DE3131459A1 - Schlauchquetschventil - Google Patents

Description

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Herr

Prof.Dipl.-Ing.Dr.Dr.h.c.

Hans List

Heinrichstraße 126 A - Graz / Österreich

Schlauchquetschventil

Es wird die Priorität der österreichischen Patentanmeldung Nr. A 4119/80 vom 11. August 1980 in Anspruch genommen:

313H59

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Schlauchquetschventil, mit einem Ventilkopf₉ in welchem ein Schlauch in Längsrichtung geführt und in Querrichtung mittels eines elektromagnetisch betätigbaren Klemmbolzens absperrbar ist, wobei der Ventilkopf, in Sichtung der Schlauchachse gesehen, eine Längsnut mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt und im Bereich des Klemmbolzens eine zumindest annähernd zum Grund der längsnut reichende Quernut aufweist,,-

Schlauchquetschventile sind wegen des Wegfalles der lotwendigkeit, das eigentliche Abschlußorgan bzw„ dessen Betätigung gegen die Umgebung bzw_o bei aggressiven oder besonders rein zu haltenden Fördermedien gegen dieses selbst abzudichtenp sehr weit verbreitet» Insbesonders bei Analysengeräten werden derartige Ventil© sehr häufig zur Steuerung von in elastischen Schläuchen transportierten Flüssigkeiten sowie Gasen verwendet, wobei ein bestimmter durch den Schlauch dargestellter Probenweg entweder verschlossen oder freigegeben wird_o

Es sind Schlauchquetschventile bekannt, bei denen der zu verschließende Schlauch mit Hilfe eines zumeist runden₉ quer zum Schlauch liegenden Klemmbolzens, der durch einen Elektromagneten betätigt wird₉ gegen sine flache Unterlage gequetscht und damit verschlossen werden kann» Diese bekannten Ventile haben den wesentlichen Nachteil, daß der Schlauch im Bereich des Klemmbolzens in Richtung quer au seiner Achse nicht in seiner Lage fixiert ist und sich daher sehr leicht durch Bewegungen beim Quetschvorgang aus dem Bereich des querliegendsm Klemmbolzens bewegen kann₉ wo= durch der Verschlußmechanismus unwirksam wirdo

Zur Vermeidung dieses seitlichen Ausweichens des Schlauches sind Schlauchquetschventile der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei denen der Schlauch z.B. auf einem kreisförmigen Ventilkopf in einer Längsnut geführt ist und für den Klemmbolzen eine diese Längsnut kreuzende Quernut vorgesehen ist. Bei dieser bekannten Ausführung kann der Schlauch zwar beim Quetschen durch den Klemmbolzen seitlich nicht mehr ausweichen, aufgrund der Verformung des Schlauches bei der Quetschung im Bereich der Kreuzung zwischen Längsnut und Quernut ist jedoch bereits nach wenigen hundert Lastspielen eine Beschädigung des Schlauches an den Kanten der kreuzförmig verlaufenden Nuten festzustellen, die binnen kurzer Zeit zum Leckschneiden des Schlauches führte Die Kanten im Kreuzungsbereich der Nuten sind zwar üblicherweise leicht abgerundet, wirken jedoch im Zusammenhang mit der über den Elektromagneten schlagartig aufgebrachten Schließkraft so, daß ein Ausweichen der gequetschten Teile des Schlauches in die umgebenden Bereiche der Längs- bzw. Quernut weitgehend verhindert und somit die Elastizität des Schlauches in diesem kleinen Quetschbereich weit überfordert wird_o

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schlauchquetschventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln der Schlauch so weit geschont wird, daß eine praktisch unbegrenzte Lastspielzahl ohne wesentliche Abnützungserscheinungen am Schlauch erreichbar ist. ■

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß der Übergang von der Längsnut zur Quernut mit Abrundungen versehen ist, deren Radien zumindest annähernd dem Schlauchradius entsprechen und daß der Klemmbolzen so betätigt ist, daß die von ihm auf den Schlauch ausgeübte Schließkraft nach einer asymptotischen Übergangsfunktion von Hull gegen dae Ende der Schließbewegung hin ansteigt„ Durch die Abrundungen am Übergang von der Längsnut zur

