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Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zur Verbindung zweier Rohrleitungen einer Anlage zur Produktführung, mit einem ersten Doppelsitzventil, das ein erstes Absperrorgan und ein zweites Absperrorgan und einen ersten Leckageraum zwischen dem ersten und dem zweiten Absperrorgan aufweist, mit einem ersten Anschluss für eine der beiden Rohrleitungen auf einer dem Leckageraum abgewandten Seite des ersten Absperrorgans, weiterhin mit einem zweiten Doppelsitzventil, das ein drittes Absperrorgan und ein viertes Absperrorgan und einen zweiten Leckageraum zwischen dem dritten und dem vierten Absperrorgan aufweist, wobei auf einer dem zweiten Leckageraum abgewandten Seite des vierten Absperrorgans ein zweiter Anschluss für die andere der beiden Rohrleitungen angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Produktführung, mit zumindest zwei Rohrleitungen, die über eine Ventilvorrichtung der zuvor genannten Art miteinander verbunden sind.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage.
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Eine Ventilvorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus dem Dokument
US 5 469 880 bekannt.
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Eine Ventilvorrichtung der eingangs genannten Art wird in einer Anlage, beispielsweise einer lebensmitteltechnischen Anlage, einer pharmatechnischen Anlage oder einer gentechnologischen Anlage zur Verbindung zweier Rohrleitungen miteinander verwendet, um die in den beiden Rohrleitungen laufenden Prozesse sicher voneinander zu trennen, oder auch den in der einen Rohrleitung laufenden Prozess in die andere Rohrleitung zu überführen.
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In einer lebensmitteltechnischen Anlage kann beispielsweise in der einen Rohrleitung ein Lebensmittelprodukt, beispielsweise Milch oder ein Milchprodukt, fließen, und in der anderen Leitung ein Reinigungsmedium, mit dem die andere Rohrleitung gerade gereinigt wird. Im letzteren Fall ist es besonders wichtig, dass die beiden Absperrorgane die in den beiden Rohrleitungen fließenden feindlichen Medien sicher voneinander trennen, weil beispielsweise eine Vermischung des in der einen Rohrleitung fließenden Lebensmittelprodukts mit dem in der anderen Rohrleitung fließenden Reinigungsmedium das Lebensmittelprodukt verderben würde.
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Der Leckageraum zwischen den beiden Absperrorganen dient dazu, eine Undichtigkeit eines oder beider Absperrorgane kenntlich zu machen, indem der Leckageraum hinsichtlich einer Leckage eines Mediums aus einer der beiden Rohrleitungen in den Leckageraum überwacht wird, beispielsweise mittels eines Sensors oder einfach durch Sichtkontrolle.
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Die aus dem Dokument
US 5 469 880 bekannte Ventilvorrichtung ist aus zwei Doppelsitzventilen gebildet, die jeweils zwei Absperrorgane aufweisen. Die beiden Doppelsitzventile sind mit ihren Längsachsen Seite an Seite angeordnet und durch einen Überleitungskanal miteinander verbunden.
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Aus dem Dokument
DE 24 30 030 A1 ist ein Doppelsitzventil mit nur einem Leckageraum bekannt. Der Leckageraum wird von zwei Absperrorganen begrenzt. Der Leckageraum ist über zwei weitere Absperrorgane mit einem Anschluss zur Zuführung einer Reinigungsflüssigkeit und mit einem Rohr zur Abführung der Reinigungsflüssigkeit versehen.
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Aus dem Dokument
DE 101 08 259 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb von Tanklagersystemen im festverohrten Verbund mit Rohrsystemen für Flüssigkeiten bekannt. Auf den Tankausläufen der einzelnen Tanks ist jeweils ein Ventilverteilerbaum in Form eines vertikalen Auslaufrohres angeordnet, wobei an dem vertikalen Auslaufrohr eine Mehrzahl an Doppelsitzventilen angeordnet ist.
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Ein aus dem Dokument
DE 42 43 111 A1 bekannte Ventilvorrichtung ist ein aseptisches Doppelsitzventil, das die Anforderungen an eine sichere Trennung von unterschiedlichen Prozessen in den beiden Rohrleitungen voneinander gewährleistet und außerdem Aseptikbedingungen genügt. Dennoch hat diese bekannte Ventilvorrichtung folgende Nachteile.
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Ein erster Nachteil ergibt sich bei der Reinigung eines der beiden Absperrorgane. Beispielsweise wenn das zweite Absperrorgan gereinigt wird, wird dieses geöffnet, so dass durch die zweite Rohrleitung zugeführtes Reinigungsmedium das zweite Absperrorgan und den Leckageraum reinigt. Dann ist es jedoch zumindest unter den strengen Vorschriften der PMO-Norm (Process Milk Ordonance) nicht möglich, in der ersten Rohrleitung während der Reinigung des zweiten Absperrorgans ein Produkt fließen zu lassen. Die zuvor genannte PMO-Norm verlangt nämlich, dass zwischen dem Reinigungsprozess und dem Produktprozess, zumindest wenn dieser ein aseptischer Produktprozess ist, eine Dampfbarriere vorhanden sein muss, die den Produktprozess vom Reinigungsprozess zusätzlich trennt. Unter diesen strengen Vorschriften ist es daher zwingend erforderlich, den Produktprozess in der anderen Rohrleitung für die Dauer des Reinigungsprozesses zu unterbrechen. Dies führt zum Nachteil einer verringerten Produktivität und Wirtschaftlichkeit der Anlage.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Ventilvorrichtung besteht darin, dass sich eine bestehende Anlage zur Produktführung mit der bekannten Ventilvorrichtung nur mit einer begrenzten Funktionalität erweitern lässt. Dies wird nachfolgend anhand der 1a) bis d) erläutert.
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1a) zeigt eine Anlage zur Produktführung 100', die beispielsweise in einem lebensmitteltechnischen Betrieb installiert ist, nach dem Stand der Technik.
