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Die Erfindung betrifft ein Ventil für eine lebensmitteltechnische Anlage, insbesondere zum Entnehmen einer Lebensmittelmenge, mit einem Gehäuse, in dem eine erste Kammer und eine zweite Kammer vorhanden sind, wobei die erste Kammer und die zweite Kammer miteinander verbunden sind, und mit einem Schließglied, das zwischen einer Schließstellung, in der das Schließglied die erste Kammer von der zweiten Kammer dicht trennt, und einer Offenstellung axial beweglich ist, in der ein Medium von der ersten Kammer in die zweiten Kammer übertreten kann, wobei das Schließglied als Schließhülse ausgebildet ist, und wobei in der Schließhülse ein Teller angeordnet ist, der in der Schließstellung der Schließhülse relativ zur Schließhülse axial beweglich ist, wobei der Teller in der Offenstellung der Schließhülse axial unbeweglich gehalten ist.
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Ein solches Ventil ist aus
FR 2 791 033 A1 bekannt.
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Ein Ventil der eingangs genannten Art wird allgemein in einer lebensmitteltechnischen Anlage verwendet, in der beispielsweise Lebensmittel in fließfähiger Form hergestellt und/oder verarbeitet werden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann es sich bei solchen Lebensmitteln um fließfähige Medien handeln, insbesondere um viskose Lebensmittel, wie Eintöpfe, Fruchtmarmeladen oder dergleichen. Insbesondere können solche fließfähigen Lebensmittel neben einer flüssigen Komponente auch stückige Komponenten enthalten, wie beispielsweise Fleischstücke, Gemüsestücke oder Fruchtstücke.
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Das Ventil der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ohne Beschränkung der Allgemeinheit für einen Einsatz zum Entnehmen einer Lebensmittelmenge beschrieben, um eine Lebensmittelmenge in ein Behältnis zu füllen, die beispielsweise anschließend verprobt wird.
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Zur Entnahme einer Lebensmittelmenge aus der lebensmitteltechnischen Anlage wird dazu ein Behältnis, beispielsweise ein Kunststoffbeutel, an dem Ventil angebracht. Im Normalbetrieb des Ventils befindet sich das Schließglied in seiner Schließstellung, in der das Lebensmittelprodukt über ein Zulaufrohr in die erste Kammer fließt und über ein Ablaufrohr aus der ersten Kammer wieder herausströmt. In einer lebensmitteltechnischen Anlage steht das Lebensmittelprodukt in der Verrohrung üblicherweise unter einem überatmosphärischen Druck, der dazu erforderlich ist, das Lebensmittelprodukt durch die lebensmitteltechnische Anlage zu fördern. Ein solcher überatmosphärischer Druck beträgt beispielsweise 3 bar.
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Soll nun eine Lebensmittelmenge über das Probenahmeventil aus der lebensmitteltechnischen Anlage entnommen werden, wird ein Behältnis an dem Ventil angebracht, und zwar an einer Austrittsöffnung der zweiten Kammer.
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Nach dem Anbringen des Behältnisses ist dieses noch verschlossen, so dass durch Anbringen des Behältnisses an dem Ventil die zweite Kammer des Ventils einen geschlossenen Raum darstellt. Nach dem Anbringen des Behältnisses an dem Ventil wird das Schließglied von seiner Schließstellung in seine Offenstellung bewegt, wodurch eine Menge des Lebensmittelprodukts von der ersten Kammer des Ventils in die zweite Kammer des Ventils übertritt. Sobald die zweite Kammer mit dem Lebensmittelprodukt gefüllt ist, wird das Schließglied von seiner Offenstellung in seine Schließstellung bewegt. Das Behältnis, das an der Austrittsöffnung der zweiten Kammer angebracht ist, ist dabei weiterhin geschlossen, so dass das Lebensmittelprodukt vor dem Schließen des Schließgliedes unter dem Druck steht, der in der Verrohrung der lebensmitteltechnischen Anlage herrscht, also ebenfalls beispielsweise unter einem Druck von 3 bar.
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Beim Schließen des Schließgliedes wird das Schließglied gegen seinen entsprechenden Schließgliedsitz fest angedrückt. Durch das Andrücken des Schließglieds an den Schließgliedsitz wird eine kleine Menge des Lebensmittelprodukts, das sich im Durchgang von der ersten Kammer in die zweite Kammer befindet, in die zweite Kammer verdrängt. Aufgrund der Inkompressibilität der flüssigen Komponente(n) des Lebensmittelprodukts steigt beim Andrücken des Schließgliedes gegen den Schließgliedsitz der Druck im Lebensmittelprodukt in der zweiten Kammer an. Dieser Druckanstieg kann beträchtlich sein. Wird nun die Einfüllöffnung des Behältnisses zum Einfüllen der Lebensmittelmenge aus der zweiten Kammer in das Behältnis geöffnet, kommt es zu einer sofortigen Entspannung der Lebensmittelmenge. Dabei können stückige Komponenten der Lebensmittelmenge, wie beispielsweise Fleischstücke, Gemüsestücke oder Fruchtstücke, die weich sind und durch den Überdruck in der zweiten Kammer komprimiert wurden, bei der plötzlichen Entspannung des Druckes zerrissen oder stark verformt werden, wodurch die entnommene Lebensmittelmenge beschädigt ist. Im Falle einer Entnahme der Lebensmittelmenge zu Probezwecken kann dann nicht mehr beurteilt werden, ob das Lebensmittelprodukt, so wie es in der Anlage fließt, die gewünschte Qualität hat oder nicht.
