Elektrisch betätigtes Ventil bzw. Absperrhahn selbst bauen

**PoWl** · 19.03.2009, 00:32

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

**BlueNature** · 19.03.2009, 00:41

Zu Idee 4 würde ich zum Strom sparen einfach die übliche Variante mit Elektromagnet um einen Permanentmagneten im Kern machen. Da dies aber nicht gewünscht ist, wäre eventuell ein kleiner Hybrid deiner Ideen eine Lösung. Einfach mit einem Servo den Magneten außen bewegen, dann hast mit wenig Strom viel Kraft, und damit im inneren den Stabmagneten mitbewegen. Das wäre so dicht und denke könnte deinen Ansprüchen genügen.

Evetuell könnte aber auch das hier weiterhelfen:
http://www.pollin.de/shop/detail.php...a=NzU5OTA2OTk=
Ist 230V, muß man eben aufpassen, aber denke was ein einer Waschmaschine legitim ist, wird einem Wasserkocher unter rechten vorkehrungen auch gerecht. Der Vorteil mit 230V wäre das man über kleine Relais das Ventil aus dem 230V-Netz speisen könnte und damit nicht den Trafo größer nehmen muß.

Grüße Wolfgang

**PoWl** · 19.03.2009, 00:54

Deine Hybrid-Idee ist garnicht so schlecht. Das Servo muss jedoch dann auch die Kraft aufbringen den Magneten in das Magnetfeld bzw aus ihm heraus zu bewegen, aber es ist in jedem Fall eine elegante Methode zur Kraftübertragung, vorrausgesetzt man verwendet ausreichend starke Magnete.

Das Ventil von Pollin habe ich schon erprobt. Das funktioniert wohl leider nur wenn da ein hoher Druck anliegt. Ansonsten öffnet es nicht und lässt in eine Richtung auch den Druck einfach durch.

Die Ventile müssen sogar nichtmal den Druck komplett in beide Richtungen zurückhalten sondern nur in eine. Das Ventil das den Dampfdruck ablässt muss ihn ja nur im Kocher halten, das Ventil zum Befüllen muss verhindern, dass der Dampfdruck in den Wassertank hineingeht, ansonsten muss es nur dem Druck der Wassersäule standhalten, die sich bei 30cm Füllstand gerademal auf 0,03Bar beläuft.

lg PoWl

**BlueNature** · 19.03.2009, 01:03

Da Du die Ventile schon erprobt hast, habe ich eben noch eine kleine Skizze gezeichnet über eine Idee die auf einer deiner Ansätze beruht. Allerdings mit Servo und Extender:

Bild hier

Damit hast das Problem nicht mehr, das es Kraft halten muß, da es über das Zentrum gegen null geht in Endlage.

Noch etwas, um die Reibung beim Öffnen und Schliessen zu reduzieren (die wohl den Schlauch dauernd verschieben wird), kann man den Extender sicher aus 2 Scheiben konstruieren, welche auf dem Relevanten Radius kleine Kugellager zwischengehalten haben. Damit wird gerollt - nicht mehr geschoben.

Bild hier

Grüße Wolfgang

**PoWl** · 19.03.2009, 01:20

Garnicht mal so schlecht die idee, das hat nur ein paar Haken. Der Exzenter muss senkrecht zum Schlauch angeordnet sein damit er nur einen schmalen streifen zudrücken kann. Der Exzenter kann dabei so geformt sein, dass er mit einer 180° Drehung grade den Schlauch ganz zusammendrückt. Die Fläche, die dann auf den Schlauch drückt ist außerdem rund, es könnte daher passieren, dass der Schlauch im Randbereich nicht völlig verschlossen wird. Alles leider nicht so einfach

Aber wir können mal weitersammeln und ich erprobe die besten Ideen dann später. Die Kante des Exzenters könnte man glattpolieren und schmieren, das müsste kein Problem sein.

**BlueNature** · 19.03.2009, 01:25

Zitat von PoWl

...Die Fläche, die dann auf den Schlauch drückt ist außerdem rund, es könnte daher passieren, dass der Schlauch im Randbereich nicht völlig verschlossen wird. ...

Da sehe ich weniger Probleme, mußt mal zur Infusion gehen, da hängen solche Flaschen am Haken, und am Schlauch sind solche Rändelrädchen. Die werden auch absolut dicht auf sicher 1m Höhenunterschied.

Bild hier

Grüße Wolfgang

**PoWl** · 19.03.2009, 01:40

In dem Infusionsflässchen zeigt das Rädchen aber in Schlauchrichtung. Ich meinte, dass der Exzenter senkrecht zur Schlauchrichtung zeigt. Ansonsten bräuchte ich einen mindestens 8mm breiten Extenzer, der eine große Auflagefläche auf dem Schlauch hat -> viel Kraft zum Betätigen nötig -> überdimensional großes Servo.

Mein kleines TopLine Mini Servo, das man für 5 Euro vom Conrad bekommt, hat es mit einer flachen Aluschiene gerade so geschafft, den Schlauch zusammenzudrücken.

**BlueNature** · 19.03.2009, 01:50

OK, dann noch eine Idee

Bild hier

Einen Ventilblock fertigen (z.b. Kunststoff) mit durchgehendem Loch für Medium. Dann einen drehbaren Bolzen (per Servo) der beidseitige eingedrehte Nuten hat für O-Ringe der Abdichtung. Den Bolzen mittig abflachen bis ca. Hälfte seines Nenndurchmessers. Dann eine Nut um den Bolzen legen, der die Aussparung umschließen kann. Das ist dann dicht und druckneutral.

Zu deinen Top-Line-Servos, meines Wissens besitzen diese Servos einen max. Drehmoment von ca. 11 Ncm (ca. 110g auf 1cm Hebel-Länge). Vieleicht hilft da ein Ansatz weiter der auf einer Keil-Konstruktion basiert...
Aber allgemein, wenn du einen Extender mit Kugellager fertigst, ist das in Schlauchrichtung aufgrund der Rotation. Die Keilfunktion ist dadurch gegeben, das die Rotation exzentrisch abläuft. Dadurch baust du enorme radiale Kräfte auf den Schlauch auf, auch mit wenig Nm in der Drehwelle (wenn man den Extender nicht all zu klotzig konstruiert). Kraft = reziprok zum Extender-Durchmesser.

Bin schon auf Antworten von Manf gespannt

Grüße Wolfgang

**PoWl** · 19.03.2009, 09:44

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