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Die
Erfindung betrifft ein Ventil zur Probenahme von, insbesondere einen stückigen Anteil
aufweisenden, fließfähigen Produkten,
mit einem Gehäuse
und einem darin drehbar angeordneten Ventilküken, wobei das Gehäuse wenigstens
eine Einlassöffnung und
eine Auslassöffnung
aufweist.
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Ventile
der genannten Art, bei denen es sich etwa um so genannte Kugelhähne handeln
kann, sind in verschiedenen Ausführungen
bekannt. Die Ventile weisen ein Ventilküken auf, das in einem Gehäuse drehbar
gelagert ist und von einer offenen in eine geschlossene Stellung
gebracht werden kann. Dazu ist das Ventilküken meist mit einem Hebel verbunden,
der zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung um 90° gedreht
werden muss. Zur Probenahme ist es lediglich erforderlich, das Ventil
in die offene Stellung zu bringen und dort so lange zu belassen,
bis die gewünschte
Menge an Produkt durch das Ventil geströmt ist.
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Fließfähige Produkte
sind im Zusammenhang mit der Erfindung vornehmlich flüssige oder pastöse Stoffe,
die infolge einer treibenden Druckdifferenz eine laminare oder turbulente
Rohrströmung ausbilden.
Diese können
einen Anteil oder mehrere Anteile stückiger Partikel aufweisen,
bei denen es sich um Feststoffpartikel handeln kann. Die Feststoffpartikel
können
auch eine geleeartige Konsistenz oder dergleichen aufweisen. Jedenfalls
zerfließen
die stückigen
Partikel nicht.
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Insbesondere
werden unter einen stückigen Anteil
aufweisenden, fließfähigen Produkten
Lebensmittel verstanden, die Fruchtstückchen oder Gemüsestückchen enthalten.
Hierbei kommen etwa Fruchtjoghurts, Fruchtsäfte, Suppen, Soßen und
dergleichen in Betracht.
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Eine
besonders sorgfältige
Handhabung solcher Ventile ist beispielsweise dann erforderlich, wenn
das über
das Ventil zu entnehmende Produkt unter einem deutlich erhöhten Druck
steht. Damit auch kleinere Probenmengen entnommen werden können, kommen
in diesen Fällen
insbesondere Ventile mit Ventilküken
zum Einsatz, deren freier Strömungsquerschnitt
hinreichend gering ist.
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Insbesondere
dann, wenn fließfähige Produkte
beprobt werden sollen, die einen stückigen Anteil aufweisen, tritt
das Problem auf, dass die verwendeten Ventile nicht so klein ausgeführt werden
können,
wie aufgrund der Probenmenge eigentlich gewünscht ist. Unterschreitet der
freie Strömungsquerschnitt
des Ventilkükens
nämlich
einen bestimmten Wert, so besteht die Gefahr des Verstopfens des Ventils
durch ein stückiges
Partikel des Produkts.
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Ein
weiterer Nachteil des Standes der Technik liegt darin, dass bei
der Probenahme von unter Überdruck
stehenden Produkten mit den bekannten Ventilen starke Scherkräfte auf
die stückigen
Partikel des Produkts ausgeübt
werden können.
Dadurch können
die stückigen
Partikel bei der Probenahme zerstört werden. Die genommene Probe
ist dann nicht mehr repräsentativ
für das
zu untersuchende Produkt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil anzugeben,
mit dem eine repräsentative
Probenahme auch kleiner Produktmengen möglich ist.
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Diese
Aufgabe ist bei einem Ventil der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass im Ventilküken
wenigstens eine Transporttasche mit jeweils einer radial nach außen weisenden Öffnung vorgesehen
ist.
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Dadurch
kann die Probenmenge durch das Volumen der Transporttasche des Ventilkükens genau
vorgegeben werden. Die Probenmenge kann dabei dem Volumen der Transporttasche
oder aber auch einem Vielfachen dieses Volumens entsprechen. Es
wird also ein versehentliches Entnehmen einer zu großen Probenmenge
vermieden, auch wenn das Produkt unter einem hohen Überdruck
steht.
