DE102012003231B3 - Process valve e.g. sterile valve for used in pharmaceutical field, has extension interface that is provided with expansion module which is formed in control actuator along lining-up axis which is transverse to movement axis - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Prozessventil mit einem Steuerkopf.The invention relates to a process valve with a control head.
Aus der
Die
Die
Die
Die
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Prozessventil mit verbesserter Fluidführung bereitzustellen.The object of the invention is to provide a process valve with improved fluid management.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of
Ein derartiges Prozessventil wird dazu eingesetzt, einen Volumenstrom eines Prozessfluids in Abhängigkeit von einer Position des Ventilkörpers gegenüber einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Ventilsitz zu beeinflussen. Bei dem Prozessfluid kann es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit oder ein Gas handeln, das in einem Herstellungsprozess für Zwischen- oder Endprodukte zum Einsatz kommt oder um ein flüssiges oder gasförmiges Endprodukt, das aus einem oder in einen Vorratsbehälter gefördert wird. Die Position des Ventilkörpers wird insbesondere mit Hilfe eines im Ventil integrierten Fluidzylinders eingestellt, der beispielsweise als einfachwirkender Zylinder ausgebildet sein kann und mit einer Federeinrichtung in eine Vorzugsstellung vorgespannt ist. Durch Beaufschlagung des Fluidzylinders mit dem am Anschlussabschnitt des Steuerkopfs von einer Fluidquelle bereitgestellten druckbeaufschlagten Fluid kann eine Bewegung des Ventilkörpers, der mit einer beweglichen Komponente des Fluidzylinders gekoppelt ist, entgegen der Vorspannung der Federeinrichtung hervorgerufen werden. Da es insbesondere bei Herstellungsprozessen von erheblicher Bedeutung ist, mit welchem Volumenstrom das Prozessfluid das Prozessventil durchströmt, ist im Steuerkopf eine Positionsmesseinrichtung vorgesehen. Mit Hilfe der Positionsmesseinrichtung kann die Position eines mit dem Ventilkörper bewegungsgekoppelten, im Sensorrohr linearbeweglich aufgenommenen Positionsgebers ermittelt und in einer Verarbeitungseinrichtung verarbeitet werden. In Kenntnis der Position des Ventilkörpers kann mit einer intern im Steuerkopf vorgesehenen oder extern dem Steuerkopf zugeordneten Steuereinrichtung eine Steuerung oder Regelung des Volumenstroms durch das Prozessventil vorgenommen werden. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Steuerkopfs kann durch Anbringung entsprechender Erweiterungsmodule eine vorteilhafte Anpassung des Prozessventils an unterschiedliche Einsatzbedingungen gewährleistet werden.Such a process valve is used to a volume flow of a process fluid in Dependence on a position of the valve body to influence a valve seat formed in the valve housing. The process fluid can be, for example, a liquid or a gas used in a manufacturing process for intermediate or end products or a liquid or gaseous end product which is conveyed from or into a storage container. The position of the valve body is adjusted in particular by means of a valve integrated in the fluid cylinder, which may be formed for example as a single-acting cylinder and is biased by a spring device in a preferred position. By pressurizing the fluid cylinder with the pressurized fluid provided at the connection portion of the control head by a fluid source, movement of the valve body coupled to a movable component of the fluid cylinder may be caused against the bias of the spring means. Since it is of considerable importance, in particular in production processes, with which volume flow the process fluid flows through the process valve, a position measuring device is provided in the control head. With the aid of the position measuring device, the position of a motion sensor coupled with the valve body and linearly movably received in the sensor tube can be determined and processed in a processing device. With knowledge of the position of the valve body, a control or regulation of the volume flow through the process valve can be carried out with a control device provided internally in the control head or externally assigned to the control head. By using the control head according to the invention can be ensured by attaching appropriate expansion modules advantageous adaptation of the process valve to different operating conditions.