Quernut ist es im Zusammenhang mit der nach einer asymptotischen Übergangsfunktion aufgebrachten Schließkraft dem Schlauch möglich, während des Schließvorganges, also während der Quetschung des Schlauches, aus dem unmittelbaren Quetschungsbereich an der Kreuzung zwischen Längsnut und Quernut nach beiden Seiten in die Nuten hinein zumindest so weit auszuweichen, daß die elastische Verformung des Schlauchmaterials auf einen größeren Bereich aufgeteilt und somit eine unzulässige Beanspruchung an dieser Stelle vermieden wird_o ^s ist also trotz verhinderter Querbewegung des Schlauches insgesamt gesichert/ daß keine Beschädigung des Schlauches, welche Reparaturzeit erfordern würde j, auftreten kann.

Prinzipiell wäre es möglich, die Längsnut im Bereich der Quetschzone an der Kreuzung mit der Quernut in ihrer Breite zu erweitern_s damit der Schlauch genügend zusätzlichen Raum zur Ausdehnung zur Verfügung hätte„ jedoch hat sich in unerwarteter Weise gezeigt, daß es wesentlich günstiger ist, wenn,, wie nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung vorgesehen, die Längsnut an den Abrundungen zur Quernut eine gegenüber dem Außendurchmesser des Schlauches nur geringfügig vergrößerte Breite, vorzugsweise von etwa 110 fo des Schlmuchdurchmessers, und von dort ausgehend bis zu beiden Enden des Ventilkopfes nach außen hin schräg verlaufende Seitenwände aufweist_o Auf diese Weise weitergebildete Schlauchquetschventile erlauben, wie sich in Versuchen gezeigt hat, mehrere Millionen Lastspiele ohne jegliche die Funktion beeinträchtigende Beschädigung des gequetschten Schlauches<,

Zur weiteren Schlauchschonung ist nach einem anderen Vorschlag der Erfindung vorgesehen, daß die über den Klemmbolzen nach Ende der Schließbewegung auf den Schlauch wirkende Haltekraft gegenüber der bei der Schließbewegung maximal auftretenden Schließkräft um 1/3 bis 1/2 reduziert istο Nachdem die asymptotisch aufgebrachte Schließkraft

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Ihren für ein schnelles Abschließen des Schlauches vorgesehenen Maximalwert erreicht hat, wird also der elektromagnetisch "betätigte Klemmbolzen soweit entlastet, daß nur mehr die für das Dichtbleiben des Schlauches erforderliche Haltekraft wirkte Damit ist nicht nur eine unnötige Quetschung des Schlauches für längere Zeit verhindert, sondern wird auch der Stromverbrauch für die Betätigung des Klemmbolzens wesentlich verringert, was die Wirtschaftlichkeit der gesamten Einrichtung ebenfalls steigerte

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen von Schlauchquetschventilen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert: '

Die
Figo 1 und 2 zeigen Schlauchquetschventile gemäß dem

bekannten Stand der Technik, die Figo 3 und 4 Ausführungsformen nach der vorliegenden

Erfindung und die Pig. 5 und 6 Kraft/Zeit-Diagramme der am Klemmbolzen

wirkenden Schlisßkrafto

Das bekannte Schlauchquetschventil nach Figo 1 weist einen Klemmbolzen 1 auf, der in Richtung der Achse 2 mittels eines hier nicht dargestellten Elektromagneten so gegen eine unterlage 3 drückbar ist, daß ein Schlauch 4 in seinem Querschnitt im Bereich des Klemmbolzens 1 absperrbar isto Durch das Fehlen -jeder seitlichen Führung des Schlauches 4 auf der Unterlage 3 ist es dem Schlauch 4 zwar möglich, bei Aufbringen der Schließkraft über den in Richtung der Achse 2 nach unten bewegten Klemmbolzen 1 an der Quetschstelle nach beiden Seiten ajszuweichen, jedoch kann gerade diese uneingeschränkte seitliche ■Ausweichmöglichkeit bei rasch aufeinanderfolgenden Schließ- bzw. Öffnungsvorgängen dazu führen, daß der Schlauch 4 seitlich aus dem Bereich des Klemmbolzens 1 ausweicht und es zu keiner Absperrung des Schlauches mehr kommen kann₀ Das seitliche Ausweichen des Schlauches 4 wird bei

