DE102020202434A1

DE102020202434A1 - Ventilvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102020202434A1
Application number: DE102020202434.0A
Authority: DE
Inventors: Mario Müller
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung (1), umfassend: ein Quetschventil (2) mit einem elastischen Ventilglied (3) und einer das Ventilglied kontaktierenden Quetschanordnung (4) zum Quetschen des Ventilglieds (3), eine Sensoreinrichtung (11), die ausgebildet ist, eine Position und/oder Bewegung der Quetschanordnung (4) zu erfassen, und eine Steuereinrichtung (5), die ausgebildet ist, auf Basis der erfassten Position und/oder Bewegung einen Verschleißzustand des Ventilglieds (3) zu erkennen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, umfassend ein Quetschventil mit einem elastischen Ventilglied und einer das Ventilglied kontaktierenden Quetschanordnung zum Quetschen des Ventilglieds. Das Ventilglied ist beispielsweise schlauchförmig ausgeführt und kann durch das Quetschen mittels der Quetschanordnung und einer dadurch bewirkten Formänderung des Ventilglieds von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand versetzt werden. Das Ventilglied ist beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt. Die Ventilvorrichtung umfasst ferner eine Sensoreinrichtung, die ausgebildet ist, eine Position und/oder Bewegung der Quetschanordnung zu erfassen. Die erfasste Position und/oder Bewegung wird beispielsweise von einer Steuereinrichtung dazu verwendet, zu erkennen, dass sich das Ventilglied in dem offenen Zustand oder in dem geschlossenen Zustand befindet und eine Zustandsinformation bereitzustellen, die anzeigt, ob sich das Ventilglied in dem offenen Zustand oder in dem geschlossenen Zustand befindet.
Aufgrund von Chargenschwankungen im Rohmaterial (beispielsweise Elastomer) des Ventilglieds kann es schwierig sein, für das Quetschventil eine Lebensdauer zu prognostizieren. In der Regel wird das Quetschventil daher solange eingesetzt, bis es ausfällt, also bis es beispielsweise nicht mehr vollständig öffnet oder vollständig schließt. Fällt das Quetschventil aus, so wird es durch den Anwender ersetzt. Ein Ausfall des Quetschventils ist ungünstig für den Anwender, weil ein solcher Ausfall zu einer Unterbrechung eines Prozesses, beispielsweise eines Fertigungsprozesses oder eines Abfüllprozesses, führen kann.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventilvorrichtung bereitzustellen, mit der das Risiko für Unterbrechungen, die durch einen Ausfall eines Quetschventils verursacht werden, reduziert werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilvorrichtung gemäß Anspruch 1. Die Ventilvorrichtung umfasst eine/die Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, auf Basis der erfassten Position und/oder Bewegung der Quetschanordnung einen Verschleißzustand des Ventilglieds zu erkennen.
Bevor es zu einem Ausfall des Quetschventils kommt, verändert sich das Material des elastischen Ventilglieds. Beispielsweise ändert sich die Dicke des Ventilglieds insbesondere an derjenigen Stelle, an der die Quetschanordnung das Ventilglied kontaktiert. Exemplarisch wird das Ventilglied an dieser Stelle dünner. Beispielsweise relaxiert das aus Elastomer gefertigte Ventilglied. Insbesondere kann es durch die Veränderung des Materials des Ventilglieds zu einer veränderten Elastizität des Ventilglieds kommen. Die Materialveränderung des Ventilglieds (die insbesondere als Indikator für einen bevorstehenden Ausfall dient), wirkt sich auf die Position und/oder Bewegung der Quetschanordnung 4 aus und kann daher auf Basis der erfassten Position und/oder Bewegung erkannt werden. Auf Basis der erfassten Position und/oder Bewegung der Quetschanordnung 4 kann folglich auf den Verschleißzustand des Ventilglieds geschlossen werden. Anhand des erkannten Verschleißzustands kann ein Wechsel des Quetschventils eingeplant werden, bevor das Quetschventil ausfällt, so dass das Risiko einer Unterbrechung, die durch einen Ausfall des Quetschventils verursacht wird, reduziert werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, auf Basis des erfassten Verschleißzustands eine Verschleißinformation, eine Wartungs-Aufforderung und/oder eine Lebensdauerprognose bereitzustellen. Die Verschleißinformation zeigt beispielsweise einen Verschleißgrad des Ventilglieds an. Die Wartungs-Aufforderung ist beispielweise eine Aufforderung an einen Anwender, das Quetschventil insbesondere innerhalb eines angegebenen Zeitraums auszuwechseln. Die Lebensdauerprognose zeigt beispielsweise eine Lebensdauer, insbesondere eine Restlebensdauer, des Ventilglieds an. Die Steuereinrichtung ist zweckmäßigerweise ausgebildet, die Verschleißinformation, Wartungs-Aufforderung und/oder Lebensdauerprognose abzuspeichern, übertragen und/oder auszugeben, beispielsweise über eine Anzeigeeinheit.