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Darüber hinaus
nimmt in der Transporttasche des Ventilkükens infolge des geringen Volumens
der Druck mit zunehmendem Produkteintritt in die Transporttasche
sehr schnell zu und gleicht sich dabei dem Druck des zu beprobenden
Produkts an. Die Gefahr, dass das zu entnehmende Produkt infolge
des hohen Überdrucks
zu schnell an den Kanten der Einlassöffnung vorbeiströmt und dort
infolge von Scherkräften
gequetscht oder zerteilt wird, kann durch das erfindungsgemäße Ventil
vermindert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn
es sich bei dem Produkt um ein flüssiges oder pastöses Lebensmittel
handelt das einen Anteil stückiger
Partikel wie Obststücke,
Gemüsestücke oder
dergleichen enthält.
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Nach
einer bevorzugten Lehre der Erfindung sind im Ventilküken wenigstens
zwei Transporttaschen mit jeweils einer radial nach außen weisenden Öffnung vorgesehen.
Es bietet sich hierbei an, die Transporttaschen symmetrisch über den
Umfang des Ventilkükens
zu verteilen. So führt
jede Drehung des Ventilkükens
um einen festgelegten Winkel zu einer weiteren Probenahme.
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Dabei
sind die Transporttaschen im Ventilküken derart angeordnet, dass
in einer Position des Ventilkükens
die eine Transporttasche in einer Füllstellung und die bzw. eine
andere Transporttasche in einer Entleerstellung angeordnet sind.
In der Füllstellung
ist die Einlassöffnung
in Bezug auf die äußere Öffnung einer
Transporttasche, insbesondere vollständig geöffnet. In der Entleerstellung
dagegen ist die Auslassöffnung,
insbesondere vollständig,
gegenüber
der äußeren Öffnung einer
anderen Transporttasche geöffnet.
Mit anderen Worten überlappen die
Einlassöffnung
und die Auslassöffnung
jeweils wenigstens teilweise mit einer äußeren Öffnung der wenigstens zwei
Transporttaschen. Dies hat den Vorteil, dass in einer einzigen Stellung
des Ventilkükens eine
Probenentnahme und eine Probenweitergabe zur Untersuchung einer
zuvor genommenen Probe erfolgen kann.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Transporttaschen über einen
Strömungskanal
miteinander verbunden sind. Einerseits kann durch diesen Strömungskanal
die Luft entweichen, die durch das Füllen der Transporttasche mit Produkt
verdrängt
wird. Andererseits kann die verdrängte Luft in die zu leerende
Transporttasche einströmen
und bei der Produktweitergabe für
eine zuverlässige
Entleerung der entsprechenden Transporttasche sorgen. Es entsteht
also bei der Probenweitergabe kein unerwünschter Unterdruck, der ein vollständiges Entleeren
der entsprechenden Transporttasche verhindert, selbst wenn es sich
um ein hochviskoses Produkt handelt. Anstelle von Luft kann natürlich auch
jedes andere Fluid durch den Strömungskanal
strömen.
Bevorzugt ist es jedoch, wenn es sich bei dem Kanal um einen Be-
und Entlüftungskanal
handelt.
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Die
beschriebene Ausgestaltung des Ventilkükens ist insbesondere dann
vorteilhaft, wenn sich zudem in einer Position des Ventilkükens eine
Transporttasche in der Füllstellung
und eine andere Transporttasche in der Entleerstellung befinden.
Dann wird die beim Füllen
der sich in Füllstellung
befindenden Transporttasche verdrängte Luft über den Strömungskanal in die sich in Entleerstellung
befindende Transporttasche gepresst, wo sie zum Herausdrücken der
zuvor genommenen Probe genutzt wird. Bei dieser vorherigen Probenahme
wurde ebenfalls Luft aus der Transporttasche verdrängt und
in umgekehrter Richtung durch den Strömungskanal gedrückt, um
das Entleeren der anderen Transporttasche zu unterstützen. Die
Transporttaschen haben also einen Strömungskanal zur fluiden Kommunikation
untereinander.