dem in I¹Ig₀ 2 dargestellt©^ bekannten Ausführungsbeispiel eines Schlauchquetschventiles dadurch verhindert^ daß anstelle einer glatten Unterlage für den Schlauch 4 sin Ventilkopf 5 "vorgesehen ist₉ der scheibenförmig ausgebildet ist und in Richtung der Achse des Schlauches 4 eine Längsnut 6 mit im wesentlichen TJ-förmigem Querschnitt aufweist«, Der Yentilkopf 5 ist neben der zur seitlichen führung des Schlauches 4 dienenden Längsnut 6 noch mit einer Quernut 7 versehen_s welche im Bereich des wiederum in Richtung der Achse 2 gegen den Schlauch 4 drückbaren Klemmbolzens 1 angeordnet ist und zumindest annähernd bis zum Grund der Längsnut 6 reicht,, Mit dieser bekannten Ausführung ist zwar das seitliche Ausweichen des Schlauches 4 aus dem Wirkungsbereich des Klemmbolzens 1 unterbunden, jedoch kommt es aufgrund der Ausführung des Kreuzungsbereiches zwischen Längsnut 6 und Quernut 7 zu einer starken Beanspruchung des Schlauches 4 in diesem Bereich^ welche sich vor allen Dingen auch im Zusammenhang mit der bei diesen bekannten Schlauchquetschventilen üblichen Art' der über den nicht dargestellten Schließmagneten schlagartig aufgebrachten Schließkraft in einer vorzeitigen Beschädigung des Schlauches 4 äußert, da das Ausweichen des gequetschten Schlauchumfanges im Bereich der Kreuzungsstelle zwischen den beiden Hüten weitgehend unterbunden ist„

Der in Fig» 3 dargestellte Ventilkopf 8 eines Schlauchquetsohventils gemäß der Erfindung weist ebenfalls eine Längsnut 9 und eine Quernut 10 auf₉ welche im Zusammenhang mit der Schlauchführung und -quetschung die gleiche Funktion haben wie die zu Figo 2 besprochenen luten 6 und 7ο Im Bereich der Kreuzungsstelle zwischen Längsnut 9 und Quernut 10 sind hier jedoch Abrundungen 11 mit eixjem Radius, der etwa dem Sehlauchradius entspricht„ vorgesehen_s welche es im Zusammenhang mit der in Figo 5 dargestellten zeitliehen Charakteristik der über den hier nicht dargestellten Klemmbolsen aufgebrachten Schließkraft P dem eben-

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falls nicht dargestellten, in der Längsnut 9 geführten Schlauch ermöglichen, im Quetschbereich nach beiden Seiten auszuweichen, womit die Deformation des elastischen Schlauches bei der Quetschung durch den Klemmbolzen auf einen größeren Bereich aufgeteilt wird und zu keinen Beschädigungen des Schlauches führen kann.

Die auf den Klemmbolzen wirkende Schließkraft P steigt gemäß Fig. 5 nach einer asymptotischen Übergangsfunktion von KuIl zu einer Zeit t, die dem Beginn der Schließbewegung des Klemmbolzens entspricht, gegen das Ende der Schließbewegung hin an und bleibt sodann bis zu der in Figo 5 nicht mehr dargestellten Entlastung des Elektromagneten, also dem Wiederöffnen des Ventils, gleiche

