DE19726550C2 - Umschalt-Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur automatischen, wechselweisen Umschaltung von 2 Eingängen auf zwei Ausgänge mit zusätzlicher Nullstellung.

Bei automatischen Probenahmegeräten für Wasser und Abwasser wird für die Entnahme von Flüssigkeiten Druck und Vakuum benötigt. Dies wird in der Regel durch den Einsatz von Membrankompressoren erreicht, die sowohl Druckluft als auch Unterdruck bereitstellen können. Die Umschaltung von Druck auf Vakuum erfolgt hierbei gewöhnlich durch den Einsatz von 2 sogenanmen 3/2-Magnetventilen die in der Lage sind 2 Eingänge wechselweise auf einen Ausgang zu schalten.

Diese Lösung hat verschiedene Nachteile.

Um die gewünschte Umschaltung zu erreichen müssen 2 Magnetventile eingesetzt werden. Der Energieverbrauch ist relativ hoch, da diese Ventile während der ganzen Schaltdauer mit Energie versorgt werden müssen. Dies ist insbesondere bei batteriebetriebenen Geräten nicht wünschenswert.

Es können nur hochwertige, korrosionsbeständige Ventile verwendet werden, da durch den Umgang mit Abwasser teilweise aggressive Gase durch die Ventile strömen. Wenn, was ab und zu passiert, Abwasser durch die Ventile gesaugt wird bedeutet dies in der Regel, daß die Ventile entweder gereinigt oder aber ausgetauscht werden müssen. Die Kosten für solche Ventile sind hoch, was den Gerätepreis und auch die Reparaturkosten erhöht.

Um die genannten Nachteile zu vermeiden wird ein Ventilsystem benötigt, was möglichst kompakt, einfach im Aufbau, zuverlässig auch im rauhen Betrieb, mit wenig Energie zu betreiben und möglichst günstig herzustellen ist.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, über ein einziges Ventilsystem beide bisher benötigten Ventile zu ersetzen. Die Luftführung soll über Silikonschläuche o. ä. erfolgen, so daß keine Korrosionsprobleme zu erwarten sind. Um die gewünschte wechselweise Umschaltung der 2 Eingänge auf die 2 Ausgänge zu erreichen werden 4 Schläuche durch ein Schlauchquetschsystem geführt. Das Schlauchquetschsystem setzt die Drehbewegung von z. B. einem Getriebemotor direkt in einen Quetschvorgang um.

Ein Problem hierbei besteht darin, daß die Radialkräfte an der Antriebsachse so gering wie möglich sein sollen um übermäßigen Verschleiß zu verhindern, bzw. eine zusätzliche Lagerung (z. B. Kugellager) zu vermeiden.

Ein weiteres Problem ist die exakte Steuerung des Quetschvorganges, damit zum einen der Schlauch zuverlässig gegen Vakuum und einen bestimmten Druck geschlossen ist, und zum anderen die Krafteinwirkung auf den Schlauch nicht zu groß ist um einen zu schnellen Verschleiß zu verhindern.

Zusätzlich problematisch ist die wechselweise Abquetschung von je 2 Schläuchen um den Umschaltvorgang zu erreichen und die gewünschte Nullposition in der alle Schläuche offen sind.

Bereits bestehende Patente sind ebenfalls ungeeignet den oben genannten Ansprüchen gerecht zu werden.

