Automatische Steuereinrichtung für einen Autoklaven
Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Steuereinrichtung für einen Autoklaven, bei der Druckänderungen im Autoklaven auf ein unter dem Einfluss des Innendruckes im Autoklaven stehendes Steuerorgan übertragen werden, das ein durch den Eingangsdruck bewegtes Element aufweist.
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 das Gerät entweder auf Druck oder Vakuum umschalten. Zum Beispiel werden Autoklaven im Verlauf eines Prozesses evakuiert und nach Bedarf mit Gasen beschickt. Die hierfür nötigen Nachstellungen an Ventilen werden bisher von Hand durchgeführt. Ein Beispiel ist ein Autoklav zur Durchführung eines Sterilisierprozesses. Hier müssen bestimmte Betriebswerte zueinander in Abhängigkeit gebracht werden, z. B. soll Dampf erst in den Autoklaven einströmen können, wenn ein bestimmtes Vakuum erreicht ist.
Diese Vorgänge konnten bisher mit Kontaktinstrumenten erfasst werden, die aber für die rauhen Betriebe, in denen Dampf, Feuchtigkeit, Temperaturen und nicht zuletzt Explosionsgefahr besteht, störanfällig und teuer sind.
Bei allen derartigen Prozessen handelt es sich darum, einen sehr genauen Vakuum- oder Druckwert zu erfassen, um dann eine schnelle Umschaltung von dem einen Zustand auf den anderen automatisch durchzuführen.
Erfindungsgemäss wirkt im Steuerorgan eine Gegenkraft auf das bewegte Element, welches die Bewegungsgeschwindigkeit dieses Elementes beeinflusst, das die Beaufschlagung des Innenraumes des Autoklaven derart steuert, dass dieser Raum abwechselnd unter Druck und Vakuum steht
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Schieber vorgesehen, auf den die Bewegung des durch den Eingangsdruck bewegten Elementes übertragen wird. Dabei steuert der Schieber vorteilhaft ein Betriebsmittel, z. B. ein Vakuumbetriebsmittel, das abwechselnd zwei zur Beaufschlagung des Autoklaven dienende Ventile beeinflusst.
In einer Ausführungsform besitzt der Schieber in seinen Steuerstellungen eine Verrastung, welche mechanisch, elektrisch oder magntetisch ist und eingestellt werden kann.
Die Gegenkraft wirkt vorteilhaft durch Veränderung des Volumens eines zum Teil von dem bewegten Element begrenzten, mit einer Flüssigkeit beaufschlagten Raumes des Steuerorgans und ist durch eine Drossel einstellbar.
Ein besonderes Merkmal der beschriebenen Ausführung liegt darin, dass der Schieber für die Steuerung der Ventile seine Bewegung nicht schleichend ausführt, sondern einen Antrieb erhält, der ein sprungartiges Schalten von einer Steuerstellung in die andere bewirkt. Dabei lässt sich der Kippunkt in dieser Sprungschaltung so einregeln, dass er nur bei einem bestimmten Vakuumwert überfahren werden kann.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform besitzen die Ventile zur Beaufschlagung des Autoklaven einen Federhohlkörper mit einer inneren und äusseren Kammer, dessen innere Kammer den Schaft eines federnd beeinflussten Ventilkörpers umschliesst, welcher durch abwechselndes Evakuieren und Lüften der äusseren Kammer gesteuert wird.
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Zeichnungen enthalten lediglich schematische Darstellungen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung für einen Autoklaven,
Fig. 2 die Seitenansicht eines Ventiles im Schnitt.
Der Autoklav 1 ist in üblicher Weise mit einer Dampfquelle 2 für den Dampf und einer Vakuumpumpe 3 für die Evakuierung, das heisst die Absaugung, des Dampfes ausgerüstet. In der Dampfzuleitung zum Autoklaven befindet sich ein Frischdampfventil 4 und zwischen dem Autoklaven und der Vakuumpumpe ein Vakuumventil 5. Die Ventile 4 und 5 werden durch 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 ein Schieberventil 6/8 gesteuert. Der Schieberventilblock 6 ist hierfür besonders ausgebildet, indem er an die Vakuumpumpe angeschlossen ist, welche durch die Leitung 7 ständig Vakuum am Schieber bereithält.
