DE10000195A1

DE10000195A1 - Ventile für Flüssigkeiten und Gase

Info

Publication number: DE10000195A1
Application number: DE2000100195
Authority: DE
Inventors: Ulrich Quaschning; Jochen Von Der Hardt
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2001-07-26
Anticipated expiration: 2020-01-06
Also published as: DE10000195C2; WO2001050045A3; WO2001050045A2

Abstract

Die Erfindung betrifft Ventile (1) für Flüssigkeiten und Gase an Druckbehältern. Sie sollen eine hohe Betriebssicherheit, gute Reinigung und einfache Wartung gewährleisten. DOLLAR A Eine in einem Ventilgehäuse (2) mit zylinderförmigen Ventilsitz (3) angeordnete Ventilnadel (5) besitzt an ihrer Spitze (9) ein Außenprofil, über welches sich eine Dichtung (10) mit einem zu dem Außenprofil inversen Innenprofil befindet, die nach Art eines Schnappverschlusses (11) ausgebildet sind. DOLLAR A Derartige Ventile dienen zur Entleerung und Befüllung der Behälter von beziehungsweise mit Flüssigkeiten sowie zur Ent- und Begasung, insbesondere Ent- und Belüftung der Behälter. Sie werden beispielsweise an Filtergehäusen verwendet, die mit Filtermodulen bestückt sind und unter einer Druckdifferenz betrieben werden.

Description

Die Erfindung betrifft Ventile für Flüssigkeiten und Gase, die an Behältern, insbesondere an Druckbehältern angebracht sind.

Derartige Ventile dienen zur Entleerung und Befüllung der Behälter von beziehungsweise mit Flüssigkeiten sowie zur Ent- und Begasung, insbesondere Ent- und Belüftung der Behälter. Sie werden beispielsweise an Filtergehäusen verwendet, die mit Filtermodulen bestückt sind und unter einer Druckdifferrenz betrieben werden.

In vielen Bereichen, insbesondere bei der Filtration von Fluiden in der pharmazeutischen, biotechnologischen und lebensmitteltechnischen Industrie müssen Ventile verwendet werden, die folgenden Ansprüchen gerecht werden: Gewährleistung einer hohen Betriebssicherheit, wie Ausschluß der Möglichkeit einer Entfernung der Ventilnadel oder einer Unwirksamkeit der Dichtung des Ventils durch unsachgemäße Bedienung; Ausschluß von schwer zugänglichen Bereichen und von Totvolumina, die eine absolute Reinigung des Ventils oder eine Entfernung unerwünschter Medien verhindern; Gewährleistung einer leichten Wartung, zum Beispiel zum Ersatz von Dichtungen durch unerfahrenes Personal; kostengünstige Herstellung. Die Ventile des Standes der Technik werden diesen Ansprüchen nicht gerecht.