• 1. US 4,821,996
  Dieses Patent beschreibt wohl eine Vorrichtung durch die eine Umschaltung eines Eingangs auf 2 Ausgänge möglich ist, die wechselweise Umschaltung von 2 Ein- auf 2 Ausgänge würde allerdings 2 dieser Ventile bzw. eines mit 2 Ebenen bedingen.
  Weitere Nachteile sind:
  • - aufwendige Konstruktion (teuer)
  • - Verwendung einfacher (durchgehender Schläuche) nicht vorgesehen
  • - Krafteinwirkung auf die Schläuche nicht dosierbar
  • - Umschaltzyklen, wie gewünscht, würden eine volle Umdrehung bedingen, d. h. die Umschaltzeit ist viel zu lange für die gestellte Aufgabe.
• 2. US 13 40 081
  Mit der in diesem Patent beschrieben Vorrichtung läßt sich die Aufgabe der wechselweisen Umschaltung von 2 Ein- auf 2 Ausgänge prinzipiell lösen, jedoch sind auch hier einige Nachteile anzuführen:
  • - Quetschvorgang ist mechanisch definiert, d. h. die Quetschkräfte können nicht dosiert werden. Insbesondere wichtig bei Einsatz anderer Schlauchdurchmesser.
  • - nicht verschleißoptimiert, da Reibekräfte am Schlauch oder am Gehäuse auftreten
  • - höhere Antriebskräfte notwendig, da ausser der Quetschkraft noch das Ausrücken der Kugeln bzw. Rollen angetrieben werden muß.
  • - ungünstige Schlauchführung, da axial, was keinen ganz einfachen Aufbau zuläßt und zudem einen Schlauchwechsel erschwert.
• 3. EP 0 004 324 A2
  Auch mit dieser Ventilanordnung läßt sich die gewünschte Umschaltung grundsätzlich verwirklichen, allerdings mit ähnlichen Nachteilen wie bei den vorgenannten Patenten:
  • - relativ hoher mechanischer Aufwand
  • - Verwendung einfacher Schläuche ist nicht vorgesehen.
  • - der Antrieb ist mit einem einfachen Getriebemotor ohne weitere Umlenkung nicht möglich.
  • - der Kraftaufwand beim Zusammendrücken des Scherenmechanismus ist viel geringer als beim Auseinanderziehen (zum Abquetschen der jeweiligen Schläuche).

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches 1.

Die Umsetzung einer Drehbewegung in einen Quetschvorgang erfolgt durch die Verwendung eines Quetschgehäuses und einem darin laufenden drehbaren Kolben. Beide Teile haben Lang­ löcher die zusammen einen Kanal für das Einsetzen des Schlauches bilden. Durch Drehen des Kolbens erfolgt ein Versatz des inneren Kanales zum äusseren, was eine Scherbewegung auf die Schläuche ausübt. Mit zunehmender Drehung verengt sich der Schlauchdurchmesser bis zum vollkommenen Verschluß.

Durch gleichzeitige beidseitige Quetschung des Schlauches am Ein- und Ausgang entstehen praktisch keine Radialkräfte am Antrieb.

Die besondere Ausbildung der Quetschkanten ergeben eine sehr schonende Behandlung des Schlauches, was sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt.

Der Spalt zwischen Drehteil und Gehäuse an der Quetschkante (unterschiedliche Durchmesser) bewirkt, daß das Verschließen des Schlauches schon bei relativ geringer Kraft des Antriebes einsetzt und bei Krafterhöhung (Weiterdrehung des Drehkolbens) fortgesetzt wird ohne den Schlauch übermäßig zu belasten.

Dies wirkt sich auf die Steuerung (Positionierung) des Ventiles sehr vereinfachend aus. Um ein sicheres Abquetschen des Schlauches zu erreichen, muß der Antrieb lediglich in Schließrichtung in Gang gebracht werden bis der Abquetschvorgang erfolgt ist. Dies wird durch eine einfache Zeitsteuerung in Abhängigkeit von der Drehzahl erreicht. Um die Quetschkraft des Ventiles genau zu definieren wird die Leistung des Antriebes so begrenzt, daß das notwendige Drehmoment nicht überschritten werden kann. Dies erfolgt bei einem Elektromotor z. B. durch eine Strombegrenzung oder ähnliches. Das heißt, die Drehbewegung wird nur so lange fortgesetzt bis das gewünschte Drehmoment erreicht ist und der Motor somit stehenbleibt.

Die Einschaltzeit wird dabei so gewählt, daß Sie nur geringfügig länger ist als für den Schließvorgang notwendig.

Die Untersetzung des Antriebes (Getriebe) ist so gewählt, daß ein Zurückweichen des Drehkol­ bens nach Abschaltung der Energiezufuhr aufgrund der Hemmung sicher vermieden wird. Dies bedeutet, daß nur während der kurzen Zeit des Schließvorganges Energie benötigt wird und das Halten der erreichten Stellung energielos erfolgt.

Durch diese Betriebsart ist es möglich das Quetschventil ohne jeglichen Sensor zuverlässig zu steuern, da lediglich das zur Verfügung stehende Drehmoment für die Erreichung der jeweiligen Schließposition ausschlaggebend ist.