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Die Anlage zur Produktführung 100' weist beispielsweise in ihrem Ausgangszustand gemäß 1a) einen einzigen Sterilisierer 102'a, einen aseptischen Puffertank 104'a und eine Abfüllgruppe 10b'a mit zwei Füllstationen F11 und F12 auf. Von dem Puffertank 104'a führt eine Rohrleitung 108'a weg, die mit einer Rohrleitung 110'a, die wiederum mit dem Sterilisierer 102'a verbunden ist, und mit einer Rohrleitung 112'a verbunden ist, die zu der Füllgruppe 106'a führt. An einem ersten Knotenpunkt 114'a ist die Rohrleitung 108'a mit der Rohrleitung 112'a über eine bekannte Ventilvorrichtung wie oben beschrieben verbunden, und an einem Knotenpunkt 116'a ist die Rohrleitung 108'a mit der Rohrleitung 110'a ebenfalls über eine wie oben beschrieben bekannte Ventilvorrichtung verbunden.
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Die Füllgruppe 106'a ist beispielsweise dazu ausgelegt, ein Produkt in Behälter aus mehrschichtigem Material einzufüllen. Die Funktionalität der Anlage 100' gemäß 1a) besteht darin, dass der Sterlisierer 102'a ein Produkt über die Rohrleitungen 110'a, 108'a und 112'a zu der Füllgruppe 106'a überführt, wobei je nach der Bilanz zwischen Zufuhr und Nachfrage an der Füllgruppe 106'a das Produkt in dem Puffer-Tank 104'a zwischengespeichert werden kann. Die an den Knoten 114'a, 116'a sitzenden bekannten Ventilvorrichtungen werden dazu entsprechend geschaltet.
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1b) zeigt nun die Anlage 100' gemäß 1a) in einer Erweiterungsstufe, die beispielsweise durch eine gestiegene Kapazität des Betriebs, in dem die Anlage 100' betrieben wird, erforderlich wurde.
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In dieser Erweiterungsstufe weist die Anlage 100' zusätzlich eine zweite Füllgruppe 106'b auf, mit der beispielsweise Behälter mit anderen Volumina als in der Füllgruppe 106'a gefüllt werden können. Um die Puffer-Kapazität zu erhöhen, wurde ein zweiter Puffer-Tank 104'b installiert, der jedoch nur mit der Füllgruppe 106'b, nicht jedoch mit der Füllgruppe 106'a über den Knoten 114'b verbunden ist. Die Füllgruppe 106'a kann somit nicht mit Produkt aus dem Puffer-Tank 104'b versorgt werden, ebenso wenig wie die Füllgruppe 106'b mit Produkt aus dem Puffer-Tank 104'a versorgt werden kann.
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1c) zeigt eine zweite Erweiterung der Anlage 100', die beispielsweise erforderlich geworden ist, weil zusätzlich die Puffer-Kapazität durch einen dritten Puffer-Tank 104'c erhöht werden musste, und außerdem ist es in dem Betrieb, in dem die Anlage 100' betrieben wird, des Weiteren erforderlich geworden, einen zweiten Sterilisierer 102'b zu installieren, um einerseits die Sterilisierkapazität der Anlage 100' zu erhöhen, und/oder um eine andere Art der Sterilisierung anwenden zu können. Des Weiteren ist die Anlage 100' um eine dritte Füllgruppe 106'c erweitert worden, mit der beispielsweise Kunststoffflaschen gefüllt werden können.
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Wie aus 1c) hervorgeht, ist der Puffer-Tank 104'a weiterhin nur mit der Füllgruppe 106'a, der Puffer-Tank 104'b nur mit der Füllgruppe 106'b und der neu hinzu gekommene Puffer-Tank 104'c nur mit der Füllgruppe 106'c verbunden, außerdem ist der neu hinzu gekommene Sterilisierer 102'b nur mit dem Puffer-Tank 104'c verbunden. Eine Zuführung des Produkts über den Sterilisierer 102'b in den Puffer-Tank 104'a und von dort in die Füllgruppe 106'b beispielsweise ist nicht möglich, wie auch andere Kombinationen, wie sich aus 1c) ergibt. Die Funktionalität der Anlage 100' ist durch die Erweiterung somit nur in beschränktem Maße gestiegen. Verbindungen sind nur an den eingezeichneten Knotenpunkten vorgesehen.
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1d) zeigt schließlich eine dritte Erweiterung der Anlage 100' um einen vierten Puffer-Tank 104d, um die Puffer-Kapazität der Anlage 100' weiter zu erhöhen.
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Im Unterschied zu 1c) wurde hier zusätzlich zwischen den Puffer-Tanks 104'a bis 104'd und den Füllgruppen 106'a–c eine Ventilmatrix 120' aus herkömmlichen Ventilvorrichtungen zusätzlich installiert, so dass von jedem Puffer-Tank 104'a bis 104'd in jede Füllgruppe 106'a bis 106'c Produkt zugeführt werden kann.
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Diese Ventilmatrix 120' löst jedoch nicht das Problem, dass die beiden Sterilisierer 102'a und 102'b weiterhin nur mit bestimmten der Puffer-Tanks 104'a bis 104'd verbunden sind, wodurch die volle Funktionalität der Anlage 100' immer noch nicht erreicht ist. Die Produktivität der Anlage 100' unterliegt somit weiterhin Beschränkungen, weil es nicht möglich ist, beispielsweise die Puffer-Tanks 104'a und 104'b über den Sterilisierer 102'b zu befüllen.
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Aufgrund der vorstehend genannten Nachteile besteht weiterhin ein Bedürfnis an einer Ventilvorrichtung, die es einerseits ermöglicht, Prozesse in den beiden Rohrleitungen, die sie verbindet, sicher zu trennen, ohne dass bei einem Reinigungsprozess auf der einen Seite der Ventilvorrichtung ein Produktprozess auf der anderen Seite der Ventilvorrichtung unterbrochen werden muss, und dass die Ventilvorrichtung insbesondere bei einer Erweiterung einer bestehenden Anlage zur Produktführung eine möglichst hohe Funktionalität der erweiterten Anlage ohne die Verwendung einer zusätzlichen Ventrilmatrix ermöglicht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Anforderungen erfüllt sind.