Bevorzugt hängt die erfasste Position und/oder Bewegung von der Elastizität des Ventilglieds ab. Die Sensoreinrichtung erfasst also eine Position und/oder Bewegung der Quetschanordnung, die von der Elastizität des Ventilglieds abhängt. Eine veränderte Elastizität kann als ein Indikator dafür dienen, dass ein Ausfall des Quetschventils bevorsteht.
Beispielsweise ist die erfasste Position eine Gleichgewichtsposition. Eine Gleichgewichtsposition ist insbesondere eine Position, in der sich die Quetschanordnung nicht bewegt. Beispielsweise ist eine Gleichgewichtsposition eine Position, in der sich die auf die Quetschanordnung wirkenden Kräfte gegenseitig ausgleichen. Zweckmäßigerweise hält die Quetschanordnung in der Gleichgewichtsposition das Ventilglied in einem geschlossenen Zustand. In der Gleichgewichtsposition drückt die Quetschanordnung gegen das Ventilglied. Mit zunehmendem Verschleiß des Ventilglieds ändert sich der Widerstand oder die Kraft, die das Ventilglied dem Druck der Quetschanordnung entgegenstellt. Folglich ändert sich mit zunehmendem Verschleiß die Gleichgewichtsposition - also diejenige Position der Quetschanordnung, bei der die in Richtung hin zu dem Ventilglied und die in Richtung weg von dem Ventilglied wirkenden Kräfte gleich groß sind. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Gleichgewichtsposition mit einem Gleichgewichtspositions-Schwellenwert zu vergleichen, und auf Basis dieses Vergleichs den Verschleißzustand des Ventilglieds zu erkennen.
Exemplarisch ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Gleichgewichtsposition mehrere Male - insbesondere in zeitlichen Abständen und/oder regelmäßig - aufzuzeichnen und auf Basis der aufgezeichneten Gleichgewichtspositionen, insbesondere auf Basis einer aus den aufgezeichneten Gleichgewichtspositionen hervorgehenden Veränderung - den Verschleißzustand zu erkennen. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung ausgebildet, eine Veränderung der Gleichgewichtsposition von einem ersten Zeitpunkt, zu dem die Gleichgewichtsposition erfasst wurde, zu einem von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen zweiten Zeitpunkt, zu dem die Gleichgewichtsposition erfasst wurde, mit einem Veränderungs-Schwellenwert zu vergleichen, und auf Basis dieses Vergleichs den Verschleißzustand des Ventilglieds zu erkennen.
Zweckmäßigerweise umfasst die Ventilvorrichtung ferner ein Federelement, das eine auf die Quetschanordnung wirkende Federkraft bereitstellt, die die Quetschanordnung gegen das Ventilglied drückt, um das Ventilglied in dem geschlossenen Zustand zu halten. Das Federelement ist beispielsweise eine Schraubenfeder.
Wie vorstehend beschrieben, erfolgt die Erkennung des Verschleißzustands insbesondere auf Basis einer erfassten Position, insbesondere einer Gleichgewichtsposition, der Quetschanordnung. Ferner kann die Erkennung des Verschleißzustands auf Basis einer erfassten Bewegung der Quetschanordnung erfolgen. Exemplarisch ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Bewegung der Quetschanordnung durch Aufzeichnen eines zeitlichen Bewegungsverlaufs der Quetschanordnung in eine Schließstellung, in der die Quetschanordnung das Ventilglied in einem geschlossenen Zustand versetzt, und/oder in eine Öffnungsstellung, in der die Quetschanordnung einen offenen Zustand des Ventilglieds ermöglicht, zu erfassen. Der zeitliche Bewegungsverlauf ist beispielsweise ein transienter Positionsverlauf der Quetschanordnung, insbesondere eines Betätigungsabschnitts der Quetschanordnung.
Beispielsweise ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den zeitlichen Bewegungsverlauf mit einem Referenz-Bewegungsverlauf zu vergleichen, und auf Basis dieses Vergleichs den Verschleißzustand des Ventilglieds zu erkennen. Ferner ist die Steuereinrichtung vorzugsweise ausgebildet, auf Basis des zeitlichen Bewegungsverlaufs eine Zeitkonstante zu bestimmen und auf Basis der Zeitkonstante den Verschleißzustand des Ventilglieds zu erkennen. Die Zeitkonstante beschreibt beispielsweise einen Relaxationsvorgang des Ventilglieds. Der zeitliche Bewegungsverlauf ist insbesondere eine exponentielle Kurve.
Exemplarisch ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den zeitlichen Bewegungsverlauf mehrere Male - insbesondere in zeitlichen Abständen und/oder regelmäßig - aufzuzeichnen und auf Basis der aufgezeichneten Bewegungsverläufe, insbesondere auf Basis einer aus den aufgezeichneten Bewegungsverläufen hervorgehenden Veränderung - den Verschleißzustand zu erkennen.
