DE19957306A1 - Schließglied-Einheit für ein aseptisches Doppelsitzventil - Google Patents
Schließglied-Einheit für ein aseptisches DoppelsitzventilInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schließglied-Einheit für ein aseptisches Doppelsitzventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die einfach in ihrem Aufbau ist, ohne Dichtungen auskommt und die keine kritischen Bereiche im Leckagehohlraum, im produktbeaufschlagten Ventilgehäuse und an den Stangendurchführungen im Ventilgehäuse aufweist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Schließglied-Einheit (2) einstückig und einheitlich aus einem Material ausgeführt ist, das elastische und abdichtende Eigenschaften besitzt, und daß im ersten Verschlußteil (2a) ein erster Befestigungseinsatzz (3) und im zweiten Verschlußteil (2b) ein zweiter Befestigungseinsatz (4), jeweils zur Einleitung der Stell- und Führungskräfte bestimmt, form- und/oder kraftschlüssig eingebettet ist (Figur 1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Schließglied-Einheit für ein aseptisches Doppelsitzven
til nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das klassische Doppelsitzventil zeichnet sich dadurch aus, daß es mit zwei von
einander unabhängigen, relativ zueinander bewegbaren Schließgliedern ausge
stattet ist, von denen das unabhängig angetriebene, das sog. aktive Schließglied,
beim Öffnungsvorgang nach einem bestimmten Teilhub am abhängig angetriebe
nen, dem sog. passiven Schließglied, zur Anlage kommt und dieses bei der weite
ren Öffnungsbewegung gleichfalls in die Offenstellung überführt. Die Verschluß
teile der beiden Schließglieder schließen sowohl in der Schließ- als auch in der
Offenstellung einen Leckagehohlraum zwischen sich ein, der zumindest in der
Schließstellung wenigstens einen Verbindungsweg mit der Umgebung des flop
pelsitzventils aufweist. Die mit den Verschlußteilen verbundenen und zu einem
Antrieb führenden Stangen sind entweder auf einer Seite des Doppelsitzventils
aus dem in Frage kommenden Ventilgehäuseteil herausgeführt (GM 77 02 634)
oder die beiden Stangen werden auf einander gegenüberliegenden Seiten aus
dem jeweiligen Ventilgehäuseteil an den zugeordneten Antrieb herangeführt
(DE 24 56 675 A1). Dabei kann die Verbindung des Leckagehohlraums mit der
Umgebung des Doppelsitzventils schließgliedseitig erfolgen, und zwar dergestalt,
daß die Verbindungswege zum Leckagehohlraum innerhalb der Stangen der
Schließglieder ausgeführt und auf einer Seite aus dem Doppelsitzventil heraus
geführt sind (GM 77 02 634), oder aber wenigstens einer der Verbindungswege
zwischen dem Leckagehohlraum und der Umgebung des Doppelsitzventils ist in
einem Rohr ausgeführt, welches mit einem der Schließglieder verbunden und
über das zugeordnete Ventilgehäuseteil in die Umgebung des Doppelsitzventils
geführt ist (DE 25 32 838 C3).
Die vorgenannten klassischen Doppelsitzventile haben sich überall dort bewährt,
wo sogenannte feindliche Flüssigkeiten, wie beispielsweise Nahrungs- und Reinigungs
mittel, sicher voneinander getrennt werden müssen und wo die Anforderungen an
die Sterilität und die Keimfreiheit solcher Produkte über normale Anforderungen
nicht hinausgehen, d. h. wo keimarme Bedingungen gegeben sind und nicht
Keimfreiheit gefordert wird bzw. sterile Betriebsbedingungen vorliegen müssen.
Bei hohen Anforderungen an die Sterilität und die Keimfreiheit der Produkte, ins
besondere unter aseptischen Bedingungen, wie beispielsweise in der Pharmain
dustrie, in der Bio- sowie der Gentechnologie und auch bei der Herstellung steri
ler Produkte, die über längere Zeit haltbar sein sollen, wie H-Milch, Joghurt und
andere vergleichbare Produkte, sind die vorgenannten klassischen Doppelsitz
ventile, die in der hier getroffenen Auswahl lediglich stellvertretenden Charakter
haben, in der Regel ungeeignet. Dies resultiert im wesentlichen aus der Tatsache,
daß zum einen die Stangen der Schließglieder über dynamisch beanspruchte
Dichtungen aus den Ventilgehäüseteilen in die Umgebung herausgeführt sind,
und daß zum anderen bei jedem Schaltvorgang Produkt in den Leckagehohlraum
zwischen den beiden Verschlußteilen gelangt (sog. Schaltleckage), das dort über
den Verbindungsweg oder die Verbindungswege zur Umgebung mit der Umge
bungsluft in Berührung kommt. Ein derartiger Kontakt des Produktes mit der Um
gebung ist unerwünscht oder unzulässig. Über die dynamisch beanspruchte
Dichtung wird Produkt in den Dichtungsspalt verschleppt (sog. "Fahrstuhleffekt").
Es kann dort zu einer Verkeimung und/oder Kontamination mit der Umgebungsluft
kommen, so daß bei den sich anschließenden Schaltbewegungen das verkeimte
und/oder kontaminierte Produkt in den Produktraum rücktransportiert werden und
dort eine Reinfektion stattfinden kann.