Bei den bekannten Ventilen ist eine in einem Ventilgehäuse mit einem zylindrischen Ventilsitz befindliche hohle Ventilnadel aus Edelstahl mit einer Dichtung versehen. Durch Drehen einer Überwurfmutter oder der Ventilnadel selbst wird die Dichtung auf eine Ventilöffnung gepreßt oder von ihr entfernt. Die Dichtung besteht aus Gründen der hohen chemischen Resistenz aus Kunststoff, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen. Nachteilig ist, daß die Dichtung bei unsachgemäßem Schließen des Ventils in die Ventilöffnung hineingedrückt wird, was dazu führen kann, daß sich beim Öffnen des Ventils die Dichtung von der Ventilnadel ablöst und die Ventilöffnung verstopft oder das Ventil verklemmt, wodurch es unbrauchbar wird. Zur Gewährleistung der Dichtfunktion müssen die Dichtungen eine planare Oberfläche aufweisen. Daher muß die Dichtung, nachdem sie auf die Ventilnadel aufgesetz wurde, plan abgedreht werden. Nachteilig ist, daß dazu entsprechende Werkzeuge und fachkundiges Personal erforderlich ist. Die Dichtung kann zwar leicht ausgetauscht werden, jedoch verliert der Sitz der Dichtung im Betrieb schnell an Festigkeit, so daß die Funktion des Ventils beeinträchtigt ist. Nachteilig ist auch, daß bei den Ventilen, deren Ventilnadel ganz aus dem Ventilsitz herausgedreht werden kann, ein Flüssigkeits- oder Gasstrom in diesem Zustand nicht mehr kontrollierbar ist. Das kann zur Kontamination der Umgebung und zu Verletzungen des Bedienerpersonals führen. Bekannt ist das Verhindern des Herausziehens der Ventilnadel mittels einer Kette, die am Ventilgehäuse befestigt und über die Ventilnadel gelegt ist. Allerdings stellt die Kette ein zusätzliches Bauelement dar, das schwer zu reinigen und damit für Arbeiten unter Reinraum- oder unter sterilen Bedingungen ungeeignet ist. Nachteilig ist auch, daß ein im Inneren des Ventilgehäuses liegendes Gewinde eine Ansammlung von Ecken und Kanten darstellt, die schwer zu reinigen sind und Kontaminationen der Fluide verursachen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil für Flüssigkeiten und Gase bereit zu stellen, das eine hohe Betriebssicherheit, eine gute Reinigung und eine einfache Wartung gewährleistet.

Die Aufgabe wird durch ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Ventils werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche definiert.

Das erfindungsgemäße Ventil für Flüssigkeiten und Gase besteht mindestens aus einem Ventilgehäuse mit einem zylinderförmigen Ventilsitz mit einer Durchgangsbohrung, über welche das Ventil mit einem Behälter kommunizierend verbindbar ist, und aus einer mit einem Kanal für die Flüssigkeiten und Gase und einer geschlossenen Spitze ausgestatteten Ventilnadel, die in dem Ventilgehäuse mit dem zylinderförmigen Ventilsitz beweglich angeordnet ist derart, daß die Spitze mit Dichtung im geschlossenen Zustand des Ventils bis an die Durchgangsbohrung reicht. Die Spitze der Ventilnadel besitzt ein Außenprofil, über welches sich die Dichtung, vorzugsweise aus Kunststoff, mit einem zu dem Außenprofil inversen Innenprofil befindet. Dabei sind die Profile in der Art eines Schnappverschlusses ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Profile wird ein besonders fester Sitz der Dichtung auf der Spitze der Ventilnadel erreicht. Selbst wenn die Ventilnadel unter Zuhilfenahme von Werkzeugen, wie Zangen oder Maulschlüsseln, beim Schließen des Ventils über Gebühr festgezogen worden ist, kann sich die Dichtung zwar verformen, sie löst sich beim Öffnen des Ventils aber nicht von der Spitze der Ventilnadel ab. Damit bleibt die Betriebssicherheit des Ventils auch bei unsachgemäßer Handhabung erhalten.