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Das vorstehend genannte Problem stellt sich jedoch nicht nur bei einer Probenahme eines Lebensmittelprodukts, sondern auch bei der Abfüllung eines Lebensmittelprodukts über das Ventil in Endverpackungen, beispielsweise in Konservendosen, Tetrapacks und dergleichen.
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Aus dem oben genannten Dokument
FR 2 791 033 A1 ist ein Ventil zur Entnahme von Flüssigkeiten bekannt, mit dem das Problem gelöst werden soll, dass beim Abfüllen von Flüssigkeiten am Ventilaustritt Tropfen verbleiben, die nach Entfernen des zu befüllenden Behälters herabfallen und diesen dabei verunreinigen oder bei bereits abgenommenem Behälter auf andere Teile der Ventilvorrichtung herabfallen und diese verunreinigen können. Das dort beschriebene Ventil weist ein Hauptschließglied auf, das als Schließhülse ausgebildet ist, in der ein Teller angeordnet ist, der relativ zu der Schließhülse axial beweglich ist. Insbesondere wenn die Schließhülse sich in ihrer Schließstellung befindet, fährt der Teller etwas in die Schließhülse hinein, um Tropfen in die Ausnehmung anzusaugen, um das Herabfallen von Tropfen von dem Rand der Schließhülse und dem Teller zu vermeiden. Die durch das Einfahren des Tellers angesaugte Flüssigkeitsmenge wird anschließend durch Ausfahren des Tellers aus der Ausnehmung der Schließhülse ausgestoßen. Mittels eines Fluidantriebs wird der Teller in der Offenstellung der Schließhülse axial unbeweglich gehalten. Das Problem des Druckanstieges beim Entnehmen des Produkts und der damit einhergehenden Beschädigung des zu entnehmenden Produkts wird dort nicht erwähnt.
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In
DE 698 20 816 T2 ist ein Ventil zum Füllen von Beuteln mit viskosen Flüssigkeiten beschrieben. Auch dort wird als zugrunde liegendes Problem das nachträgliche Tropfen von Produkt auf den zu befüllenden Beutel oder ein In-Berührung-Kommen des Produkts mit Teilen des Ventils, die zu einer Verunreinigung des Produktes und/oder des Ventils führen können, genannt. Das dort beschriebene Ventil weist eine Schließhülse auf, in der eine Nadel, die einen vergrößerten Kopf aufweist, axial beweglich geführt ist. Die Nadel, insbesondere deren Kopf, dient zum Abstreifen von Produkt aus der Entnahmeöffnung des Ventils.
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Weiterhin offenbart
DE 199 18 340 A1 ein Ventil zum dosierten Abfüllen von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität, die Feststoffe enthalten können. Eine zu entnehmende Produktmenge wird zunächst in eine Schließhülse durch Herausziehen eines Kolbens aus einem Reservoir angesaugt, und durch anschließendes Schließen der Schließhülse und wieder Einfahren des Kolbens wird das Produkt über einen Stößel ausgeschoben. Hiermit soll es möglich sein, auch feste Bestandteile in Flüssigkeiten sicher in einen Entnahmebehälter füllen zu können. Aber auch dort wird wie in dem vorstehend genannten Dokument das Problem der Überdruckbildung beim Schließen des Ventils, das zur Beschädigung des Produktes führen kann, nicht erwähnt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden, dass ein Lebensmittelprodukt über das Ventil so entnommen werden kann, dass es bei der Entnahme nicht beschädigt wird, und dass auf konstruktiv einfache Weise der Übertritt von Lebensmittelprodukt aus der ersten in die zweite Kammer gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Ventils dadurch gelöst, dass der Teller in der Offenstellung der Schließhülse mittels eines Verriegelungsmechanismus an der Schließhülse axial unbeweglich verriegelt ist, wobei der Verriegelungsmechanismus ein zwischen einer Entriegelungsstellung und einer Verriegelungsstellung bewegliches Verriegelungselement aufweist, das mit der Schließhülse verbunden ist und in der Verriegelungsstellung mit einem mit dem Teller verbundenen Verriegelungssitz in Eingriff steht.
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Das erfindungsgemäße Ventil beruht auf dem Konzept, das Schließglied zumindest zweiteilig aufzubauen. Die Schließhülse übernimmt dabei die eigentliche dichtende Trennfunktion zum Trennen der ersten Kammer von der zweiten Kammer, so dass in der Schließstellung der Schließhülse kein Medium von der ersten Kammer in die zweite Kammer übertreten kann. Der in der Schließhülse angeordnete Teller hat nun die Funktion, beim Schließen der Schließhülse einen zusätzlichen Druckaufbau in der zweiten Kammer zu vermeiden, wenn sich in der zweiten Kammer ein Medium, insbesondere eine Lebensmittelmenge befindet. Der Teller kann nämlich von der in der zweiten Kammer befindlichen Produktmenge beim Schließen der Schließhülse in die Schließhülse hinein verdrängt werden, wodurch beim Schließen der Schließhülse der Druck in der zweiten Kammer nicht über den Druck hinaus ansteigt, der vor dem Bewegen der Schließhülse in die Schließstellung herrscht. Der in der Schließhülse angeordnete Teller ist in der Schließstellung der Schließhülse nämlich schwimmend gelagert. Durch diese schwimmende Lagerung des Tellers kann bei geschlossener Schließhülse der Druck des in der zweiten Kammer befindlichen Mediums vorzugsweise sogar auf Umgebungsdruck des Ventils abgesenkt werden. Wird nun ein an dem Ventil angebrachtes Behältnis geöffnet, kann das in der zweiten Kammer befindliche Medium, insbesondere eine Lebensmittelmenge, somit aus der zweiten Kammer in das Behältnis abgefüllt werden, ohne dass es zu einer Druckentspannung kommt, die stückige, insbesondere weiche Komponenten in der Lebensmittelmenge beschädigt oder sogar zerstört.
