DE102008026851A1

DE102008026851A1 - Quetschventil

Info

Publication number: DE102008026851A1
Application number: DE102008026851A
Authority: DE
Inventors: Matthias Wedel
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2009-12-10
Also published as: US20090302244A1; CN101701634A

Abstract

Quetschventile (30, 40, 50), mitunter auch als Klemmventile bezeichnet, sind Durchgangsventile, die aus einem schlauchförmigen Absperrelement bestehen, das mitunter in einem röhrenförmigen Gehäuse aus Metall oder Kunststoff angeordnet ist. Das schlauchförmige Absperrelement wird entweder mechanisch oder durch ein von außen zugeführtes Fremdmedium zusammengequetscht, bis die Geschlossenstellung erreicht ist. Ein erfindungsgemäßes Quetschventil (30, 40, 50) weist einen ersten flexiblen Schlauchabschnitt (31A, 41A, 51A) auf, dessen Querschnitt mittels einer ersten Schlauchquetschvorrichtung (33A, 43A) beeinflußt werden kann, sowie einen zweiten flexiblen Schlauchabschnitt (31B, 41B, 51B), dessehvorrichtung (33B) verändert werden kann. Dabei werden die Schlauchquetschvorrichtungen so angesteuert, daß gleichzeitig mit einem Schließvorgang des ersten Schlauchabschnitts ein Öffnungsvorgang des zweiten Schlauchabschnitts ausgeführt wird und umgekehrt. Vorzugsweise entspricht die Volumenänderung am zweiten Schlauchabschnitt vorzugsweise etwa der Hälfte der Volumenänderung am ersten Schlauchabschnitt.

Description

Quetschventile, mitunter auch als Klemmventile bezeichnet, sind Durchgangsventile, die aus einem schlauchförmigen Absperrelement bestehen, das mitunter in einem röhrenförmigen Gehäuse aus Metall oder Kunststoff angeordnet ist. Das schlauchförmige Absperrelement wird entweder mechanisch oder durch ein von außen zugeführtes Fremdmedium zusammengequetscht, bis die Geschlossenstellung erreicht ist.
Quetschventile werden in erster Linie als Absperrarmaturen für flüssige Medien oder Feststoffe verwendet. Durch verschiedene Schlauchmanschettenausführungen eignen sich Quetschventile zur Steuerung sehr unterschiedlicher Medien, so daß Quetschventile in den verschiedensten Bereichen Anwendung finden, beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie und der chemischen Industrie sowie der Medizintechnik. Bei der Infusion mittels eines sogenannten Tropfes beispielsweise wird die Dosierung der Tropfgeschwindigkeit häufig mittels einer gemeinsam mit einem flexiblen Schlauch als Quetschventil wirkenden Rollklemme vorgenommen.
1 zeigt ein bekanntes mechanisches Quetschventil 10, wobei 1A den vollständig geöffneten und 1B den vollständig geschlossenen Zustand zeigt. Quetschventil 10 besteht aus einem flexiblen Schlauch 11 zwischen einem Stempel 13 und einem Widerlager 12. Quetschventil 10 wird betätigt, indem Stempel 13 in Richtung des Widerlagers 12 bewegt wird (angedeutet durch Pfeil 16), wobei der dazwischen befindliche Schlauch 11 entsprechend zusammengepreßt wird und sich dabei der für den Transport eines Mediums 14 wirksame Schlauchdurchmesser verringert. Die Transportrichtung des Mediums zeigt ein Pfeil 15 in 1A.
2 zeigt ein bekanntes, durch ein Fremdmedium 23 betätigtes Quetschventil 20, wobei 2A den vollständig geöffne ten und 2B den vollständig geschlossenen Zustand zeigt. Quetschventil 20 besteht aus einem flexiblen Schlauchabschnitt 21, der von einem Druckbehälter 22 umgeben ist, welcher mit dem Fremdmedium 23 gefüllt ist. Quetschventil 20 wird betätigt, indem der Druck des Fremdmediums 23 erhöht wird (angedeutet durch Pfeil 26), wobei das innerhalb des Druckbehälters 22 liegende flexible Schlauchstück 21 entsprechend zusammengepreßt wird und sich dabei der für den Transport eines Mediums 24 wirksame Schlauchdurchmesser verringert. Die Transportrichtung des Mediums zeigt ein Pfeil 25 in 2A.
Beim Schließen der bekannten Quetschventile 10, 20 entsteht eine Druckänderung oder ein Volumenstrom entlang des Schlauches. Dies ist in 1B durch Pfeile 17 und in 2B durch Pfeile 27 angedeutet. Der Volumenstrom entspricht dem verdrängten Schlauchvolumen und breitet sich in beiden Richtungen vom Ventil 10, 20 im Schlauch aus. Entsprechend umgekehrt sind die Verhältnisse beim Öffnen des Ventils 10, 20.
Dieses Verhalten ist problematisch, insbesondere der auftretende Fluß in der Abnahmeleitung, wenn sehr kleine Mengen des Mediums 14, 24 dosiert werden sollen oder Rückflüsse vermieden werden müssen. Sollen beispielsweise Zweikomponentenklebstoffe in einer Dosierkammer gemischt werden, kann der Rückfluß des Härters in die Leitung diese verstopfen, da bereits gemischter Kleber in die Leitung gerät. In einer medizinischen Anwendung könnte sich die Dosierung eines Medikaments ändern, wenn das Ventil verschlossen wird, oder beim Öffnen des Ventils könnte Blut in den Katheter gelangen, dort durch Kontakt mit konzentriertem Medikament verändert werden und bei einer nachfolgenden Injektion zu Komplikationen führen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Quetschventil anzugeben, welches den Volumenstrom im Schlauch zumindest in einer Richtung vermeidet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Quetschventil, das folgendes aufweist:

– einen ersten flexiblen Schlauchabschnitt, dessen Querschnitt mittels einer ersten Schlauchquetschvorrichtung beeinflußt werden kann;
– einen zweiten flexiblen Schlauchabschnitt, dessen Querschnitt mittels einer zweiten Schlauchquetschvorrichtung verändert werden kann;

Dabei entspricht die Volumenänderung am zweiten Schlauchabschnitt vorzugsweise zumindest annähernd der Hälfte der Volumenänderung am ersten Schlauchabschnitt.
Mit einem solchen Ventil, welches über eine Ausgleichsvorrichtung in Form eines zweiten flexiblen Schlauchabschnitts mit zweiter Schlauchquetschvorrichtung, kann auf einer Seite des Ventils eine nach außen wirkende Volumenänderung beim öffnen bzw. Schließen des Ventils vermieden werden, da die in diese Richtung wirkende, durch die das Ventil im engeren Sinne bildende erste Schlauchquetschvorrichtung hervorgerufene Volumenänderung durch eine geeignete Gegenbewegung der Ausgleichsvorrichtung kompensiert wird.
Natürlich kann ein Ventil auch beidseitig mit Ausgleichsvorrichtungen ausgerüstet werden. Es spielt dabei keine Rolle, wie die Betätigung des Ventils erfolgt und wie die Kopplung der Schlauchquetschvorrichtungen erfolgt. Denkbar sind beispielsweise mechanische, hydraulische oder pneumatische Betätigungen und ebensolche Kopplungen in beliebiger Kombination.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand von 3 Zeichnungen näher erläutert.
3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Quetschventils mit mechanischer Ansteuerung der Schlauchquetschvorrichtungen.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Quetschventils mit mechanischer Ansteuerung der Schlauchquetschvorrichtungen.
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Quetschventils mit hydraulischer Ansteuerung der Schlauchquetschvorrichtungen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Quetschventils 30 zeigt 3, wobei 3A den vollständig geöffneten und 3B den vollständig geschlossenen Zustand zeigt. Quetschventil 30 umfaßt einen Schlauch 31 mit drei flexiblen Schlauchabschnitten 31A, 31B und 31C und zugeordneten Schlauchquetschvorrichtungen 33A, 33B und 33C. Alternativ kann vorgesehen sein, daß das komplette Schlauchstück 31 gleichmäßig flexibel ist, wodurch sich der Aufbau vereinfacht.
Abschnitt 31A ist dabei jener Schlauchabschnitt, welcher der Durchflußregelung dient, wohingegen die Schlauchabschnitte 31B und 31C dem Ausgleich der durch Öffnen oder Schließen von Abschnitt 31A hervorgerufenen Volumenänderung dienen.
Hierzu ist der primäre Stempel 33A am Abschnitt 31A über zwei Hebel 38A, 38B, die in den Punkten 39A, 39B drehbar gelagert sind, mit zwei sekundären Stempeln 33B, 33C gekoppelt. Dabei komprimieren die beiden sekundären Stempel 33B, 33C im geöffneten Ventilzustand (3A) die jeweiligen Schlauchabschnitte 31B, 31C soweit, daß das dadurch verdrängte Volumen des Mediums 34 zumindest annähernd der Hälfte des Volumens des Mediums 34 entspricht, welches bei vollständigem Schließen des primären Stempels 33A (3B) durch den zugeordneten Schlauchabschnitt 31A verdrängt wird.
Die Geometrie und Anordnung der beweglichen Teile, d. h. Stempel 33A–C, Hebel 38A, B und die jeweiligen Hebelarme werden dabei vorzugsweise so gewählt, daß die durch die Bewegung des primären Stempels 33A entstehende Volumenänderung im Quetschbereich 31A zumindest annähernd doppelt so groß ist wie die jeweils durch die entgegengesetzte Bewegung der sekundären Stempel 33B, C entstehende Volumenänderung in den Quetschbereichen 31B, C.
Im Betrieb des Ventils 30 wird durch diese Anordnung erreicht, daß eine durch Bewegung des primären Stempels 33A hervorgerufene Volumenänderung auf beiden Seiten durch die Bewegung der sekundären Stempel 33B, 33C kompensiert wird. Außerhalb des Ventils (nicht dargestellt) ändern sich Druck und/oder Volumen nicht durch die Betätigung des primären Stempels 33A.
