<Desc/Clms Page number 1>
Steuer- und Regeleinrichtung für die selbsttätige Einstellung des Betriebszustandes von Autoklaven
Beim Betrieb von Autoklaven, besonders bei Verfahren, die es erforderlich machen, wechselweise
Druck oder Vakuum im gleichen Gerät im Verlauf eines Prozesses anzuwenden, müssen Ventile gesteuert werden, welche die Druck- und Vakuumgrösse beeinflussen. Zum Beispiel werden Autoklaven im Verlauf eines Prozesses evakuiert und dann nach Bedarf mit verschiedenen Gasen beschickt. Die hiezu nötigen
Nachstellungen an Ventilen werden bisher in wenig wirtschaftlicherweise von Hand gemacht. Ein ande- res Beispiel ist ein Autoklav zur Durchführung eines Sterilisierprozesses. Auch hier müssen bestimmte Be- triebswerte zueinander inAbhängigkeit gebracht werden, z.
B. soll hier Dampf erst in den Autoklaven ein- strömen können, wenn ein bestimmtes Vakuum erreicht ist. Diese Vorgänge konnten bisher mit Kontakt- instrumenten erfasst werden, die aber für die rauhen Betriebe, in denen Dampf, Feuchtigkeit, Tempera- turen und nicht zuletzt Explosionsgefahr besteht, störanfällig und teuer sind.
Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Regelvorrichtung für die selbsttätige Einstellung des Betriebs- zustandes (Druck bzw. Vakuum) von Autoklaven und besteht im wesentlichen darin, dass der Autoklav mit einemArbeitskolben verbunden ist, der gegen eine steuerbareGegenkraft geschaltet ist und mit einem
Schieber in Eingriff steht, der unter Überwindung eines mechanisch elektrisch oder magnetisch einstellbaren Kippmomentes verschoben werden kann und den Autoklav abwechselnd über ein Ventil an eine Druckleitung und über ein Ventil an eine Vakuumpumpe anschliesst. Dabei ist es wesentlich, dass der
Schieber für die Steuerung der Ventile seine Bewegung nicht schleichend ausführt ; sondern einen Antrieb erhält, welcher das Schalten von einer Steuerstellung in die andere unter Überwindung eines einstellbaren Kippmomentes sprungartig vornimmt.
Durch Einstellung des Kippunktes kann man erreichen, dass die sprunghafte Schaltung durch den Schieber bei einem bestimmten Betriebszustand, z. B. bei einem vorbestimmten Vakuumwert im Autoklaven vor sich geht.
Die Zeichnung stellt in Fig. l ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Steuereinrichtung schematisch dar. Fig. 2 zeigt eine Einzelheit.
Der Autoklav l ist in üblicher Weise mit einer Dampfquelle 2 für den Dampf und einer Vakuumpumpe 3 für die Evakuierung, Trocknung und Absaugung des Dampfes ausgerüstet. In der Dampfzuleitung zum Autoklaven befindet sich ein Frischdampfventil 4 und zwischen Autoklaven und Vakuumpumpe ein Vakuumventil 5. Die Ventile 4 und 5, welche bisher in üblicher Weise von Hand oder auch elektrisch oder durch Nocken betätigt wurden, werden erfindungsgemäss durch ein fremdes Betriebsmittel (Vakuum) betrieben. Wird auf ein solches Ventil Vakuum gegeben, so zieht sich der Federkörper des Ventils zusammen und öffnet das Ventil. Bei Belüftung schliesst es. Diese Schaltvorgänge werden entsprechend dem Prozess durch einen Schieber vorgenommen.
Der Schiebeteil 6 ist hiefür besonders ausgebildet, indem er an die Vakuumpumpe angeschlossen ist, welche mit der Leitung 7 ständig Vakuum am Schieber bereithält. Bei Bewegung des Schiebers 8 wird Vakuum auf das Frischdampfventil 4 oder auf das Vakuumventil 5 gegeben. Der Schieber 8 kann zu diesem Zweck entweder von Hand oder auch mechanisch in Ab- hängigkeit von bestimmten Betriebszuständen geschaltet werden. Der Schieber 8 ist so gelagert, dass er beim Überschalten von der einen Stellung in die andere einen sogenannten Kippunkt besitzt. Erfindungs-
<Desc/Clms Page number 2>
gemäss ist ein bestimmtes Moment zur Überwindung des Kippunktes erforderlich. Dieses Moment kann ent- weder mechanisch oder auch elektromagnetisch erzeugt werden. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird dieses Moment beispielsweise permanentmagnetisch erzeugt.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, den Ablauf eines Prozesses nicht nur von Hand, sondern auch vollautomatisch nach einem Programm durchzuführen : HiefUr wird erfindungsgemäss der Schieber 8 durch einenArbeits-und Steuerkolben 9 angetrieben. Der Kolben 9 hat zwei getrennt wirkende Seiten. Der Ar- beitskolben 9a liegt am Autoklaven und registriert alle Vorgänge im Autoklaven. Bei Druck im Auto- klaven wird sich der Arbeitskolben 9a ausdehnen und dem Schieber 8 einen Schub erteilen, welcher das
Steuerorgan so vorschiebt, dass nach Ablauf der Dampfströmung durch den Autoklaven der Schieber 8 in die Evakuierungsstellung läuft. Wird der Autoklav unter Vakuum gesetzt, so wird der Arbeitskolben 9a eine Zusammenziehung erfahren und den Schieber 8 in der andern Richtung antreiben.