Zum wechselweisen Verschließen von je 2 Schläuchen ist der Drehkolben so ausgebildet, daß sowohl bei Links- alsauch bei Rechtsdrehung eine Abqetschung erfolgt. Damit in der jeweiligen Drehrichtung nur 2 Schläuche verschlossen werden sind im Kanal des Drehkolbens für die beiden anderen Schläuche Ausnehmungen angebracht, so daß die beiden anderen Schläuche geöffnet bleiben. Somit wird erreicht, daß bei Linksdrehung z. B. nur die Schläuche 2 und 4 und bei Rechtsdrehung die Schläuche 1 und 3 verschlossen werden. In Mittelstellung sind alle 4 Schläuche offen.

Durch entsprechende Verbindung der Schläuche auf der Eingangs- bzw. Ausgangsseite ergibt sich somit die gewünschte Umschaltung.

Fig. 1

Fig. 1 zeigt das ganze Ventilsystem in schematischer Darstellung mit eingelegten und verbundenen Schläuchen.

Im Einzelnen bestehend aus dem Quetschgehäuse (1), dem Drehkolben (2), dem Antrieb (3) und den Schläuchen (4)

Fig. 2

Fig. 2 zeigt das Ventil von vorne gesehen im Schnitt: In Abb. I in Mittelstellung, in der alle Schläuche (4) offen sind, und in Abb. II, in der die Schläuche 1 und 3 abgequetscht sind.

Hier ist ebenfalls der Spalt (5) zwischen Gehäuse (1) und Drehkolben (2), sowie die Ausführung der Quetschkanten (6) zu sehen.

Fig. 3

In Fig. 3 ist der Drehkolben (2) alleine dargestellt. Hier kann man sehen, daß bei einer Rechts­ drehung des Kolbens nur die Schläuche 1 und 3 abgequetscht werden, da an den Positionen der Schläuche 2 und 4 Ausnehmungen (7) angebracht wurden.

Bei einer Linksdrehung des Kolbens werden folglich nur die Schläuche 2 und 4 geschlossen, da dann die Schläuche 1 und 3 in entsprechenden Ausnehmungen (8) liegen.

Fig. 4

In Fig. 4 ist schematisch die Umschaltfunktion des Ventiles dargestellt am Beispiel einer Druck-Vakuum-Umschaltung.

In Abb. I ist das Ventil mit nach rechts gedrehtem Drehkolben in Verschlußposition dargestellt. Am Eingang (D) liegt Druck an am Eingang (V) Vakuum. Da in dieser Stellung die Schläuche 1 und 3 abgequetscht sind liegt am Ausgang (1) Druck und am Ausgang (2) Vakuum an.

In Abb. II ist das Ventil mit nach links gedrehtem Drehkolben in Verschlußstellung dargestellt. Da nun die Schläuche 2 und 4 abgequetscht sind liegt folglich am Ausgang (1) Vakuum und am Ausgang (2) Druck.

Claims (3)

1. Schlauchventil zum gesteuerten Umschalten von Eingängen auf zwei Ausgänge durch wechselweises Schließen und Öffnen von weichen Schläuchen, dadurch gekennzeichnet, daß vier durch ein Gehäuse (1) und ein Drehteil (2) laufende, in deren Achsrichtung senkrecht und parallel hintereinander angeordnete Schläuche (4), durch eine gesteuerte Drehbewegung des Drehteiles (2) nach links oder nach rechts jeweils paarweise gequetscht werden, wobei jeder Schlauch (4) an zwei, zwischen den Schlauchkanälen im Gehäuse (1) und dem Schlauchkanal des Drehteiles (2) sich durch die Drehung des Drehteiles (2) ergebenden Quetschkanten (6) gleichmäßig ab abgequetscht wird und diese Schläuche solange verschlossen bleiben bis das Drehteil auf die Null-Position zurückgedreht wird.

2. Schlauchventil nach Anspruch 1 zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Drehbewegung über eine Kraftbegrenzung des Antriebes und eine Zeitsteuerung erfolgt.

3. Schlauchventil nach Anspruch 1 und 2 zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil für mehr als 4 Schläuche eingerichtet ist.