Bei Bewegung des Schiebers 8 wird Vakuum auf das Frischdampfventil 4 (Lage wie gezeichnet) oder auf das Vakuumventil 5 (Verschiebung nach rechts) gegeben. Der Schieber 8 kann zu diesem Zweck entweder von Hand oder auch mechanisch in Abhängigkeit 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 überschreitet. Zur Überwindung des Kipppunktes ist eine bestimmte Kraft erforderlich. Diese kann entweder mechanisch oder auch elektromagnetisch erzeugt werden. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird diese Kraft beispielsweise permanentmagnetisch erzeugt, indem der Teil 8. einen eisengeschlossenen Permanentmagneten enthält und der Teil 6 in der gleichen Weise ausgerüstet ist.
Hierbei sind die Magnete mit ihren Nordpolen gegeneinander gerichtet.
Zweck der beschriebenen Ausführung ist es, den Ablauf eines Prozesses nicht nur von Hand, son dem auch vollautomatisch nach einem Programm durchzuführen. Hierfür wird der Schieber 8 durch einen Arbeits- und Steuerkolben 9 angetrieben, welcher das durch den Eingangs druck bewegte Element darstellt.
Der Kolben 9 hat zwei getrennt wirkende Seiten, die teilweise je einen Raum 9a und 9b des Steuerorgans begrenzen. Weitere Wandteile der Räume werden von Bälgen gebildet. Der Raum 9a liegt am Autoklaven und registriert alle Vorgänge in demselben. Bei Druck in dem Autoklaven wird sich der Raum 9a ausdehnen und vermittels des Kolbens 9 dem Schieber 8 einen Schub erteilen. Übersteigt die Schubkraft die vorher genannte Kraft am Schieber 8, so bewegt sich dieser sprungartig in seine Endstellung. In dieser Endstellung wird das Ventil 4 vom Vakuum getrennt und schliesst, während das Vakuumventil 5 an Vakuum gelegt wird und öffnet.
Der gleiche Vorgang wiederholt sich in entgegengesetzter Richtung, wen sich der Raum 9a zusammenzieht und der Schieber 8 in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird. Unmittelbar neben dem Raum 9a ist der Raum 9b. Dieser ist mit einem Flüssigkeitsbehälter 10 unter Zwischenschaltung von Rückschlagventilen 11 und 13 und hydraulischen Drosseln 12 und 14 verbunden.
Das Rückschlagventil 13 lässt in der Richtung von dem Flüssigkeitsbehälter zum Raum 9b durch, während das Rückschlagventil 11, welches mit seiner Drossel 12 zu der Verbindung mit dem Ventil 13 und der Drossel 14 parallel geschaltet ist, in dieser Richtung sperrt. Erfährt z. B. der Raum 9a eine Ausdehnung, so versucht die Flüssigkeit aus dem Raum 9b über das Ventil 11 in den Flüssigkeitsbehälter 10 zu gelangen. Sie wird durch das Drosselorgan 12 derart gebremst, dass hierdurch die Verschiebung des Schiebers 8 zeitlich eingestellt werden kann. Über das Ventil 13 kann hierbei keine Flüssigkeit fliessen, da dies Rückschlagventil sperrt. Wenn der Raum 9a für den Trocknungsvorgang unter Vakuum gesetzt wird, dehnt sich der Raum 9b aus, so dass die Flüssigkeit bestrebt ist, aus dem Behälter 10 über das Rückschlagventil 13 in den Raum zurückzufliessen.
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.
Mit dem Ventil 15 kann der Raum 9a vom Autoklaven getrennt werden, um dann den Schieber 8 von Hand betätigen zu können. Parallel zum Vakuumventil 5 ist eine Drossel 16 eingebaut, deren Aufgabe es ist, ständig eine bestimmte Dampfmenge durchzulassen, auch wenn das Vakuumventil 5 während der Dampfströmung geschlossen bleibt.
Vorzugsweise besteht die Drossel aus einem porösen Sinterwerkstoff.
Die Wirkungsweise der vorliegenden Einrichtung ist folgende: Die Einrichtung wird durch einen Druckknopf zum Betrieb der Vakuumpumpe eingeschaltet. Nachdem das Vakuum an der Pumpe einen Wert von etwa 800/e erreicht hat und der Schieber 8 links auf Vakuumstellung steht, erhält das Vakuumventil 5 einen Antrieb und öffnet. Es wird die Luft aus dem Autoklaven abgesaugt. Hierbei steht das Ventil 15 auf automatischem Betrieb, das heisst in Offenstellung, der Raum 9a wird zusammengezogen und treibt den Schieber 9 in der Richtung an, um das Vakuum für das Vakuumventil 5 abzuschalten und das Frischdampfventil 4 durch Vakuum zu öffnen.
