Elektrisch betätigtes Ventil bzw. Absperrhahn selbst bauen
Hi,
ich habe schon seit langem den Plan, einen automatischen Wasserkocher zu bauen, da ich jeden Tag locker zwei Tassen Tee trinke und es mir auf die nerven geht jedes mal den Wasserkocher dafür anzuschmeißen, vom Bastelspaß mal abgesehen ;-)
Daher benötige ich auch zwei Ventile. Das eine Ventil ist für das Befüllen des Wasserkochers, der sich unter dem Wassertank befindet zuständig. Das zweite Ventil sorgt während des Befüllens und des Kochens für den Druckausgleich. Wenn das Wasser dann kocht schließt es, und der Dampfdruck befördert das Wasser dann über einen weiten Schlauchanschluss direkt unten am Wasserkocher aus der Maschine heraus zum Wasserhahn.. Wasserhähnchen. Als Schlauchanschlüsse nehmen ich Pneumatikanschlüsse von ner PC-Wasserkühlung mit G1/4 und G1/8 Zoll gewinde. Als Schlauch kommt 6mm/8mm Silikonschlauch zum Einsatz.
Die Frage ist, wie baue ich solche Ventile, so dass sie mit möglichst wenig Strom auskommen und den Anforderungen (Druck beim herausbefördern des Wassers) eben gerade so standhalten. Ich hab mir da schon mehrere Möglichkeiten überlegt, ich weiß nur nicht welche ich letztendlich verwenden soll.
Ideen:
1) Fertigen Mini Kugelhahn mit Servoantrieb ausstatten. Ich habe zwar noch keine CNC-Fräse aber das wäre eine Möglichkeit. Leider sind diese Kugelhähne äußerst schwergängig und ich müsste sie mit einer Zahnradübersetzung mit dem Servo verbinden. Außerdem braucht das beim Betätigen einmalig relativ viel Strom. Ist geignet bis 10 oder 20Bar, soviel brauch ich garnicht.
2) Eigenen Absperrhahn konstruieren. In einen kleinen Kasten werden zwei ineinandergesteckte Stäbe eingesetztn und die Form danach mit Silikon aufgefüllt. Die Stäbe werden entnommen. Somit habe ich längs einen Kanal und quer dazu in der Mitte einen dickeren kurzen Kanal. Der lange querliegende Kanal ist der, durch den das Wasser oder der Wasserdampf später hindurchströmt. In den dicken kurzen längsliegenden Kanal in der Mitte kommt nun ein Zylinderförmiger Drehbarer Stopfen aus z.B. Plexiglasstab, der in der Mitte ein Loch hat, das mit dem querliegenden Kanal fluchtet. Wenn man den Stopfen nun mum 90° dreht ist der Hahn geschlossen. Genauso wie beim Bierzapfhahn oder beim Kugelhahn (nur dass hier keine Kugel sondern ein Zylinder verwendet wird). Der Zylinder ist ein wenig dicker als es der Kanal im Silikon ist, dadurch spannt das Silikon um ihn herum ständig ein wenig und dichtet somit alles ab. Keine Ahnung ob ich das jedoch so sauber hinkrig und ob es den ~2 Bar die beim Aufbau des Drucks im Wasserkocher wahrscheinlich anfallen ohne Undichtigkeit standhalten kann. Das wäre jedenfalls einfacher zu betätigen als ein Kugelhahn, hoffe ich!
3) So ählich wie 2), nur dass hier nichts gedreht wird sondern sich ein flacher Schieber in den dafür vorgesehen Kanal im Silikon schiebt und somit den querliegenden Kanal verschließt. Kann dann auch mit einem Servo angetrieben werden wobei hier die Rotationsbewegung erstmal zu einer Längsbewegung umgewandelt werden müsste.
4) In einen massiven länglichen Kunststoffblock wird ein Kanal quer durchgebohrt für die Flüssigkeit/Gas. Senkrecht dazu wird in der Mitte ein kegelförmiges Loch gebohrt sodass die Querkanäle hier in die Innenflächen des kegelstumpfförmigen Ausschnitts münden. Hinzu kommt noch ein kegelstumpfförmiger Gummistopfen, der geometrisch genau in den kegelsstumpfförmigen Ausschnitt hineinpasst. Drückt man diesen nun leicht in den Ausschnitt, so verschließt er die beiden Löcher des Querkanals. Um das Ventil zu öffnen muss man den Stopfen nun etwas herausziehen, das Wasser kann dann um ihn herum strömen. Der Stopfen ist an einer Metallstange befestigt. Das ganze muss natürlich in einem geschlossenen Gehäuse liegen. Die Frage ist, wie ich den Stopfen bewege und vor allem, wie ich die Stange, an der er befestigt ist, linear bewegbar abdichte. Bewegen mit einem Servo? Da muss wieder eine Dreh- in eine Linearbewegung gewandelt werden, wieder kompliziert. Eleganter wäre eine Gegendruckfeder, die das Ventil geschlossen hält (dabei muss das Ventil eben den 2Bar standhalten) und ein Hubmagnet, der das ganze dann mit ausreichender Kraft um 4mm oder so herauszieht. Ob das realisierbar ist?
5) Den Silikonschlauch einfach irgendwie mit nem Schieber zusammendrücken? -> Viel Kraftaufwand, Linearbewegung notwendig. Das Ding muss einrasten damit es nicht dauerhaft Strom zum Zusammendrücken braucht.
Fertige Magnetventile sind leider sehr Teuer und nicht verwendbar, da diese üblicherweise nur öffnen, wenn es eine gewisse Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang gibt. Bei mir muss das Ventil auch ohne Druckdifferenz voll öffnen und schließen können.
Es ist wichtig, dass das Ventil nicht viel Energie verbraucht und so klein wie möglich ist, damit der Trafo nicht so groß ausfallen muss. Energie für die Betätigung eines Servos könnte man auhc in GoldCaps speichern.
Wie würdet ihr das Problem angehen?
lg PoWl
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Deine Idee entspricht ja nun fast meiner 2) nur, dass du mit O-Ringen abdichtest anstatt mit Silikon. Ich habe da auch noch eine, die das ganze eventuell etwas erleichtert. Da das Ventil ja nur in eine Richtung richtig dicht machen und in die andere nicht viel Druck zurückhalten muss (nur den, der sagem wir mal 40cm Wassersäule obendrüber) könnte man die Konstruktion ja so bauen wie in meiner Zeichnung hier. Wenn der Stopfen das Loch oben verschließt hat das Wasser keine Chance von unten anzugreifen und den Stopfen aus dem Loch herauszudrücken, man muss hier also fast keine Kraft aufwenden damit das dicht bleibt, da würde es reichen, wenn eine Feder das Ventil zudrückt. Zum Öffnen muss man dann nur diese Federkraft überwinden, z.B. mit einem Zugmagneten oder eben mit einem Servo, wenn man da energetisch günstiger dran ist.
Falls das Ventil in beide Richtungen perfekt schließen muss könnte man zwei davon nehmen und den Ausgang des einen an den Ausgang des anderen bauen. Dann ist es egal von welcher Richtung man drückt. Die Frage ist nun nur, wie bewegt man den Stopfen am intelligentesten hin und her ;-)
