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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von Druckstößen in flüssigkeitsdurchströmten Leitungen.
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Solche gattungsgemäßen Druckstoßkompensatoren werden hauptsächlich bei Getränkeabfüllanlagen eingesetzt. Zur Befüllung von Behältern sind bei Produktfüllleitungen bestimmte Durchflusswerte erforderlich, die nach Erreichen eines vorbestimmten Füllstandes zum Teil abrupt unterbrochen werden müssen. Daneben kommt es in der Füllleitung auch aus anderen Gründen zu Druckschwankungen, die in ihrer Amplitude unterschiedlich stark ausgeprägt sein können. So findet man häufig hochfrequente Druckstöße vor, die den maximalen Leitungsdruck der Flüssigkeitsleitung übersteigen. Durch solche Druckschwankungen und pulsierende Druckstöße werden die Leitungen und Anlagenbestandteile, insbesondere Ventile und Dichtungen, sehr stark beansprucht und verschleißt. Bei vielen der bislang bekannten Lösungen wurden Puffertanks eingesetzt, um den Produktdruck in der Füllleitung einigermaßen konstant zu halten. Solche Anlagen sind jedoch einigermaßen umfangreich und nicht für jede Produktart umsetzbar.
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In der
DE 197 06 578 A1 wird daher zur Lösung des Problems ein Druckstoßkompensator beschrieben, der aus einem von der Füllleitung abzweigenden Rohrabschnitt besteht, in den aufgrund des Fülldrucks bis zu einem gewissen Füllstand Produktflüssigkeit aus der Füllleitung eintritt. Der Rohrabschnitt ist mit einer Gasversorgung verbunden. Oberhalb der eingetretenen Produktflüssigkeit ist in dem Rohrabschnitt ein Gaspolster ausgebildet, welches Druckschwankungen in der Füllleitung absorbiert. Der Rohrabschnitt ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet und stellt eine Art Bypass-Leitung für die Füllleitung dar. Die Verbindung zwischen Rohrabschnitt und Füllleitung ist an den Einmündungen des Rohrabschnitts über Scheibenventile absperrbar. Im oberen Verbindungsschenkel des U-förmigen Rohrabschnitts ist ein weiteres Absperrventil vorgesehen, über das die wirksame Größe des Gaspolsters des Druckstoßkompensators verändert werden kann.
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Die Gasversorgungsleitung und die Ablassleitungen für Gas und/oder Flüssigkeiten sind jeweils über Ventile öffenbar bzw. schließbar. An dem Rohrabschnitt sind ferner eine Niveausonde zur Erfassung des Füllstandes der Produktflüssigkeit sowie ein Drucksensor zur Messung des Gasdruckes vorgesehen. Hervorzuheben ist, dass bei dieser Variante während des Füllprozesses die Produktflüssigkeit aufgrund des Fülldruckes nur in einem ersten Rohrabschnitt ansteigt, weil lediglich das Absperrventil eines Rohrabschnittes sowie das Absperrventil der Produktleitung geöffnet sind, während das Absperrventil des zweiten, parallel verlaufenden Rohrabschnitts der Bypass-Leitung verschlossen ist. Der Druck des Gaspolsters wird über einen Drucksensor erfasst, während die Höhe des Pegels der Flüssigkeit über die Niveausonde erfassbar ist. Insgesamt erfordert die beschriebene Anlage acht verschiedene Absperrventile.
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Eine Weiterentwicklung dieses gattungsgemäßen Druckstoßkompensators sieht zwei Gaspolster in den beiden parallel geführten Rohrabschnitten der U-förmigen Bypass-Leitung vor. Eine solche Vorrichtung ist in der
WO 03/078083 A2 beschrieben. Um die Dämpfung von Druckstößen zu erhöhen, ist in der dort beschriebenen Vorrichtung in der Flüssigkeitsleitung in Strömungsrichtung der Flüssigkeit nach der Bypass-Leitung zusätzlich eine Drossel eingebaut. Durch die Drossel gelingt es, Druckstöße abzufangen und einen großen Teil des Überdrucks in den Bypass zu leiten. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine Anzahl von Absperrventilen in der Bypass-Leitung sowie der Flüssigkeitsleitung vorgesehen. Ferner sind auch die Gaszuführungsleitungen im Scheitelbereich der Bypass-Leitung über Sperrventile reguliert. Auch bei dieser Variante sind acht verschiedene Absperrventile erforderlich. Ähnliche Ausführungsformen sind auch in der
AT 411386 B und der
AT 414034 B beschrieben.
