DE102017211905A1

DE102017211905A1 - Prozessventil und Lebensmittelbehandlungs- und/oder -abfüll-Anlage

Info

Publication number: DE102017211905A1
Application number: DE102017211905.5A
Authority: DE
Inventors: Johann Justl
Original assignee: Evoguard GmbH
Current assignee: Evoguard GmbH
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2019-01-17
Also published as: CN208719393U; US20190017609A1

Abstract

In einem Prozessventil P mit einem erste und zweite Sitze 7, 8 bildenden Gehäuse 1 beiderseits einer Zwischenkammer Z, das an Produktleitungen 2, 3 angeschlossen ist und ein Schließelement E aufweist mit einem metallischen Schaft 9 und ersten und zweiten Ventiltellern 10, 12, die den Produktleitungen 2, 3 zugewandte Oberflächen aufweisen, ist die Oberfläche 23' zumindest eines Ventiltellers 10 weitestgehend vom Ventilteller 10 thermisch entkoppelt. Das Prozessventil P mit der thermischen Entkoppelung (T) ist in einem Knoten N einer Lebensmittelbehandlungs- und/oder -abfüll-Anlage A verbaut.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prozessventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Lebensmittelbehandlungs- und/oder -abfüll-Anlage gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Ein Beispiel eines aus der Praxis bekannten Prozessventils der eingangs genannten Art wird anhand 1 erläutert. Das bekannte Prozessventil P weist ein metallisches Gehäuse 1 auf, das beiderseits einer Zwischenkammer Z angeordnete Sitze 7, 8 bildet, und der Zwischenkammer Z an beiden Seiten abgewandt an erste und zweite Produktleitungen 2, 3 angeschlossen ist. Dabei ist die zweite Produktleitung 3 an eine Gehäusekammer 4 angeschlossen, die durch eine Verschlusseinrichtung 5 an der der Zwischenkammer Z abgewandten Seite verschlossen ist. Über einen Spannring 16 ist dort eine Prozessventil-Betätigungseinrichtung 6 üblicher Bauart angebaut. Das Gehäuse 1 enthält ein metallisches Schließelement E, das an einem axial verbauten Schaft 9 erste und zweite Ventilteller 10, 12 aufweist, wobei der erste Ventilteller 10 einstückig mit dem Schaft 9 ist, während der zweite Ventilteller 12 relativ zum Schaft axial verschieblich auf diesem geführt wird. Die ersten und zweiten Ventilteller 10, 12 arbeiten wahlweise über Dichtungen 13, 11 mit den Sitzen 8, 7 zusammen, um in der in 1 gezeigten Schließstellung die ersten und zweiten Produktleitungen 2, 3 voneinander zu trennen und die Zwischenkammer Z zu bilden (nicht gezeigt), in der Durchgangsstellung die ersten und zweiten Produktleitungen 2, 3 über die Zwischenkammer Z miteinander zu verbinden, oder mit abgehobenem zweiten Ventilteller 12 die Zwischenkammer Z mit der Gehäusekammer 4 bzw. bei abgehobenem ersten Ventilteller 10 die zwischen Kammer Z mit der ersten Produktleitung 2 zu verbinden. Ein Abschnitt 9a des Schafts 9 innerhalb der Zwischenkammer Z wird mit Radialspiel von einem Faltenbalg 14 abgedichtet umfasst, der an den ersten und zweiten Ventiltellern 10, 12 festgelegt ist und z.B. Luft enthält. Ein Abschnitt 9b des Schafts 9 in der Gehäusekammer 4 wird von einem Faltenbalg 15 mit Radialspiel abgedichtet umfasst, der an der Verschlusseinrichtung 5 und dem zweiten Ventilteller 12 festgelegt ist und z.B. Luft enthält. In bzw. bei abgehobenem ersten Ventilteller 10 die zwischen Kammer Z mit der ersten Produktleitung 2 die Zwischenkammer Z mündet