Andererseits läßt sich zum Wechseln der Dichtung die auszutauschende Dichtung von der Spitze der Ventilnadel mittels eines Werkzeuges, beispielsweise einer Zange, in der Regel nur unter Zerstörung der Dichtung, zumindest aber des Innenprofils, entfernen. Damit wird sichergestellt, daß nur neue intakte Dichtungen für eine Neubestückung verwendet werden können. Die Neubestückung erfolgt dabei so, daß die neue Dichtung mit der Dichtfläche nach unten auf eine glatte Unterlage gelegt wird und die Ventilnadel mit der profilierten Spitze in die Profilöffnung der Dichtung hinein gedrückt wird, bis die Profile einrasten. Das Ventil läßt sich mit einfachen Mitteln auch von wenig erfahrenem Personal sicher warten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Ausgestaltung der Profile keine Toträume zwischen der Dichtung und der Ventilnadel entstehen, in denen sich schwer entfernbare Verunreinigungen ansammeln könnten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtung in ihrem Frontbereich zur Abdichtung der Durchgangsbohrung trapezförmig ausgebildet, wodurch ein besonders guter Sitz der Dichtung im geschlossenen Zustand des Ventils erreicht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Ventilgehäuse mit einem Außengewinde und einer darauf laufenden Überwurfmuter versehen, mit der die Ventilnadel entlang der Längsachse des Ventilgehäuses zum Öffnen und Schließen des Ventils bewegbar ist. Die Überwurfmutter überragt das Außengewinde in einer Länge, die im geschlossenen Ventilzustand mindestens der maximal zulässigen Wegstrecke der Ventilnadel zum vollständigen Öffnen des Ventils entspricht. Die Überwurfmutter ist im Bereich ihres in Richtung der Durchgangsbohrung weisenden Randes mit einer inneren Umfangsnut und einem darin befindlichen Sprengring ausgestattet, derart, daß der Sprengring beim Erreichen der maximal zulässigen Wegstrecke der Ventilnadel nach dem vollständigen Öffnen des Ventils am Außengewinde, diese Wegstrecke begrenzend, anliegt. Dadurch wird ein unbeabsichtigtes Entfernen der Ventilnadel aus dem Ventilgehäuse, zumindest aber aus dem zylinderförmigen Ventilsitz, verhindert, so daß erforderlichenfalls jederzeit wieder ein schnelles Schließen des Ventils ermöglich ist. Der Sprengring kann von der Überwurfmutter mit handelsüblichen Werkzeugen entfernt werden. Diese Sicherung kann nahezu unabhängig von der Einbaulage des Ventils montiert werden, vorausgesetzt, daß genügend Platz zwischen dem Außengewinde des Ventilgehäuses und dem Behälter, an dem sich das Ventil befindet, vorhanden ist, wobei ein Abstand ab etwa 1 cm ausreicht. Eine derartige Sicherung ist einer üblichen Sicherung mittels Kette oder ähnlichem überlegen.

Gemäß einer anderen Variante erfüllt an Stelle des Sprengrings ein Gewindestift die Sicherungsfunktion. Dazu ist die Überwurfmutter im Bereich ihres in Richtung der Durchgangsbohrung weisenden Randes von einem Gewindestift durchsetzt, der so angebracht ist, daß er beim Erreichen der maximal zulässigen Wegstrecke der Ventilnadel zum Öffnen des Ventils am Außengewinde des Ventilgehäuses, diese Wegstrecke begrenzend, anliegt. Er kann darüberhinaus in jeder Stellung der Ventilnadel zur Arretierung des jeweiligen Ventilzustandes angezogen werden.

Die Überwurfmutter ist so konzipiert, daß das Ventil sowohl mit einem Werkzeug, zum Beispiel mit einem Maulschlüssel, als auch von Hand geöffnet und geschlossen werden kann. Die Öffnung mittels Werkzeug bietet sich an, wenn das Ventil für eine manuelle Bedienung zu heiß ist. Darüber hinaus hat es sich aber als vorteilhaft erwiesen, die Überwurfmutter auf ihrem Außenumfang mit einem Handrad, vorzugsweise aus einem Material, das ein schlechter Wärmeleiter ist, zu versehen.

Die Erfindung wird nun anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines geschlossenen Ventils mit einem Sprengring als Sicherung und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Ventils im geöffneten Zustand mit einem Gewindestift als Sicherung.

