DE102011084075A1 - Diaphragm valve, particularly for fluid media, has valve body, diaphragm and connecting piece for impinging diaphragm, where connecting piece is actuated by drive - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Membranventil, insbesondere für fluide Medien, mit einem Ventilkörper, einer Membran und einem durch einen Antrieb betätigbaren Verbindungsstück zur Beaufschlagung der Membran, wobei der Ventilkörper und die Membran aus Kunststoff bestehen.The invention relates to a diaphragm valve, in particular for fluid media, with a valve body, a diaphragm and an actuatable by a drive connector for acting on the membrane, wherein the valve body and the diaphragm are made of plastic.
Es sind Membranventile bekannt, die einen Ventilkörper mit einem Zufluss und einem Abfluss aufweisen (
Bei einem herkömmlichen Membranventil wird die Membrane bei der Montage zwischen dem Antrieb oder einem Zwischenstück auf der einen Seite und dem Ventilkörper auf der anderen Seite festgeklemmt. Dabei können sowohl der Antrieb oder das Zwischenstück als auch der Ventilkörper eine sogenannte QHD Dichtkontur aufweisen.In a conventional diaphragm valve, the diaphragm is clamped during assembly between the drive or an intermediate piece on one side and the valve body on the other side. In this case, both the drive or the intermediate piece and the valve body may have a so-called QHD sealing contour.
Aus der
Durch die feste Verbindung von Ventilkörper und Membran zu einer abgedichteten Ventilkörpereinheit ist es möglich, die Ventilkörpereinheit als Einwegeinheit auszubilden und das Membranventil in ein Einwegschlauchsystem bzw. eine vorsterilisierbare pharmazeutische Anlage zu integrieren. Die Ventilkörpereinheit lässt sich somit kostengünstig als Wegwerf- bzw. Single-use-Ventilkörpereinheit ausbilden und an einen wieder verwendbaren Antrieb ankoppeln bzw. mit diesem verbinden. Durch die feste Verbindung von Membran und Ventilkörper wird die Ventilkörpereinheit während der Transportphase abgedichtet. Damit wird eine Kontamination des Ventilraumes bzw. der Umwelt vermieden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Verschweißung von Membran und Ventilkörper, insbesondere mittels Ultraschall, prozessimmanent einen gewissen Partikelabtrieb erzeugt. Dieser Partikelabtrieb kann nach erfolgter Verschweißung nicht mehr aus dem Ventil herausgespült werden. Er könnte aber bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des Ventils als Rückstand in dem das Ventil durchfließenden Flüssigkeits- und/oder Gasstrom nachgewiesen werden.Due to the fixed connection of valve body and membrane to a sealed valve body unit, it is possible to form the valve body unit as a disposable unit and to integrate the membrane valve in a disposable tube system or a vorsterilisierbare pharmaceutical plant. The valve body unit can thus be inexpensively formed as a disposable or single-use valve body unit and coupled to a reusable drive or connect with this. Due to the fixed connection of membrane and valve body, the valve body unit is sealed during the transport phase. This avoids contamination of the valve space or the environment. However, it has been found that the welding of membrane and valve body, in particular by means of ultrasound, generates a certain particle output process-inherently. This particulate matter can not be rinsed out of the valve after welding. However, it could be detected in the intended use of the valve as a residue in the valve flowing through the liquid and / or gas stream.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Membranventil bereit zu stellen, bei welchem höchste Ansprüche an die Abdichtung aber auch an die sterile Behandlung der zu führenden Medien gestellt werden.The invention is therefore based on the object to provide a diaphragm valve, in which the highest demands are placed on the seal but also on the sterile treatment of the media to be led.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwei voneinander unabhängige Abdichtungen für das fluide Medium nach außen hin vorgesehen sind, indem der Ventilkörper und die Membran sowohl miteinander verschweißt sind als auch die Membran zwischen dem der Antrieb oder einem Zwischenstück einerseits und dem Ventilkörper andererseits mechanisch abgedichtet ist.This object is achieved in that two independent seals for the fluid medium are provided to the outside by the valve body and the membrane are both welded together and the membrane between the drive or an intermediate piece on the one hand and the valve body on the other hand mechanically sealed is.
Die erfindungsgemäße Verbindung besitzt also zwei Abdichtungen, die voneinander unabhängig sind. Die erste, mechanische Abdichtung ermöglicht letztlich über den durch die beiden mit dieser Kontur ausgestatteten Bauteile (Ventilkörper und Antrieb oder Zwischenstück) auf die Membran ausgeübten Druck die Dichtigkeit des Ventils gegen außen hin.The compound of the invention thus has two seals that are independent of each other. The first, mechanical seal ultimately allows the tightness of the valve towards the outside via the pressure exerted on the membrane by the two components equipped with this contour (valve body and drive or intermediate piece).