Mit Hilfe der Erweiterungsschnittstelle kann der Funktionsumfang des Steuerkopfs durch Hinzufügung entsprechender Erweiterungsmodule in einfacher Weise an unterschiedliche Einsatzbedingungen angepasst werden. Dabei ermöglicht die Erweiterungsschnittstelle eine stabile Ankopplung wenigstens eines Erweiterungsmoduls, vorzugsweise ist der Steuerkopf beidseitig mit Erweiterungsschnittstellen versehen und ermöglicht somit die Ankopplung von wenigstens zwei zueinander entgegengesetzt angeordneten Erweiterungsmodulen. Durch die Aneinanderreihung der Erweiterungsmodule längs der Aufreihungsachse, die quer zur Bewegungsachse des Ventils ausgerichtet ist, lässt sich eine vorteilhafte kompakte Aufbauweise für den Steuerkopf und die angekoppelten Erweiterungsmodule erzielen. Die Erweiterungsschnittstelle ist aufgrund ihrer Zuordnung zu einer der beiden Ebenen, die jeweils von Hüllgeometrien um die Steuerventileinrichtung, um die Positionsmesseinrichtung sowie um den Aufnahmebereich für das Sensorrohr bestimmt wird, derart angeordnet, dass eine kompakte Anordnung des jeweiligen Erweiterungsmoduls am Steuerkopf sichergestellt ist. Dabei kann die Erweiterungsschnittstelle entweder identisch mit der jeweiligen Ebene sein oder beabstandet zur jeweiligen Ebene angeordnet sein.With the aid of the expansion interface, the functional scope of the control head can be easily adapted to different operating conditions by adding appropriate expansion modules. In this case, the extension interface allows a stable coupling of at least one expansion module, preferably the control head is provided on both sides with expansion interfaces and thus allows the coupling of at least two mutually opposite expansion modules. By juxtaposing the expansion modules along the alignment axis, which is aligned transversely to the axis of movement of the valve, an advantageous compact design for the control head and the coupled expansion modules can be achieved. The extension interface is due to their assignment to one of the two levels, which is each determined by Hüllgeometrien to the control valve means, the position measuring device and the receiving area for the sensor tube, arranged such that a compact arrangement of the respective expansion module is secured to the control head. In this case, the extension interface can either be identical to the respective plane or be arranged at a distance from the respective plane.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Zweckmäßig ist es, wenn der Anschlussabschnitt zwischen den beiden, insbesondere parallel zueinander ausgerichteten, Ebenen angeordnet ist und/oder wenn eine außenliegend am Anschlussabschnitt angeordnete Anschlusseinrichtung für den Anschluss eines Fluidleiters von einem quer zur Bewegungsachse ausgerichteten Fluidkanal durchsetzt ist. Hierdurch wird eine kompakte Gestaltung des Steuerkopfs gewährleistet. Zudem wird dadurch sichergestellt, dass Fluidleitungen, die am Anschlussabschnitt angebracht werden, nicht die Anbringung von Erweiterungsmodulen an den jeweiligen Erweiterungsschnittstellen des Steuerkopfs behindern.It is expedient if the connection section between the two, in particular parallel aligned, planes is arranged and / or if an externally arranged on the connection portion connecting means for the connection of a fluid conductor is traversed by a transverse to the movement axis fluid channel. As a result, a compact design of the control head is ensured. In addition, this ensures that fluid lines that are attached to the connection section, do not hinder the attachment of expansion modules to the respective expansion interfaces of the control head.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die im Grundkörper integrierte Kupplungseinrichtung für eine Festlegung des Grundkörpers an einem dem Ventilkörper entgegengesetzten Endbereich des Sensorrohrs ausgebildet ist. Somit kann der Grundkörper mit dem daran angeordneten Anschlussbereich an dem Endbereich des Sensorrohrs montiert werden, der dem Ventilkörper entgegengesetzt und somit von diesem am weitesten entfernt ist. Hierdurch wird erreicht, dass das am Anschlussabschnitt von einer Fluidquelle bereitgestellte druckbeaufschlagte Fluid, das zur variablen, druckabhängigen Einstellung der Position des Ventilkörpers im Ventilgehäuse eingesetzt wird und dessen Volumenstrom von der Steuerventileinrichtung bedarfsgerecht eingestellt wird, auf möglichst kurzem Weg und mit einer minimalen Anzahl von Richtungswechseln in das Sensorrohr eingespeist werden kann. Somit treten für das druckbeaufschlagte Fluid auf dem Weg von Fluidschlauch bis zum Sensorrohr nur geringe Reibungsverluste auf, so dass für die Ansteuerung des Ventilkörpers mit Hilfe des druckbeaufschlagten Fluids ein hoher Wirkungsgrad gewährleistet