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Mit dem erfindungsgemäßen Ventil kann somit eine Lebensmittelmenge über das Ventil aus der lebensmitteltechnischen Anlage entnommen werden, ohne dass durch den Entnahmevorgang das Lebensmittelprodukt beschädigt wird.
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Der Teller ist in der Offenstellung der Schließhülse mittels eines Verriegelungsmechanismus an der Schließhülse axial unbeweglich verriegelt.
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Der Verriegelungsmechanismus bewirkt, dass der Teller in der Offenstellung der Schließhülse an dieser festgehalten wird. In der Offenstellung der Schließhülse muss nämlich auch der Teller den Durchgang von der ersten Kammer in die zweite Kammer freigeben, damit Medium von der ersten Kammer in die zweite Kammer übertreten kann. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Verriegelungsmechanismus wird sicher gewährleistet, dass der Teller in der Offenstellung der Schließhülse den Durchgang von der ersten Kammer in die zweite Kammer freigibt, wobei dies vorteilhafterweise durch den Verriegelungsmechanismus ohne zusätzlichen Betätigungsmechanismus für den Teller gewährleistet wird.
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Weiterhin weist der Verriegelungsmechanismus ein zwischen einer Entriegelungsstellung und einer Verriegelungsstellung bewegliches Verriegelungselement auf, das mit der Schließhülse verbunden ist und in der Verriegelungsstellung mit einem mit dem Teller verbundenen Verriegelungssitz in Eingriff steht.
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Mit dieser Maßnahme wird eine mechanische und damit wenig kostenaufwändige Verriegelung des Tellers an der Schließhülse in deren Offenstellung erreicht.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, wenn der Verriegelungsmechanismus den Teller an der Schließhülse selbsttätig verriegelt, wenn sich die Schließhülse in die Offenstellung bewegt.
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Hierbei ist von Vorteil, dass ein zusätzlicher Antrieb für den Teller nicht erforderlich ist, um den Teller beim Bewegen der Schließhülse in die Offenstellung aus dem Durchgang von der ersten Kammer in die zweite Kammer zusammen mit der Schließhülse weg zu bewegen. Für die Anordnung aus Schließhülse und Teller ist mit anderen Worten vorteilhafterweise nur ein Antrieb erforderlich, um das Schließglied als Ganzes in die Offenstellung zu bewegen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung öffnet der Verriegelungsmechanismus sich selbsttätig, wenn sich die Schließhülse in die Schließstellung bewegt.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass auf konstruktiv einfache Weise ohne das Erfordernis zusätzlicher aktiver Betätigungseinrichtungen der Teller von seinem an der Schließhülse verriegelten Zustand sicher in den entriegelten Zustand überführt wird, um die schwimmende Lagerung des Tellers zur Vermeidung eines zusätzlichen Druckaufbaus in der zweiten Kammer zu gewährleisten.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verriegelungselement zumindest eine Kugel auf, die drehbeweglich in einer radialen Aufnahme an der Schließhülse sitzt, wobei der Verriegelungssitz eine radiale Nut an einer mit dem Teller verbundenen Stange ist.
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Die Ausgestaltung des Verriegelungselements als Kugel, die drehbeweglich in einer radialen Aufnahme an der Schließhülse sitzt, stellt zum einen eine konstruktiv einfache Ausgestaltung des Verriegelungsmechanismus in Form eines Rastmechanismus dar, und zum anderen ist auf einfache Weise gewährleistet, dass in der Entriegelungsstellung der Kugel aufgrund ihrer Drehbeweglichkeit keine unerwünschte Klemmung in der Entriegelungsstellung mit der Stange des Tellers auftritt, in der der Teller relativ zur Schließhülse axial beweglich sein soll.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Schließhülse ein erster Antrieb zum Bewegen der Schließhülse von der Schließstellung in die Offenstellung oder umgekehrt zugeordnet, wobei der Antrieb ein Antriebselement aufweist, das durch eine axiale Relativbewegung zu der Schließhülse das Verriegelungselement von der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung bewegt, in der das Antriebselement einen Kraft- und/oder Formschluss zwischen der Schließhülse und dem Teller bewirkt.
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Hierbei ist von Vorteil, dass mit wenigen Bauteilen ein mechanischer Verriegelungsmechanismus geschaffen wird, der insbesondere die oben im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung beschriebene selbsttätige Verriegelung und Entriegelung des Verriegelungsmechanismus beim Bewegen der Schließhülse von der Schließstellung in die Offenstellung bzw. beim Bewegen der Schließhülse von der Offenstellung in die Schließstellung bewirkt. Des Weiteren hat diese Maßnahme den Vorteil, dass zum gemeinsamen Bewegen der Schließhülse und des Tellers von der Schließstellung der Schließhülse in die Offenstellung nur ein Antrieb für die gemeinsame Bewegung von Schließhülse und Teller erforderlich ist.