Das Ventilglied ist vorzugsweise schlauchförmig. Das Ventilglied ist wahlweise in den geschlossenen Zustand oder in den offenen Zustand versetzbar. In dem geschlossenen Zustand ist die Form des Ventilglieds gegenüber dem offenen Zustand verändert. In dem offenen Zustand weist das Ventilglied exemplarisch die Form eines offenen Schlauchabschnitts auf, durch den ein Fluid fließen kann. In dem geschlossenen Zustand weist das Ventilglied exemplarisch die Form eines gequetschten, und dadurch verschlossenen, Schlauchabschnitts auf, durch den das Fluid aufgrund der Quetschung des Schlauchabschnitts nicht fließen kann.
Das Ventilglied ist zweckmäßigerweise aus einem Elastomer gefertigt. Vorzugsweise umfasst das Ventilglied Elastomer oder besteht aus Elastomer.
Die Quetschanordnung verfügt exemplarisch über einen in eine Axialrichtung des Ventilglieds bewegbaren Betätigungsabschnitt. Zweckmäßigerweise ist die Sensoreinrichtung ausgebildet, als die Position und/oder Bewegung der Quetschanordnung die Position und/oder Bewegung des Betätigungsabschnitts zu erfassen. Die Quetschanordnung verfügt zweckmäßigerweise ferner über einen mit dem Betätigungsabschnitt gekoppelten und in eine von der Axialrichtung verschiedene Quetschrichtung bewegbaren Quetschabschnitt. Die Quetschrichtung verläuft zweckmäßigerweise orthogonal zur Axialrichtung. Die Quetschanordnung liegt vorzugsweise mit dem Quetschabschnitt an dem Ventilglied an.
Die Quetschanordnung verfügt exemplarisch über eine pneumatische Antriebseinrichtung zum Antrieb des Betätigungsabschnitts. Die pneumatische Antriebseinrichtung umfasst exemplarisch eine Druckkammer. Durch Beaufschlagung der Druckkammer mit Druckluft lässt sich die Quetschanordnung, insbesondere der Betätigungsabschnitt (und dadurch der Quetschabschnitt) in Bewegung versetzen.
Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung ausgebildet, ein Magnetfeld eines der Quetschanordnung zugehörigen Magnetelements zu detektieren und die Position und/oder Bewegung auf Basis des detektierten Magnetfelds zu erfassen. Die Sensoreinrichtung umfasst beispielsweise einen Magnetsensor, insbesondere einen Hall-Sensor, um das Magnetfeld zu erfassen.
Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung ferner ausgebildet, eine Störgröße, insbesondere eine Temperatur und/oder einen Druck, zu erfassen. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, die erfasste Störgröße bei der Erkennung des Verschleißzustands zu berücksichtigen. Beispielsweise umfasst die Sensoreinrichtung einen Temperatursensor. Die Sensoreinrichtung ist beispielsweise ausgebildet, als die Temperatur eine Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur eines durch das Ventilglied zu beeinflussenden Fluids zu erfassen. Ferner kann die Sensoreinrichtung einen Drucksensor umfassen. Die Sensoreinrichtung ist beispielsweise ausgebildet, als den Druck einen Umgebungsdruck und/oder den Druck des durch das Ventilglied zu beeinflussenden Fluids zu erfassen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Abfüllanlage zum Abfüllen eines Fluids. Die Abfüllanlage umfasst eine Ventilvorrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen. Die Abfüllanlage ist ausgebildet, das Fluid mittels des Quetschventils abzufüllen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erkennen eines Verschleißzustands eines elastischen Ventilglieds eines Quetschventils, umfassend die Schritte: Erfassen einer Position und/oder Bewegung einer das Ventilglied kontaktierenden Quetschanordnung, und Erkennen des Verschleißzustands auf Basis der erfassten Position und/oder Bewegung. Das Verfahren wird zweckmäßigerweise mit einer vorstehend beschriebenen Ventilvorrichtung ausgeführt und/oder ist in Entsprechung zu einer Weiterbildung der Ventilvorrichtung ausgebildet.
Exemplarische Details und Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Quetschventil, wobei sich das Ventilglied in einem offenen Zustand befindet,
2 eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Quetschventil, wobei sich das Ventilglied in einem geschlossenen Zustand befindet.

Die 1 und 2 zeigen ein System 10, das eine Ventilvorrichtung 1 und optional eine Fluidquelle 14, beispielsweise ein Fluidreservoir, umfasst. Das System 1 stellt eine exemplarische Anwendungsumgebung für die Ventilvorrichtung 1 dar. Bei dem System 1 handelt es sich beispielsweise um eine Abfüllanlage, die dazu dient, ein Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, insbesondere eine zum Trinken zubereitete Flüssigkeit, abzufüllen. Das Fluid wird von der Fluidquelle 14 zugeführt und fließt (insbesondere während eines Abfüllvorgangs) durch ein Quetschventil 2, über das die Ausgabe des Fluids beeinflusst, insbesondere wahlweise freigegeben oder gesperrt, wird.
Die Ventilvorrichtung 1 kann auch für sich genommen, also ohne die Fluidquelle 14, bereitgestellt sein. Die Ventilvorrichtung 1 ist bevorzugt gemäß einer der vorstehend erläuterten Ausgestaltungen ausgebildet.