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Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Produktführung mit einer solchen Ventilvorrichtung bereitzustellen, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage.
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Hinsichtlich der eingangs genannten Ventilvorrichtung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass das erste Doppelsitzventil und das zweite Doppelsitzventil Kopf an Kopf zueinander angeordnet sind, und zwischen dem zweiten und dem dritten Absperrorgan ein mittlerer dritter Leckageraum vorhanden ist, der im Schließzustand des zweiten und dritten Absperrorgans gegen den ersten und zweiten Leckageraum abgedichtet ist.
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Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung weist somit zwischen den beiden Rohrleitungen, die sie verbindet, vier Absperrorgane sowie drei Leckageräume auf. Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung entspricht somit zwei Kopf an Kopf angeordneten herkömmlichen Ventilvorrichtungen, wobei jedoch zusätzlich zwischen diesen beiden Kopf an Kopf angeordneten Ventilvorrichtungen ein weiterer mittlerer Leckageraum angeordnet ist. Im Fall der Verwendung der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einer aseptischen Anlage zur Produktführung kann somit ein aseptischer Prozess in der einen Rohrleitung sicher von beispielsweise einem Reinigungsprozess in der anderen Rohrleitung getrennt werden, ohne dass der aseptische Prozess dazu unterbrochen werden muss. Es besteht sogar die Möglichkeit, beispielsweise das dritte und vierte Absperrorgan bei geschlossenem ersten und zweiten Absperrorgan zu öffnen und das dritte und vierte Absperrorgan gleichzeitig mit einem Reinigungsmedium gründlich zu reinigen, während der erste Leckageraum den Reinigungsprozess von dem Prozess in der ersten Rohrleitung sicher trennt. Das Gleiche gilt für den umgekehrten Vorgang, wenn das erste und zweite Absperrorgan geöffnet werden, um diese beiden zu reinigen, während dann in der zweiten Rohrleitung ein Produkt geführt werden kann, das dann über den zweiten Leckageraum sicher von dem Reinigungsprozess im ersten Leckageraum getrennt ist. Der dritte mittlere Leckageraum ermöglicht in beiden Fällen jeweils die gründliche Reinigung des ersten und zweiten oder dritten und vierten Absperrorgans von allen Seiten, weil nämlich der dritte mittlere Leckageraum am Reinigungsprozess teilnimmt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest der erste und der zweite Leckageraum jeweils einen separaten Dampfeinlass auf, um den jeweiligen Leckageraum mit Sterilisierdampf zu beaufschlagen.
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In dieser Ausgestaltung erfüllt die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung sogar die strenge PMO-Norm, die wie oben erläutert verlangt, dass zwischen einem Reinigungsprozess und einem aseptischen Produktprozess eine Dampfbarriere vorhanden sein muss. Wenn beispielsweise das erste und zweite Absperrorgan für einen Reinigungsprozess geöffnet werden, wird der zweite Leckageraum zwischen dem geschlossenen dritten und vierten Absperrorgan mit Dampf beaufschlagt, so dass zwischen dem Reinigungsprozess im ersten und mittleren dritten Leckageraum und der Produktführung in der zweiten Rohrleitung eine Dampfbarriere vorhanden ist. Vorteilhafterweise muss somit die Produktführung in der zweiten Rohrleitung während des Reinigungsprozesses in der ersten Rohrleitung, dem ersten Leckageraum und dem mittleren dritten Leckageraum auch nach dieser strengen PMO-Norm nicht unterbrochen werden.
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Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn der jeweilige Dampfeinlass mit jeweils einem steuerbaren Dampfeinlassventil versehen ist.
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Hierbei ist von Vorteil, dass die Dampfbarriere über die Steuerung des jeweiligen Dampfeinlassventils gesteuert und überwacht werden kann.
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In den beiden zuvor genannten Ausgestaltungen ist auch dem dritten mittleren Leckageraum vorzugsweise eine Dampfbarriere zugeordnet. Die vorzugsweise drei Dampfbarrieren sind über das jeweilige steuerbare Dampfeinlassventil je nach Betriebsmodus gemeinsam mit Dampf beaufschlagbar, oder es kann auch nur einer der Leckageräume mit Dampf beaufschlagt werden, während die anderen Dampfeinlassventile geschlossen sind, so dass die dazugehörigen Leckageräume nicht mit Dampf beaufschlagt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest an dem ersten und zweiten Leckageraum jeweils ein separater nach unten weg führender Auslass aus dem jeweiligen Leckageraum angeordnet.
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Hierbei ist von Vorteil, dass durch den Auslass zum einen der über den jeweiligen Dampfeinlass zugeführte Sterilisierdampf wieder abgeführt werden kann, es kann durch den jeweiligen Auslass aber auch Leckage aus dem jeweiligen Leckageraum abgeführt werden, oder, wie später noch beschrieben wird, kann durch den jeweiligen Auslass der jeweilige Leckageraum im Gegenstrom mit Kondensat zum Kühlen der Absperrorgane geflutet werden, um bei anschließender Durchführung eines Produkts durch den jeweiligen Leckageraum eine unerwünschte übermäßige thermische Belastung des Produkts zu vermeiden.
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Auch im Rahmen der zuvor genannten Ausgestaltung ist es bevorzugt, wenn der jeweilige Auslass mit jeweils einem Auslassventil versehen ist.
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Wie im Lalle der Dampfeinlässe besteht somit der Vorteil einer voneinander unabhängigen Steuerung und Überwachung des jeweiligen Auslasses.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die Dampfeinlässe relativ zueinander einen Winkelversatz auf, der kleiner als etwa 30° ist, und/oder die Auslässe weisen relativ zueinander einen Winkelversatz auf, der kleiner als etwa 30° ist.
