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.
Automatic control device for an autoclave
The invention relates to an automatic control device for an autoclave, in which pressure changes in the autoclave are transmitted to a control element which is under the influence of the internal pressure in the autoclave and which has an element moved by the inlet pressure.
When operating autoclaves, especially in processes that make it necessary to alternately apply pressure or vacuum in the same device in the course of a process, valves must be controlled which switch the device to either pressure or vacuum. For example, autoclaves are evacuated in the course of a process and charged with gases as required. The adjustments to the valves required for this have previously been carried out by hand. An example is an autoclave for carrying out a sterilization process. Here, certain operating values must be made dependent on one another, e.g. B. steam should only be able to flow into the autoclave when a certain vacuum is reached.
These processes could previously be recorded with contact instruments, but they are prone to failure and expensive for the harsh operations in which there is steam, moisture, temperatures and, last but not least, the risk of explosion.
In all such processes it is a matter of recording a very precise vacuum or pressure value in order to then automatically switch from one state to the other quickly.
According to the invention, a counterforce acts in the control element on the moving element, which influences the speed of movement of this element, which controls the loading of the interior of the autoclave in such a way that this space is alternately under pressure and vacuum
According to an advantageous embodiment, a slide is provided to which the movement of the element moved by the inlet pressure is transmitted. The slide advantageously controls an operating medium, e.g. B. a vacuum operating medium that alternately influences two valves used to act on the autoclave.
In one embodiment, the slide has a locking mechanism in its control positions, which is mechanical, electrical or magnetic and can be adjusted.
The counterforce advantageously acts by changing the volume of a space of the control member, which is partially delimited by the moving element and exposed to a liquid, and can be adjusted by a throttle.
A special feature of the embodiment described is that the slide for controlling the valves does not move slowly, but receives a drive that causes a sudden switch from one control position to the other. The tipping point can be adjusted in this snap action so that it can only be exceeded at a certain vacuum value.
According to an advantageous embodiment, the valves for acting on the autoclave have a spring hollow body with an inner and an outer chamber, the inner chamber of which encloses the stem of a resiliently influenced valve body, which is controlled by alternating evacuation and ventilation of the outer chamber.
The invention is explained in the following description with reference to the drawings using exemplary embodiments. The drawings contain only schematic representations. It shows:
1 shows a schematic representation of the control device for an autoclave,
Fig. 2 is a side view of a valve in section.
The autoclave 1 is equipped in the usual way with a steam source 2 for the steam and a vacuum pump 3 for evacuating, that is to say, the suction, of the steam. There is a live steam valve 4 in the steam feed line to the autoclave and a vacuum valve 5 between the autoclave and the vacuum pump. The valves 4 and 5 are operated by vacuum. If a vacuum is applied to such a valve, the spring body of the valve contracts and opens the valve. It closes when it is ventilated. These switching processes are controlled by a slide valve 6/8 according to the process. The slide valve block 6 is specially designed for this in that it is connected to the vacuum pump, which constantly maintains a vacuum on the slide through the line 7.
When the slide 8 is moved, vacuum is applied to the live steam valve 4 (position as shown) or to the vacuum valve 5 (shift to the right). For this purpose, the slide 8 can be switched either manually or mechanically as a function of certain operating states. The slide 8 is mounted in such a way that when switching from one position to the other it passes a so-called tipping point. A certain amount of force is required to overcome the tipping point. This can be generated either mechanically or electromagnetically. As shown in the drawing, this force is generated, for example, permanently magnetically, in that part 8 contains an iron-locked permanent magnet and part 6 is equipped in the same way.
Here the magnets are directed against each other with their north poles.
The purpose of the described embodiment is to run a process not only manually, but also fully automatically according to a program. For this purpose, the slide 8 is driven by a working and control piston 9, which represents the element moved by the input pressure.
The piston 9 has two separately acting sides which partially delimit a space 9a and 9b of the control member. Other wall parts of the rooms are formed by bellows. The space 9a is located on the autoclave and registers all processes in the same. When there is pressure in the autoclave, the space 9a will expand and, by means of the piston 9, give the slide 8 a thrust. If the thrust exceeds the aforementioned force on the slide 8, the slide moves suddenly into its end position. In this end position, the valve 4 is separated from the vacuum and closes, while the vacuum valve 5 is placed under vacuum and opens.