Natürlich kann auch nur eine einseitige Ausgleichsvorrichtung vorgesehen werden, wenn nur eine Seite (Zufluß oder Abfluß) des Ventils gegen Volumenänderungen empfindlich ist. Hierzu werden einfach der andere Ausgleichsstempel sowie der entsprechende Hebel weggelassen.
Die Kopplung der drei Stempel 33A–C erfolgt im Ausführungsbeispiel der 3 mechanisch, kann aber auch hydraulisch oder elektromechanisch oder durch eine elektronische Steuerung mit entsprechenden elektrisch angesteuerten Stempeln 33A–C erfolgen.
Ein erfindungsgemäß konstruiertes Quetschventil bietet viele Vorteile. Zunächst wird die bereits geflossene Menge durch Verschluß des Schlauches nicht verändert. Dies ist z. B. wichtig bei Medikamentdosierungen. Andererseits wird (möglicherweise kontaminiertes) Medium nicht zurückgesaugt, und die Fließrichtung bleibt konstant. Es entstehen keine Überdrücke im Zufluß, sodaß dort eingesetzte Dosierpumpen nicht durch derartige rückwirkende Drücke beeinflußt werden. Schließlich kann das Quetschprofil flexibel und materialschonend ausgelegt werden. Insbesondere muß kein besonders kleiner Quetschquerschnitt vorgesehen werden, um die Volumenänderung klein zu halten, da prinzipiell beliebig große Volumenänderungen kompensiert werden können. Durch die entsprechend geringeren mechanischen Belastungen sind (billigere) Schlauchmaterialien nutzbar.
Es sei darauf hingewiesen, daß gegebenenfalls Widerlager gegenüber der Stempel 33A–C anzubringen sind. Anstelle von Stempeln können auch zangenartige Quetschvorrichtungen eingesetzt werden, die den Schlauch von zwei Seiten verengen, oder auch umgreifende Quetschvorrichtungen, die vorzugsweise elektromechanisch betrieben werden, die den Schlauch am ganzen Umfang umgreifen und verengen.
Schließlich ist es ohne weiteres möglich, die Vorrichtung auch so zu dimensionieren, daß beim Schließen des primären Stempels 33A auf Zu- und Abfluß (nicht dargestellt) ein Unterdruck wirkt (im Gegensatz zu dem bei klassischen Quetschventilen auftretenden Überdruck). Hierzu muß lediglich das von den sekundären Stempeln 33B, C im geöffneten Ventilzustand verdrängte Volumen größer als die Hälfte des vom primären Stempel verdrängbaren Volumens gewählt werden.
Andere Schlauchgeometrien sind natürlich ohne weiteres ebenfalls mit erfindungsgemäßen Quetschventilen ausrüstbar, etwa verschiedene Schlauchdurchmesser an Zu- und Abfluß. In diesem Fall müssen lediglich die sekundären Stempel geeignet angepaßt werden.
Eine interessante Schlauchgeometrie zeigt 4, wobei 4A eine Draufsicht auf das Ventil 40 zeigt, 4B einen Schnitt entlang der Linie A-A bei vollständig geöffnetem Ventil 40 und 4C einen Schnitt entlang der Linie A-A bei vollständig geschlossenem Ventil 40.
Der Schlauch 41 des Ventils 40 ist u-förmig angeordnet. Pfeile 45A und 45B zeigen die Fließrichtung des Mediums 44 durch den Schlauch 41. Die primäre Schlauchquetschvorrichtung 43A wirkt auf einen flexiblen Schlauchabschnitt 41A, welcher sich im Scheitelpunkt des durch Schlauch 41 gebildeten ”U” befindet. Die sekundären Schlauchquetschvorrichtungen (zu sehen ist in der Schnittdarstellung nur die Schlauchquetschvorrichtung 43C des Zuflusses) wirken auf flexible Schlauchabschnitte 41B und 41C, welche sich in den Schenkeln des ”U” befinden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schlauchquetschvorrichtungen mit mittels einer Wippvorrichtung 48 gekoppelt, die in einer Achse 49 drehbar gelagert ist. Ein Arm der Wippvorrichtung 48 trägt die primäre Schlauchquetschvorrichtung 43A, der andere Arm ist T-förmig fortgebildet und trägt die beiden sekundären Schlauchquetschvorrichtungen.