mindestens ein Anschluss 18, 20 eines Medium-Ventils 17, 19. In der gezeigten Ausführungsform sind zwei Medium-Ventile 19, 17) vorgesehen, mit denen die Zwischenkammer Z und die darin befindlichen Komponenten des Schließelements E mit einem unter Druck und Temperatur eingeführten Medium gereinigt bzw. die Zwischenkammer Z, z.B. mit Heißdampf, sterilisiert werden kann. Auf dem Schaft 9 ist ein Hohlrohr 21 verschiebbar geführt, das mit dem zweiten Ventilteller 12 verbunden ist und in die Prozessventil-Betätigungseinrichtung 6 führt. Diese kann die Ventilteller 10, 12 relativ zueinander und relativ zu den Sitzen 7, 8 betätigen. Das Hohlrohr 21 wird entlang eines Teils des Abschnitts 9b des Schafts 9 innerhalb des Faltenbalgs 15 von einem rohrförmigen Stützkörper 22 umfasst. Der erste Ventilteller 10 weist eine der Produktleitung 2 freiliegend zugewandte Oberfläche 23 mit einem zentralen Vorsprung 24 (z.B. als Schraubhandhabe) auf, sowie eine in der Zwischenkammer Z freiliegende kreisringförmige Oberfläche 26. Der zweite Ventilteller 12 weist eine in der Gehäusekammer 4 der zweiten Produktleitung 3 freiliegend zugewandte kreisringförmige Oberfläche 12 auf, sowie in der Zwischenkammer Z eine freiliegende Oberfläche 27. Wird mit dem Prozessventil P gemäß 1 in einem Knoten N einer Lebensmittelbehandlungs- und/oder -abfüll-Anlage A ein Lebensmittel verarbeitet, wie beispielsweise Milch, und die Zwischenkammer Z in der Schließstellung mit unter Druck erhitzt eingeführten Medium sterilisiert bzw. gereinigt, sammeln der Schaft 9 und der erste Ventilteller 10 zunehmend Wärme, die bis in die der ersten Produktleitung 2 freiliegend zugewandte Oberfläche 23 übertragen wird, die sich zunehmend aufheizt. Durch die Aufheizung der Oberfläche 23 neigt das in der ersten Produktleitung 2 vorhandene Produkt, z. B. Milch, zum Anhaften und Festbacken an der Oberfläche 23. Der sich festsetzende Belag (Anbrand) an der Oberfläche 23 erfordert z.B. nach einer festgesetzten Schrittlaufzeit einen sogenannten CIP (Cleaning In Place)-Reinigungszyklus zur Säuberung der Komponenten im Prozessventil und zur Beseitigung des Anbrands an der Oberfläche 23. Aufgrund der Aufheizung der Oberfläche 23 Anbrands verkürzt sich die Schrittlaufzeit zwischen Reinigungszyklen bzw. wird es fallweise sogar erforderlich, beim Reinigen manuell einzugreifen. Eine dadurch bedingte hohe Frequenz an ggf. erschwerten Reinigungszyklen ist ineffizient.
In EP3106633A1 wird zwar vorgeschlagen, den Stößel hohler Tellerventile im Ventiltrieb eines Brennkraftmotors durch Isolierschichten bzw. Füllungen gegenüber dem Brennraum thermisch zu entlasten. Dies hat jedoch keinen Bezug zu Lebensmittelprodukten und deren hygienisch einwandfreien Behandlung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Prozessventil im Hinblick auf eine möglichst niedrige Frequenz erforderlicher Reinigungszyklen zu verbessern und eine Lebensmittelbehandlungs- und/oder -abfüll-Anlage anzugeben, deren Betrieb an einem das Prozessventil aufweisenden Knoten zwischen Produktleitungen lange Schrittlaufzeiten zwischen Reinigungszyklen ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 10 gelöst.