Eine aseptische Doppelsitz-Ventilvorrichtung, die zumindest den zu fordernden
aseptischen Anforderungen gerecht wird, ist aus der DE 42 43 111 A1 bekannt.
Dort sind sowohl die Durchführung der als Hohlstange ausgeführten außenlie
genden Ventilstange im Bereich zwischen dem zugeordneten Verschlußteil und
ihrer Durchführung durch das Ventilgehäuse als auch der Bereich zwischen den
beiden Verschlußteilen jeweils mit einer Membran, einer sog. Faltenbalgmem
bran, überbrückt. Durch diese Ausgestaltung kann weder Produkt in den Dich
tungsspalt zwischen Ventilstange und Ventilgehäuse gelangen noch wird bei der
Schaltbewegung Produkt aus dem Leckagehohlraum in die Bereiche zwischen
den Stangen eingetragen, wo zumindest prinzipiell die Gefahr einer Kontaminati
on mit der Außenluft bestünde. Die Schaltleckage selbst wird bei dem bekannten
Ventil weder verhindert noch reduziert.
Die bekannte aseptische Doppelsitz-Ventilvorrichtung ist in Bezug auf die
Schließgliedanordnung und die beiden Membrane relativ aufwendig aufgebaut.
Bei den verwendeten Faltenbalgmembranen handelt es sich in der Regel um
metallische Bauteile, die an ihrem jeweiligen verschlußteilseitigen Ende mit dem
betreffenden Verschlußteil stoffschlüssig verbunden werden müssen. Das gehäu
seseitige Ende der Membran ist auf die gleiche Weise mit einem Gehäusever
schlußteil zu verbinden. Darüber hinaus müssen die metallischen Verschlußteile
mit Sitzdichtungen ausgeführt werden, die ihrerseits in Nuten eingebettet sind.
Diese Nuten stellen grundsätzlich kritische Bereiche des Ventils dar, da hier eine
Verkeimung stattfinden kann, wenn die Dichtungsspalte nicht einwandfrei gerei
nigt werden.
Bei Doppelsitzventilen mit als Sitzteller ausgebildeten Verschlußteilen ist bekannt,
das Problem der sogenannten Schaltleckage dadurch zu reduzieren, daß der
Leckagehohlraum zunächst zur Umgebung hin verschlossen wird, bevor das un
abhängig angetriebenen Verschlußteil seine Sitzfläche verläßt. Der dergestalt
abgegrenzte Leckagehohlraum wird zwar bei der nachfolgenden Öffnungsbewe
gung des Doppelsitzventils aus dem in Frage kommenden Ventilgehäuseteil her
aus mit Produkt beaufschlagt, ein Abfließen eines größeren Volumens, als durch
den abgegrenzten Leckagehohlraum vorgegeben ist, kann nicht erfolgen. Ein
derartiges die Schaltleckage begrenzendes Doppelsitzventil ist aus der
DE 28 18 787 C2 bekannt. Es weist ein sogenanntes Hilfsventil zwischen den
beiden als Sitzteller ausgebildeten Schließgliedern des Doppelsitzventils auf. Das
Hilfsventil besteht aus zwei relativ zueinander beweglichen Ventiltellern. Jeder
dieser Ventilteller weist einen Dichtsitz auf. Der oben liegende Ventilteller, der
gleichzeitig auch das unabhängig angetriebene erste Schließglied des Doppel
sitzventils bildet, liegt mit seinem Dichtsitz auf dem Ventilgehäuse auf. Der unten
liegende Ventilteller des Hilfsventils, der sogenannte Hilfsventilteller, kommt nach
einer Teilhubbewegung mit seinem Dichtsitz am abhängig angetriebenen zweiten
Schließglied des Doppelsitzventils zur Anlage. Von den beiden Dichtsitzen der
vorgenannten Ventilteller des Hilfsventils geht eine Membran aus, die den Zwi
schenraum zwischen den beiden Ventiltellern des Hilfsventils elastisch überbrückt
und gleichzeitig auch den zwischen den beiden Schließgliedern des Doppelsitz
ventils in dessen Schließstellung gebildeten Leckagehohlraum begrenzt.
Mit der die beiden relativ zueinander beweglichen Ventilteller des Hilfsventils
überbrückenden Membran wird zweierlei erreicht: Zum einen wird der Leckage
hohlraum zur Umgebung des Doppelsitzventils hin abgegrenzt, so daß die
Schaltleckage auf das Volumen dieses derart abgegrenzten Leckagehohlraums
begrenzt ist. Zum anderen hat die Membran eine einfache, glatte Oberfläche, so
daß der durch diese Membran begrenzte Teil des Leckagehohlraums, im Gegen
satz zu dem entsprechenden Bereich beim Doppelsitzventil gemäß
DE 42 43 111 A1, eine reinigungsfreundliche Oberflächengestalt und -geometrie
aufweist. Die membranseitige Berandung des Leckagehohlraumes ist einerseits
strömungsgünstig, andererseits verhindert sie das Festsetzen von größeren Par
tikeln aus dem Produkt.