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Diese Maßnahme gewährleistet eine axial kurzbauende Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung, weil durch den Winkelversatz der Dampfeinlässe und/oder der Auslässe die jeweiligen Ventilsteuerköpfe auch auf einer kurzen axialen Baulänge dennoch nebeneinander Platz finden können. Die Beschränkung des Winkelversatzes auf maximal etwa 30° gewährleistet dabei, dass bei einer horizontalen Einbaulage der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung die Auslässe zur Vertikalen einen Winkel von maximal 15° einschließen, so dass das Ablaufen von beispielsweise Leckage oder Kondensat aus dem jeweiligen Leckageraum weiterhin gewährleistet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Absperrorgane sowie der dazwischen liegende dritte Leckageraum in einem gemeinsamen einstückigen Gehäuse angeordnet.
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Diese Maßnahme trägt ebenfalls vorteilhafterweise zu einer axial kurzbauenden Bauweise bei, weil Verbindungsflansche zwischen einzelnen Gehäuseabschnitten vermieden werden, die bei einer mehrteiligen Ausgestaltung des Bereichs des Gehäuses zwischen dem ersten und zweiten Leckageraum erforderlich waren.
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Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn der erste Anschluss für die eine Rohrleitung und/oder der zweite Anschluss für die andere Rohrleitung tangential an einer Bodenseite in das Gehäuse mündet.
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Diese Maßnahme hat bei einem horizontalen Einbau der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung den Vorteil, dass sich in dem Gehäuseabschnitt, in den die jeweilige Rohrleitung mündet, kein Sumpf bilden kann, der dann schwierig zu entfernen wäre, weil er nicht selbstständig aus dem Gehäuseabschnitt läuft. Das vollständige Ablaufen ist insbesondere bei einer vorhergehenden Reinigung der Rohrleitung mit Reinigungsmedium wichtig, da ein Reinigungsmediumsumpf in dem Gehäuseabschnitt eine Kontamination des nachfolgend durchgeführten Produktes verursachen kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erste Absperrorgan einen ersten Ventilteller und einen ersten Ventilsitz, das zweite Absperrorgan einen zweiten Ventilteller und einen zweiten Ventilsitz auf, und das dritte Absperrorgan weist einen dritten Ventilteller und einen dritten Ventilsitz und das vierte Absperrorgan einen vierten Ventilteller und einen vierten Ventilsitz auf.
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In dieser Ausgestaltung stellt die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung ein doppeltes Doppelsitzventil dar, d. h. zwei Doppelsitzventile sind Kopf an Kopf angeordnet, wobei zusätzlich zwischen den beiden Leckageräumen der einzelnen Doppelsitzventile ein dritter Leckageraum vorhanden ist. In dieser Ausgestaltung eignet sich die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung insbesondere für aseptische Anlagen zur Produktführung.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der zuvor genannten Weiterbildung sind der erste und zweite Ventilteller und der dritte und vierte Ventilteller jeweils unabhängig voneinander betätigbar.
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Diese Funktionalität, die bereits bei herkömmlichen Doppelsitzventilen bekannt ist, führt auch bei der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung zu einer erhöhten Sicherheit der Ventilvorrichtung, weil bei einem Versagen beispielsweise des ersten Ventiltellers der zweite weiterhin die Absperrfunktion sicher übernehmen kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann die Anordnung aus erstem und zweitem Absperrorgan unabhängig von der Anordnung aus drittem und viertem Absperrorgan geöffnet und geschlossen werden.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht vorteilhafterweise eine Vielzahl von Prozessfunktionen, die nachfolgend noch erläutert werden.
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In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung aseptisch.
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In dieser Ausgestaltung lässt sich die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung vorteilhafterweise in aseptischen Anlage zur Produktführung einsetzen.
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Erfindungsgemäß wird auch eine Anlage zur Produktführung bereitgestellt, die zumindest zwei Rohrleitungen aufweist, die über eine Ventilvorrichtung gemäß einer oder mehreren der zuvor genannten Ausgestaltungen verbunden sind.
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Vorzugsweise weist die Anlage eine Vielzahl von Rohrleitungen auf, von denen eine erste Anzahl von Rohrleitungen produktzuführend und eine andere Anzahl von Rohrleitungen produktabführend sind, wobei jede produktzuführende Rohrleitung mit jeder produktabführenden Rohrleitung durch eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung nach einer mehreren der zuvor genannten Ausgestaltungen verbunden ist.
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Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Produktführung bereitgestellt, die eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung aufweist, wobei in einem ersten Betriebsmodus das erste, zweite, dritte und vierte Absperrorgan geöffnet werden, so dass Produkt von der ersten Rohrleitung durch den ersten, zweiten und dritten Leckageraum in die zweite Rohrleitung überführt wird.
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In diesem Betriebsmodus kann somit Produkt aus einer produktzuführenden Rohrleitung in eine produktabführende Rohrleitung überführt werden, wobei das Produkt durch die drei Leckageräume hindurchtritt. Die produktzuführende Leitung kann beispielsweise von einem Sterilisierer kommen, und die produktabführende Rohrleitung kann beispielsweise zu einer Füllgruppe führen.
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In dem vorgenannten ersten Betriebsmodus ist es weiterhin bevorzugt, wenn zumindest an einem, vorzugsweise an allen der Dampfeinlässe der Leckageräume bei geschlossenem Dampfeinlassventil Sterilisierdampf ansteht.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Ventilvorrichtung durch den anstehenden, aber nicht in die Leckageräume eingelassenen Sterilisierdampf auf Fehlfunktionen der Dampfeinlassventile überprüft werden kann. Sollte trotz geschlossener Dampfeinlassventile Sterilisierdampf eindringen, macht sich dies durch eine Erhöhung der Temperatur in der abführenden Rohrleitung bemerkbar, wobei für die Temperaturüberwachung ein entsprechender Temperatursensor vorgesehen sein kann, oder durch einen Druckabfall in der Dampfzuführleitung, der durch einen entsprechenden Drucksensor erfasst werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des ersten Betriebsmodus wird zur kurzzeitigen Unterbrechung der Überführung von Produkt von der ersten Rohrleitung in die zweite Rohrleitung das erste, zweite, dritte und vierte Absperrorgan geschlossen, wobei dann der erste, zweite und dritte Leckageraum durch Öffnen zumindest eines der Dampfeinlassventile mit Dampf beaufschlagt wird.