Da die der Produktleitung freiliegend zugewandte Oberfläche des Ventiltellers gegenüber dem Ventilteller thermisch entkoppelt ist, heizt sich die Oberfläche im Betrieb signifikant weniger auf und neigt ein Produkt in der Produktleitung erheblich weniger zum Festsetzen und /oder Bilden eines Anbrands am Ventilteller. Die Schrittlaufzeit zwischen Reinigungszyklen lässt sich so beispielsweise um etwa den Faktor 4 verlängern. Außerdem lassen sich innerhalb der Schrittlaufzeit minimiert auftretende Ablagerungen bei einem CIP-Reinigungszyklus ohne manuelle Eingriffe bequem entfernen.
In der Lebensmittelbehandlungs- und/oder -abfüll-Anlage lässt sich der mit dem Prozessventil gemäß der Erfindung ausgestattete Knoten mit erheblich verlängerten Schrittlaufzeiten betreiben, wodurch der Wirkungsgrad der Anlage signifikant erhöht werden kann.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die thermisch entkoppelte Oberfläche an einer der Produktleitung zugewandten Abdeckkappe angeordnet, die im Ventilteller festgelegt ist und mit dem Ventilteller eine z.B. Luft enthaltende Kammer begrenzt. Die Kammer mit der darin enthaltenen Luft reduziert signifikant die Aufheizung der Oberfläche der Abdeckkappe, die dem Produkt in der Produktleitung zugewandt ist. Anstelle von Luft könnte die Kammer ein anderes thermisch isolierendes Medium enthalten.
Zweckmäßig ist zumindest die Oberfläche des der die meiste Zeit ein Produkt enthaltenden Produktleitung zugewandten Ventiltellers an der Abdeckkappe durch die Kammer thermisch entkoppelt. Jedoch ist es durchaus möglich, auch eine der zweiten Produktleitung zugewandte Oberfläche des zweiten Ventiltellers auf gleiche Weise thermisch zu entkoppeln, um auch dort Ablagerungen zu minimieren. Es können sogar die in der Zwischenkammer liegenden Oberflächen der ersten und zweiten Ventilteller in analoger Weise thermisch entkoppelt sein.
Günstig ist, wenn die Kammer von einem im Wesentlichen ebenen Boden einer die Abdeckkappe positionierenden Aufnahmevertiefung des Ventiltellers und einem im Wesentlichen ebenen Boden der Abdeckkappe mit annähernd konstanter Tiefe und einem geringfügig kleineren Außendurchmesser als den Innendurchmesser des Sitzes begrenzt ist. Es ist sogar denkbar, die gesamte Oberfläche thermisch zu entkoppeln, obwohl eine schmale Kreisringfläche der Oberfläche des Ventiltellers, die sich gegebenenfalls mehr aufheizt als die Oberfläche der Abdeckkappe, keine nennenswerten Ablagerungen aufnimmt, auch deshalb, weil sie sich in einem Bereich befindet, der beim Öffnen des Sitzes starker selbstreinigender Strömungsdynamik unterworfen wird.
Um einen unerwünschten Druckaufbau in der Luft in der Kammer zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn der Ventilteller wenigstens einen Durchgang zur Kammer aufweist, der einen Druckausgleich z.B. zum Bereich der Zwischenkammer ermöglicht.
Um die ersten und zweiten Ventilteller voneinander unabhängig axial verstellen zu können, ist es zweckmäßig, wenn der zweite Ventilteller axial verschiebbar auf dem Schaft geführt ist. Mittels eines Hohlrohrs.
Schließlich ist es zwecks Spülung oder Sterilisation z.B. mit Heißdampf zweckmäßig, wenn in der Zwischenkammer mindestens ein Anschluss eines Medium-Ventils mündet, vorzugsweise sogar zwei in etwa diametral gegenüberliegende Anschlüsse zweier Medium-Ventile.
Anhand der Zeichnung wird eine in 2 gezeigte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläutert, während der eingangs beschriebene Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, in 1 gezeigt ist.