Die Ventilvorrichtung 1 umfasst ein Quetschventil 2, eine Steuereinrichtung 5 und eine Sensoreinrichtung 11. Die Steuereinrichtung 5 dient zweckmäßigerweise dazu, das Quetschventil 2 insbesondere pneumatisch anzusteuern, um ein Ventilglied 3 des Quetschventils 2 wahlweise in einen geöffneten Zustand oder einen geschlossenen Zustand zu versetzen. Die Sensoreinrichtung 2 dient zweckmäßigerweise dazu, eine Position einer Quetschanordnung 4 des Quetschventils 2 zu detektieren und der Steuereinrichtung 5 bereitzustellen, so dass die Steuereinrichtung 5 auf Basis der detektierten Position den Zustand des Ventilglieds 3 erkennt.
Das Quetschventil 2 verfügt über ein Gehäuse 18. Das Quetschventil 2, insbesondere das Gehäuse 18, weist vorzugsweise eine zylindrische Grundgestalt auf. Das Quetschventil 2 erstreckt sich entlang einer (gedachten) Längsachse 19. Die Richtung der Längsachse 19 soll auch als Axialrichtung x und/oder als x-Richtung bezeichnet werden. Eine in Bezug auf die Längsachse 19 radiale Richtung soll als Radialrichtung y oder als y-Richtung bezeichnet werden.
Das Quetschventil 2 umfasst exemplarisch einen ersten Fluid-Anschluss 16 und einen zweiten Fluid-Anschluss 17, die zweckmäßigerweise außen am Gehäuse 18, insbesondere an jeweiligen Stirnseiten des Gehäuses 18, ausmünden. Das Quetschventil 2 umfasst einen Fluidkanal 21, der von dem ersten Fluid-Anschluss 16 zu dem zweiten Fluid-Anschluss 17 verläuft. Exemplarisch ist der Fluidkanal 21 koaxial zur Längsachse 19 angeordnet. Exemplarisch ist die Fluidquelle 14 über eine Fluidleitung 22 an den ersten Fluid-Anschluss 16 angeschlossen.
Das Quetschventil 2 umfasst das Ventilglied 3. Das Ventilglied 3 ist ein elastisches Ventilglied. Exemplarisch ist das Ventilglied 3 aus einem Elastomer gefertigt und/oder schlauchförmig. Das Ventilglied 3 ist exemplarisch koaxial zur Längsachse 19 angeordnet und befindet sich insbesondere in dem Gehäuse 18. Das Ventilglied 3 kann durch Quetschen mittels einer Quetschanordnung 4 wahlweise in einen offenen Zustand (vgl. 1) oder einen geschlossenen Zustand (vgl. 2) versetzt werden. Insbesondere kann das Ventilglied 3 durch Quetschen mittels der Quetschanordnung 4 in seiner Form verändert werden, um so durch die Formveränderung wahlweise den offenen Zustand oder den geschlossenen Zustand einzunehmen.
In dem offenen Zustand gibt das Ventilglied 3 den Fluidkanal 21 frei. Im offenen Zustand kann ein Fluid von dem ersten Fluid-Anschluss 16 zu dem zweiten Fluid-Anschluss 17 durch den Fluidkanal 21 fließen. In dem geschlossenen Zustand sperrt das Ventilglied 3 den Fluidkanal 21. In dem geschlossenen Zustand kann kein Fluid von dem ersten Fluid-Anschluss 16 zu dem zweiten Fluid-Anschluss 17 durch den Fluidkanal 21 fließen. Exemplarisch bildet das Ventilglied 3 einen Teil des Fluidkanals 21. Insbesondere verläuft der Fluidkanal 21 durch das vorzugsweise schlauchförmige Ventilglied 3.
Das Quetschventil 2 umfasst die Quetschanordnung 4, die dazu dient, das Ventilglied 3 zu quetschen, um das Ventilglied 3 in den geschlossenen Zustand zu versetzen. Die Quetschanordnung 4 ist (insbesondere mittels Betätigung durch eine Antriebseinrichtung) wahlweise in eine Öffnungsstellung (vgl. 1) oder eine Schließstellung (vgl. 2) versetzbar. In der Öffnungsstellung ermöglicht die Quetschanordnung den offenen Zustand des Ventilglieds 3. In der Schließstellung hält die Quetschanordnung das Ventilglied 3 in dem geschlossenen Zustand.
Die Quetschanordnung umfasst exemplarisch einen Betätigungsabschnitt 8. Der Betätigungsabschnitt 8 ist zweckmäßigerweise in dem Gehäuse 18 angeordnet. Der Betätigungsabschnitt 8 ist insbesondere ringförmig ausgeführt und/oder koaxial zur Längsachse 19 angeordnet. Vorzugsweise umgreift der Betätigungsabschnitt 8 das schlauchförmige Ventilglied 3. Der Betätigungsabschnitt 8 ist beweglich, insbesondere linearbeweglich gelagert, exemplarisch in Axialrichtung x. Durch Positionierung des Betätigungsabschnitts 8 wird das Quetschen des Ventilglieds 3 bewirkt. Der Betätigungsabschnitt 8 lässt sich wahlweise in eine Freigabestellung versetzen, in der der Betätigungsabschnitt 8 die Freigabestellung der Quetschelemente 9 ermöglicht, oder in eine Betätigungsstellung, in der der Betätigungsabschnitt 8 die Quetschelemente 9 in eine Quetschstellung versetzt. Der Betätigungsabschnitt 8 umfasst wenigstens eine, vorzugsweise zwei, Kontaktflächen 23, die exemplarisch relativ zur Längsachse 19 geneigt sind.