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Hierbei ist von Vorteil, dass bei einer prozessbedingten Unterbrechung der Überführung von Produkt von der ersten Rohrleitung in die zweite Rohrleitung über einen, vorzugsweise über alle Auslässe das restliche Produkt aus den Leckageräumen abgeführt werden kann, wonach die Leckageräume mittels Sterilisierdampf sterilisiert werden können, damit nach der Unterbrechung die Leckageräume wieder bei der nachfolgenden Produktüberführung steril sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird zur längerfristigen Unterbrechung der Überführung von Produkt von der ersten Rohrleitung in die zweite Rohrleitung das erste, zweite, dritte und vierte Absperrorgan geschlossen, während durch zumindest ein, vorzugsweise alle zur Umgebung geöffneten Auslassventile, der erste, zweite und/oder dritte Leckageraum mit sterilem Kondensat geflutet wird.
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Hierbei ist von Vorteil, dass nach der zuvor beschriebenen Sterilisierung der Leckageräume diese über sich in den Leckageräumen ansammelndes steriles Kondensat gekühlt werden, so dass bei einer nachfolgenden Fortsetzung des Produktflusses durch die Leckageräume das Produkt nicht einer erhöhten Temperatur ausgesetzt ist, die das Produkt schädigen können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung fließt in einem zweiten Betriebsmodus bei geschlossenem ersten und zweiten Absperrorgan Produkt durch die erste Rohrleitung, während bei geöffnetem dritten und vierten Absperrorgan ein Reinigungsmedium durch die zweite Rohrleitung in den zweiten und dritten Leckageraum geleitet wird, wobei der erste Leckageraum mit Sterilisierdampf beaufschlagt wird.
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In einem zum zweiten Betriebsmodus umgekehrten dritten Betriebsmodus fließt bei geschlossenem dritten und vierten Absperrorgan Produkt durch die zweite Rohrleitung, während bei geöffnetem ersten und zweiten Absperrorgan ein Reinigungsmedium durch die erste Rohrleitung in den ersten und dritten Leckageraum geleitet wird, wobei der zweite Leckageraum mit Sterilisierdampf beaufschlagt wird.
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In diesen beiden zuvor genannten Ausgestaltungen kann somit vorteilhafterweise das eine Paar Absperrorgane, die der einen Rohrleitung zugeordnet sind, über Zuführung eines Reinigungsmediums durch diese Rohrleitung gründlich gereinigt werden, während in der anderen Rohrleitung weiterhin ein Produkt fließen kann, das durch die Dampfbarriere in dem zugewandten Leckageraum sicher von dem Reinigungsprozess in den beiden anderen, abgewandten Leckageräumen getrennt ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird in einem vierten Betriebsmodus bei geschlossenem ersten, zweiten, dritten und vierten Absperrorgan der erste, zweite und/oder Leckageraum mit Dampf beaufschlagt.
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In diesem vierten Betriebsmodus können die drei Leckageräume vorteilhafterweise sterilisiert werden, wenn die beiden Rohrleitungen nicht produktführend sind, wobei, wie oben im Fall einer kurzen Unterbrechung eines Prozesses beschrieben wurde, in den beiden Rohrleitungen auch Produkt fließen kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung fließt in einem fünften Betriebsmodus bei geschlossenem ersten, zweiten, dritten und vierten Absperrorgan in einer der beiden Rohrleitungen Produkt, wobei zumindest eines, vorzugsweise alle Dampfeinlassventile geöffnet werden, während durch zumindest ein, vorzugsweise alle zur Umgebung geöffneten Auslassventile, der erste, zweite und/oder dritte Leckageraum mit sterilem Kondensat geflutet wird.
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Dieser fünfte Betriebsmodus bewirkt wiederum vorteilhafterweise eine Kühlung der zuvor mit heißem Sterilisierdampf sterilisierten Leckageräume und der zugehörigen Absperrorgane.
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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 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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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen: 1a) bis d) ein Schema einer Anlage zur Produktführung gemäß dem Stand der Technik in einer Basisausführung (1a)) und in drei Erweiterungsstufen (1b) bis d));
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2 eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
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3 die Ventilvorrichtung in 2 in einer Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt;
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3A einen vergrößerten Ausschnitt der Ventilvorrichtung in 3;
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4 ein Schema einer erfindungsgemäßen Anlage zur Produktführung; und
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5a) bis g) jeweils einen Ausschnitt der Ventilvorrichtung in 2 in verschiedenen Betriebsmoden der Ventilvorrichtung.
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In 2 und 3, 3A ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Ventilvorrichtung dargestellt, mit der zwei Rohrleitungen 12 und 14 einer Anlage zur Produktführung, beispielsweise einer lebensmitteltechnischen Anlage, wie sie beispielsweise in 4 dargestellt ist, verbunden werden können.
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Die Ventilvorrichtung 10 weist in einem gemeinsamen, vorzugsweise einstückigen, Gehäuse 16 ein erstes Absperrorgan 18 und ein zweites Absperrorgan 20 auf.
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Das erste Absperrorgan 18 weist einen ersten Ventilteller 22 und einen zugehörigen ersten Ventilsitz 24 auf, mit der der erste Ventilteller 22 im Schließzustand dichtend in Anlage kommt.
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Das zweite Absperrorgan 20 weist einen zweiten Ventilteller 26 und einen zugehörigen zweiten Ventilsitz 28 auf, mit dem der zweite Ventilteller im Schließzustand dichtend in Anlage kommt. In 3 und 3A sind das erste Absperrorgan 18 und das zweite Absperrorgan 20 in ihrer Offenlage dargestellt.