Es hat sich gezeigt, daß der zu den Fig. 3 und 5 besprochene schlauchschonende Effekt des erfindugsgemäßen Schlauchquetschventils noch weiter gesteigert werden kann, indem etwa der Ventilkopf so wie der in Fig«, 4 mit 8¹ bezeichnete ausgeführt wird_o Hier weist die Längsnut 9' an den Abrundungen 11' zur Quernut 10' eine gegenüber dem Außendurchmesser des hier nicht dargestellten Schlauches nur geringfügig vergrößerte Breite, vorzugsweise etwa 110 9^ des Schlauchaußendurchmessers, auf und ist von diesem Bereich ausgehend bis zu den beiden Enden des Ventilkopfes 8¹ mit nach außen hin schräg verlaufenden Seitenwänden ausgeführte Durch diese Ausführung der Längsnut 9^f wird der Schlauch im Bereich des Klemmbolzens sehr gut seitlich fixiert, wobei das Ausweichen des gequetschten Schlauchumfanges in die Quernut möglich bleibt und nach den Enden des Ventilkopfes zu auch in die Längsnut selbst ermöglicht wirdo

In Fig. 6 ist eine weitere Variante der Aufbringung der Schließkraft P dargestellte Bis zum Erreichen der maximalen Schließkraft P* steigt diese ebenfalls wie in Fig. 5 nach einer asymptotischen Übergangsfunktion an, wird jedoch nach dem Erreichen der für ein schnelles Schließen des

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Schlauchquetschventiles bemessenen maximalen Schließkraft P* nach einer weiteren Übergangsfunktion auf eine Haltekraft Ϊ zurückgenommene Durch die nach Ende der Schließbewegung erfolgende Rücknahme der über den Klemmbolzen auf den Schlauch wirkenden Quetschkraft um etwa 1/3 bis 1/2 der bei der Schließbewegung maximal auftretenden Schließkraft wird einerseits der Schlauch noch mehr geschont und andererseits auch die Stromaufnahme für den Elektromagneten zur Betätigung des Klemmbolzens entscheidend reduzierte

Mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schlauchquetschventil ist es möglichj den elastischen Schlauch bei der Ventilbetätigung so weit zu schonen^ daß - insbesonders mit den Ausführungen nach Pig« 4 und 6 - Lastspielzahlen von mehreren Millionen ohne weiteres erreichbar sind.

Leerseite

Claims (1)

1. 313U59

   Patentansprüche

   M ο ) Schlauchquetschventil, mit einem Ventilkopf in welchem ein Schlauch in Längsrichtung geführt und in Querrichtung mittels eines elektromagnetisch betätigbaren Klemmbolzens absperrbar ist₉ wobei der Ventilkopf, in Richtung der Schlauchachse gesehen, eine Längsnut mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt und im Bereich des Klemmbolzens eine aamndest annähernd bis zum Grund der Längsnut reichende Quernut aufweist, dadurch gekennzeichnet _s daß der Übergang von der Längsnut (9_S9⁹) zur Quernut (10, 10') mit Abrundungen (119 11') versehen ist, deren Radien zumindest annähernd dem Schlauchradius entsprechen und daß der Klemmbolzen so betätigt ist₅ daß die von ihm auf den Schlauch ausgeübte Schließkraft (P) nach einer asymptotischen Übergangsfunktion von Null gegen das Ende der Schließbewegung hin ansteigt (Figo 3 bis 6)_o Schlauchquetschventil nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet j daß die Längsnut (9^!) von den Abrundungen (11') zur Quernut (10¹) eine gegenüber dem Außendurchmesser des Schlauches nur geringfügig vergrößerte Breite, vorzugsweise von etwa 110 $ des Schlauchaußendurchmessers s und von dort ausgehend bis zu beiden Enden des Ventilkopfes (8^!) nach außen hin schräg verlaufende Seitenwände aufweist (Fig. 4)ο

   3α Schlauchquetschventil nach Anspruch 1 oder 2₉ dadurch gekennzeichnet, daß die über den Klemmbolzen nach Ende der Schließbewegung auf den Schlauch wirkende Haltekraft (?) gegenüber der bei der Schließbewegung maximal auftretenden Schließkraft (P*) um 1/3 bis 1/2 reduziert ist (Figo 6)„