Die Quetschanordnung 4 umfasst ferner wenigstens einen, vorzugsweise zwei, Quetschabschnitte 9. Die Quetschabschnitte 9 liegen an dem Ventilglied 3 an und dienen dazu, das Ventilglied 3 zu quetschen, um das Ventilglied 3 in den geschlossenen Zustand zu versetzen. Die Quetschabschnitte 9 sind durch Bewegung des Betätigungsabschnitts 8 wahlweise in eine Quetschstellung oder in eine Freigabestellung versetzbar. In der Quetschstellung quetschen die Quetschabschnitte 9 das Ventilglied 3, so dass es in den geschlossenen Zustand versetzt wird. Die Quetschabschnitt 9 nehmen die Quetschstellung in der Öffnungsstellung der Quetschanordnung 4 ein. In der Freigabestellung geben die Quetschabschnitte 9 das Ventilglied 3 soweit frei, dass es den offenen Zustand einnimmt. Die Quetschabschnitte 9 nehmen die Freigabestellung in der Öffnungsstellung der Quetschanordnung 4 ein. Die Quetschabschnitte 9 sind beweglich, insbesondere linearbeweglich gelagert, insbesondere in y-Richtung - also orthogonal zur Längsachse 19. Von der Freigabestellung in die Quetschstellung bewegen sich die Quetschabschnitte 9 in Radialrichtung - exemplarisch bewegt sich ein Quetschabschnitt 9 in positiver y-Richtung und der andere Quetschabschnitt 9 in negativer y-Richtung - aufeinander zu und quetschen das Ventilglied 3 zwischen sich ein. Von der Quetschstellung in die Freigabestellung bewegen sich die Quetschabschnitte 9 voneinander weg. Exemplarisch liegen die Quetschabschnitte 9 an einer Umfangswand des schlauchförmigen Ventilglieds 3 an. In der Quetschstellung quetschen die Quetschabschnitte 9 die Umfangswand des schlauchförmigen Ventilglieds 3 zusammen. Die Quetschabschnitte 9 sind in Axialrichtung x relativ zum Ventilglied 3 mittig platziert.
Die Quetschabschnitte 9 liegen an dem Betätigungsabschnitt 8, insbesondere an den Kontaktflächen 23 an. Mittels der geneigten Kontaktflächen 23 wird eine in die Axialrichtung x erfolgende Bewegung des Betätigungselements 8 in eine in Radialrichtung y erfolgende Quetschbewegung der Quetschelemente 9 umgesetzt, bei der die Quetschelemente 9 radial nach innen (also insbesondere aufeinander zu) bewegt werden.
Die Quetschanordnung 4 verfügt also über den in die Axialrichtung x des Ventilglieds 3 bewegbaren Betätigungsabschnitt 8. Zweckmäßigerweise ist die Sensoreinrichtung 11 ausgebildet, als die Position und/oder Bewegung der Quetschanordnung 4 die Position und/oder Bewegung des Betätigungsabschnitts 8 zu erfassen. Die Quetschanordnung 4 verfügt zweckmäßigerweise ferner über die mit dem Betätigungsabschnitt 8 gekoppelten und in eine von der Axialrichtung x verschiedene Quetschrichtung (insbesondere die y-Richtung) bewegbare Quetschabschnitte 9. Die Quetschrichtung verläuft zweckmäßigerweise orthogonal zur Axialrichtung x. Die Quetschanordnung 4 liegt vorzugsweise mit den Quetschabschnitten 9 an dem Ventilglied 3 an.
Das Quetschventil 1 umfasst ferner eine pneumatische Antriebseinrichtung zum Antrieb der Quetschanordnung 4, insbesondere des Betätigungsabschnitts 8. Die pneumatische Antriebseinrichtung umfasst eine mit Druckluft beaufschlagbare Druckkammer 24. Die Druckkammer 24 ist insbesondere in dem Gehäuse 18 angeordnet. Mittels der pneumatischen Antriebseinrichtung lässt sich der Betätigungsabschnitt 8 wahlweise in die Freigabestellung versetzen oder in die Betätigungsstellung versetzen.