Aus der WO 98/54 493 ist ein Doppelsitzventil, insbesondere für aseptische An
wendungszwecke, bekannt, bei dem die beiden unabhängig voneinander axial
verschiebbaren Verschlußteile, ähnlich wie dies bei dem Hilfsventil gemäß
DE 28 18 787 G2 der Fall ist, mittels einer Membran überbrückt sind. Letztere ist,
nach dem Vorbild aus der DE 28 18 787 C2, mit seinen beiden Endabschnitten an
den beiden Verschlußteilen jeweils dichtend befestigt, wobei an jeden Endab
schnitt angrenzend eine Dichtfläche ausgebildet ist, die durch das zugeordnete
Verschlußteil an den zugehörigen Ventilsitz andrückbar ist. Diesem bekannten
Doppelsitzventil liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausgestaltung des Leckagehohl
raumes zu verbessern, so daß die zu verarbeitende Substanz strömungsgünstig
passieren kann, auch wenn größere Partikel darin enthalten sind. Insoweit be
steht auch Übereinstimmung mit den durch die DE 28 18 787 C2 erzielbaren
Vorteilen. Während beim Doppelsitzventil gemäß DE 28 18 787 C2 die Membran
als einstückiges, ringförmig umlaufend ausgestaltetes, elastisches Dichtelement
ausgeführt ist, das bei der axialen Bewegung des Hilfsventiltellers lediglich eine in
gleicher Richtung orientierte Dehnung vollzieht, ist das einstückige, ringförmig
umlaufend ausgestaltete, elastische Dichtelement beim Doppelsitzventil gemäß
WO 98/54 493 derart ausgeführt, daß es einen seine beiden Endabschnitte mit
einander verbindenden Rollmembranabschnitt besitzt.
Bei beiden bekannten Doppelsitzventilen ist die membranseitige Berandung des
Leckagehohlraumes strömungsgünstig und reinigungsfreundlich ausgestaltet.
Darüber hinaus ist bei beiden die Schaltleckage im Zuge der Öffnungsbewegung
des Doppelsitzventils begrenzt, wobei diese Begrenzung durch den Verschluß
des schließgliedseitig ausgeführten Verbindungsweges zwischen Leckagehohl
raum und Umgebung (DE 28 18 787 C2) oder durch den Verschluß des entspre
chenden gehäuseseitig ausgeführten Verbindungsweges
(WO 98/54 493) gegeben ist.
Beide Doppelsitzventile sind jedoch mit einem Nachteil behaftet, der darin besteht
darin, daß die jeweilige Membran, die die relativ zueinander verschieblichen Ver
schlußteile überbrückt, mit ihrem jeweiligen Endabsohnitt in dem zugeordneten
Verschlußteil eingespannt ist. An diesen Einspannstetlen wird jeweils zwischen
Membran und Verschlußteil eine Abdichtungsstelle gebildet, die zwar statischer
Natur ist, in jedem der Fälle jedoch einen Spalt bildet, in den Produkt eindringen
kann. Diesem Eindringen wird insbesondere dadurch Vorschub geleistet, daß die
Membran an ihrer Einspannstelle aufgrund der Schließ- und Öffnungsbewegung
des Ventils einer Walkbeanspruchung ausgesetzt ist, die den Spalt dynamisch
aufweitet oder verengt. Die Spalte zwischen der Membran und den Verschlußtei
len stellen somit zumindest im Rahmen aseptischer Anwendungen der zum Ein
satz kommenden Doppelsitzventile kritische Bereiche im Produktraum dar.
Aus dem Bereich aseptischer Hubventile mit einem einfach dichtenden Ver
schlußteil ist eine sog. Schließglied-Einheit bekannt (EP 0 508 658 B1), bei der
ein Verschlußteil mit einem gehäuseseitigen Anschlußflansch, durch den die das
Schließglied antreibende Ventilstange hindurchgeführt ist, über eine Membran
verbunden ist. Das Verschlußteil, die Membran und der Anschlußflansch bilden
eine einstückige Einheit, wobei das Material, aus dem diese Einheit hergestellt ist,
selbstdichtende Eigenschaften besitzt.
Ausgehend von den vorstehend genannten Nachteilen des Standes der Technik
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schließglied-Einheit
für ein aseptisches Doppelsitzventil zu schaffen, die einfach in ihrem Aufbau ist,
ohne Dichtungen auskommt und die keine kritischen Bereiche im Leckagehohl
raum, im produktbeaufschlagten Ventilgehäuse und an den Stangendurchführun
gen im Ventilgehäuse aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Doppelsitzventils sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Da die vorgeschlagene Schließglied-Einheit einerseits als einstückige Einheit und
andererseits einheitlich aus einem Material ausgeführt ist, das elastische und ab
dichtende Eigenschaften besitzt, können die Dichtungen im Sitzbereich und im
Bereich der Abdichtung des Anschlußflansches mit dem Ventilgehäuse, die
grundsätzlich immer unter sanitären Gesichtspunkten problematisch sind, entfal
len. Weiterhin entfallen zum einen die nach dem Stand der Technik für derartige
Schließglied-Einheiten erforderlichen Verbindungsstellen zwischen den Ver
schlußteilen und den an diese angeschlossenen Membrane und zum anderen die
Verbindungsstellen an der die Ventilstange überbrückenden Membran im Bereich
des Schließgliedes einerseits und des Anschlußflansches andererseits. Die bei
einem Doppelsitzventil notwendige relative Beweglichkeit der beiden Schließglie
der bzw. der mit diesen verbundenen Verschlußteile zueinander ist durch die die
beiden Verschlußteile überbrückende Membran in jedem Falle sichergestellt. Da
bei kann diese Membran aus einer einzigen Balgfalte oder auch aus mehreren
solcher Balgfalten bestehen. Als Material kommt vorzugsweise Polytetrafluor
ethylen (PTFE, beispielsweise Teflon) in Frage, da es als positive Eigenschaften
hohe Elastizität, chemische Widerstandsfähigkeit und eine lange Lebensdauer,
allerdings unter Inkaufnahme einer relativ großen plastischen Duktilität (starke
Neigung zum "Fließen" bzw. "Kriechen"), aufweist. Zur Einleitung der Stell- und
Führungskräfte ist in den beiden Verschlußteilen jeweils ein Befestigungseinsatz
form- und/oder kraftschlüssig eingebettet.