Der hierbeli zu überwindende Kippunkt wird durch eine Gegenkraft derart eingestellt, dass diese überwunden werden kann, wenn die Kraft des expandierbaren Raumes 9a auf den Mitnehmer am Schieber 8 so gross ist, dass ein Überschalten möglich wird. Die Kraft im Raum 9a entspricht dann einem Vakuum von z. B. 95 O/o. Nachdem der Schieber 8 in die Dampfstellung gebracht ist, erhält das Frischdampfventil 4 Vakuum und öffnet, wobei Dampf in den Autoklaven einströmt, während das Vakuumventil 5 schliesst. Die Drossel 16 lässt so viel Dampf durch, als z. B. zu einem Sterilisierprozess nötig ist. Der Vorteil einer solchen Drossel besteht darin, dass das Vakuumventil 5 lediglich eine Auf Zu-Bewegung ausübt. Hierbei wird vermieden, dass hohe Dampfgeschwindigkeiten in der sehr eng eingestellten Ventilquerschnittsöffnung die Lebensdauer der Sitzflächen des Ventils herabsetzen.
Die Dampfzeit wird durch den Raum 9b geregelt, indem die Zusammendrückung des Raumes 9b mit seiner Flüssigkeit von dem Drosselquerschnitt der Drossel 12 abhängig gemacht wird. Das gleiche Spiel ergibt sich beim Zurückschalten in die Evakuierungsstellung des Schiebers 8, in welcher die Drossel 14 wirksam wird. Das Ende der Vakuumphase wird dadurch herbeigeführt, dass der Schieber 8 in seiner Endstellung das Schaltschütz der Vakuumpumpe 3 betätigt und die Pumpe stillsetzt.
Beim Beispiel nach Fig. 1 können auch Ventile verwendet werden, welche durch ein fremdes Betriebsmittel angetrieben sind, statt dass das vorhandene Vakuum Verwendung findet.
Fig. 2 zeigt eine Konstruktion, bei der der Vakuumantrieb und der unter Druck stehende Ventilschaft sich nicht beeinflussen und der Ventilschaft so gegen die äussere Atmosphäre gesichert ist, dass das durch das Ventil strömende Medium vollständig reibungslos nach aussen abgedichtet ist.
In einem Ventilgehäuse 17 mit einem Sitz wird der Ventilkörper 18 durch eine Feder 19 in der Strömungsrichtung des Mediums auf den Sitz gepresst, wie durch den Pfeil angedeutet. Der Ventilschaft 20 ist durch das Ventilgehäuse 17 nach aussen hindurchgeführt. Er wird von einem Federhohlkörper 21 umschlossen, welcher durch zwei Federkörper in zwei voneinander getrennte Kammern unterteilt ist. Die innere Kammer 21a nimmt den Ventilschaft 20 auf, welcher vor einer Abschlussplatte 22 endet.
Die äussere Kammer 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:
Im Ruhezustand drückt die Feder 19 und das Medium den Ventilkörper 18 auf den Sitz und schliesst das Ventil, wie gezeichnet. Soll nun über eine bestimmte Zeit der Ventilkörper 18 abgehoben werden, so wird die äussere Kammer 21b des Federhohlkörpers 21 evakuiert. Die auf die Abschlussplatte 22 wirkende Kraft, welche auf den Ventilschaft 20 wirkt und den Ventilkörper 18 abhebt, ist die Kraft aus dem Produkt Fläche X kg/cm2.
Bei Belüftung der Leitung 23 zur Vakuumpumpe wird die Kraft aufgehoben und der Ventilkörper 18 geht in die Schliessstellung zurück. Das Ventil öffnet sich erst, wenn ein bestimmter Unterdruck in der äusseren Kammer 21b des Federhohlkörpers 21 eingetreten ist. Diese Kraft muss so gross sein, dass sie die Gegenkraft am Ventilkörper 18 überwindet.
Dies kann zur Steuerung des Ventils bei bestimmten Betriebsgrössen vorteilhaft sein.