Die Quetschanordnung 4 umfasst exemplarisch einen Kolbenabschnitt 25. Der Kolbenabschnitt 25 ist exemplarisch Teil des Betätigungsabschnitts 8 oder ist mit dem Betätigungsabschnitt 8 gekoppelt, insbesondere an diesen angesetzt und/oder befestigt. Der Kolbenabschnitt 25 ist durch Druckluft-Beaufschlagung der Druckkammer 24 antreibbar, um den Betätigungsabschnitt 8 in die Freigabestellung zu versetzen. Durch die Druckluft-Beaufschlagung wird eine Fluidkraft 26 auf den Kolbenabschnitt 25 und dadurch auf den Betätigungsabschnitt 8 ausgeübt, die den Betätigungsabschnitt 8 in die Freigabestellung versetzt. Die Fluidkraft 26 ist in die negative x-Richtung ausgerichtet. Der Kolbenabschnitt 25 ist exemplarisch ringförmig ausgeführt und/oder koaxial zur Längsachse 19 angeordnet. Der Kolbenabschnitt 25 umgreift zweckmäßigerweise das Ventilglied 3. Der Kolbenabschnitt 25 ist insbesondere an eine Stirnseite des Betätigungsabschnitts 8 angesetzt.
Das Quetschventil 2 umfasst ferner ein Federelement 6, das insbesondere im Gehäuse 18 angeordnet ist. Das Federelement 6 stellt eine Federkraft 7 bereit, die auf den Betätigungsabschnitt 8 wirkt. Die Federkraft 7 ist entgegengesetzt zur Fluidkraft 26 ausgerichtet, also insbesondere in die positive x-Richtung. Die Federkraft 7 drängt den Betätigungsabschnitt 8 in die Betätigungsstellung. Wenn die Druckkammer 24 entlüftet ist, überwiegt die Federkraft 7, so dass der Betätigungsabschnitt 8 durch die Federkraft 7 in die Betätigungsstellung versetzt wird. Das Federelement 6 ist exemplarisch eine Schraubenfeder. Das Federelement 6 ist koaxial zur Längsachse 19 angeordnet. Das Federelement 6 umgreift den Fluidkanal 21 und/oder das Ventilglied 3.
Die Ventilvorrichtung 1 umfasst ferner die Sensoreinrichtung 11, die insbesondere an dem Quetschventil 2, vorzugsweise außen am Gehäuse 18, angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung 11 dient dazu, eine Position des Betätigungsabschnitts 8 zu erfassen. Exemplarisch umfasst der Betätigungsabschnitt 8 ein Magnetelement 12. Das Magnetelement 12 ist beispielsweise ringförmig ausgeführt und insbesondere koaxial zur Längsachse 19 angeordnet. Das Magnetelement 12 stellt ein Magnetfeld bereit, das von der Sensoreinrichtung 11 detektiert wird, um die Position und/oder Bewegung des Betätigungsabschnitts 8 zu erfassen. Die Position des Betätigungsabschnitts 8 wird insbesondere als Positionsinformation erfasst, die vorzugsweise die Position des Betätigungsabschnitts 8 in x-Richtung angibt. Die Auflösung der Positionserfassung und/oder Positionsinformation ist zweckmäßigerweise höher als 10 mm, höher als 5 mm oder höher als 1 mm.
Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung 11 ausgebildet, das Magnetfeld des der Quetschanordnung 4 zugehörigen Magnetelements 12 zu detektieren und die Position und/oder Bewegung auf Basis des detektierten Magnetfelds zu erfassen. Die Sensoreinrichtung 11 umfasst beispielsweise einen Magnetsensor 12, insbesondere einen Hall-Sensor, um das Magnetfeld zu erfassen.
Die Steuereinrichtung 5 umfasst vorzugsweise eine Druckluft-Bereitstellungseinheit 27, insbesondere einen elektropneumatischen Wandler. Die Steuereinrichtung 5 ist ausgebildet, mittels der Druckluft-Bereitstellungseinheit 27 die Druckkammer 24 zu belüften und/oder zu entlüften. Die Steuereinrichtung 5, insbesondere die Druckluft-Bereitstellungseinheit 27 ist über eine pneumatische Leitung 28 mit der Druckkammer 24 verbunden.
Die Steuereinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ferner ausgebildet, mittels der Sensoreinrichtung 11 die Position des Betätigungsabschnitts 8 zu erfassen und auf Basis der erfassten Position eine Zustandsinformation bereitzustellen, die anzeigt, ob sich das Ventilglied 3 in dem geschlossenen Zustand oder in dem offenen Zustand befindet. Die Steuereinrichtung 5 ist kommunikativ mit der Sensoreinrichtung 11 verbunden, insbesondere über eine Kommunikationsleitung 29.
Die Steuereinrichtung 5 ist ausgebildet, auf Basis der erfassten Position und/oder Bewegung der Quetschanordnung 4, insbesondere des Betätigungsabschnitts 8, einen Verschleißzustand des Ventilglieds 3 zu erkennen.