Die Herstellung der Schließglied-Einheit gestaltet sich insofern relativ einfach und
damit kostengünstig, da deren Rohling ganzheitlich zusammen mit den eingebet
teten Befestigungseinsätzen in einer Form ausgeformt wird. Anschließend wird
durch spanende Bearbeitung aus dem Rohling die endgültige Form hergestellt.
Dabei sind die beiden Verschlußteile in einem minimalen Abstand zueinander
positioniert, der durch die geblockte Lage der Befestigungseinsätze zueinander
determiniert ist, und in dieser Lage erfolgt die spangebende Formgebung der
Schließglied-Einheit bis zu ihrer endgültigen Ausführung.
Damit die Probleme, die im Zusammenhang mit der Kriechneigung des Werk
stoffes Polytetrafluorethylen auftreten, sicher beherrscht werden können, sieht
eine Weiterbildung der vorgeschlagenen Schließglied-Einheit vor, daß die erste
Membran an ihrem freien Ende in Form eines Anschlußflansches mit einer koni
schen Dichtfläche ausgebildet ist, die gegen eine komplementäre Ringsitzfläche
des Gehäuses anliegt. Dieser Anschlußflansch erlaubt es, die an sich kritische
Einbettung der Membran im Gehäusebereich in vorteilhafter Weise zu beeinflus
sen.
Die erste gestalterische Maßnahme mit Blick auf den Anschlußflansch besteht
darin, wie dies eine vorteilhafte Ausgestaltung vorsieht, daß die aus der ventil
hubbedingten Verformung des Faltenbalges zwischen Schließglied und An
schlußflansch und/oder dem jeweiligen Druck im Gehäuse resultierenden Kräfte
dort im Ventilgehäuse aufgenommen werden, wo sie originär entstehen. Eine bie
gemomentfreie Aufnahme dieser Kräfte wird bei der vorgeschlagenen Lösung da
durch erreicht, daß der Anschlußflansch der Schließglied-Einheit im Bereich sei
ner Verbindung mit der Membran (Balg) ein sich gehäuseseitig mittelbar abstüt
zendes Befestigungsteil aufweist, das die auftretenden Kräfte auf kürzestem We
ge vom Balg bzw. dem Anschlußflansch in das Gehäuse überträgt. Ein Durchlei
ten dieser Kräfte als Querkräfte durch den sich in radialer Richtung nach außen
erstreckenden Anschlußflansch zur Einspannstelle, in deren Bereich die konische
Dichtfläche und ein kritischer Dichtungsspalt vorliegen, wie dies beispielsweise
bei dem bekannten Ventil gemäß EP 0 508 658 B1 der Fall ist, wird dadurch ver
mieden. Ein den Dichtungsspalt zwischen Anschlußflansch und Ventilgehäuse
beanspruchendes Biegemoment tritt bei der vorgeschlagenen Lösung praktisch
nicht auf. Das vorgeschlagene Befestigungsteil nimmt Axialkräfte auf, die bei
spielsweise durch Streckung des Balges in die Schließstellung des Hubventils
oder durch im Innenraum des Gehäuses wirksame Unterdrücke gegenüber der
Umgebung des Hubventils hervorgerufen werden.
Die zweite Maßnahme besteht darin, daß der Anschlußflansch im Bereich seiner
konischen Dichtfläche auf eine den festigkeitsbedingten Erfordernissen entspre
chende Mindestwandstärke in Form eines membranförmigen Dichtelements redu
ziert ist. Durch diese Maßnahme wird eine Materialanhäufung des kriechfähigen
Balgwerkstoffes im kritischen Abdichtungsbereich vermieden.
Damit im Bereich des membranförmigen Dichtelementes am Anschlußflansch die
notwendige Vorspannung und damit der erforderliche Dichtungskontakt mit der
komplementären Ringsitzfläche im Ventilgehäuse erhalten bleibt, ist weiterhin
gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß das membranförmi
ge Dichtelement auf seiner der konischen Dichtfläche abgewendeten Seite we
nigsten einen vorgespannten elastischen Druckring aufweist, der die Dichtfläche
auf die komplementäre Ringsitzfläche preßt. Der elastische Druckring wirkt prak
tisch wie eine Feder, die die konische Dichtfläche, auch im Falle eines Kriechens
des Dichtungswerkstoffes an dieser Stelle, nachhaltig unter Vorspannung hält und
somit die Aufweitung des Dichtungsspaltes mit den vorstehend beschriebenen
Nachteilen zuverlässig verhindert.