1 ist ein Längsschnitt eines aus der Praxis bekannten Prozessventils in Schließstellung, und
2 ist ein Längsschnitt analog zu 1 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines an einem Knoten in einer Lebensmittelbehandlungs- und/oder -abfüll-Anlage zwischen Produktleitungen verbauten Prozessventils in Schließstellung.

In 2 werden bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prozessventils P für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet. Sich von dem bekannten Prozessventil in 1 unterscheidende Details der erfindungsgemäßen Lösung in 2 sind mit anderen Bezugszeichen hervorgehoben.
Das in 2 gezeigte erfindungsgemäße Prozessventil P ist beispielsweise in einem Knoten N einer nicht näher dargestellten Lebensmittelbehandlungs- und/oder -abfüll-Anlage A zwischen den ersten und zweiten Produktleitungen 2, 3 verbaut, und zwar in einer Position, in der sich die Prozessventil-Betätigungseinrichtung 6 oben befindet, und die erste Produktleitung 2, aus der ein Produkt in der Offenstellung in die zweite Produktleitung 3 übertritt, unten liegt. Das Prozessventil P muss nicht exakt vertikal verbaut sein, sondern könnte schräg liegen, oder von unten betätigt sein.
Im Unterschied zum bekannten Prozessventil in 1 weist das erfindungsgemäße Prozessventil P in 2 für den ersten Ventilteller 10 ein anderes Konzept mit einer thermischen Entkoppelung T auf, z.B. für die der ersten Produktleitung 2 freiliegend zugewandte Oberfläche 23', 24' des Ventiltellers 10, damit sich die Oberfläche 23', 24' bei thermischer Beaufschlagung der Zwischenkammer Z weniger aufheizt und somit Produktablagerungen oder ein Anbrand an der Oberfläche 23', 24' signifikant minimiert wird.
Die thermische Entkopplung T in 2 ist definiert durch eine annähernd tellerförmige Abdeckkappe K, beispielsweise aus dem gleichen Stahlmaterial wie das Schließelement E selbst, die in einer Aufnahmevertiefung 30 des ersten Ventiltellers 10 festgelegt, beispielsweise verschweißt, ist, und mit dem ersten Ventilteller 10 eine hier kreisförmige, z.B. Luft enthaltende Kammer 32 bildet. Die Kammer 32 wird unten begrenzt durch einen annähernd ebenen Boden 28 der Abdeckkappe K, außen durch eine Umfangswand der Aufnahmevertiefung 30 oben durch und einen im Wesentlichen ebenen und, z.B. zum Boden 28 parallelen Boden 31 der Aufnahmevertiefung 30. Die Tiefe t der Kammer 32 kann in etwa konstant sein. Alternativ ist ein linsenförmiger oder anders gestalteter Querschnitt der Kammer 32 möglich. Der Außendurchmesser d der Kammer 32 ist z.B. geringfügig kleiner als der Innendurchmesser D des Sitzes 7 im Gehäuse 1, so dass der Produktleitung 2, wenn überhaupt, nur mehr eine schmale Kreisringfläche 23" des ersten Ventiltellers 10 zugewandt ist, hingegen die der Produktleitung 2 zugewandte Oberfläche 23', 24' weitgehend thermisch vom Ventilteller 10 entkoppelt ist. Um einen Druckaufbau in der Kammer 32 zu verhindern, kann ein Durchgang 33 im Ventilteller 10 die Kammer 32 mit dem Innenraum des Faltenbalgs 14 verbinden.
Obwohl dies in 2 nicht gezeigt ist, könnte auch die der Produktleitung 3 zugewandte Oberfläche 25 des zweiten Ventiltellers 12 eine analoge thermische Entkopplung T aufweisen, oder könnte sogar die Oberfläche 27und/oder die Oberfläche 26 der ersten und zweiten Ventilteller 10, 12 analog thermisch entkoppelt sein.
Wird die Zwischenkammer Z beispielsweise mit Heißdampf sterilisiert, erhitzt sich die jeweils gegenüber dem Ventilteller thermisch entkoppelte Oberfläche, die beispielsweise der Produktleitung 2 oder 3 zugewandt ist, nur geringfügig. Dies gilt auch für einen Reinigungszyklus, bei dem in die von einer Produktleitung separierte Zwischenkammer erhitztes Reinigungsmedium unter Druck eingeführt und Ablagerungen entfernt werden, beispielsweise indem der zweite Ventilsitz 12 dabei vom Sitz 8 abgehoben ist.
Weitere bauliche Details und Funktionen des Prozessventils P in 2 entsprechen den anhand 1 erläuterten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3106633 A1 [0003]