Die zweite Abdichtung wird mit einer Verschweißung von Membran und Ventilkörper erzielt. Somit weist das erfindungsgemäße Membranventil zwei voneinander unabhängige Abdichtungen gegen außen hin auf und ist bestens geeignet als Single-Use-Ventil verwendet zu werden.The second seal is achieved by welding the membrane and valve body. Thus, the diaphragm valve according to the invention has two independent seals to the outside and is ideally suited to be used as a single-use valve.
Die Schweißdichtung stellt während des Transports die Dichtigkeit der Ventilkörpereinheit nach außen hin sicher. Sobald aber die Ventilkörpereinheit an das am Antrieb befindliche Zwischenstück angekoppelt wird, tritt zusätzlich die andere Abdichtung in Aktion.The welding seal ensures the tightness of the valve body unit to the outside during transport. But as soon as the valve body unit is coupled to the intermediate piece located on the drive, in addition, the other seal comes into action.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mechanische Abdichtung als eine Klemmung oder Quetschung ausgebildet. Derartige Abdichtungen sind an sich bekannt und haben sich seit Jahrzehnten bewährt. Sie sind einfach herzustellen und zuverlässig.In a preferred embodiment of the invention, the mechanical seal is formed as a clamp or pinch. Such seals are known per se and have been proven for decades. They are easy to manufacture and reliable.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Membranventils sind die beiden Abdichtungen kreisförmig angeordnet. Nuten und/oder Vorsprünge können relativ einfach als Kreisbogen hergestellt werden. Außerdem erlaubt die Kreisbogenform eine wesentlich bessere Abdichtungen als andere Formen.In an advantageous embodiment of the diaphragm valve according to the invention, the two seals are arranged in a circle. Grooves and / or projections can be made relatively easy as a circular arc. In addition, the circular arc shape allows a much better seals than other forms.
Mit Vorzug sind die beiden Abdichtungen in Form von konzentrischen Kreisen ausgebildet. Die Symmetrie erlaubt ebenfalls eine verbesserte Abdichtung als andere Dichtungsanordnungen.With preference, the two seals are formed in the form of concentric circles. The symmetry also allows for improved sealing than other seal assemblies.
Gemäß der Erfindung ist die mechanische Abdichtung radial innen und die geschweißte Abdichtung radial außen angeordnet. Wird nun das Membranventil vor seiner Beaufschlagung mit Prozessflüssigkeit und/oder Gas auf das Zwischenstück montiert, dann dichtet die innen liegende mechanische Abdichtung den überströmten Dichtsitz gegen die weiter außen liegende Schweißabdichtung bzw. gegen die bei der Schweißung erzeugten Partikeln ab. Durch diese doppelte Abdichtung kann eine Partikelfreiheit für die Ventilkörpereinheit garantiert werden. Zwischen der Schweißdichtkante und dem eigentlichen, von der Flüssigkeit überströmten Ventildichtsitz ist nun die zusätzliche mechanische Abdichtung angeordnet. Durch diese Abdichtung bleiben sämtliche, während der Ultraschallschweißung allfallenden Partikel zwischen der mechanischen und der geschweißten Abdichtung gefangen.According to the invention, the mechanical seal is arranged radially inward and the welded seal radially outward. Will that be now Diaphragm valve mounted prior to its application with process liquid and / or gas to the intermediate piece, then the internal mechanical seal seals the overflowed sealing seat against the farther out welding seal or against the particles generated during welding. This double seal guarantees freedom of particles for the valve body unit. Between the weld sealing edge and the actual, overflowed by the liquid valve sealing seat now the additional mechanical seal is arranged. As a result of this sealing, all the particles which fall during the ultrasonic welding are trapped between the mechanical and the welded seal.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die mechanische Abdichtung eine (Qualified Hygienic Design) QHD Dichtung. Diese Abdichtung gewährleistet, dass das erfindungsgemäße Membranventil auch in Reinsträumen, z.B. bei der Chipherstellung, im Lebensmittel- und Pharmabereich eingesetzt werden kann.In a preferred embodiment of the invention, the mechanical seal is a (Qualified Hygienic Design) QHD seal. This sealing ensures that the membrane valve according to the invention also in clean rooms, e.g. can be used in chip production, in the food and pharmaceutical industries.