The same process is repeated in the opposite direction when the space 9a contracts and the slide 8 is moved in the opposite direction. Immediately next to room 9a is room 9b. This is connected to a liquid container 10 with the interposition of check valves 11 and 13 and hydraulic throttles 12 and 14.
The check valve 13 lets through in the direction from the liquid container to the space 9b, while the check valve 11, which with its throttle 12 is connected in parallel to the connection with the valve 13 and the throttle 14, blocks in this direction. Learns z. If, for example, the space 9a expands, the liquid tries to get from the space 9b into the liquid container 10 via the valve 11. It is braked by the throttle element 12 in such a way that the displacement of the slide 8 can be set in time. In this case, no liquid can flow through the valve 13, since this blocks the non-return valve. When the space 9a is placed under vacuum for the drying process, the space 9b expands so that the liquid tends to flow back into the space from the container 10 via the check valve 13.
The throttle element 14 here again causes a time delay, so that the timing of the over-switching of the slide 8 is influenced by this throttle valve. During this process, no liquid can flow back through the check valve 11.
With the valve 15, the space 9a can be separated from the autoclave so that the slide 8 can then be operated by hand. A throttle 16 is installed parallel to the vacuum valve 5, the task of which is to constantly let a certain amount of steam through, even if the vacuum valve 5 remains closed during the steam flow.
The throttle is preferably made of a porous sintered material.
The mode of operation of the present device is as follows: The device is switched on by a push button to operate the vacuum pump. After the vacuum at the pump has reached a value of about 800 / e and the slide 8 on the left is in the vacuum position, the vacuum valve 5 receives a drive and opens. The air is sucked out of the autoclave. Here, the valve 15 is in automatic mode, that is, in the open position, the space 9a is contracted and drives the slide 9 in the direction to switch off the vacuum for the vacuum valve 5 and to open the live steam valve 4 by vacuum.
The tipping point to be overcome here is set by a counterforce in such a way that it can be overcome when the force of the expandable space 9a on the driver on the slide 8 is so great that over-switching is possible. The force in space 9a then corresponds to a vacuum of z. B. 95%. After the slide 8 has been brought into the steam position, the live steam valve 4 receives a vacuum and opens, with steam flowing into the autoclave while the vacuum valve 5 closes. The throttle 16 lets through as much steam as, for. B. is necessary for a sterilization process. The advantage of such a throttle is that the vacuum valve 5 only exerts an open movement. This avoids high steam velocities in the very narrowly set valve cross-sectional opening from reducing the service life of the valve seat surfaces.
The steam time is regulated by the space 9b in that the compression of the space 9b with its liquid is made dependent on the throttle cross section of the throttle 12. The same game results when switching back into the evacuation position of the slide 8, in which the throttle 14 becomes effective. The end of the vacuum phase is brought about by the slide 8 in its end position actuating the contactor of the vacuum pump 3 and stopping the pump.
In the example according to FIG. 1, valves can also be used which are driven by an external operating medium, instead of the existing vacuum being used.
Fig. 2 shows a construction in which the vacuum drive and the pressurized valve stem do not influence each other and the valve stem is secured against the outside atmosphere in such a way that the medium flowing through the valve is completely and smoothly sealed off from the outside.
In a valve housing 17 with a seat, the valve body 18 is pressed onto the seat by a spring 19 in the direction of flow of the medium, as indicated by the arrow. The valve stem 20 is passed through the valve housing 17 to the outside. It is enclosed by a spring hollow body 21 which is divided into two separate chambers by two spring bodies. The inner chamber 21 a accommodates the valve stem 20, which ends in front of an end plate 22.
The outer chamber 21b is connected to a vacuum pump with a line 23. The line can either be under vacuum or ventilated.
The function of this valve is as follows:
In the rest state, the spring 19 and the medium press the valve body 18 onto the seat and close the valve, as shown. If the valve body 18 is now to be lifted off over a certain period of time, the outer chamber 21b of the hollow spring body 21 is evacuated. The force acting on the closing plate 22, which acts on the valve stem 20 and lifts the valve body 18, is the force derived from the product area X kg / cm 2.
When the line 23 to the vacuum pump is vented, the force is canceled and the valve body 18 returns to the closed position. The valve only opens when a certain negative pressure has occurred in the outer chamber 21b of the hollow spring body 21. This force must be so great that it overcomes the opposing force on the valve body 18.
This can be advantageous for controlling the valve for certain operating parameters.