Claims

Prozessventil (P), insbesondere für eine Lebensmittelbehandlungs- und/oder -abfüll-Anlage, mit einem beiderseits einer von außen zumindest thermisch beaufschlagbaren Zwischenkammer (Z) axial beabstandete erste und zweite Sitze (7, 8) bildenden Gehäuse (1), das an der Zwischenkammer (Z) abgewandten Seiten der Sitze (7, 8) an erste und zweite Produktleitungen (2, 3) angeschlossen ist, und mit einem axial verstellbaren Schließelement (E) mit einem Schaft (9) und ersten und zweiten, wahlweise mit den Sitzen (7, 8) zusammenwirkenden Ventiltellern (10, 12), die zumindest den Produktleitungen (2) freiliegend zugewandte Oberflächen (23', 23", 25, 26, 27) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die einer Produktleitung (2 oder 3) zugewandte Oberfläche (23', 25) zumindest eines Ventiltellers (10) oder (12) vom Ventilteller weitgehend thermisch entkoppelt ist.
Prozessventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch entkoppelte Oberfläche (23') an einer der Produktleitung (2) zugewandten Abdeckkappe (K) angeordnet ist, die im Ventilteller (10) festgelegt ist und als thermische Entkoppelung (T) mit dem Ventilteller (10) eine ein thermisch isolierendes Medium, insbesondere Luft, enthaltende Kammer (32) begrenzt.
Prozessventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ventilteller (10, 12) wenigstens eine Oberfläche (23', 25, 26, 27) thermisch entkoppelt ist.
Prozessventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (32) von einem im Wesentlichen ebenen Boden (31) einer die Abdeckkappe (K) positionierenden Aufnahmevertiefung (30) des Ventiltellers (10) und einem im Wesentlichen ebenen Boden (28) der Abdeckkappe (K) mit annähernd konstanter Tiefe (t) und einem geringfügig kleineren Außendurchmesser (d) als dem Innendurchmesser (D) des benachbarten Sitzes (7) begrenzt ist.
Prozessventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (10) wenigstens einen Druckausgleichs-Durchgang (33) zur Kammer (32) aufweist.
Prozessventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (9) in einem Abschnitt (9a) der Zwischenkammer und zwischen den ersten und zweiten Ventiltellern (10, 12) durch einen an den ersten Ventiltellern (10, 12) oder am Schaft (9) festgelegten ersten Faltenbalg (14) oder von einer ersten Membrane nach außen zur Zwischenkammer (Z) abgedichtet ist.
Prozessventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Hohlrohr (21) auf dem Schaft (9) axial durch eine mit der zweiten Produktleitung (3) verbundene Gehäusekammer (4) und einen Verschlussbereich (5) des Gehäuses (1) in eine am Gehäuse verbaute Prozessventil-Betätigungseinrichtung (6) erstreckt, und dass in der Gehäusekammer (4) zwischen dem zweiten Ventilteller (12) oder dem Hohlrohr (21) und dem Verschlussbereich (5) ein zweiter Faltenbalg (15) oder eine zweite Membrane das Hohlrohr (21) nach außen abdichtet.
Prozessventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilteller (12) mit dem Hohlrohr (21) axial verschieblich auf dem Schaft (9) geführt ist.
Prozessventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zwischenkammer (Z) mindestens ein Auslass (18, 20) eines Mediumventils (17, 19) mündet.
Lebensmittelbehandlungs- und/oder -abfüll-Anlage (A), mit einem in einem Knoten (N) zwischen ersten und zweiten Produktleitungen (2, 3) verbauten Prozessventil (P) gemäß Patentanspruch 1.