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Häufig stellt man selbst nach einem Reinigungszyklus bei den Ventilen in den Einmündungen der Bypass-Leitung Produktreste fest, die an dem Ventilkörper kleben. Selbst die hohen Drücke vermögen es nicht, solche Ablagerungen in den Ventilkomponenten zu beseitigen.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Dämpfung von Druckstößen in flüssigkeitsdurchströmten Leitungen, insbesondere Produktleitungen von Abfüllanlagen, bereitzustellen, bei der die beschriebenen Nachteile und die Anzahl der eingesetzten Ventile vermindert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen wieder.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Dämpfung von Druckstößen in flüssigkeitsdurchströmten Leitungen, insbesondere Produktleitungen von Getränkeabfüllanlagen, beispielsweise von Anlagen der Getränke- oder Lebensmittelindustrie. Sie besteht aus einer Flüssigkeitsleitung mit einem darin integrierten Absperrventil, einer durch Rohrabschnitte gebildeten ersten U-förmigen Bypass-Leitung, welche die Flüssigkeitsleitung abschnittsweise überbrückt, einem ersten Sperrventil und einem zweiten Sperrventil in den jeweiligen Einmündungen der ersten Bypass-Leitungen, einer mit einem oberen dritten Sperrventil regulierten Gaszuführungsleitung im Scheitelbereich der ersten Bypass-Leitung und wenigstens einer ersten Ablassleitung für die Flüssigkeitsableitung. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass oberhalb der Einmündungen eine weitere zweite Bypass-Leitung angeordnet ist, welche die parallel geführten Rohrabschnitte der ersten Bypass-Leitung miteinander verbindet. In dieser zweiten Bypass-Leitung befindet sich ein einziges Sitzventil. Das Sitzventil reguliert die erste Ablassleitung für die Flüssigkeitsableitung. Bei den bisherigen Lösungen befand sich an jedem Rohrabschnitt der Bypass-Leitung jeweils eine eigene Ablassleitung, die wiederum über ein eigenes Ventil regulierbar, d. h. offenbar oder verschließbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt dagegen mit einem einzigen Sperrventil sowie einer einzigen Ablassleitung aus. Der Durchmesser der zweiten Bypass-Leitung ist vorzugsweise geringer als der Durchmesser der ersten Bypass-Leitung, wodurch aufgrund der damit höheren Fließgeschwindigkeiten eine hohe Reinigungswirkung in den Leitungen und insbesondere beim Sitzventil erzielt wird.
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Ferner handelt es sich bei dem erfindungsgemäß umgesetzten Ventil um ein Sitzventil, das gegenüber den bislang verwendeten Ventilen den Vorteil hat, dass es keine Totecken besitzt, in denen sich Produktablagerungen anhaften können. Die Flüssigkeitspegel in den beiden nach oben verlaufenden, parallel zueinander angeordneten Rohrabschnitten der ersten Bypass-Leitung bleiben jeweils gleichmäßig erhalten, da die Flüssigkeitsströme über die Ablassleitung abfließen können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Scheitelbereich der ersten Bypass-Leitung eine weitere dritte Bypass-Leitung angeordnet, die den Rohrleitungsabschnitt im Scheitelbereich der ersten Bypass-Leitung überbrückt. Dabei ist das dritte Sperrventil für die Gaszuführungsleitung in der dritten Bypass-Leitung angeordnet, und die Gaszuführungsleitung zweigt von der dritten Bypass-Leitung ab. Die Gaszufuhr in die erste Bypass-Leitung erfolgt somit über die dritte Bypass-Leitung. Steigen die Flüssigkeitspegel in den Rohrabschnitten auf ein sehr hohes Niveau an, so befindet sich die Flüssigkeit ausschließlich in der ersten Bypass-Leitung. Lediglich zum Zwecke der Reinigung wird der Flüssigkeitspegel so stark angehoben, dass auch die dritte Bypass-Leitung mit Flüssigkeit ausgefüllt ist. Zur Ableitung von Flüssigkeit und Gas ist ein oberes viertes Sperrventil vorgesehen, das eine weitere, von der dritten Bypass-Leitung abzweigende zweite Abflussleitung für Flüssigkeiten oder Gase reguliert. Über diese Abflussleitung wird die dritte Bypass-Leitung entleert. Zum Abfangen von Druckstößen und zur Sicherstellung eines kontinuierlichen Gasbettes ist ferner in einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, dass der im Scheitelbereich von der dritten Bypass-Leitung überbrückte Abschnitt der ersten Bypass-Leitung verjüngt ist.