Gemäß der Fig. 1 und 2 besteht das erfindungsgemäße Ventil 1 aus einem Ventilgehäuse 2 mit einem zylinderförmigen Ventilsitz 3 und mit einer Durchgangsbohrung 4 durch das Ventilgehäuse 2, über welches das Ventil 1 mit einem nicht dargestellten Behälter kommunizierend verbindbar ist. Das Ventil 1 besteht außerdem aus einer Ventilnadel 5, die in dem Ventilgehäuse 2 mit dem zylinderförmigen Ventilsitz 3 beweglich angeordnet ist. Die Ventilnadel 5 nimmt einen Kanal 6 für den Transport von Flüssigkeiten und Gasen in den Behälter oder aus dem Behälter auf. Der Kanal 6 besitzt eine Anschlußöffnung 7, die mit einem nicht dargestellten Vorratsgefäß kommunizierend verbunden ist oder in die Umgebung mündet und eine periphere Öffnung 8 in der Wand der Ventilnadel 5, die in den Bereich des Ventilsitzes 3 mündet. Außerdem ist die Ventilnadel 5 mit einer geschlossenen Spitze 9 ausgestattet, die im geschlossenen Zustand des Ventils 1 mit ihrer Dichtung 10 bis an die Durchgangsbohrung 4 innerhalb des Ventilsitzes 3 reicht. Die Spitze 9 der Ventilnadel 5 verfügt über ein Außenprofil, über welches sich die Dichtung 10 mit einem zu dem Außenprofil inversen Innenprofil befindet. Beide Profile sind dabei in der Art eines Schnappverschlusses 11 ausgebildet. Unter Außenprofil und inversem Innenprofil sollen Profile verstanden werden, die beispielsweise zueinander wie das Profil eines Originals und seiner Gipsform für einen Gipsabdruck stehen. Wie in den Figuren dargestellt, sind die Dichtungen 10 in ihrem Frontbereich 12 zur Abdichtung der Durchgangsbohrung 4 trapezförmig ausgebildet. Das Ventilgehäuse selbst ist mit einem Außengewinde 13 und einer darauf laufenden Überwurfmutter 14 mit Innengewinde 15 versehen, mit der die Ventilnadel 5 über einen Eingriff 16 entlang der Längsachse 17 des Ventilgehäuses 2 mit dem zylinderförmigen Ventilsitz 3 zum Öffnen und Schließen des Ventils 1 bewegbar ist. Die Überwurfmutter 14 überragt das Außengewinde 13 des Ventilgehäuses 2 in einer Länge, die im geschlossenen Ventilzustand mindestens einer maximal zulässigen Wegstrecke der Ventilnadel 5 zum vollständigen Öffnen oder Schließen des Ventils 1 entspricht. Dabei soll unter maximal zulässiger Wegstrecke die Länge des Ventilsitzes 3 verstanden werden.

Gemäß Fig. 1 ist die Überwurfmutter 14 im Bereich ihres offenen Randes, der in Richtung der Spitze 9 der Ventilnadel 5 weist, mit einer inneren Umfangsnut 18 und einem darin angeordneten Sprengring 19 ausgestattet. Beim Erreichen der maximal zulässigen Wegstrecke der Ventilnadel 5 zum Öffnen des Ventils 1 stößt der Sprengring 19 diese Wegstrecke begrenzend am Außengewinde 13 des Ventilgehäuses 2 an.

Gemäß der Fig. 2 ist die Überwurfmuter 14 im Bereich ihres Randes, der in Richtung der Spitze 9 der Ventilnadel 5, beziehungsweise der Durchgangsbohrung 4 weist, von einem Gewindestift 20 durchsetzt. Beim Erreichen der maximal zulässigen Wegstrecke der Ventilnadel 5 zum Öffnen des Ventils 1 stößt der Gewindestift 20 diese Wegstrecke begrenzend am Außengewinde 13 des Ventilgehäuses 2 an. Durch Festdrehen des Gewindestiftes 20 kann jeder beliebige Öffnungszustand des Ventils 1 (Ventilzustand) arretiert werden.

Im Falle der Entgasung eines Behälters, an dem das geöffnete Ventil 1 gemäß Fig. 2 montiert ist, strömt das unter Überdruck stehende Gas über die Durchgangsbohrung 4, den Ventilsitz 3, die periphere Öffnung 8, den Kanal 6 und die Anschlußöffnung 7 aus dem zu entgasenden Behälter in die Umgebung ab.