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Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn das Antriebselement das Verriegelungselement in der Verriegelungsstellung in festem Eingriff mit dem Verriegelungssitz hält.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass das Antriebselement eine weitere Funktion besitzt, nämlich das Verriegelungselement in der Verriegelungsstellung in festem Eingriff mit dem Verriegelungssitz zu halten, wodurch weitere Teile eingespart werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Teller in der Schließstellung der Schließhülse mit einem Druck beaufschlagt, der der Bewegung des Tellers in die Schließhülse hinein entgegengerichtet ist, und der vorzugsweise etwa so groß ist wie der Druck, unter dem das vor dem Bewegen der Schließhülse in die Schließstellung in die zweite Kammer übergetretene Medium steht.
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Hierbei ist von Vorteil, dass der Teller beim Bewegen der Schließhülse in die Schließstellung, wenn sich Medium in der zweiten Kammer befindet und beim Schließen der Schließhülse teilweise verdrängt werden muss, sich nur so weit in die Schließhülse hinein bewegt, dass der vor dem Schließen der Schließhülse in dem Medium herrschende Druck in der zweiten Kammer nicht bereits entspannt wird. Das in der zweiten Kammer befindliche Medium behält daher im Wesentlichen den Druck bei, der auch in der ersten Kammer vor dem Übertritt des Mediums von der ersten Kammer in die zweite Kammer herrschte. Anschließend kann dann, wie in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen ist, der Druck des in der zweiten Kammer befindlichen Mediums durch Nachlassen des Gegendrucks auf den Teller bei geschlossener Schließhülse bis auf den Umgebungsdruck des Ventils kontrolliert reduziert werden, wonach das Medium ohne schlagartige Druckentspannung aus der zweiten Kammer in ein Behältnis abgefüllt werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Bewegung des Teilers in die Schließhülse hinein durch einen Anschlag begrenzt.
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Diese Maßnahme trägt zur Betriebssicherheit des Ventils bei, indem der Anschlag vermeidet, dass der Teller durch eine übermäßige Bewegung in die Schließhülse hinein die Schließhülse von ihrem Schließgliedsitz abhebt und dadurch die dichte Trennung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer in der Schließstellung der Schließhülse nicht gewährleistet wäre.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Teller einen Außenumfang auf, der dem Innenumfang der zweiten Kammer entspricht, wobei der Teller in der Schließstellung der Schließhülse zumindest teilweise in die zweite Kammer hinein bewegbar ist.
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Hierbei ist von Vorteil, dass der Teller nicht nur die oben beschriebene Funktion der Vermeidung eines übermäßigen Druckaufbaus in der zweiten Kammer erfüllt, sondern auch eine zähflüssige Lebensmittelmenge mit stückigen Komponenten aus der zweiten Kammer in ein Behältnis ausschieben kann, indem der Teller in die zweite Kammer hinein bewegt wird. Somit kann das in der zweiten Kammer befindliche Medium vollständig in das vorgesehene Behältnis gefüllt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dichtet der Teller den Innenraum der Schließhülse gegen die erste Kammer und die zweite Kammer ab.
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Hierbei ist von Vorteil, dass der Innenraum der Schließhülse nicht verunreinigt wird, was insbesondere Hygieneaspekten vorteilhafterweise Rechnung trägt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wirkt die Schließhülse in der Schließstellung mit einem Schließgliedsitz, der zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer gehäuseseitig angeordnet ist, radial-axial dichtend zusammen.
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Hierbei ist von Vorteil, dass eine besonders hohe Dichtwirkung der Schließhülse erreicht wird, wobei aufgrund der radial-axialen Ausrichtung des Sitzes der Schließhülse an dem Schließgliedsitz prinzipiell nur eine Dichtung, beispielsweise ein O-Ring, erforderlich ist, um eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
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1A und 1B ein Ventil für eine lebensmitteltechnische Anlage in zwei Teilbildern sowie in zwei Betriebsstellungen, und zwar mit geschlossenem Schließglied (linke Zeichnungshälfte in 1A und 1B) und geöffnetem Schließglied (rechte Zeichnungshälfte in 1A und 1B);
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2A und 2B das Ventil in 1A und 1B in einer weiteren Betriebsstellung, wobei das Ventil in 2A und 2B gegenüber der Darstellung in 1A und 1B um 90° um die Längsachse gedreht dargestellt ist;
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3 einen Ausschnitt aus 1B in einem gegenüber 1A und 1B vergrößerten Maßstab; und
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4 einen Ausschnitt aus 1B ebenfalls in einem gegenüber 1A und 1B vergrößerten Maßstab und in einem zweiten Betriebszustand.
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In 1A und 1B sowie 2A und 2B ist in zwei Teilbildern ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes Ventil dargestellt. Das Ventil 10 wird in einer nicht dargestellten lebensmitteltechnischen Anlage zum Entnehmen einer Lebensmittelmenge aus der lebensmitteltechnischen Anlage verwendet. Insbesondere wird das Ventil 10 als Probenahmeventil verwendet, um eine Lebensmittelprobe aus der lebensmitteltechnischen Anlage zu entnehmen.
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1A und 2A zeigen einen ersten Abschnitt des Ventils 10 und 1B und 2B einen zweiten Abschnitt des Ventils 10.
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Das Ventil 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mehrteilig aufgebaut ist.