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Der
beschriebene Effekt kann bedarfsweise dadurch verbessert werden,
dass die äußere Öffnung der
zu entleerenden Transporttasche eher mit der Auslassöffnung überlappt,
als dies zwischen der Einlassöffnung
und der äußeren Öffnung der
zu füllenden
Transporttasche der Fall ist. Dadurch erfolgt das Herausdrücken erst
kurzzeitig verzögert,
wenn die entsprechende Transporttasche bereits deutlich oder gar
vollständig
geöffnet
ist. Die auftretenden Scherkräfte
können
dadurch weiter vermindert werden.
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Alternativ
kann aber auch vorgesehen sein, dass die äußere Öffnung der zu entleerenden
Transporttasche später
mit der Auslassöffnung überlappt, als
dies zwischen der Einlassöffnung
und der äußeren Öffnung der
zu füllenden
Transporttasche der Fall ist. Dadurch wird in der zu entleerenden
Transporttasche bereits Druck aufgebaut, bevor diese überhaupt geöffnet oder
jedenfalls vollständig
geöffnet
ist. Dadurch kann das Produkt mehr oder weniger schlagartig herausgedrückt werden.
Oder es wird auf diese Weise sichergestellt, dass der Entleerungsvorgang rechtzeitig
abgeschlossenen ist, wenn das Produkt beispielsweise eine hohe Viskosität aufweist.
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Vorteilhafte
Ergebnisse werden alternativ oder zusätzlich erzielt, wenn die beiden
Bodenbereiche der wenigstens zwei Transporttaschen über den Strömungskanal
miteinander verbunden sind. Einerseits kann die überschüssige Luft so leicht verdrängt und
die weiterzugebende Probe leicht herausgedrückt werden. Andererseits kann
dann der Strömungskanal
sehr kurz ausgebildet sein.
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Zum
Zwecke des vollständigen
Verdrängens der
Luft aus der Transporttasche über
den Strömungskanal
kann der Strömungskanal
aber auch in einem oberen Abschnitt der zu füllenden Transporttasche mit
dieser verbunden sein. Auch dieser Strömungskanal kann dann zum Boden
der anderen Transporttasche geführt
sein und dort in dieser münden.
Vorzugsweise sind dann zwei Strömungskanäle zwischen
den wenigstens zwei Transporttaschen vorgesehen. Eine dient dann
immer zum Entlüften und
die andere zum Herausdrücken
des Produkts je nach Stellung der wenigstens zwei Transporttaschen.
Dadurch kann jede Transporttasche abwechselnd zur Aufnahme und zur
Weitergabe einer Probe genutzt werden.
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Vorzugsweise
mündet
der Strömungskanal an
einer Stelle im Boden der zu füllenden
Transporttasche, die beim Füllen
unmittelbar von der Luft in der Transporttasche abgeschnitten wird.
Dadurch kann die zu verdrängende
Luft überwiegend
durch den anderen Strömungskanal
gedrückt
und so besser genutzt werden. Der weitere Strömungskanal endet dabei vorzugsweise
an einer Stelle der zu füllenden Transporttasche,
an der der weitere Strömungskanal erst
bei vollständig
gefüllter
Transporttasche von der zu verdrängenden
Luft abgeschnitten wird. Die beiden separaten Strömungskanäle verlaufen
also über Kreuz
von einem Bodenbereich einer Transporttasche zum Kopfbereich der
anderen Transporttasche.
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Soll
der Strömungskanal
nicht sofort von der zu verdrängenden
Luft abgeschnitten werden, etwa weil die wenigstens zwei Transporttaschen über lediglich
einen Strömungskanal
verbunden sind, schließt
vorzugsweise der Strömungskanal
an seitliche Abschnitte der Bodenbereiche der wenigstens zwei Transporttaschen
an.