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Zur Messung des Füllstandes in den Rohrabschnitten der ersten Bypass-Leitung sind Niveausonden vorgesehen, die an sich bekannt sind. Allerdings ist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgesehen, dass die Niveausonden nicht in den einzelnen parallel geführten Rohrabschnitten auf gleicher Höhe angeordnet sind, sondern in lediglich einem Rohrabschnitt der ersten Bypass-Leitung mit einem bestimmten Abstand zueinander übereinander angeordnet sind. Dadurch sind unterschiedliche Pegelstände in den Rohrleitungsabschnitten der ersten Bypass-Leitung möglich.
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Ferner ist zur Messung des Fülldruckes ein Drucksensor vorgesehen, der den Fülldruck in der ersten Bypass-Leitung erfasst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass es sich bei den ersten und zweiten Sperrventilen und bei den oberen dritten und vierten Sperrventilen um Scheibenventile handelt. Ferner ist in einer bevorzugten Variante vorgesehen, dass zusätzlich auch das Absperrventil in der Flüssigkeitsleitung als Scheibenventil ausgeführt ist.
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Für die erfindungsgemäßen Funktionen hat es sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, dass die zweite Bypass-Leitung und/oder die dritte Bypass-Leitung einen geringeren Leitungsdurchmesser aufweist als die erste Bypass-Leitung. Durch die unterschiedlichen Rohrdurchmesser werden hohe Fließgeschwindigkeiten erreicht, was sowohl bei den Ventilen als auch den Rohrleitungen einen höheren Reinigungseffekt bewirkt. Die erfindungsgemäß eingesetzten Ventile haben zudem den Vorteil, dass sie weit größere Druckstöße aushalten als es bei den üblichen Ventilen im Stand der Technik der Fall ist.
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Die Erfindung wird in der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert.
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In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Druckstoßkompensators gezeigt. In einer Flüssigkeitsleitung 2 befindet sich eine U-förmige erste Bypass-Leitung 3, die linksseitig von einem ersten Sperrventil 4 in der Einmündung 18 regulierbar, das heißt entweder verschließbar oder öffenbar ist. In dem parallel geführten rechtsseitigen Rohrabschnitt ist analog dazu ein zweites Sperrventil 5 in der Einmündung 17 angeordnet. In der Flüssigkeitsleitung selbst befindet sich ein Absperrventil 6. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine zweite Bypass-Leitung 12, die in der gezeigten Ausführungsform parallel zur Flüssigkeitsleitung 2 verläuft und den linken Rohrleitungsabschnitt mit dem rechten Rohrleitungsabschnitt der ersten Bypass-Leitung miteinander verbindet. In etwa mittig ist in der zweiten Bypass-Leitung 12 ein Sitzventil 11 angeordnet, das den Flüssigkeitsstrom in eine Abflussleitung 10 kontrolliert. Der Durchmesser der zweiten Bypass-Leitung 12 ist geringer als der Durchmesser der ersten Bypass-Leitung 3, wodurch aufgrund der hohen Fließgeschwindigkeit beim Sitzventil eine hohe Reinigungswirkung erzielt wird.
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In der gezeigten Ausführungsvariante ist nun eine dritte Bypass-Leitung 19 vorgesehen, die sich im Scheitel der ersten Bypass-Leitung 3 befindet. Diese weist einen geringeren Rohrdurchmesser aus, wodurch bei den Ventilen 13 und 14 hohe Fließgeschwindigkeiten und hoher Reinigungseffekt erzielt wird. In der oberen dritten Bypass-Leitung 19 ist ein oberes drittes Sperrventil 13 angeordnet (rechts), das eine Gaszuführungsleitung 8 reguliert. Linksseitig davon ist in der dritten Bypass-Leitung 19 ein oberes viertes Sperrventil 14 vorgesehen, das eine zweite Abflussleitung 9 für Flüssigkeiten oder Gase reguliert.
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Zur Messung der Flüssigkeitsstände in der ersten Bypass-Leitung sind in einem Rohrleitungsabschnitt der ersten Bypass-Leitung zwei Niveausonden 15, 16 vorgesehen. Die beiden Niveausonden 15, 16 sind in dem Rohrleitungsabschnitt übereinander angeordnet und somit beabstandet. Dadurch können unterschiedliche Flüssigkeitsstände ermittelt werden. Die Messung des Flüssigkeitsdruckes in der ersten Bypass-Leitung erfolgt über einen Drucksensor 20.