Die dem jeweiligen Verschlußteil zugeordnete Stange ist mit letzterem form-
und/oder kraftschlüssig verbunden. Zweckmäßigerweise ist in jedem Verschlußteil
ein Befestigungseinsatz eingebettet, der sich über eine Befestigungsplatte bis
weit in den peripheren Bereich des Verschlußteiles erstreckt und, in radialer
Richtung gesehen, im innenseitigen Bereich eine Befestigungsmuffe aufweist, die
die Verbindung zur jeweils zugeordneten Stange herstellt. Die beiden insgesamt
vorab fertiggestellten Befestigungseinsätze werden vor dem Sintern und der
Ausformung des Rohlings der Schließglied-Einheit in dessen Herstellungsform
eingebracht.
Dabei hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, die Endlage der beiden Ver
schlußteile zueinander in ihrer Offenstellung dadurch zu determinieren, daß der
Befestigungseinsatz des aktiven Verschlußteiles an jenem des passiven Ver
schlußteiles zur Anlage kommt. Die vorgenannte Endlage kann aber auch an an
derer Stelle festgelegt werden, beispielsweise im Stellantrieb des Doppelsitzven
tils.
Durch die begrenzte Beweglichkeit der Verschlußteile zueinander und die Mög
lichkeit, jedes Verschlußteil über die ihm zugeordnete Stange, unabhängig vom
andern, anzusteuern, ist es auch ohne weiteres möglich, jedes der beiden Ver
schlußteile in eine Teiloffenstellung zu überführen. Dies ist beispielsweise dann
erforderlich, wenn die Verschlußteile und ihre zugeordneten Sitzflächen einer
Sitzreinigung unterzogen werden sollen. Eine Sitzreinigung wird derart vollzogen,
daß das zur Sitzreinigung anstehende Verschlußteil um einen Teilhub von seiner
Sitzfläche entfernt wird, während das andere Verschlußteil auf seiner Sitzfläche
verbleibt. Die dem Leckagehohlraum zwischen den beiden Verschlußteilen auf
diesem Wege zugeführte Reinigungsflüssigkeit wird über wenigstens einen ver
schließbaren Verbindungsweg zwischen dem Leckagehohlraum und der Umge
bung des Doppelsitzventils abgeführt.
Auch in der Schließstellung des Doppelsitzventils ist eine Reinigung des Lecka
gehohlraums möglich, wenn, wie dies ebenfalls vorgesehen ist, der Leckagehohl
raum über wenigstens zwei steuerbare Verbindungswege mit der Umgebung des
Doppelsitzventils verbunden ist.
Falls die Schließglied-Einheit auch auf der dem Stellantrieb gegenüberliegenden
Seite mit einer weiteren Stange versehen ist, die gleichfalls aus dem zugeordne
ten Ventilgehäuse herausgeführt ist, ergibt sich die Möglichkeit, die bislang flie
gend gelagerte Schließglied-Einheit nunmehr beidseitig im Ventilgehäuse zu la
gern und zu führen.
Die vorgenannte zusätzliche Stange kann auch dazu verwendet werden, einen
sog. Druckausgleich an der Schließglied-Einheit vorzunehmen. Bekanntlich erge
ben sich aus dem Produktdruck auf die Verschlußteile, sei es Über- oder Unter
druck, Kräfte, die unter bestimmten Bedingungen die Verschlußteile von ihrer zu
geordneten Sitzfläche abheben wollen. Durch Druckausgleichsmaßnahmen, bei
spielsweise durch einen sog. Ausgleichskolben, lassen sich gleichgroße Gegen
kräfte aktivieren, die für ein ausgewogenes Kräftegleichgewicht an den jeweiligen
Verschlußteilen sorgen. So läßt sich im vorliegenden Falle ein Aufdrücken des
Doppelsitzventils aufgrund eines Überdruckes im dem kleineren Verschlußteil
benachbarten Ventilgehäuse dadurch verhindern, daß die durch dieses Ventilge
häuse hindurchgeführte Stange mit einem der Angriffsfläche des Verschlußteils
entsprechenden Ausgleichskolben verbunden wird. Dabei ist dieser Ausgleichs
kolben derart unter dem biegeweichen Anschlußflansch anzuordnen, daß die an
letzterem angreifenden Drücke im Ventilgehäuse und daraus resultierenden
Kräfte auf dem Ausgleichskolben abgestützt werden.
Die Schließglied-Einheit vereinfacht sich, wenn die beiden Verschlußteile durch in
der Schließglied-Einheit angeordnete elastisch federnde Elemente, beispielswei
se Schrauben- oder Tellerfedern, gegeneinander vorgespannt werden. Dadurch
kann die Ventilstange des unabhängig betätigten Verschlußteiles entfallen.
Eine weitere Ausgestaltung der Schließglied-Einheit sieht vor, die Stellantriebe für
die einzelnen Verschlußteilbewegungen sowohl für das Öffnen des Doppelsitz
ventils als auch ggf. für die Teilhubbewegungen im Rahmen der Sitzreinigung
innerhalb der Schließglied-Einheit auszubilden. Bei diesen Stellantrieben kann es
sich beispielsweise um druckmittelbeaufschlagte Antriebe oder um elektromagne
tisch betätigte Antriebe handeln.
Die Ausführung der vorgeschlagenen Schließglied-Einheit bleibt nicht auf die vor
stehend als Sitzteller ausgebildeten Verschlußteile beschränkt. Die beiden Ver
schlußteile können auch jeweils als vorzugsweise durchmessergleiche Schieber
kolben ausgeführt werden, die in einer im Ventilgehäuse vorgesehenen zylinder
förmigen Sitzbohrung dichtend Aufnahme finden. Durch geeignete Auswulstung
im jeweiligen Sitzbereich der Sitzbohrung wird dabei die Abdichtung gegenüber
dem zugeordneten Schieberkolben, der ebenfalls ohne separate, diskrete Dich
tung auskommt, da er aus selbstdichtendem Werkstoff ausgeführt ist, verbessert.