werden kann.In an advantageous development of the invention, it is provided that the coupling device integrated in the main body is designed for fixing the base body to an end region of the sensor tube opposite the valve body. Thus, the base body with the connecting region arranged thereon can be mounted on the end region of the sensor tube, which is opposite to the valve body and thus furthest away from it. This ensures that the pressurized fluid provided at the connection section by a fluid source, which is used for variable, pressure-dependent adjustment of the position of the valve body in the valve housing and whose volume flow is adjusted as required by the control valve device, as short as possible and with a minimum number of changes of direction can be fed into the sensor tube. Thus occur for the pressurized fluid on the way from fluid hose to the sensor tube only minor friction losses, so that a high efficiency can be ensured for the control of the valve body by means of the pressurized fluid.
Zweckmäßig ist es, wenn der Anschlussabschnitt von wenigstens einem Fluidkanal durchsetzt ist, der für eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen einer außenliegend am Anschlussabschnitt angeordneten Anschlusseinrichtung für einen Fluidleiter und der Steuerventileinrichtung ausgebildet ist. Bei der Anschlusseinrichtung kann es sich insbesondere um eine Steckkupplung oder Schraubkupplung für einen Fluidschlauch handeln, der ausgehend von der Fluidquelle zum Anschlussabschnitt verläuft. Der Fluidkanal im Anschlussabschnitt stellt eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung und der Steuerventileinrichtung her. Durch die Ausbildung des Fluidkanals im Anschlussabschnitt kann auf separat ausgeführte Fluidleitungen, insbesondere auf diskrete Fluidschläuche, verzichtet werden, so dass eine kompakte Anordnung der fluidführenden Komponenten zueinander gewährleistet ist. Der Fluidkanal kann beispielsweise in einem als Kunststoffspritzgussteil ausgebildeten Grundkörper vorgeformt sein oder in einem als Metallteil ausgebildeten Grundkörper durch spanende Bearbeitung eingearbeitet sein.It is expedient if the connection section is penetrated by at least one fluid channel which is designed for a fluidically communicating connection between a connection device for a fluid conductor arranged externally on the connection section and the control valve device. The connection device may in particular be a plug-in coupling or threaded coupling for a fluid hose which runs from the fluid source to the connection section. The fluid channel in the connection section constitutes a fluidically communicating connection between the connection device and the control valve device. Due to the design of the fluid channel in the connection section, it is possible to dispense with separately designed fluid lines, in particular discrete fluid tubes, so that a compact arrangement of the fluid-carrying components relative to one another is ensured. The fluid channel can be preformed, for example, in a base body designed as a plastic injection-molded part, or be machined in a base body formed as a metal part by machining.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper einen, insbesondere hülsenförmig ausgeführten, Trägerabschnitt umfasst, der zur zumindest bereichsweisen Aufnahme des Sensorrohrs und/oder zur Festlegung von Sensoren der Positionsmesseinrichtung ausgebildet ist. Der Trägerabschnitt dient als Montagefläche für einen oder mehrere Sensoren der Positionsmesseinrichtung, die die variable Position des beweglich im Sensorrohr aufgenommenen und mit dem Ventilkörper gekoppelten Positionsgebers erfassen sollen und damit die Bestimmung eines Öffnungszustands des Ventils ermöglichen. Vorzugsweise ist der Trägerabschnitt mit einer oder mehreren nutartigen, insbesondere hinterschnitten ausgebildeten, Vertiefungen versehen, in denen die Sensoren längs der Bewegungsachse verschoben und an einer gewünschten Position festgelegt werden können.In a further development of the invention, it is provided that the base body comprises a, in particular sleeve-shaped, carrier portion, which is formed for at least partially receiving the sensor tube and / or for fixing sensors of the position measuring device. The support portion serves as a mounting surface for one or more sensors of the position measuring device, which should detect the variable position of the movably received in the sensor tube and coupled to the valve body position sensor and thus allow the determination of an opening state of the valve. Preferably, the support portion is provided with one or more groove-like, in particular undercut, recesses in which the sensors can be moved along the axis of movement and fixed at a desired position.