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Die Funktion und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend erläutert. Während des Füllprozesses, d. h. während der normalen Förderung einer Flüssigkeit über die Flüssigkeitsleitung 2, sind das erste Sperrventil 4 und das zweite Sperrventil 5 in den Einmündungen 18, 17 der ersten Bypass-Leitung 3 geöffnet und das Sitzventil 11 der zweiten Bypass-Leitung geschlossen. Die zur Dämpfung der Druckstöße erforderlichen Gaspolster werden über eine Gaszuführungsleitung 8 über das obere dritte Sperrventil 13 in die dritte Bypass-Leitung 19 durch Einleitung von Gas gebildet. Während des Förderns von Flüssigkeit ist das Absperrventil 6 in der Flüssigkeitsleitung 2 geöffnet. Druckstöße werden von den in den Rohrabschnitten der ersten Bypass-Leitung 3 vorhandenen Gaspolstern abgefangen und gedämpft. Das Gaspolster besteht vorzugsweise aus Kohlenstoffdioxid oder sterilisierter Luft. Der Gasdruck der Gaspolster kann so eingestellt werden, dass das Flüssigkeitsniveau 7 unterhalb der oberen Niveausonde 15 oder der unteren Niveausonde 16 liegt.
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Durch das Öffnen des ersten Sperrventils 4 des ersten Rohrabschnittes und des zweiten Sperrventils 5 des parallel geführten zweiten Rohrabschnittes der ersten Bypass-Leitung werden in den beiden Rohrabschnitten gleiche Flüssigkeitsniveaus 7 erreicht. Das darüber angeordnete Gaspolster kann vollständig den Rest-Rohrabschnitt der ersten Bypass-Leitung 3 ausfüllen. Somit steht ausreichend Raum zur Ausbildung eines möglichst großen Gaspolsters zur Verfügung.
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Ein oberes Absperrventil im Scheitelbereich der ersten Bypass-Leitung und eine davon abgehende Abflussleitung ist im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen nicht mehr notwendig.
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Zur Reinigung der Anlage bleiben das erste Sperrventil 4 und das zweite Sperrventil 5 geöffnet. Ferner wird das obere vierte Sperrventil 14 geöffnet und das Absperrventil 6 in der Flüssigkeitsleitung 2 geschlossen. Gleichzeitig wird auch das Sitzventil 11 geöffnet und somit die Abflussleitung 10 freigegeben. Die Flüssigkeit in der ersten Bypass-Leitung 3 wird von den beiden Rohrabschnitten über die zweite Bypass-Leitung 12 in die Abflussleitung 10 geleitet. Sollte sich zudem Flüssigkeit in der dritten Bypass-Leitung 19 befinden, so kann diese über die Abflussleitung 9 ausgeleitet werden.
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Bei einem Produktwechsel muss die Reinigungsflüssigkeit vollständig entfernt werden, so dass man zunächst das erste Sperrventil 4 und das zweite Sperrventil 5 verschließt. Ferner wird das Sitzventil 11 geöffnet und die Rohrleitung der ersten Bypass-Leitung 3 oberhalb der zweiten Bypass-Leitung 12 mit Gas beaufschlagt. Hierfür ist das obere vierte Sperrventil 14 geschlossen, während über das obere dritte Sperrventil 13 das Gas über die Gaszuführungsleitung 8 einströmt. Das Absperrventil 6 ist geöffnet, so dass die neu einströmende Flüssigkeit die zuvor vorhandene Reinigungsflüssigkeit verdrängt. Nach der Entfernung der Reinigungsflüssigkeit werden das erste Sperrventil 4 und das zweite Sperrventil 5 geöffnet und das Sitzventil 11 geschlossen, so dass der Arbeitszustand der Vorrichtung während des Befüllvorgangs wiederum erreicht wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt mit wesentlich weniger Ventilen aus. Ferner sind die Ablassventile für die Abflussleitungen nicht mehr unmittelbar mit der ersten Bypass-Leitung verbunden. Sowohl das Sitzventil 11 in der zweiten Bypass-Leitung 12, das die erste Abflussleitung 10 reguliert, als auch das obere vierte Sperrventil 14 in der dritten Bypass-Leitung 19, welches die zweite Abflussleitung 9 kontrolliert, sind nicht unmittelbar mit dem Flüssigkeitsstrom der ersten Bypass-Leitung 3 verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19706578 A1 [0003]
- WO 03/078083 A2 [0005]
- AT 411386 B [0005]
- AT 414034 B [0005]