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In dem Gehäuse 12 ist eine erste Kammer 14 vorhanden, in die zwei Anschlussstutzen 16 und 18 (vgl. 2A) münden. Die Anschlussstutzen 16 und 18 münden in die erste Kammer 14 tangential. Über die Anschlussstutzen 16 und 18 wird das Ventil 10 mit dem Rohrsystem einer lebensmitteltechnischen Anlage verrohrt.
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In dem Rohrsystem der lebensmitteltechnischen Anlage (nicht dargestellt) fließt ein Lebensmittelprodukt, beispielsweise ein zähflüssiges Lebensmittelprodukt, das neben flüssigen Komponenten auch feste, insbesondere stückige Komponenten, wie Fleischstücke, Gemüsestücke, Fruchtstücke, enthalten kann.
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Der Anschlussstutzen 16 dient im verrohrten Zustand des Ventils 10 beispielsweise als Zulauf des Lebensmittelprodukts in die erste Kammer 14 und der Anschlussstutzen 18 als Ablauf des Lebensmittelprodukts aus der ersten Kammer 14 in das weitere Rohrsystem der lebensmitteltechnischen Anlage.
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In dem Gehäuse 12 ist des Weiteren eine zweite Kammer 20 vorhanden, die mit der ersten Kammer 14 über einen Durchgang 22 verbunden ist.
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In dem Gehäuse 12 ist weiterhin ein Schließglied 24 angeordnet. Dem Schließglied 24 ist ein Schließgliedsitz 26 zugeordnet, der sich im Durchgang 22 von der ersten Kammer 14 in die zweite Kammer 20 gehäuseseitig befindet und zu einer Längsachse 28 des Ventils 10 schräg gerichtet ist, d. h. der Schließgliedsitz 26 weist eine radiale und eine axiale Komponente in Bezug auf die Längsachse 28 auf. Das Schließglied 24 wirkt mit dem Schließgliedsitz 26 somit radial-axial dichtend zusammen.
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In der linken Zeichnungshälfte in 1A und in 2A ist das Schließglied 24 in seiner Schließstellung gezeigt, in der das Schließglied 24 die erste Kammer 14 von der zweiten Kammer 20 dicht trennt, so dass ein Übertritt von Medium von der ersten Kammer 14 in die zweite Kammer 20 ausgeschlossen ist.
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Das Schließglied 24 weist eine Schließhülse 30 auf. Die Schließhülse 30 ist an einem Ende 32 offen.
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In der Schließhülse 30 ist ein Teller 34 angeordnet. Der Teller 34 weist einen plattenförmigen Abschnitt 36 sowie einen hülsenförmigen Abschnitt 38 auf. Der plattenförmige Abschnitt 36 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest teilweise aus einem Kunststoff gefertigt.
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Der Teller 34 weist einen Außendurchmesser auf, der dem kleinsten Innendurchmesser der Schließhülse 30 entspricht, wobei der Teller 34 einen Innenraum 40 der Schließhülse 30 über eine Dichtung 42 (vgl. 2A) gegen ein Eindringen von Medium, insbesondere eines Lebensmittelprodukts, abdichtet. Damit ist der Innenraum 40 der Schließhülse 30 durch den Teller 34 auch gegen die erste Kammer 14 und die zweite Kammer 20 abgedichtet.
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Der Teller 34 ist mit einer Stange oder Spindel 44 fest verbunden, und zwar im gezeigten Ausführungsbeispiel verschraubt. Die Stange bzw. Spindel 44 erstreckt sich in Richtung der Langsachse 28 bis zu einem Ende 46 gemäß 1B bzw. 2B.
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Die Schließhülse 24 erstreckt sich in Form eines hülsenförmigen Fortsatzes 48 bis zu einem Ende 50 gemäß 1B bzw. 2B.
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Der hülsenförmige Abschnitt 38 des Tellers 34 erstreckt sich in der Schließhülse 30 bis zu einem Ende 52, wobei zwischen dem Ende 52 des Tellers 34 und einer Schulter 54 der Schließhülse 30 ein Spalt 56 vorhanden ist, der stets beibehalten wird, und zwar sowohl in der Schließstellung der Schließhülse 30 (linke Zeichnungshälfte in 1A und in 2A), als auch in der Offenstellung der Schließhülse 30 gemäß der rechten Zeichnungshälfte in 1A.
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Das Ende 50 der Schließhülse 30 reicht in eine Druckkammer 58 eines Antriebs 59, die über einen Anschluss 60 mit Druckluft beaufschlagbar ist. Die Druckkammer 58 erstreckt sich zwischen einem Abschlusselement 62 und einem Abschlusselement 64.
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In der Druckkammer 58 ist eine Feder 66 angeordnet, die sich einerseits an dem Abschlusselement 64 und andererseits an einem axial beweglichen Antriebselement 68 abstützt. Die Feder 66 ist eine Druckfeder und übt auf das Antriebselement 68 eine in der Zeichnung nach unten gerichtete Kraft aus.
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Das Antriebselement 68 stützt sich im Schließzustand der Schließhülse 30 an einer Schulter 70 am hülsenförmigen Fortsatz 48 auf dieser ab. Die Schließhülse 30 ist entsprechend über die Feder 66 und das Antriebselement 68 in seine Schließstellung gemäß der linken Zeichnungshälfte in 1A und gemäß 2A vorgespannt.
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Das Antriebselement 68 ist jedoch mit der Schließhülse 30 nicht fest verbunden, sondern ist in Richtung der Längsachse 28 über einen begrenzten Weg relativ zu der Schließhülse 30 beweglich, wie sich aus einem Vergleich der rechten Zeichnungshälfte in 1B mit der linken Zeichnungshälfte in 1B ergibt (vgl. auch 3 mit 4).
