgleichsgefäß 5 hinein.
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Aus dieser Betriebsstellung kann nun beispielsweise durch Betätigung
des Steuerschalters 29 wieder der Betriebszustand, den Fig. i darstellt, in bereits
oben beschriebener Weise hergestellt werden, wobei zuerst die Vorvakuumpumpe 2 in
Betrieb genommen wird und nach einer angemessenen Verzögerung der Elektromagnet
15 den Dreiwegehalin 4 in die in Fig. i gezeichnete Stellung schaltet. Bei Spannungsabfall
infolge Betriebsstörung wird nach Vorgesagtem der Dreiwegehahn 4 selbsttätig in
Ruhestellung geschaltet, wodurch Betriebsschäden der Anlage vermieden werden.