Vorteilhaft ist es, wenn der Grundkörper von einer Ausnehmung durchsetzt ist, die für einen Eingriff eines Befestigungsmittels, insbesondere einer Befestigungsmutter, in einen am Sensorrohr ausgebildeten Befestigungsbereich zur Festlegung des Grundkörpers am Ventilkörper ausgebildet ist. Hierdurch wird eine zentrale Befestigung des gesamten Grundkörpers mit den daran angebrachten fluidführenden Komponenten sowie der Positionsmesseinrichtung ermöglicht. Mit dieser zentralen Befestigung wird bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Mantelteils und der zugeordneten Schnittstellen am Anschlussabschnitt und/oder am Ventilgehäuse eine freie Drehbarkeit um die Bewegungsachse erreicht, so dass eine rotatorische Ausrichtung des Steuerkopfs um die Bewegungsachse frei wählbar ist.It is advantageous if the base body is penetrated by a recess which is designed for engagement of a fastening means, in particular a fastening nut, in a mounting area formed on the sensor tube for fixing the base body on the valve body. As a result, a central attachment of the entire base body with the fluid-carrying components attached thereto and the position-measuring device is made possible. With this central fastening a free rotation around the axis of movement is achieved with a corresponding configuration of the shell part and the associated interfaces on the connection portion and / or on the valve housing, so that a rotational orientation of the control head about the axis of movement is arbitrary.
Vorzugsweise ist in der Ausnehmung des Anschlussabschnitts wenigstens eine, insbesondere umlaufend ausgebildete, Dichtungseinrichtung für eine fluidisch abgedichtete Kopplung des im Anschlussabschnitt vorgesehenen Fluidkanals mit dem Sensorrohr angeordnet. Die Dichtungseinrichtung gewährleistet eine fluiddichte Ankopplung des im Anschlussabschnitt ausgebildeten Fluidkanals an das Sensorrohr, das seinerseits mit einer Ausnehmung versehen ist, die für eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Fluidkanal im Anschlussabschnitt und dem fluidisch ansteuerbaren Ventilkörper ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Ausnehmung im Anschlussabschnitt und das Sensorrohr derart aufeinander abgestimmt, dass der Steuerkopf frei verdrehbar um die Bewegungsachse am Ventil angeordnet werden kann und in der gewünschten rotatorischen Position am Ventilgehäuse mit Hilfe des Befestigungsmittels festgelegt werden kann.Preferably, in the recess of the connecting portion at least one, in particular circumferentially formed, sealing means for a fluidly sealed coupling of the provided in the connection portion fluid channel is arranged with the sensor tube. The sealing device ensures a fluid-tight coupling of the fluid channel formed in the connection section to the sensor tube, which in turn is provided with a recess which is designed for a communicating connection between the fluid channel in the connection section and the fluidically actuatable valve body. Preferably, the recess in the connection section and the sensor tube are matched to one another such that the control head can be freely rotatable about the axis of movement on the valve and can be fixed in the desired rotational position on the valve housing by means of the fastening means.