Produzenten von Lebensmitteln und Pharmazeutika verlangen, dass Hersteller von Anlagen und Komponenten für keimarme oder sterile Anwendungen nachweisen, dass die Grundregeln einer hygienegerechten Konstruktion beachtet worden sind und eine leichte Reinigbarkeit gewährleistet ist. Die bisher angewandten Methoden zur Überprüfung der Reinigbarkeit sind sehr aufwendig, kostenintensiv und kompliziert in der Interpretation der Ergebnisse. Eine Alternative ist das Prüfsystem Qualified Hygienc Design (QHD) vom VDMA.Producers of food and pharmaceuticals require manufacturers of equipment and components for low-germ or sterile applications to demonstrate that the basic rules of hygienic design have been followed and that they are easy to clean. The methods previously used for checking the cleanability are very complicated, cost-intensive and complicated in the interpretation of the results. An alternative is the Qualified Hygienc Design (QHD) testing system from the VDMA.
QHD steht für ein Prüfsystem für die Reinigbarkeit von Komponenten. Die erste Stufe beinhaltet den theoretischen Nachweis der hygienegerechten Konstruktion. Die Einhaltung dieser für das jeweilige Bauteil relevanten Normen kann mit einer Eigenbescheinigung und mit dem auf das Bauteil aufgeklebten QHD-Zeichen dokumentiert werden. Damit erklärt der Hersteller, dass er sich an die in den Regelwerken festgeschriebenen üblichen Anforderungen an eine hygienegerechte Konstruktion gehalten hat. Die zweite Stufe beschäftigt sich mit dem praktischen Nachweis der Reinigbarkeit. Die Überprüfung der Reinigbarkeit erfolgt mit Hilfe eines Standardtests, der vom Lehrstuhl für Maschinen-und Apparatekunde der Technischen Universität München/Weihenstephan entwickelt wurde. Als Standardtest kommt zur Zeit die ATP-Methode zur Anwendung. Sie hat sich in verschiedenen Bereichen der Lebensmittelherstellung und bei Hygienefragen bewährt. ATP ist eine energiespeichernde Substanz, die in Keimen, tierischen und pflanzlichen Zellen vorkommt. Der Nachweis erfolgt über eine biochemische Reaktion des Luziferin-Luziferase-Systems. Das dabei aufgrund der Biolumineszenz ausgesendete Licht wird gemessen und seine Intensität zur Auswertung herangezogen. Maßeinheit für die Lichtmenge sind Relative Light Units (RLUs).QHD stands for a test system for the cleanability of components. The first stage includes the theoretical proof of hygienic design. Compliance with these standards relevant for the respective component can be documented with a self-certification and with the QHD label affixed to the component. In doing so, the manufacturer declares that he has complied with the normal requirements for a hygienic design laid down in the regulations. The second stage deals with the practical proof of cleanability. The cleanability check is carried out with the aid of a standard test, which was developed by the Institute for Machine and Apparatus Engineering of the Technical University of Munich / Weihenstephan. The standard test currently uses the ATP method. It has proven itself in various areas of food production and hygiene issues. ATP is an energy-storing substance found in germs, animal and plant cells. Evidence is provided by a biochemical reaction of the luciferin-luciferase system. The light emitted due to the bioluminescence light is measured and its intensity used for evaluation. The unit of measurement for the amount of light is Relative Light Units (RLUs).
Eine einfache Herstellung und optimale Abdichtung wird dadurch, erreicht, dass die mechanische Abdichtung in Form von Vorsprüngen einerseits am Ventilkörper und/oder andererseits am Antrieb oder am Zwischenstück ausgebildet ist. Zwischen derartigen Vorsprüngen, die vorteilhaft umlaufend sind, kann die Membran optimal geklemmt werden. Vorteilhaft liegen dabei die Vorsprünge einander gegenüber und nehmen die Membran zwischen sich auf.A simple production and optimum sealing is achieved in that the mechanical seal in the form of projections on the one hand on the valve body and / or on the other hand on the drive or on the intermediate piece is formed. Between such projections, which are advantageously circumferential, the membrane can be optimally clamped. Advantageously, the projections face each other and take the membrane between them.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wird die geschweißte Abdichtung in einer Nut-Feder-Abdichtung gebildet. Dabei ist der Ventilkörper mit einer Nut versehen, in welche eine an der Membran vorgesehene Feder eingreift. Bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass die Nut und/oder die Feder einen rechteckförmigen oder kegelstumpfförmigen Querschnitt aufweisen.In a preferred embodiment of the invention, the welded seal is formed in a tongue and groove seal. In this case, the valve body is provided with a groove, in which engages a provided on the membrane spring. Preferred embodiments provide that the groove and / or the spring have a rectangular or frusto-conical cross section.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und/oder in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the subclaims and the following description in which, with reference to the drawing, a particularly preferred embodiment is described in detail. The features shown in the drawing and mentioned in the description and / or in the claims may each be essential to the invention individually or in any combination.
In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
Die
Die Membran
Wie aus
Wird die Ventilkörpereinheit
Die Klemmung stellt eine mechanische Abdichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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