Dabei komprimieren die beiden sekundären Schlauchquetschvorrichtungen im geöffneten Ventilzustand (4B) die jeweiligen Schlauchabschnitte 41B, 41C soweit, daß das dadurch verdrängte Medienvolumen zumindest annähernd der Hälfte des bei vollständigem Schließen der primären Schlauchquetschvorrichtung 43A (4C) durch den zugeordneten Schlauchabschnitt 41A verdrängten Medienvolumens entspricht.
Geometrie und Anordnung der beweglichen Teile, d. h. Schlauchquetschvorrichtungen 43A–C, Wippe 48 und die jeweiligen Wippenarme werden vorzugsweise wiederum so gewählt, daß die durch die Bewegung der primären Quetschvorrichtung 43A entstehende Volumenänderung im Quetschbereich 41A zumindest annähernd doppelt so groß ist wie die jeweils durch die entgegengesetzte Bewegung der sekundären Quetschvorrichtungen.
Die im Zusammenhang mit 3 beschrieben Abwandlungen können auch im Ausführungsbeispiel der 4 angewendet werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die entsprechenden Textpassagen der auf 3 bezogenen Figurenbeschreibung verwiesen.
5 zeigt ein hydraulisch betriebenes Quetschventil 50. Eine Leitung 51 weist drei flexible Abschnitte 51A–C auf, wobei der mittlere Abschnitt 51A die eigentliche Ventilfunktion erfüllt und die Abschnitte 51B und 51C dem Druck/Volumenausgleich dienen. Die flexiblen Abschnitte 51A–C sind jeweils von Druckbehältern 52A–C umgeben, welche mit Fremdmedium 53 gefüllt sind. Quetschventil 50 wird geschlossen, indem der Druck im Primärbehälter 52A erhöht wird, wobei das innerhalb des Druckbehälters 52A liegende flexible Schlauchstück 51A entsprechend zusammengepreßt wird und sich dabei der für den Transport eines Mediums 54 wirksame Schlauchdurchmesser verringert.
Gleichzeitig wird der Druck in den sekundären Druckbehältern 52B und 52C verringert, so daß sich die innerhalb dieser Druckbehälter liegenden Schlauchstücke 51B und 51C erweitern. Die Ventilvorrichtung 50 ist dabei so konstruiert, daß das von Schlauchstücken 51B und 51C dabei freigegebene Volumen wenigstens annähernd der Hälfte des von Schlauchstück 51A verdrängten Volumens entspricht.
Anders als bei den mechanischen Ventilen 30 und 40 aus 3 und 4 muß im hydraulischen Ventil 50 gemäß 5 im geöffneten Ventilzustand an den Ausgleichstellen keine Vorspannung anliegen. Vielmehr kann der Ausgleich durch Erzeugen eines Unterdrucks in den sekundären Druckbehältern 52B und 52C bewirkt werden.
Durch eine geeignete Kopplung der Druckbehälter kann erreicht werden, daß das von Schlauchstücken 51B und 51C dabei freigegebene Volumen wenigstens annähernd der Hälfte des von Schlauchstück 51A verdrängten Volumens entspricht.
Eine mögliche Kopplung zeigt 5. Ein gemeinsamer, mit Fremdmedium gefüllter Zylinder 58 weist zwei Bohrungen auf. Die erste Bohrung versorgt über eine Zuleitung 60A den Primärbehälter 52A. Eine zweite Bohrung, mit der zwei Zuleitungen 60B und 60C verbunden sind, werden die Sekundärbehälter 52B und 52C versorgt. Ein Kolben 59 ist zwischen den Bohrungen angeordnet. Durch Bewegen des Kolbens 59 in Richtung des Pfeils 56 kommt es zu dem gewünschten Druckaufbau im Primärbehälter 52A und gleichzeitig zur Druckabsenkung in den Sekundärbehältern 52B und 52C. Dabei wird in den Primärbehälter 52A dieselbe Menge an Fremdmedium gedrückt wie aus den beiden Sekundärbehältern 52B und 52C zusammen entnommen wird, d. h. aus jedem der Sekundärbehälter 52B und 52C wird jeweils die Hälfte des in den Primärbehälter 52A gedrückten Volumens entnommen. In der Folge wird Schlauchstück 51A um das Volumen komprimiert, während die Schlauchstücken 51B und 51C um jeweils die Hälfte dieses Volumens expandieren.
Somit gilt auch für die Ausführung nach 5, daß sich außerhalb des Ventils (nicht dargestellt) Druck und/oder Volumen nicht durch die Betätigung des Ventils ändern.