Die Verschlußteil-Konfiguration kann auch aus einem Sitzteller und einem Schie
berkolben bestehen. Diese Ausgestaltung und auch jene mit zwei Schieberkolben
schaffen die Voraussetzungen für leckagefreies oder wenigstens leckagearmes
Schalten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden
nachfolgen beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen Mittelschnitt durch eine erste Ausführungsform der vorgeschla
genen Schließglied-Einheit, wobei sich das unabhängig angetriebene
Verschlußteil um einen Teilhub von seiner zugeordneten Sitzfläche
entfernt hat und am anderen Verschlußteil, das sich noch in seiner
Schließlage befindet, zur Anlage gekommen ist;
Fig. 2 ebenfalls im Mittelschnitt einen Teil der Schließglied-Einheit gemäß
Fig. 1 im Bereich der beiden Verschlußteile, wobei letztere in einer
Lage, die sie in ihrem Ausbauzustand zueinander einnehmen, darge
stellt sind;
Fig. 3 gleichfalls im Mittelschnitt die vorgeschlagene Schließglied-Einheit in
einer zweiten Ausführungsform, bei der beiderseits der beiden Ver
schlußteile Ventilstangen vorgesehen sind, die durch das jeweils zuge
ordnete Ventilgehäuse hindurch- und aus diesem herausgeführt sind
und
Fig. 4 einen Mittelschnitt durch die vorgeschlagene Schließglied-Einheit in
einer dritten Ausführungsform mit zwei als Schieberkolben ausgebil
deten Verschlußteilen.
Ein Ventilgehäuse 1 (Fig. 1) besteht aus einem lediglich angedeuteten ersten
und einem ebenfalls nur angedeuteten zweiten Ventilgehäuseteil 1a bzw. 1b. Bei
de Ventilgehäuseteile 1a, 1b sind über eine Verbindungsöffnung 1c miteinander
verbunden. Im Bereich der Verbindungsöffnung 1c ist, angrenzend an das erste
Ventilgehäuseteil 1a, an diesem eine erste Sitzfläche 1d und, angrenzend an das
zweite Ventilgehäuseteil 1b, eine zweite Sitzfläche 1e ausgebildet. Die Sitzflä
chen 1d und 1e haben konusförmige Gestalt, und sie dienen der Aufnahme kom
plementär ausgebildeter Ringsitzflächen 2c bzw. 2d an einem ersten Verschluß
teil 2a bzw. zweiten Verschlußteil 2b einer Schließglied-Einheit 2.
Die beiden Verschlußteile 2a und 2b sind vorzugsweise aus einem Material aus
geführt, das elastische und abdichtende Eigenschaften besitzt. Hier kommt vor
zugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) in Frage. Im ersten Verschlußteil 2a ist
ein erster Befestigungseinsatz 3 eingebettet, der sich, in radialer Richtung gese
hen, mit einer ersten Befestigungsplatte 3a bis in den Außenbereich des Ver
schlußteils 2a erstreckt und der innenseits in einer ersten Befestigungsmuffe 3b
endet. Im zweiten Verschlußteil 2b ist ein zweites Befestigungsteil 4, in gleicher
Weise bestehend aus einer zweiten Befestigungsplatte 4a und einer zweiten Be
festigungsmuffe 4b, vorgesehen.
Die beiden Verschlußteile 2a und 2b sind über ein membranförmiges Mittelteil 2e,
das aus dem gleichen Material wie die Verschlußteile 2a, 2b besteht, stoffschlüs
sig miteinander verbunden. In das erste Befestigungsteil 3 des ersten Verschluß
teils 2a ist eine Hohlstange 5 über einen Gewindezapfen 5a eingeschraubt und
mit dem zweiten Befestigungsteil 4 des zweiten Verschlußteiles 2b ist eine in der
Hohlstange 5 innenseits geführte Stange 6 über einen Gewindezapfen 6a ver
bunden. Die Hohlstange 5 und die in ihr geführte Stange 6 sind über das erste
Ventilgehäuseteil 1a in die Umgebung des Doppelsitzventils geführt.
Diese Durchführung der Stange 5 im Ventilgehäuse 1a wird von einem Balg 2f
überbrückt, der einerseits mit dem ersten Verschlußteil 2a und andererseits mit
einem Anschlußflansch 2g verbunden ist. Letzterer besteht unter anderem aus
einer Verschlußplatte 2k, die eine im wesentlichen scheibenförmige, in einer Ebe
ne senkrecht zur Längsachse der Schließglied-Einheit 2 orientierte, radial innen
seits vom Balg 2f ausgehende Ausprägung besitzt, und sie erstreckt sich so weit
radial nach außen, daß sie in Verbindung mit einer korrespondierenden oberen
Gehäuseöffnung 1g im ersten Ventilgehäuse 1a den Ausbau der Schließglied-
Einheit 2 nach oben erlaubt.