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Das Antriebselement 68 ist ferner auch zu der Stange bzw. Spindel 44 axial beweglich, kann jedoch mit dieser eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung eingehen, wie nachfolgend auch unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben wird.
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Ausgehend von der linken Zeichnungshälfte in 1A bzw. 1B, in der die Schließhülse 30 in ihrer Schließstellung gezeigt ist, wird zum Bewegen der Schließhülse 30 aus der Schließstellung in die Offenstellung gemäß der linken Zeichnungshälfte in 1A und 1B die Druckkammer 58 durch den Anschluss 60 mit Druck beaufschlagt. Das Antriebselement 68 wirkt dann als Kolben, der mit Druck beaufschlagt ist. Die Druckbeaufschlagung des Antriebselements 68 treibt das Antriebselement 68 aus seiner unteren Ruhestellung gemäß der linken Zeichnungshälfte in 1B gegen den Druck der Feder 66 nach oben in 1B. Dabei bewegt sich das Antriebselement 68 zunächst um einen kleinen axialen Hub von der Schulter 70 an der Schließhülse 30 weg und betätigt dabei einen Verriegelungsmechanismus 72, der den Teller 34 an der Schließhülse 30 axial unbeweglich verriegelt.
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Mit Bezug auf 3 und 4 wird der Verriegelungsmechanismus 72 zunächst näher beschrieben.
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Der Verriegelungsmechanismus 72 weist ein Verriegelungselement 74 in Form zumindest einer Kugel 76 auf, die in einer radialen Aufnahme 78 im Bereich des oberen Endes 50 der Schließhülse 30 drehbar aufgenommen ist. Beispielsweise können umfanglich verteilt 2, 3 oder 4 solcher Kugeln vorgesehen sein. Die Aufnahme 78 ist hier als radiale Öffnung ausgebildet. An der Stange bzw. Spindel 44 ist ein Verriegelungssitz 80 in Form einer Nut 82 vorhanden, in die das Verriegelungselement 74 in der Verriegelungsstellung eingreift. Die Nut 82 ist an der Stange bzw. Spindel 44 ebenfalls radial und vorzugsweise vollumfänglich an der Stange 44 ausgebildet.
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Das Verriegelungselement 74 wird durch das Antriebselement 68 sowohl in seine Verriegelungsstellung gebracht als auch in der Verriegelungsstellung gehalten. Dies wird dadurch bewirkt, dass das Antriebselement 68 aufgrund der Druckbeaufschlagung der Druckkammer 58 sich zunächst axial relativ zu der Schließhülse 30 geringfügig verschiebt und dabei über eine Anlaufschräge das Verriegelungselement 74 in Form der Kugel 76 in den Verriegelungssitz 80 in Form der Nut 82 drückt. Die relative Beweglichkeit des Antriebselements 68 relativ zu der Schließhülse 30 wird durch einen Begrenzer 86 begrenzt. In der Stellung des Antriebselements 68 gemäß 3 bzw. gemäß der rechten Zeichnungshälfte in 1B ist die Schließhülse 30 mit der Stange bzw. Spindel 44 und damit mit dem Teller 34 kraftschlüssig verbunden. Bei der weiteren Bewegung des Antriebselements 68 bei fortgesetzter Druckbeaufschlagung der Druckkammer 58 bewegt das Antriebselement 68 nun den Teller 34 gemeinsam mit der Schließhülse 30 nach oben, wodurch sowohl die Schließhülse 30 in ihre Offenstellung gemäß der rechten Zeichnungshälfte in 1A bewegt wird, als auch der Teller 34 dabei mit in diese Offenstellung bewegt wird. Die Verriegelung des Tellers 34 an der Schließhülse 30 setzt unmittelbar mit dem Abheben der Schließhülse 30 von dem Schließgliedsitz 26 ein.
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Wird die Druckkammer 58 wieder entspannt, drückt die Feder 66 das Antriebselement 68 zunächst gegen die Schulter 70 der Schließhülse 30, wie in 4 dargestellt ist, wodurch gleichzeitig das Verriegelungselement 74 in Form der Kugel 76 mit dem Verriegelungssitz 80 in Form der Nut 82 außer Eingriff kommt, wodurch die Stange bzw. Spindel 44 und damit der Teller 34 wieder relativ zu der Schließhülse 30 axial beweglich ist. Das Antriebselement 68 bewegt dann die Schließhülse 30 unter der Wirkung der Druckfeder 66 in die Schließstellung gemäß der linken Zeichnungshälfte in 1A.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass der Verriegelungsmechanismus 72 den Teller 34 an der Schließhülse 30 selbsttätig verriegelt, wenn sich die Schließhülse 30 in die Offenstellung bewegt und sich in der Offenstellung befindet, und dass der Verriegelungsmechanismus 72 sich selbsttätig öffnet und damit der Formschluss zwischen dem Teller 34 und der Schließhülse 30 aufgehoben wird, wenn sich die Schließhülse 30 in die Schließstellung bewegt.
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Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, bewegt das Antriebselement 68 die Schließhülse 30 von ihrer Offenstellung in ihre Schließstellung, während das Antriebselement 68 dabei die Stange bzw. Spindel 44 nicht mitnimmt, wodurch der Teller 34 axial relativ zu dem Antriebselement 68 verfahrbar bleibt.