Unmittelbar mit dem Arbeitskolben 9a ist der Steuerkolben 9b gekuppelt. Dieser Steuerkolben ist mit einem Flüssigkeits- behälter 10 verbunden, so dass der Steuerkolben 9b ebenfalls mit dieser Flüssigkeit ausgefüllt ist. In die- ser Verbindung ist in Richtung zum Flüssigkeitsbehälter ein für den Rücklauf sperrendes Rückschlagventil 11 und eine Drossel 12 eingebaut ; parallel hiezu ein in Richtung Flüssigkeitsbehälter-Steuerkolben durchlas- sendes Rückschlagventil 13 und eine Drossel 14. Wird z. B. im Arbeitskolben 9a eine Ausdehnung re- gistriert, so versucht die Flüssigkeit aus dem Steuerkolben 9b über das Ventil 11 in den Flüssigkeitsbehäl- ter 10 zu gelangen.
Sie wird durch das Drosselorgan 12 derart gebremst, dass hiedurch die Verschiebung des Schiebers 8 zeitlich eingestellt werden kann. Über das Ventil 13 kann hiebei keine Flüssigkeit flie- ssen, da dies Rückschlagventil sperrt. Wenn der Arbeitskolben 9a für den Trocknungsvorgang unter Vakuum gesetzt wird, so erfährt der Steuerkolben 9b eine Ausdehnung. Hiedurch will Flüssigkeit aus dem Behäl- ter 10 über das Rückschlagventil 13 in den Steuerkolben zurückfliessen. Das Drosselorgan 14 bewirkt hier wiederum eine zeitliche Verzögerung, so dass der zeitliche Verlauf des Überschaltens des Schiebers 8 von diesem Drosselventil beeinflusst wird. Bei diesem Vorgang kann über das Rückschlagventil 11 keine Flüssigkeit zurückfliessen.
In der den Arbeitskolben 9a und den Autoklaven verbindenden Leitung ist ein Dreiwegehahn 15 eingebaut, welcher es ermöglicht, bei Handbetrieb des Schiebers 8 eine Trennung des Arbeitskolbens 9a vom Autoklaven 1 zu bewerkstelligen. Parallel zum Vakuumventil 5 ist eine Drossel 16 eingebaut, deren Aufgabe es ist, ständig einen bestimmten Durchgangsquerschnitt für das Durchströmen einer bestimmten Dampfmenge bereitzuhalten, auch wenn das Vakuumventil 5 während der Dampfströmung geschlossen bleibt. Vorzugsweise besteht die Drossel aus einem porösen Sinterwerkstoff.
'Die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung ist wie folgt. Die Einrichtung wird durch einen Druckknopf zum Betrieb der Vakuumpumpe eingeschaltet. Nachdem das Vakuum an der Pumpe einen Wert von etwa 80% erreicht hat und der Schieber 8 auf Vakuumstellung steht, erhält das Vakuumventil 5 einen Antrieb und öffnet. Es wird die Luft aus dem Autoklaven abgesaugt. Hiebei steht das Ventil 15 auf automatischen Betrieb, der Arbeitskolben 9a erfährt eine Zusammenziehung und treibt den Schieber 8 in der Richtung-an, um das Vakuum für das Vakuumventil5 aufzuheben und das Frischdampfventil 4 durch Vakuum zu öffnen. Der hiebei zu überwindende Kippunkt wird durch ein Gegenmoment derart eingestellt, dass dieses Moment überwunden werden kann, wenn die Kraft des Arbeitskolbens 9a auf den Mitnehmer am Schieber 8 so gross ist, dass einüberschalten möglich wird.