Die Steuereinrichtung 5 ist vorzugsweise ausgebildet, auf Basis des erfassten Verschleißzustands eine Verschleißinformation, eine Wartungs-Aufforderung und/oder eine Lebensdauerprognose bereitzustellen. Die Verschleißinformation zeigt beispielsweise einen Verschleißgrad des Ventilglieds 3 an. Die Wartungs-Aufforderung ist beispielweise eine Aufforderung an einen Anwender, das Quetschventil 2 insbesondere innerhalb eines angegebenen Zeitraums auszuwechseln. Die Lebensdauerprognose zeigt beispielsweise eine Lebensdauer, insbesondere eine Restlebensdauer, des Ventilglieds 3 an. Die Steuereinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, die Verschleißinformation, Wartungs-Aufforderung und/oder Lebensdauerprognose abzuspeichern, übertragen und/oder auszugeben, beispielsweise über eine Anzeigeeinheit.
Bevorzugt hängt die erfasste Position und/oder Bewegung von der Elastizität des Ventilglieds 3 ab.
Beispielsweise ist die erfasste Position eine Gleichgewichtsposition. Eine Gleichgewichtsposition ist insbesondere eine Position, in der sich die Quetschanordnung 4, insbesondere der Betätigungsabschnitt 8, nicht bewegt. Beispielsweise ist eine Gleichgewichtsposition eine Position, in der sich die auf die Quetschanordnung 4, insbesondere den Betätigungsabschnitt 8, wirkenden Kräfte gegenseitig ausgleichen. Zweckmäßigerweise hält die Quetschanordnung 4, insbesondere der Betätigungsabschnitt 8 und der Quetschabschnitt 9, in der Gleichgewichtsposition das Ventilglied 3 in einem geschlossenen Zustand. In der Gleichgewichtsposition drückt die Quetschanordnung 4, insbesondere der Quetschabschnitt 9, gegen das Ventilglied 3. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung 1 ausgebildet, die Gleichgewichtsposition mit einem Gleichgewichtspositions-Schwellenwert zu vergleichen, und auf Basis dieses Vergleichs den Verschleißzustand des Ventilglieds 3 zu erkennen.
Die Ventilvorrichtung 1 umfasst exemplarisch das Federelement 6, das die auf die Quetschanordnung 4, insbesondere den Betätigungsabschnitt 8, wirkende Federkraft 7 bereitstellt, die die Quetschanordnung 4 (insbesondere mit dem Quetschabschnitt 9) gegen das Ventilglied 3 drückt, um das Ventilglied 3 in dem geschlossenen Zustand zu halten. Zweckmäßigerweise erfasst die Steuereinrichtung 1 die Gleichgewichtsposition in einem Zustand, in dem die Federkraft 7 das Ventilglied 3 in dem geschlossenen Zustand hält.
Exemplarisch ist die Steuereinrichtung 5 ausgebildet, die Bewegung der Quetschanordnung 4, insbesondere des Betätigungsabschnitts 8, durch Aufzeichnen eines zeitlichen Bewegungsverlaufs der Quetschanordnung 4, insbesondere des Betätigungsabschnitts 8, in eine Schließstellung, in der die Quetschanordnung 4 das Ventilglied 3 in einem geschlossenen Zustand versetzt, und/oder in eine Öffnungsstellung, in der die Quetschanordnung 4 einen offenen Zustand des Ventilglieds ermöglicht, zu erfassen.
Beispielsweise ist die Steuereinrichtung 5 ausgebildet, den zeitlichen Bewegungsverlauf mit einem Referenz-Bewegungsverlauf zu vergleichen, und auf Basis dieses Vergleichs den Verschleißzustand des Ventilglieds 3 zu erkennen.
Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung 11 ferner ausgebildet, eine Störgröße, insbesondere eine Temperatur und/oder einen Druck, zu erfassen und die Steuereinrichtung 5 ist ausgebildet, die erfasste Störgröße bei der Erkennung des Verschleißzustands zu berücksichtigen. Beispielsweise umfasst die Sensoreinrichtung 11 einen Temperatursensor. Die Sensoreinrichtung ist beispielsweise ausgebildet, als die Temperatur eine Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur eines durch das Ventilglied 3 zu beeinflussenden Fluids zu erfassen. Ferner kann die Sensoreinrichtung 11 einen Drucksensor umfassen. Die Sensoreinrichtung 11 ist beispielsweise ausgebildet, als den Druck einen Umgebungsdruck und/oder den Druck des durch das Ventilglied 3 zu beeinflussenden Fluids zu erfassen.
Bei dem Quetschventil 2 handelt es sich insbesondere um ein Normally-Closed - also um ein „normal geschlossenes“ - Quetschventil 2. Wenn die Druckkammer 24 nicht belüftet ist, befindet sich das Ventilglied 3 in dem geschlossenen Zustand.
Exemplarisch verfügt die Sensoreinrichtung 11 über ein Filter, mit dem die erfasste Position des Betätigungsabschnitts 8 gefiltert wird, wenn mittels der Sensoreinrichtung 11 der Zustand des Ventilglieds 3 ermittelt werden soll. Zweckmäßigerweise wird das Filter ausgeschaltet, wenn mit der Sensoreinrichtung 11 die Position und/oder die Bewegung des Betätigungsabschnitts 8 erfasst wird, um darauf basierend den Verschleißzustand des Ventilglieds 3 zu ermitteln. Die Position und/oder die Bewegung kann somit zweckmäßigerweise mit einer höheren Genauigkeit aufgenommen werden.