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Zwischen dem ersten Absperrorgan 18 und dem zweiten Absperrorgan 20 befindet sich ein erster Leckageraum 30. Im Schließzustand des ersten und zweiten Absperrorgans 18, 20 ist der Leckageraum 30 gegen einen ersten Anschluss 32 für die Rohrleitung 12 abgedichtet, der sich auf der dem Leckageraum 30 abgewandten Seite des ersten Absperrorgans 18 befindet.
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Der erste Ventilteller
22 und der zweite Ventilteller
26 sind unabhängig voneinander mittels eines Antriebs
34 von ihrem jeweiligen Ventilsitz
24,
28 abhebbar oder gegen diesen andrückbar. Der Antrieb
34 ist beispielsweise ein pneumatischer Antrieb, wie er in dem Dokument
DE 42 43 111 A1 dargestellt und beschrieben ist, worauf für eine detaillierte Beschreibung verwiesen wird.
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In dem Gehäuse 16 ist des Weiteren ein drittes Absperrorgan 36 und ein viertes Absperrorgan 38 angeordnet, die wie das erste und das zweite Absperrorgan 18, 20 als Ventilteller mit zugehörigem Ventilsitz ausgebildet sind, so dass auf die Beschreibung des ersten und zweiten Absperrorgans 18, 20 oben verwiesen werden kann. Das dritte und vierte Absperrorgan 36, 38 sind in ihrer Schließstellung gezeigt. Für die Ventilteller des dritten und vierten Absperrorgans 36, 38 ist ein weiterer Antrieb 40 zum Betätigen der Ventilteller vorgesehen.
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Zwischen dem dritten und vierten Absperrorgan 36, 38 befindet sich ein zweiter Leckageraum 42, der im Schließzustand des dritten und vierten Absperrorgans 36, 38 von einem zweiten Anschluss 44 für die Rohrleitung 14 abgedichtet ist, der sich auf der dem ersten oder zweiten Leckageraum 30, 42 abgewandten Seite des vierten Absperrorgans 38 befindet.
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Das dritte und vierte Absperrorgan 36, 38 sind über den Antrieb 40 unabhängig von dem ersten und zweiten Absperrorgan 18, 20 zu öffnen und zu schließen. Die Ventilteller des dritten und vierten Absperrorgans 36, 38 sind zusätzlich unabhängig voneinander betätigbar.
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Zwischen dem zweiten Absperrorgan 20 und dem dritten Absperrorgan 36 befindet sich ein dritter mittlerer Leckageraum 46, der sich somit zwischen dem ersten Leckageraum 30 und dem zweiten Leckageraum 42 befindet. Im Schließzustand des ersten, zweiten, dritten und vierten Absperrorgans 18, 20, 36, 38 ist der dritte Leckageraum 46 gegen den ersten Leckageraum 30 und den zweiten Leckageraum 42 abgedichtet.
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Die Ventilvorrichtung 10 kann in der dargestellten Ausgestaltung auch als doppeltes Doppelsitzventil bezeichnet werden, das aus einem ersten Doppelsitzventil 48 und einem zweiten Doppelsitzventil 50 gebildet ist, die Kopf an Kopf zueinander angeordnet sind, und die miteinander über den dritten Leckageraum 46 miteinander verbunden sind.
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Die Ventilvorrichtung 10 ist insbesondere aseptisch, indem alle mit Produkt in Berührung kommenden Teile gegen die äußere Umgebung abgeschirmt sind, wie dies bei Aseptikventilen bekannt ist.
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Die Ventilvorrichtung 10 wird in der gezeigten Ausgestaltung liegend, d. h. mit seiner Längsachse 51 horizontal eingebaut. Zu diesem Zweck münden die Anschlüsse 32 und 44 tangential an einer Bodenseite 47 bzw. 49 in das Gehäuse 16, wie mit Kreisen 47a und 49a angedeutet ist.
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Während gemäß 2 die Anschlüsse 32 und 44 parallel zueinander verlaufen, können diese auch einen Winkelversatz von beispielsweise 90° zueinander aufweisen.
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Mit Bezug auf 3A, die einen Ausschnitt der Ventilvorrichtung 10 in einem gegenüber 3 vergrößerten Maßstab zeigt, werden weitere Einzelheiten der Ventilvorrichtung 10 nachfolgend beschrieben.
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Der erste Leckageraum 30 weist einen Dampfeinlass 52 auf, der durch ein steuerbares Dampfeinlassventil 54 geschlossen und geöffnet werden kann. Das Dampfeinlassventil 54 weist ein Absperrorgan 56 in Form eines Ventiltellers auf, der durch einen Antrieb 58 zwischen einer Schließstellung, die in 3A gezeigt ist, und einer Offenstellung betätigt werden kann. Dem Dampfeinlass 52 liegt ein Auslass 60 gegenüber, der durch ein Auslassventil 62 geöffnet und geschlossen werden kann.
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Das Auslassventil 62 weist ein Absperrorgan 64 in Form eines Ventiltellers auf, der durch einen Antrieb 66 von seinem entsprechenden Ventilsitz abhebbar oder gegen diesen druckbar ist.
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Durch den Dampfeinlass 52 kann der erste Leckageraum 30 mit einem unter Druck stehenden heißen Sterilisierdampf beaufschlagt werden, während durch den Auslass 60 Dampf, Kondensat oder Leckage aus dem Leckageraum 30 abgeführt werden kann. Des Weiteren dient der Auslass 30 in einem bestimmten Betriebsmodus dazu, den Leckageraum 30 mit Kondensat zu fluten, um den Leckageraum 30 und die Absperrorgane 18, 20 darin zu kühlen, wie später noch beschrieben wird.