Die Kraft am Arbeitskolben 9a entspricht dann einem Vakuum von z. B. ggeo. Nachdem der Schieber 8 in die Dampfstellung gebracht ist, erhält das Frischdampfventil4 Vakuum und öffnet, wobei Dampf in denAutoklaven einströmt, während das Vakuumventil 5 schliesst. Die Drossel 16 lässt so viel Dampf durch als zum Sterilisierprozess nötig ist. Der Vorteil einer solchen Drossel besteht darin, dass das Vakuumventil 5 lediglich eine Auf-Zu-Bewegung ausübt.
Hiebei wird vermieden, dass hohe Dampfgeschwindigkeiten in der sehr eng eingestellten Ventilquerschnittsöffnung die Lebensdauer der Sitzflächen des Ventils herabsetzen. Die Dampfzeit wird durch den Steuerkolben 9b geregelt, indem die Zusammenziehung des Steuerkolbens 9b mit seiner Flüssigkeit über die Drossel 12 von ihrem Drosselquerschnitt abhängig gemacht wird. Das gleiche Spiel ergibt sich beim Zurückschalten in die Trocknungsstellung des Schiebers 8, in welcher die Drossel 14 wirksam wird. Das Ende der Trocknungsphase wird dadurch herbeigeführt, dass der Schieber 8 in seiner Endstellung das Schaltschütz der Vakuumpumpe 3 betätigt und die Pumpe stillsetzt.
Während beim Beispiel nach Fig. l Ventile verwendet werden, welche durch ein fremdes Betriebsmittel angetrieben sind, kann als Betriebsmittel Vakuum Verwendung finden.
Fig. 2 zeigt eine Konstruktion, bei der der Vakuumantrieb und der unter Druck stehende Ventilschaft sich nicht beeinflussen, ferner den Ventilschaft so gegen die äussere Atmosphäre sichern, dass das durch das Ventil strömende Medium vollständig reibungslos nach aussen abgedichtet ist.
In einem Ventilgehäuse 17 mit einem Sitz, wird das Ventil 18 durch eine Feder 19 in der Strömungs-
<Desc/Clms Page number 3>
richtung des Mediums auf den Sitz gepresst, wie durch den Pfeil angedeutet. Der Ventilschaft 20 ist durch das Ventilgehäuse 17 nach aussen hindurchgeführt. Er wird umschlossen von einem Ventiloberteil 21, welches durcn zwei Federkörper in zwei voneinander getrennte Räume unterteilt ist. Der innere Raum 21a nimmt den Ventilschaft 20 auf, welcher am Ende gegen eine Abschlussplatte 22 liegt. Der äussere Raum 21b wird mit einer Leitung 23 an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Die Leitung kann wahlweise unter Vakuum stehen oder belüftet werden.
Die Funktion dieses Ventils ist folgende :
ImRuhezustand drückt die Feder 19 und das Medium den Ventilkegel 18 auf den Sitz und schliesst das Ventil, wie gezeichnet. Soll nun über eine bestimmte Zeit das Ventil 18 geöffnet werden, so wird der äussere Raum 21b des Ventiloberteiles 21 evakuiert. Die auf die Abschlussplatte 22 wirkende Kraft, wel- che auf den Ventilschaft 20 wirkt und das Ventil 18 öffnet, ist die Kraft aus dem Produkt Fläche x kg/cm".
Bei Belüftung der Leitung 23 zur Vakuumpumpe wird die Kraft aufgehoben und das Ventil 18 geht in die
Schliessstellung zurück. Das Ventil öffnet sich erst, wenn ein bestimmter Unterdruck im äusseren Raum 21b desVentiloberteiles 21 eingetreten ist. Diese Kraft muss so gross sein, dass sie die Gegenkraft am Ventil 18 überwindet. Dies kann zur Steuerung des Ventils bei bestimmten Betriebsgrössen vorteilhaft sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steuer- und Regelvorrichtung für die selbsttätige Einstellung des Betriebszustandes (Druck und Vakuum) von Autoklaven, dadurch gekennzeichnet, dass der Autoklav (1) mit einem Arbeitskolben (9, 9a) verbunden ist, der gegen eine steuerbare Gegenkraft (9b) geschaltet ist und mit einem Schieber (8,6) in Eingriff steht, der unter Überwindung eines mechanisch elektrisch oder magnetisch einstellbaren Kippmomentes verschoben werden kann und den Autoklav abwechselnd über ein Ventil (4) an eine Druckleitung (2) und über ein Ventil (5) an eine Vakuumpumpe (3) anschliesst.