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Um ausgehend von der Stellung des Tellers 34 in der rechten Zeichnungshälfte in 1A wieder in die Stellung gemäß der linken Zeichnungshälfte in 1A zu überführen, ist für den Teller 34 ein weiterer Antrieb 88 vorgesehen. Der Antrieb 88 weist eine Druckkammer 90 auf, die über einen Anschluss 92 mit Druckluft beaufschlagbar ist. In der Druckkammer 90 befindet sich ein Antriebselement 94 in Form eines Kolbens, der mit der Stange bzw. Spindel 44 und damit mit dem Teller 34 zusammenwirkt, indem sich ein Fortsatz 96 des Antriebselements 94 an einem radialen Vorsprung 98 an der Stange bzw. Spindel 44 abstützt. Der Antrieb 88 wirkt nur in Richtung eines Pfeils 100, nicht jedoch in der Richtung entgegen dem Pfeil 100. Durch Beaufschlagen der Druckkammer 90 mit Druckluft durch den Anschluss 92 bewegt das Antriebselement 94 die Stange bzw. Spindel 44 nach unten, wodurch der Teller 34 aus der Stellung gemäß der rechten Zeichnungshälfte in 1A in die Stellung gemäß der linken Zeichnungshälfte in 1A bewegt wird. In dieser Stellung befindet sich das freie Ende des Tellers 34 bzw. genauer gesagt dessen plattenförmiges Element 36 etwa auf Höhe des Endes 32 der Schließhülse 30.
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Für den Teller 34 ist noch ein weiterer Antrieb 102 vorgesehen, der nachfolgend beschrieben wird.
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Der Antrieb 102 weist eine Druckkammer 104, eine weitere Druckkammer 106, einen der Druckkammer 104 zugeordneten Anschluss 108 zum Beaufschlagen der Druckkammer 104 mit Druck und einen weiteren Anschluss 110 zum Beaufschlagen der Druckkammer 106 mit Druck auf. Der Antrieb 102 weist weiterhin ein Antriebselement 112 in Form eines Kolbens auf. Entsprechend der zwei Druckkammern 104 und 106 wirkt der Antrieb 102 in beiden Richtungen axial bezüglich der Längsachse 28, je nachdem, ob das Antriebselement 112 durch Druck in der Druckkammer 106 oder durch Druck in der Druckkammer 104 beaufschlagt wird.
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Der Antrieb 102 dient dazu, den Teller 34 in der Schließstellung der Schließhülse 30 gemäß 2A relativ zur Schließhülse 30 in die zweite Kammer 20 zu bewegen, wobei dieser Bewegungshub vorzugsweise so groß ist, dass der Teller 34 durch die zweite Kammer 20 hindurchgreift, wie in 2A dargestellt ist.
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Nachfolgend wird die Funktion des Ventils 10 beim Entnehmen eines Lebensmittelprodukts aus einer lebensmitteltechnischen Anlage über das Ventil 10 beschrieben.
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Im Normalbetrieb des Ventils 10 befindet sich das Schließglied 24, das die Schließhülse 30 aufweist, in der Schließstellung gemäß der linken Zeichnungshälfte in 1A. Die Schließhülse 30 wird durch die Feder 66 fest auf den Schließgliedsitz 26 gedrückt. Eine radial-axiale Dichtung 114 sorgt für einen dichten Sitz der Schließhülse 30 auf dem Schließgliedsitz 26. Der Teller 34 wird dabei gegebenenfalls durch Beaufschlagen der Druckkammer 104 mit Druck in seiner in die Schließhülse 30 eingefahrenen Position gemäß der linken Zeichnungshälfte in 1A gehalten. Die Druckkammer 90 des Antriebs 88 ist dabei ebenfalls mit einem Druck beaufschlagt, wodurch das Antriebselement 94 über seinen Fortsatz 96 als Anschlag für das Antriebselement 112 und damit den Teller 34 dient, wodurch der Spalt 56 erhalten bleibt.
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In dem zuvor beschriebenen Betriebszustand des Ventils 10 strömt ein Medium durch den Anschlussstutzen 16 in die erste Kammer 14 und verlässt diese wieder über den Anschlussstutzen 18, d. h. das Ventil 10 ist in diesem Betriebszustand auf Durchfluss beispielsweise eines Lebensmittelprodukts geschaltet.
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Soll nun eine Menge des Mediums, d. h. eine Lebensmittelmenge, über das Ventil 10 entnommen werden, wird zunächst ein Behältnis 116 an einer mit der zweiten Kammer 20 kommunizierenden Anschlussöffnung 118 am Ende des Gehäuses 12 des Ventils 10 befestigt.
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Im nächsten Schritt wird das Schließglied 24, d. h. genauer die Schließhülse 30, wie oben beschrieben von ihrer Schließstellung in ihre Offenstellung gemäß der rechten Zeichnungshälfte in 1A bewegt. Dazu wird die Druckkammer 58 mit Druck beaufschlagt, beispielsweise einem Druck von etwa 6 bar. Die Druckkammer 90 ist dabei drucklos, ebenso wie die Druckkammer 106. Durch das Beaufschlagen der Druckkammer 58 findet der bereits zuvor beschriebene Vorgang statt, nämlich das Antriebselement 68 bewegt sich zunächst gegen den Druck der Feder 66, bis das Verriegelungselement 74 in Form der Kugel 76 in den Verriegelungssitz 80 in Form der Nut 82 eingreift und darin durch das Antriebselement 68 selbst festgehalten wird. Da nunmehr die Schließhülse 30 und der Teller 34 kraftschlüssig miteinander verbunden sind, werden bei fortgesetzter Druckbeaufschlagung der Druckkammer 58 sowohl die Schließhülse 30 als auch der Teller 34 in die Offenstellung gemäß der rechten Zeichnungshälfte in 1A bewegt.