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Dem zweiten Leckageraum 42 ist in gleicher Weise ein Dampfeinlass 58 mit Dampfeinlassventil 70 und ein Auslass 72 mit Auslassventil 74 zugeordnet. Der dritte Leckageraum 46 weist ebenso einen Dampfeinlass 76 mit Dampfeinlassventil 78 und einen Auslass 80 mit Auslassventil 82 auf, wobei in 3 und 3A der jeweilige Antrieb des Dampfeinlassventils 78 und des Auslassventils 82 nicht dargestellt sind, während diese jedoch in 2 zu sehen sind. Die Dampfeinlassventile 70, 78 und die Auslassventile 74, 82 sind genauso ausgebildet wie das Dampfeinlassventil 54 bzw. das Auslassventil 62, so dass diesbezüglich auf die obige Beschreibung verwiesen wird.
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Wie aus 2 hervorgeht, sind die Dampfeinlässe 52, 68 und 76 bzw. deren zugehörige Dampfeinlassventile 54, 70 und 78 relativ zueinander um einen Winkelversatz in Umfangsrichtung angeordnet, der kleiner als etwa 30° ist. Bei einer horizontalen Einbaulage der Ventilvorrichtung 10 liegen die Dampfeinlässe 52, 68 und 76 oben und weisen bezüglich der Vertikalen einen Winkel von etwa 10° bis 15° auf. Auch die Auslässe 60, 72 und 80 bzw. die zugehörigen Auslassventile 62, 74 und 82 sind entsprechend relativ zueinander versetzt, liegen unten und bilden mit der Vertikalen bei horizontaler Einbaulage der Ventilvorrichtung 10 einen Winkel im Bereich von etwa 10° bis 15°, so dass die Leckageräume 30, 42 und 46 bei geöffneten Auslassventilen 62, 74 und 82 ablaufen können.
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In 3A sind die Auslassventile 62, 74 und 82 in ihrer Offenstellung gezeigt.
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Wie später noch beschrieben werden wird, können in dem ersten Leckageraum 30 und in dem zweiten Leckageraum 42 jeweils unabhängig voneinander durch Einleiten von Sterilisierdampf Dampfbarrieren errichtet werden, die den in der Rohrleitung 12 oder 14 laufenden Prozess, beispielsweise eine Produktführung, von dem in der anderen Rohrleitung 12 oder 14 laufenden Prozess, beispielsweise einen Reinigungsprozess, den Anforderungen der PMO-Norm entsprechend sicher voneinander trennen.
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In 4 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 100 versehene Anlage zur Produktführung dargestellt, in der zumindest eines, vorzugsweise eine Vielzahl von den Ventilvorrichtungen 10 eingesetzt werden kann.
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Die Anlage gemäß 4 entspricht der Anlage 100' in 1d), die eine Anlage nach dem Stand der Technik darstellt und eingangs bereits beschrieben wurde.
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Die Anlage 100 entspricht somit der dritten Erweiterungsstufe der Anlage 100'. Im Unterschied zu der dritten Erweiterungsstufe der Anlage 100' in 1d) ist die Funktionalität der Anlage 100 in dieser dritten Erweiterungsstufe über die Funktionalität der Anlage 100' gemäß 1d) deutlich erhöht. Für die Anlage 100 wurden für mit der Anlage 100' vergleichbare Teile die gleichen Bezugszeichen, ohne einen ', verwendet.
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An jedem der Knotenpunkte 114a1, ..., 114a5, ..., 114d1, ..., 114d5 sitzt eine Ventilvorrichtung 10.
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Im Unterschied zu der Anlage 100' in 1d) wird es durch die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 10 möglich, jede produktführende Rohrleitung 108a bis 108d mit jeder produktabführenden Leitung 112a, 112b, 112c und außerdem beide Sterilisierer 102a und 102b mit jeder zu den Puffer-Tanks 104a bis 104d führenden Rohrleitungen 108a bis 108d zu verbinden. Zum einen ist gegenüber der herkömmlichen Anlage 100' in 1d) die Ventilmatrix 120' nicht erforderlich, und außerdem können nun die beiden Sterilisierer 102a und 102b jeden der Puffer-Tanks 104a bis 104d bedienen. Ebenso kann aus jedem der Puffer-Tanks 104a bis 104d Produkt zu den drei Füllgruppen 106a, 106b und 106c überführt werden.
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Ermöglicht wird diese höhere Funktionalität der Anlage 100 durch die Ausgestaltung der Ventilvorrichtung 10 mit vier Absperrorganen und drei Leckageräumen, die darüber hinaus als Dampfbarrieren genutzt werden können, so dass in den beiden Rohrleitungen, die durch eine Ventilvorrichtung 10 verbunden sind, gleichzeitig Prozesse laufen können, die sich nicht vermischen dürfen.
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Die Anforderungen an eine sichere Trennung feindlicher Medien in einem aseptischen Prozess zwischen jeweils zwei Rohrleitungen, die an den Knotenpunkten, 114a1, ..., 114a5, ..., 114d1, ..., 114d5 mit jeweils einer Ventilvorrichtung 10 verbunden sind, sind stets erfüllt. Dabei werden auch Stillstandszeiten der Anlage 100 vermieden, da beispielsweise in der einen Rohrleitung bzw. auf der einen Seite der Ventilvorrichtung ein aseptischer Prozess laufen kann, während gleichzeitig in der anderen Rohrleitung bzw. auf der anderen Seite der Ventilvorrichtung ein Reinigungsprozess vorgenommen wird, oder es können auf beiden Seiten der Ventilvorrichtung 10 unterschiedliche Produkte fließen, die sich nicht vermischen dürfen.
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In 5a) bis g) sind verschiedene Betriebsmoden der Anlage 100 bzw. der Ventilvorrichtung 10 dargestellt.