Liste der Bezugszeichen

1

Ventil

2

Ventilgehäuse

3

zylinderförmiger Ventilsitz

4

Durchgangsbohrung

5

Ventilnadel

6

Kanal für den Transport von Flüssigkeiten und Gasen

7

Anschlußöffnung

8

periphere Öffnung

9

Spitze der Ventilnadel

5

10

Dichtung

11

Schnappverschluß

12

Frontbereich der Dichtung

10

13

Außengewinde des Ventilgehäuses

2

14

Überwurfmutter

15

Innengewinde der Überwurfmutter

14

16

Eingriff der Überwurfmutter

14

17

Längsachse des Ventilgehäuses

2

18

innere Umfangsnut

19

Sprengring

20

Gewindestift

Claims

1. Ventil (1) für Flüssigkeiten und Gase mindestens bestehend
aus einem Ventilgehäuse (2) mit einem zylinderförmigen Ventilsitz (3) mit einer Durchgangsbohrung (4), über welche das Ventil (1) mit einem Behälter kommunizierend verbindbar ist, und
aus einer mit einem Kanal (6) für den Transport der Flüssigkeiten und Gase und einer geschlossenen Spitze (9) ausgestatteten Ventilnadel (5), die in dem Ventilgehäuse (2) mit dem zylinderförmigen Ventilsitz (3) beweglich angeordnet ist, derart, daß die Spitze (9) im geschlossenen Zustand des Ventils (1) mit ihrer Dichtung (10) bis an die Durchgangsbohrung (4) reicht,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spitze (9) der Ventilnadel (5) ein Außenprofil besitzt über welches sich die Dichtung (10) mit einem zu dem Außenprofil inversen Innenprofil befindet und wobei die Profile nach Art eines Schnappverschlusses (11) ausgebildet sind.

2. Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (10) in ihrem Frontbereich (12) zur Abdichtung der Durchgangsbohrung (4) trapezförmig ausgebildet ist.

3. Ventil (1) nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem das Ventilgehäuse (2) mit einem Außengewinde (13) und einer darauf laufenden Überwurfmuter (14) versehen ist, mit der die Ventilnadel (5) entlang der Längsachse (17) des Ventilgehäuses (2) mit dem zylinderförmigen Ventilsitz (3) zum Öffnen und Schließen des Ventils (1) bewegbar ist, wobei die Überwurfmutter (14) das Außengewinde (13) in einer Länge überragt, die im geschlossenen Ventilzustand mindestens einer maximal zulässigen Wegstrecke der Ventilnadel (5) zum vollständigen Öffnen des Ventils (1) entspricht und wobei die Überwurfmutter (14) im Bereich ihres in Richtung der Durchgangsbohrung (4) weisenden Randes mit einer inneren Umfangsnut (18) und einem darin befindlichen Sprengring (19) ausgestattet ist, derart, daß der Sprengring (19) beim Erreichen der maximal zulässigen Wegstrecke der Ventilnadel (5) zum Öffnen des Ventils (1) am Außengewinde (13), diese Wegstrecke begrenzend, anliegt.

4. Ventil (1) nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem das Ventilgehäuse (2) mit einem Außengewinde (13) und einer darauf laufenden Überwurfmuter (14) versehen ist, mit der die Ventilnadel (5) entlang der Längsachse (17) des Ventilgehäuses (2) mit dem zylinderförmigen Ventilsitz (3) zum Öffnen und Schließen des Ventils (1) bewegbar ist, wobei die Überwurfmutter (14) das Außengewinde (13) in einer Länge überragt, die im geschlossenen Ventilzustand mindestens einer maximal zulässigen Wegstrecke der Ventilnadel (5) zum vollständigen Öffnen des Ventils (1) entspricht und wobei die Überwurfmutter (14) im Bereich ihres in Richtung der Durchgangsbohrung (4) weisenden Randes von einem Gewindestift (20) durchsetzt ist, derart, daß der Gewindestift (20) beim Erreichen der maximal zulässigen Wegstrecke der Ventilnadel (5) zum Öffnen des Ventils (1) am Außengewinde (13), diese Wegstrecke begrenzend, anliegt.

5. Ventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilzustände bei festgedrehtem Gewindestift arretiert sind.

6. Ventil (1) nach den Ansprüchen 3 bis 5, bei dem die Überwurfmutter (14) auf ihrem Außenumfang mit einem Handrad ausgestattet ist.