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Dieser
Effekt wird noch verstärkt,
indem der Mittelpunkt der Einlassöffnung einen Abstand zur Mittelebene
des Ventilkükens
aufweist. Dabei sind in der Füllstellung
die Mittelpunkte der Einlassöffnung
und des Anschlusses des Strömungskanals
an der zu füllenden
Transporttasche auf gegenüberliegenden Seiten
der Mittelebene des Ventilkükens
angeordnet. Insbesondere im Falle eines kugelförmigen Ventilkükens verläuft die
Mittelebene senkrecht zur Drehachse des Ventilkükens. Gleiches gilt auch für scheibenförmig ausgebildete
Ventilküken.
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In
analoger Weise kann auch das Verdrängen des Produkts aus der Transporttasche
durch die Auslassöffnung
verbessert werden. Das bedeutet, dass der Mittelpunkt der Auslassöffnung einen
Abstand zur Mittelebene des Ventilkükens aufweist. Dabei sind vorzugsweise
in der Entleerstellung die Mittelpunkte der Auslassöffnung und
des Anschlusses des Strömungskanals
der zu füllenden
Transporttasche auf gegenüberliegenden
Seiten der Mittelebene des Ventilkükens angeordnet.
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Um
eine Entkopplung der wenigstens zwei Transporttaschen von dem zu
beprobenden Produkt zu erreichen, kann das Ventilküken zwischen
den Öffnungen
der wenigstens zwei Transporttaschen jeweils eine Dichtfläche zum
Verschließen
der Einlassöffnung
des Gehäuses
aufweisen. Zwischen zwei Entnahmestellungen existiert also jeweils
eine Schließstellung
des Ventilkükens,
in der die Einlassöffnung
vollständig
durch die Dichtfläche
des Ventilkükens
verschlossen ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann vorgesehen sein, dass das Ventilküken zwischen den Öffnungen der
wenigstens zwei Transporttaschen jeweils eine Dichtfläche zum
Verschließen
der Auslassöffnung des
Gehäuses
aufweist. Auf diese Weise wird eine Entkopplung des Ventilkükens bzw.
der Transporttaschen zur Entnahmeseite erreicht. Vorzugsweise sind
die Dichtflächen
zum Verschließen
der Einlassöffnung
und der Auslassöffnung
identische Flächen, wobei
lediglich die Stellung des Ventilkükens darüber bestimmt, ob eine Dichtfläche die
Einlassöffnung oder
die Auslassöffnung
verschließt.
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Besonders
effizient kann das Ventil eingesetzt werden, wenn im Ventilküken wenigstens
vier Transporttaschen mit jeweils einer radial nach außen weisenden Öffnung vorgesehen
sind und jeweils zwei Transporttaschen über einen separaten Strömungskanal
miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist die Anzahl der vorgesehenen
Transporttaschen eine gerade Zahl, so dass immer paarweise zwei
Transporttaschen über
einen oder aber wie zuvor bereits beschrieben zwei Strömungskanäle miteinander
verbunden sind.
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Um
eine einfache Konstruktion des Ventilkükens zu erreichen und einen
sicheren Betrieb des Ventils zu gewährleisten, sind dann wenigstens
zwei der separaten Strömungskanäle auf unterschiedlichen
Seiten der Mittelebene des Ventilkükens angeordnet.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Ventils
in einer Füll-
und Entleerstellung in einer Schnittdarstellung,
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2 das
Ventil in einer Stellung gemäß 1 in
einem Schnitt entlang II-II von 1,
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3 das
Ventil in einer Schließstellung
in einer Schnittdarstellung gemäß 1 und
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4 das
Ventil in einer Stellung gemäß 3 in
einem Schnitt entlang IV-IV von 3.
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Die
beiden 1 und 2 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventils 1 zur Probenahme von, insbesondere einen stückigen Anteil aufweisenden,
fließfähigen Produkten.
Das Ventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem
ein Ventilküken 3 drehbar
angeordnet ist. Ferner weist das Gehäuse 2 noch einen Eintrittsstutzen 4 und
einen Austrittsstutzen 5 auf. Die Stutzen 4, 5 besitzen
an ihren äußeren Enden
Flanschanschlüsse
zum Anflanschen an weitere Bauteile. Es können aber auch alle anderen
aus dem Stand der Technik bekannten Anschlüsse oder Schnellverschlüsse vorgesehen
sein. Nach innen zum Ventilküken 3 schließt der Eintrittsstutzen 4 mit einer
Einlassöffnung 6 ab,
während
der Austrittsstutzen 5 mit einer Auslassöffnung 7 abschließt.