Die scheibenförmige Verschlußplatte 2k ist radial außenseits auf eine den festig
keitsbedingten Erfordernissen entsprechende Mindestwandstärke in Form eines
membranförmigen Dichtelementes 21 reduziert. Letzteres ist in Form eines in
Richtung einer komplementären Ringsitzfläche 1h im ersten Ventilgehäuse 1a
orientierten Fortsatzes an der Verschlußplatte 2k ausgebildet, und es weist eine
mit der Ringsitzfläche 1h zusammenwirkende konische Dichtfläche 2m auf Letz
tere wird über einen vorgespannten elastischen Druckring 8, der auf der der koni
schen Dichtfläche 2m des membranförmigen Dichtelements 21 abgewendeten
Seite angeordnet ist, auf die komplementäre Ringsitzfläche 1h gepreßt. Die Ver
schlußplatte 2k endet außenseits in einem Kragen 2h, der in dem ersten Ventil
gehäuseteil 1a formschlüssig Aufnahme findet.
Zur Vermeidung eines Biegemomentes, resultierend aus einem Kräftepaar, das
beispielsweise durch eine Zugkraft im Balg 2f und durch die entsprechende Re
aktionskraft im Bereich der Verschlußplatte 2k gebildet wird, ist der gesamte An
schlußflansch 2g der Schließglied-Einheit 2 im Bereich seiner Verbindung mit
dem Balg 2f mit einem in einem nicht dargestellten Gehäuseoberteil verankerten
Befestigungsteil 2i versehen. In der dargestellten Ausführungsform ist das Befe
stigungsteil 2i außenseits mit einem Gewinde, vorzugsweise mit einem Tra
pezgewinde, ausgestattet, über das eine kraft- und formschlüssige Verbindung
mit dem Gehäuseoberteil möglich ist. Dadurch können die vom Balg 2f auf die
Verschlußplatte 2k ausgeübten Zugkräfte unmittelbar, ohne die Bildung eines ei
nen kritischen Dichtungsspalt S zwischen komplementärer Ringsitzfläche 1h und
dem membranförmigen Dichtelement 2l beeinflussenden Biegemomentes, in das
Gehäuseoberteil eingeleitet und dort aufgenommen werden.
Zur Abführung von Leckagen oder zur Reinigung eines zwischen den Verschluß
teilen 2a, 2b gebildeten Leckagehohlraums 7, jeweils in der Schließstellung des
Doppeisitzventils, dient ein im Ventilgehäuse 1 zwischen den Sitzflächen 1d und
1e ausgebildeter Verbindungsweg 1f. Dieser wird zweckmäßigerweise über einen
nicht dargestellten, ansteuerbaren Verschluß, der vorzugsweise bündig mit der
inneren Begrenzung des Leckagehohlraums 7 abschließt, verschlossen. Falls der
Leckagehohlraum 7 in der Schließstellung des Doppelsitzventils im Durchfluß ge
reinigt werden soll, ist neben dem Verbindungsweg 1f wenigstens ein weiterer
Verbindungsweg zwischen Leckagehohlraum 7 und Umgebung des Doppelsitz
ventils auszuführen.
Die strichpunktförmig dargestellte Kontur I der beiden Verschlußteile 2a und 2b
zeigt letztere in der Offenstellung des Doppelsitzventils.
Fig. 2 zeigt die beiden Verschlußteile 2a und 2b in ihrer weitestgehenden Ent
fernung voneinander, die im Ausbauzustand der Verschlußteile 2a, 2b möglich ist.
Es ist deutlich erkennbar, daß das membranförmige Mittelteil 2e die für die
Schaltfunktion des Doppelsitzventils notwendige begrenzte Relativbewegung der
beiden Verschlußteile 2a und 2b zueinander durch seine duktile Formgestaltung
erlaubt.
Die zweite Ausführungsform der vorgeschlagenen Schließglied-Einheit 2
(Fig. 3) entsteht aus jener gemäß Fig. 1 dadurch, daß beispielsweise die
Stange 6 durch den zweiten Befestigungseinsatz 4 mittels eines verlängerten
Gewindezapfens 6a* ein Stück hindurchgeschraubt ist und letzterer dadurch mit
einer dritten Stange 5* verbunden ist, die über das zweite Ventilgehäuseteil 1b in
die Umgebung des Doppelsitzventils geführt ist. Diese Stangendurchführung
durch das zweite Ventilgehäuseteil 1b wird in gleicher Weise, wie dies bei der
Stangendurchführung im ersten Ventilgehäuseteil 1a der Fall ist, über eine als
Balg ausgebildete dritte Membran 2f* überbrückt. Diese ist einerseits mit dem
zweiten Verschlußteil 2b und andererseits mit einem Anschlußflansch 2g* ver
bunden. Bei dieser Lösung ist die Schließglied-Einheit 2 beiderseits im zugeord
neten Ventilgehäuseteil 1a bzw. 1b gelagert und geführt. Durch Anordnung eines
nicht dargestellten Ausgleichkolbens, der mit der Stange 5* verbunden ist und der
den Anschlußflansch 2g* stützt, läßt sich ein Druckausgleich mit den an der
Schließglied-Einheit 2 infolge von Produktdrücken angreifenden Kräften durchfüh
ren.
In Fig. 4 ist die vorgeschlagene Schließglied-Einheit 2 in einer aus zwei Schie
berkolben 2a, 2b bestehenden Verschlußteil-Konfiguration dargestellt. Zur Ver
besserung der Abdichtung im jeweiligen Sitzbereich sind gehäuseseitig Auswul
stungen 1d* bzw. 1e* vorgesehen. Ansonsten sind die Verschlußteile 2a, 2b
durch ein nicht dargestelltes membranförmiges Mittelteil überbrückt, das die be
grenzte relative Beweglichkeit der Verschlußteile 2a, 2b zueinander sicherstellt.