Claims

Quetschventil (30, 40, 50), das folgendes aufweist: – einen ersten flexiblen Schlauchabschnitt (31A, 41A, 51A), dessen Querschnitt mittels einer ersten Schlauchquetschvorrichtung (33A, 43A) beeinflußt werden kann; – einen zweiten flexiblen Schlauchabschnitt (31B, 41B, 51B), dessen Querschnitt mittels einer zweiten Schlauchquetschvorrichtung (33B) verändert werden kann; wobei die Schlauchquetschvorrichtungen so angesteuert werden, daß gleichzeitig mit einem Schließvorgang des ersten Schlauchabschnitts ein Öffnungsvorgang des zweiten Schlauchabschnitts ausgeführt wird und umgekehrt.
Quetschventil nach Anspruch 1, dessen Schlauchquetschvorrichtungen so dimensioniert sind, daß bei Betätigung der Schlauchquetschvorrichtungen die Volumenänderung am zweiten Schlauchabschnitt zumindest annähernd der Hälfte der Volumenänderung am ersten Schlauchabschnitt entspricht.
Quetschventil einem der vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich einen dritten flexiblen Schlauchabschnitt (31C, 41C, 51C) aufweist, welcher auf der dem zweiten Schlauchabschnitt abgewandten Seite des Ventils (30, 40, 50) angeordnet ist und dessen Querschnitt mittels einer dritten Schlauchquetschvorrichtung (33C, 43C) verändert werden kann, wobei die dritte Schlauchquetschvorrichtung so angesteuert wird, daß gleichzeitig mit einem Schließvorgang des ersten Schlauchabschnitts ein Öffnungsvorgang des dritten Schlauchabschnitts ausgeführt wird und umgekehrt.
Quetschventil nach Anspruch 3, dessen Schlauchquetschvorrichtungen so dimensioniert sind, daß bei Betätigung der Schlauchquetschvorrichtungen die Volumenänderung am dritten Schlauchabschnitt zumindest annähernd der Hälfte der Volumenänderung am ersten Schlauchabschnitt entspricht.
Quetschventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schlauchquetschvorrichtungen mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden.
Quetschventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schlauchquetschvorrichtungen mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch gekoppelt sind.