Das Weg-/Zeitverhalten des Quetschventils 2 wird primär durch das Ventilglied 3 beeinflusst. Das Elastomer des Ventilglieds 3 relaxiert und wird durch diesen Effekt an den belasteten Stellen dünner. Dieses Verhalten wird über die (insbesondere als Wegsensor fungierende) Sensoreinrichtung 11 aufgenommen, insbesondere als zeitlicher Bewegungsverlauf. Beispielsweise wird als der zeitliche Bewegungsverlauf ein Relaxationsvorgang des Ventilglieds 3 aufgenommen, der zweckmäßigerweise einer exponentiellen Kurve folgt. Auf Basis des zeitlichen Bewegungsverlaufs kann darauf geschlossen werden, dass der Verschleißzustand des Ventilglieds 3 derart ist, dass das Quetschventil 2 ausgetauscht werden muss.
Die Steuereinrichtung 5 ist insbesondere ausgebildet, als den Verschleißzustand des Ventilglieds 3 einen Alterungs- und/oder Ermüdungszustand des Ventilglieds 3 zu ermitteln. Das Ventilglied 3 ist zweckmäßigerweise als Membran ausgeführt.

Claims

Ventilvorrichtung (1), umfassend: ein Quetschventil (2) mit einem elastischen Ventilglied (3) und einer das Ventilglied kontaktierenden Quetschanordnung (4) zum Quetschen des Ventilglieds (3), eine Sensoreinrichtung (11), die ausgebildet ist, eine Position und/oder Bewegung der Quetschanordnung (4) zu erfassen, und eine Steuereinrichtung (5), die ausgebildet ist, auf Basis der erfassten Position und/oder Bewegung einen Verschleißzustand des Ventilglieds (3) zu erkennen.
Ventilvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist, auf Basis des erfassten Verschleißzustands eine Verschleißinformation, eine Wartungs-Aufforderung und/oder eine Lebensdauerprognose bereitzustellen.
Ventilvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erfasste Position und/oder Bewegung von der Elastizität des Ventilglieds (3) abhängt.
Ventilvorrichtung (1) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die erfasste Position eine Gleichgewichtsposition ist.
Ventilvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Quetschanordnung (4) in der Gleichgewichtsposition das Ventilglied (3) in einem geschlossenen Zustand hält.
Ventilvorrichtung (1) nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Federelement (6), das eine auf die Quetschanordnung (4) wirkende Federkraft (7) bereitstellt, die die Quetschanordnung (4) gegen das Ventilglied (3) drückt, um das Ventilglied (3) in dem geschlossenen Zustand zu halten.
Ventilvorrichtung (1) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist, die Bewegung der Quetschanordnung (4) durch Aufzeichnen eines zeitlichen Bewegungsverlaufs der Quetschanordnung (4) in eine Schließstellung, in der die Quetschanordnung (4) das Ventilglied (3) in einen geschlossenen Zustand versetzt, und/oder eine Öffnungsstellung, in der die Quetschanordnung (4) einen offenen Zustand des Ventilglieds (3) ermöglicht, zu erfassen.
Ventilvorrichtung (1) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei das Ventilglied (3) schlauchförmig ist.
Ventilvorrichtung (1) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei das Ventilglied (3) aus einem Elastomer gefertigt ist.
Ventilvorrichtung (1) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Quetschanordnung (4) einen in eine Axialrichtung (x) des Ventilglieds (3) bewegbaren Betätigungsabschnitt (8) und einen mit dem Betätigungsabschnitt (8) gekoppelten und in eine von der Axialrichtung (x) verschiedene Quetschrichtung (y) bewegbaren Quetschabschnitt (9) umfasst.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 10, ferner umfassend eine pneumatische Antriebseinrichtung zum Antrieb des Betätigungsabschnitts (8).
Ventilvorrichtung (1) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Sensoreinrichtung (11) ausgebildet ist, ein Magnetfeld eines der Quetschanordnung (4) zugehörigen Magnetelements (12) zu detektieren und die Position und/oder Bewegung auf Basis des detektierten Magnetfelds zu erfassen.
Ventilvorrichtung (1) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Sensoreinrichtung (11) ferner ausgebildet ist, eine Störgröße, insbesondere eine Temperatur und/oder einen Druck, zu erfassen und die Steuereinrichtung ist ferner ausgebildet, die erfasste Störgröße bei der Erkennung des Verschleißzustands zu berücksichtigen.
Abfüllanlage zum Abfüllen eines Fluids, umfassend eine Ventilvorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Abfüllanlage ausgebildet ist, das Fluid mittels des Quetschventils (2) abzufüllen.
Verfahren zum Erkennen eines Verschleißzustands eines elastischen Ventilglieds (3) eines Quetschventils (2), umfassend die Schritte: - Erfassen einer Position und/oder Bewegung einer das Ventilglied (3) kontaktierenden Quetschanordnung (4), und - Erkennen des Verschleißzustands auf Basis der erfassten Position und/oder Bewegung.