Die Befestigungseinsätze 3, 4 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel derart im
selbstdichtenden Material des zugeordneten Verschlußteils 2a bzw. 2b eingebet
tet, daß sich im jeweiligen Sitzbereich eine Verstärkung des selbstdichtenden
Materials in Form einer formschlüssigen Verzahnung mit dem jeweiligen Befesti
gungsteil 3, 4 ergibt.
Claims (11)
1. Schließglied-Einheit für ein aseptisches Doppelsitzventil,
- - die aus zwei relativ zueinander beweglichen Schließgliedern besteht, von denen das unabhängig angetriebene beim Öffnungsvorgang nach einem bestimmten Teilhub am abhängig angetriebenen zur Anlage kommt und letzteres bei der weiteren Öffnungsbewegung gleichfalls in die Offenstel lung überführt, von denen jedes im jeweiligen Sitzbereich ein Verschlußteil aufweist und diese Verschlußteile in der Schließstellung des Doppelsitz ventils einen Leckagehohlraum zwischen sich begrenzen, der über wenig stens einen steuerbaren Verbindungsweg mit der Umgebung des Doppel sitzventils verbunden ist,
- - bei der eine mit dem einen Verschlußteil verbundene und zu einem Stell antrieb durch das Ventilgehäuse hindurchgeführte Stange von einer ersten Membran umschlossen ist und diese Membran jeweils endseitig einerseits unmittelbar oder mittelbar mit dem Verschlußteil und andererseits mit dem Ventilgehäuse dichtend verbunden ist,
- - bei der der Bereich zwischen den beiden Verschlußteilen von einer zwei ten Membran, mit der die Verschlußteile jeweils verbunden sind, über brückt wird und
- - bei der die beiden Verschlußteile und die beiden Membrane eine aus wechselbare Schließglied-Einheit bilden,
- - daß die Schließglied-Einheit (2) einstückig und einheitlich aus einem Mate rial ausgeführt ist, das elastische und abdichtende Eigenschaften besitzt,
- - und daß im ersten Verschlußteil (2a) ein erster Befestigungseinsatz (3) und im zweiten Verschlußteil (2b) ein zweiter Befestigungseinsatz (4), je weils zur Einleitung der Stell- und Führungskräfte, form- und/oder kraft schlüssig eingebettet ist.
2. Schließglied-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese
aus Polytetrafluorethylen hergestellt ist.
3. Schließglied-Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Membran (2f) an ihrem freien Ende in Form eines Anschlußflansches
(2g) mit einer konischen Dichtfläche (2m) ausgebildet ist, die gegen eine
komplementäre Ringsitzfläche (1h) des Gehäuses (1a) anliegt.
4. Schließglied-Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Anschlußflansch (2g) im Bereich seiner konischen Dichtfläche (2m) auf eine
den festigkeitsbedingten Erfordernissen entsprechende Mindestwandstärke in
Form eines membranförmigen Dichtelementes (2l) reduziert ist.
5. Schließglied-Einheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Anschlußflansch (2g) im Bereich der Stange (5) ein sich gehäuseseitig
mittelbar abstützendes Befestigungsteil (2i) zur weitestgehenden biegemo
mentfreien Aufnahme der aus der ventilhubbedingten Verformung der ersten
Membran (2f) und/oder dem jeweiligen Druck im Gehäuse (1a) resultierenden
Kräfte aufweist.
6. Schließglied-Einheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das membranförmige Dichtelement (2l) auf seiner der konischen Dichtfläche
(2m) abgewendeten Seite wenigstens einen vorgespannten elastischen
Druckring (8) aufweist, der die Dichtfläche (2m) auf die komplementäre
Ringsitzfläche (1h) preßt.
7. Schließglied-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Offenstellung des Doppelsitzventils der zweite Befesti
gungseinsatz (4) am ersten Befestigungseinsatz (3) anliegt.
8. Schließglied-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schließglied-Einheit (2) auf der dem Stellantrieb gegen
überliegenden Seite mit einer dritten Stange (5*) versehen ist, die aus dem
zugeordneten zweiten Ventilgehäuse (1b) herausgeführt und die zwischen
dem zweiten Verschlußteil (2b) und dem zweiten Ventilgehäuse (1b) mit einer
dritten Membran (2f*) überbrückt ist.
9. Schließglied-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die dritte Stange (5*) im Bereich ihrer Durchführung durch das
zweite Ventilgehäuse (1b) als Ausgleichskolben ausgebildet ist, der zum weit
gehenden Ausgleichen von Druckkräften, die auf das zweite Verschlußteil (2b)
vom im zweiten Ventilgehäuse (1b) anstehenden Fluid ausgeübt werden, ge
formt ist.
10. Schließglied-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verschlußteile (2a, 2b) durch in der Schließglied-Einheit (2)
angeordnete federnde Elemente, vorzugsweise Schrauben- oder Tellerfedern,
gegeneinander vorgespannt sind.
11. Schließglied-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß innerhalb der Schließglied-Einheit (2) Stellantriebe für die Be
wegungen der Verschlußteile (2a, 2b) vorgesehen sind.
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