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5a) zeigt einen Betriebsmodus, bei dem in der Rohrleitung 12 ein Produkt P fließt, wobei das erste Absperrorgan 18 und das zweite Absperrorgan 20 geschlossen sind. Das dritte Absperrorgan und das vierte Absperrorgan 36, 38 sind dagegen geöffnet. Über die Rohrleitung 14 wird in diesem Betriebsmodus Reinigungsflüssigkeit R in den zweiten Leckageraum 42 zugeführt, wobei die Reinigungsflüssigkeit R auch in den dritten Leckageraum 46 eindringt und den gesamten Bereich des dritten Leckageraums 46, des zweiten Leckageraums 42 und des dritten und vierten Absperrorgans 36, 38 gründlich reinigt. Durch das Vorhandensein des dritten Leckageraums 46 werden das dritte und vierte Absperrorgan 36, 38 von dem Reinigungsmedium R umflutet und damit gründlich gereinigt. Das Reinigungsmedium R wird über die Auslasse 72 und 80 abgeführt.
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Während dieses Reinigungsprozesses in dem dritten Leckageraum 46 und dem zweiten Leckageraum 42 wird der erste Leckageraum 30 durch den Dampfeinlass 52 bei geöffneten Dampfeinlassventil 54 und geöffnetem Auslassventil 62 mit Sterilisierdampf beaufschlagt, der eine Dampfbarriere DB zwischen dem Reinigungsprozess in dem zweiten und dritten Leckageraum 42, 46 und dem in der Rohrleitung 12 fließenden Produkt P bildet, so dass während des Reinigungsprozesses auf der in 5a) rechten Seite der Ventilvorrichtung 10 die Produktführung auf der in 5a) linken Seite der Ventilvorrichtung 10 währenddessen fortgesetzt werden kann. Die Dampfeinlässe 68, 76 sind geschlossen.
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5b) zeigt den zu 5a) umgekehrten Betriebsmodus, bei dem über die Rohrleitung 12 durch das geöffnete erste und zweite Absperrorgan 18, 20 ein Reinigungsmedium R in den ersten und dritten Leckageraum 30, 46 eingeleitet wird, während durch die Rohrleitung 14 ein Produkt P fließt. Das dritte und vierte Absperrorgan 36, 38 sind entsprechend geschlossen. Das Dampfeinlassventil 70 ist geöffnet, und der zweite Leckageraum 42 wird bei geöffnetem Auslassventil 74 in den zweiten Leckageraum 42 eingeleitet, um zwischen dem nun auf der in 5b) linken Seite der Ventilvorrichtung 10 stattfindenden Reinigungsprozess von dem auf der in 5b) rechten Seite der Ventilvorrichtung 10 stattfinden Produktprozess über eine Dampfbarriere DB zu trennen.
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5c) zeigt einen Betriebsmodus, in dem alle vier Absperrorgane 18, 20, 36, 38 geöffnet sind, so dass Produkt P von der Rohrleitung 12 über die Leckageräume 30, 46, 42 in die Rohrleitung 14 überführt werden kann. Die Dampfeinlassventile 54, 70, 78 sind dabei alle geschlossen, ebenso alle Auslassventile 62, 74 und 82. Dabei steht jedoch in den Dampfeinlässen 52, 68, 76 permanent heißer Sterilisierdampf SD unter Druck an. Ein Druckverlust im dampfführenden Bereich würde eine Fehlfunktion des oder der Dampfeinlassventile 54, 70, 78 anzeigen.
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5d) zeigt einen Betriebsmodus, bei dem alle vier Absperrorgane 18, 20, 36, 38 geschlossen sind, und alle Dampfeinlassventile 54, 70, 78 geöffnet sind, um die drei Leckageräume 30, 42 und 46 mittels Sterilisierdampf zu sterilisieren. In den Rohrleitungen 12 und 14 kann dabei ein Produkt fließen oder auch nicht. Der Sterilisierdampf SD wird über die Auslässe 60, 72, 80 abgeführt.
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5e) zeigt einen weiteren Betriebsmodus, der sich an den Betriebsmodus in 5d) anschließen kann, d. h. an die Sterilisierung der Leckageräume 30, 42 und 46. In dem in 5e) dargestellten Betriebsmodus wird nach der Sterilisierung gemäß 5d) der durch die Sterilisierung heiß gewordene Bereich der Absperrorgane 18, 20, 36, 38 und die Leckageräume 30, 42, 46 gekühlt, indem über einen Rücklauf durch die Auslässe 60, 72 und 80 bei geöffneten Auslassventilen 62, 74, 82 steriles Kondensat K, das sich durch Abkühlen des zuvor durchgeleiteten Sterilisierdampfes bildet, in die Leckageräume 30, 42 und 46 eingeleitet wird. Die Dampfeinlassventile 54, 70, 78 sind dabei geöffnet, der Sterilisierdampf steht jedoch mit geringerem Druck an, wodurch die Kondensatbildung begünstigt wird. Nach Schließen aller Dampfeinlassventile 54, 70, 78 und nach Ablaufenlassen des Kondensats K durch die Auslässe 60, 72 und 80 und nach Schließen der Auslassventile 62, 74, 82 kann dann beispielsweise wieder der Betriebsmodus gemäß 5c) (Produktdurchführung) begonnen werden.
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5f) zeigt einen Betriebsmodus, der sich an den Betriebsmodus gemäß 5c) anschließen kann. Für eine kurze Unterbrechung der Produktüberführung von der Rohrleitung 12 zur Rohrleitung 14 durch die Leckageräume 30, 42, 46 werden die Absperrorgane 18, 20, 36, 38 geschlossen, wobei für die Zeit der Unterbrechung die Leckageräume 30, 42 und 46 wiederum mit Sterilisierdampf SD beaufschlagt werden, wie dies oben mit Bezug auf 5d) beschrieben wurde.
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5g) stellt einen Betriebsmodus bei einer längerfristigen Unterbrechung der Produktüberführung von der Rohrleitung 12 in die Rohrleitung 14 dar, wobei der Betriebsmodus gemäß 5g) dem Betriebsmodus in 5e) entspricht, d. h. es wird von unten in die Leckageräume 30, 42 und 46 wiederum steriles Kondensat zur Kühlung der Absperrorgane 18, 20, 36, 38 und der Leckageräume 30, 42, 46 zugeführt.