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Die
Einlassöffnung 6 und
die Auslassöffnung 7 überlappen
mit den zugeordneten äußeren Öffnungen 8, 9 der
beiden Transporttaschen 10, 11. Dennoch ist in
der gezeigten Stellung des Ventilkükens 3 kein Durchfluss
für das
zu beprobende, fließfähige Produkt
möglich,
das der besseren Übersichtlichkeit halber
nicht im Einzelnen dargestellt ist. Das Ventilküken 3 weist nämlich anstelle
einer zentralen durchgehenden Bohrung zwei separate Transporttaschen 10, 11 auf,
die lediglich über
einen Strömungskanal 12 in
Form einer Be- und Entlüftungsbohrung
miteinander verbunden sind. Die Querschnittsfläche des Strömungskanals 12 ist
dabei so gering gewählt, dass
zwar Luft ohne Probleme hindurchströmen kann, ein Durchtritt von
fließfähigem Produkt
aber infolge stark erhöhter
Strömungswiderstände im wesentlichen
verhindert wird.
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Bei
dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Transporttaschen 10, 11 in
einer Line ausgerichtet und um 180° gegeneinander versetzt angeordnet.
Es kann in der gezeigten Stellung also Produkt von oben durch den Eintrittsstutzen 4 und
die Einlassöffnung 6 in
die obere Transporttasche 10 eintreten, während gleichzeitig bereits
zuvor entnommenes Produkt aus der unteren Transporttasche 11 durch
die Auslassöffnung 7 und den
Austrittsstutzen 5 austritt. Das austretende Produkt ist
bereits zuvor als Probe entnommen worden, als das Ventilküken 3 in
einer um 180° gedrehten Stellung
und somit die unten dargestellte Transporttasche 11 in
der Position der oben dargestellten Transporttasche 10 (Füllstellung)
angeordnet war.
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Wie
sich aus den 1 und 2 ergibt, wechseln
die Transporttaschen 10, 11 immer zwischen der
Füllstellung
und einer Entleerstellung, wobei die Transporttaschen 10, 11 mittels
eines nicht im Einzelnen dargestellten Hebels, der an der in 2 gezeigten
und an dem Ventilküken 3 befestigten
Welle angreift, um 180° gedreht
wird. Zwischendurch kann das Ventilküken 3 aber auch in
eine Stellung gebracht werden, in der sowohl die Einlassöffnung 6 als auch
die Auslassöffnung 7 durch
dichtende Gleitflächen 14, 15 verschlossen
sind.
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Eine
solche Schließstellung
ist in den 3 und 4 dargestellt.
Es findet in dieser Stellung also eine vollständige Entkopplung der beiden
Transporttaschen 10, 11 sowohl von der Eintrittsseite
als auch von der Austrittsseite statt. Gleichzeitig sind die Transporttaschen 10, 11 aber
auch von der Umgebung sicher entkoppelt.
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Aus 2 und 4 geht
hervor, dass weder der Mittelpunkt der Einlassöffnung 6 noch der
Mittelpunkt der Auslassöffnung 7 in
der Mittelebene M des Ventilkükens 3 angeordnet
ist. Die Einlassöffnung 6 und
die Auslassöffnung 7 sind
zur gleichen Seite um die Abstände
a und b gegenüber
der Mittelebene M versetzt angeordnet. Bei dem dargestellten und
insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel
weisen die Abstände
a und b den gleichen Betrag auf. Gleiches gilt bei der dargestellten
und insoweit bevorzugten Ausführungsform
auch für
die Mittellinien von Eintrittsstutzen 4 und Austrittsstutzen 5.