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In diesem Zustand strömt nun eine Lebensmittelmenge in die zweite Kammer 20, in der die Lebensmittelmenge unter dem gleichen Druck steht wie in der ersten Kammer 14, beispielsweise unter einem Druck von etwa 3 bar.
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Im nächsten Schritt wird die erste Kammer 14 von der zweiten Kammer 20 wieder dicht getrennt, indem die Druckkammer 58 entspannt wird. Unter dem Druck der Feder 66 bewegt sich das Antriebselement 68 geringfügig relativ zu der Schließhülse 30 und gibt dabei das Verriegelungselement 74 wieder frei, das mit dem Verriegelungssitz 80 außer Eingriff kommt, wodurch der Teller 34 wieder axial relativ zu der Schließhülse 30 beweglich ist.
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Gleichzeitig wird die Druckkammer 90 des Antriebs 88 mit einem Druck beaufschlagt, der in Relation zur Wirkfläche einen Druck in der zweiten Kammer 20 bewirkt, der etwa dem Druck des Mediums in der ersten Kammer 14 entspricht, d. h. mit einem Druck von etwa 3 bar. Dieser Druck in der Druckkammer 90 bewegt den Teller 34 wieder in die Stellung gemäß der linken Zeichnungshalfte in 1A.
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Da nun jedoch der Teller 34 in dieser Stellung axial relativ beweglich zu der fest auf dem Schließgliedsitz 26 sitzenden Schließhülse 30 ist, kann sich der Teller 34 geringfügig in die Schließhülse 30 hinein bewegen, wodurch beim Schließen der Schließhülse 30 vermieden wird, dass sich in der Kammer 20 ein Druckanstieg einstellt, der größer ist als der Druck beim Übertreten des Mediums von der ersten Kammer 14 in die zweite Kammer 20. Das Antriebselement 94 dient dabei zusätzlich als Anschlag, der den Teller 34 sich nur so weit in die Schließhülse 30 hinein bewegen lässt, dass der Spalt 56 erhalten bleibt und der Teller 34 die Schließhülse 30 nicht von ihrem Schließgliedsitz 26 abhebt. Dadurch ist gewährleistet, dass die zweite Kammer 20 dicht von der ersten Kammer 14 getrennt bleibt.
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Bei dem zuvor beschriebenen Vorgang des Schließens der Schließhülse 30 ist die Einfüllöffnung des Behältnisses 116 weiterhin geschlossen, wodurch sich gerade ein solcher Überdruck durch die Verdrängung von Medium im Durchgang 22 durch die Schließhülse 30 aufbauen könnte, wenn der Teller 34 nicht schwimmend gelagert wäre.
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In der zweiten Kammer 20 bleibt somit der Druck des Mediums, d. h. der Lebensmittelmenge, zunächst unverändert.
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Das Antriebselement 94 übt dabei auf den Teller 34, wie bereits erwähnt, einen Gegendruck aus, der vorzugsweise etwa dem Druck des Mediums in der zweiten Kammer 20 vor dem Schließen der Schließhülse 30 entspricht.
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Durch Entspannen des Drucks in der Druckkammer 90 kann nun der Druck in der zweiten Kammer 20 kontrolliert entspannt werden, indem der Teller 34 weiter in die Schließhülse verdrängt wird. Dies kann bis zur Entspannung des Drucks in der zweiten Kammer 20 auf Umgebungsdruck fortgesetzt werden.
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Im nächsten Schritt wird dann die Einfüllöffnung des Behältnisses 116 geöffnet, wodurch das in der zweiten Kammer 20 befindliche Medium in das Behältnis 116 eingefüllt wird, ohne dass es zu einer plötzlichen Druckentspannung des Mediums kommt.
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Um insbesondere bei zähflüssigen Medien, wie Lebensmittelprodukten mit stückigen Komponenten, sicherzustellen, dass die gesamte in der zweiten Kammer 20 vorhandene Lebensmittelmenge in das Behältnis 116 gefüllt wird, wird im nächsten Schritt die Druckkammer 106 mit Druck beaufschlagt, während die Druckkammer 104 drucklos geschaltet wird, wobei der Druck in der Druckkammer 106 ausreichend bemessen ist, um den Teller 34 in die zweite Kammer 20 zu bewegen, wodurch der Teller 34 als Ausschieber bzw. Abstreifer wirkt, der insbesondere auch an der Wand der zweiten Kammer 20 anhaftendes Medium abstreift und in das Behältnis 116 schiebt.
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Anschließend wird durch Beaufschlagen der Druckkammer 104 der Teller 34 wieder in die Stellung gemäß der linken Zeichnungshälfte in 1A bewegt.
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Das Ausschieben von Medium aus der zweiten Kammer 20 in das Behältnis 116 hinein ist in 2A dargestellt.
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Bei dem Ventil 10 ist noch eine Sterilisiereinrichtung mit einem Dampfeinlass 122 und einem Dampfauslass 124 vorgesehen, die dazu dient, die zweite Kammer 20 vor dem Anbringen des Behältnisses 116 mit Dampf zu sterilisieren.