Eine zweckmäßige Weiterbildung des Prozessventils sieht vor, dass an der Erweiterungsschnittstelle wenigstens ein als Busmodul und/oder als Sensormodul und/oder als Sicherheitsmodul ausgebildetes Erweiterungsmodul längs der Aufreihungsachse angeordnet ist. Ein Busmodul dient einem Informationsaustausch zwischen einer im Steuerkopf anbringbaren Steuereinrichtung, die insbesondere zur Ansteuerung der Steuerventileinrichtung und zur Auswertung von Signalen der Positionsmesseinrichtung ausgebildet ist, und einer übergeordneten Steuerungseinrichtung, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), die über einen Feldbus mit dem Prozessventil kommunizieren soll. Ein Sensormodul kann einen oder mehrere Sensoren umfassen, die beispielsweise zur Ermittlung einer physikalischen Eigenschaft des Prozessfluids, das das Prozessventil durchströmen kann, ausgebildet sein. Beispielhaft sind hier Temperatursensoren oder Volumenstromsensoren oder pH-Wert-Sensoren zu nennen. Ein als Sicherheitsmodul ausgebildetes Erweiterungsmodul kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, den Zustand des Steuerkopfs und des damit gekoppelten Ventils mit redundant ausgebildeter Sensorik zu überwachen und die ermittelten Informationen über ein sicheres Kommunikationssystem an die übergeordnete Steuerungseinrichtung zu übertragen.An expedient development of the process valve provides that at least one extension module designed as a bus module and / or as a sensor module and / or as a security module is arranged along the line-up axis. A bus module is used for exchanging information between an attachable in the control head control device, which is designed in particular for controlling the control valve device and for evaluating signals of the position measuring device, and a higher-level control device, such as a programmable logic controller (PLC), which is to communicate with the process valve via a fieldbus , A sensor module may include one or more sensors that may be configured, for example, to determine a physical property of the process fluid that may flow through the process valve. By way of example, temperature sensors or volume flow sensors or pH sensors can be mentioned here. A trained as a security module expansion module can be used, for example, to monitor the state of the control head and the valve coupled thereto with redundant sensor design and transmit the information determined via a secure communication system to the higher-level control device.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Prozessventils ist vorgesehen, dass das Sensorrohr in einem dem Ventilgehäuse entgegengesetzten Endbereich eine Ausnehmung aufweist, die für eine Bereitstellung von druckbeaufschlagtem Fluid an das Ventil ausgebildet ist und dass im Anschlussabschnitt wenigstens ein Fluidkanal vorgesehen ist, der für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit der Steuerventileinrichtung ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Zufuhr des druckbeaufschlagten Fluids in den Ventilkörper auf kurzem Wege gewährleistet. Gleiches gilt auch für die Ausrichtung der Ausnehmung im Sensorrohr, die quer zur Bewegungsachse des Positionsgebers ausgerichtet ist und/oder für die zumindest abschnittsweise ausgebildete Ausnehmung im Positionsgeber längs der Bewegungsachse.In an advantageous development of the process valve, provision is made for the sensor tube to have a recess in an end region opposite the valve housing, which is designed to provide pressurized fluid to the valve and at least one fluid channel is provided in the connection section for a fluidically communicating connection is formed with the control valve device. As a result, a supply of the pressurized fluid is ensured in the valve body over a short path. The same applies to the orientation of the recess in the sensor tube, which is aligned transversely to the axis of movement of the position sensor and / or for the at least partially formed recess in the position sensor along the axis of movement.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing. Showing:
Ein in der
Der Grundkörper
Die Steuerventileinrichtung
Der Steuerkanal
Ferner ist gemäß der
Die Signale der Sensoren
Der Grundkörper
Funktional kann der in
Der Steuerraum
Alternativ kann wenigstens eine Seitenwand
An einem der Kupplungseinrichtung
Somit kann der Steuerkopf
Bei dem Steuerkopf
Das in der
Bei dem exemplarisch in
Der Positionsgeber
Der Anschlussstutzen
Am Ventilgehäuse
Bei dem in
Damit ist der Steuerraum
Bei Bereitstellung von druckbeaufschlagtem Fluid an den Stutzen
Der Ringkanal
Durch die Linearbewegung des Arbeitskolbens
Aufgrund der Anordnung des Anschlussabschnitts
Durch die zentrale Kopplung zwischen dem Steuerkopf
Die Befestigungsmutter
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R016 | Response to examination communication | ||
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