Der Strömungskanal 12,
der die beiden Transporttaschen 10, 11 miteinander
verbindet, weist dagegen Öffnungen zu
den beiden Transporttaschen 10, 11 auf, die auf der
Einlassöffnung 6 und
der Auslassöffnung 7 abgewandten
Seite der Mittelebene M vorgesehen sind. Die Mittelpunkte der Öffnungen
des Strömungskanals 12 weisen
dabei zur Mittelebene M des Ventilkükens 3 einen Abstand
c auf, der dem Betrag der Abstände
a und b entsprechen kann.
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Insbesondere
aus den 1 und 3 wird ersichtlich,
dass der äußere radiale
Umfang des Ventilkükens 3 überall dort,
wo keine äußeren Öffnungen 8, 9 der
Transporttaschen 10, 11 vorgesehen sind, als gleitende
Dichtflächen 14, 15 ausgebildet
ist. Es kann folglich ein beliebiges Medium nur über die Einlassöffnung 6 oder
die Auslassöffnung 7 in
das Innere des Gehäuses 2 des
Ventils 1 und dort unmittelbar in wenigstens eine der beiden
Transporttaschen 10, 11 gelangen. In den Zwischenraum
zwischen dem Gehäuse 2 und
dem Ventilküken 3 tritt
allerdings kein Medium ein. Aus demselben Grund tritt auch kein Medium – sei es
ein Produkt oder ein anderes Medium – aus den Transporttaschen 10, 11 in
den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 2 und dem Ventilküken 3 ein.
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Aus
einer in den 3 und 4 gezeigten Stellung
des Ventils 1 wird das Ventilküken 3 durch eine Drehung
des angeschlossenen Hebels um 90° in
eine Position gedreht, wie sie in den 1 und 2 dargestellt
ist. Die obere Transporttasche 10 befindet sich dann in
einer Füllstellung
und nimmt durch den Eintrittsstutzen 4 und die Einlassöffnung 6 eine
Probe des Produkts auf. Dabei strömt das Produkt auf einer Seite
der Mittelebene M des Ventilkükens 3 ein
und drückt
dabei die in der Transporttasche 10, 11 vorhandene
Luft aus dem auf der anderen Seite der Mittelebene M des Ventilkükens 3 sich an
den Bodenbereich der Transporttasche 10 anschließenden Strömungskanal 12 aus
und hinein in die untere Transporttasche 11. Dies geschieht
solange, bis die Luft aus der oberen Transporttasche 10 verdrängt ist
oder der Strömungskanal 12 durch
einströmendes
Produkt verschlossen wird.
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In
der unteren Transporttasche 11, in die in einem vorangegangenen
Zyklus bereits eine Probe abgefüllt
wurde und die sich in der Entleerstellung befindet, baut sich infolge
der Entlüftung
der oberen Transporttasche 10 im Bodenbereich ein Überdruck auf,
welcher zusätzlich
zur Schwerkraft dazu beiträgt, die
Probe aus der unteren Transporttasche 11 zu befördern, so
dass diese aus dem Austrittsstutzen 5 entnommen werden
kann. Mit dem Entleeren baut sich der Überdruck in dem Strömungskanal 12 und der
unteren Transporttasche 11 ab.
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Das
Ventil kann nun zunächst
wieder in eine Stellung gebracht werden, wie sie in den 3 und 4 dargestellt ist.
Dazu wird der Hebel entweder wieder in die Ausgangsstellung oder
aber weiter um 90° in
die gleiche Richtung gedreht. Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung sind
nun durch entsprechende gleitende Dichtflächen 14, 15 verschlossen.
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Alternativ
kann das Ventil aber auch ohne den genannten Zwischenschritt in
die Stellung analog zu 1 und 2 gedreht
werden, wobei die Transporttaschen 10, 11 ihre
zuvor beschriebene Position vertauschen. Eine Transporttasche 10 wechselt
dabei von der Füll-
in die Entleerstellung, während
die andere Transporttasche 11 von der Entleerstellung in
die Füllstellung
wechselt. In dieser Stellung des Ventils 1 beginnt ein
neuer Zyklus, wie er zuvor bereits beschrieben worden ist.