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Die Erfindung betrifft ein Prozessventil,
insbesondere für
die sterile Verfahrenstechnik gemäss dem Oberbegriff von Anspruch
1. Derartige Prozessventile werden beispielsweise in der Lebensmitteltechnologie
eingesetzt, um flüssige
bis zähflüssige Produkte
wie z.B. Tomaten Ketchup oder Joghurt unter sterilen Bedingungen
in einem Fördersystem
zu steuern.
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Die Produktleitungen können mit
einer Reinigungsflüssigkeit
gespült
werden, wobei eine Kreuzkontamination zwischen Produkt und Reinigungsflüssigkeit
vermieden werden muss. Zur Vermeidung der Keimbildung bzw. zur erneuten
Sterilisation beispielsweise nach einem Reinigungsprozess ist es bereits
bekannt, Verbindungszwischenräume
zwischen Ventilkammern mit einem Sperrmedium, beispielsweise mit
Dampf zu beaufschlagen. Die entsprechende Sperrkammer kann auch
noch dazu benutzt werden, eine Leckage an einer Ventilkammer anzuzeigen,
um dadurch den Förderprozess
zu unterbrechen.
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Durch die
EP 332 806 ist bereits ein gattungsmässig vergleichbares
Prozessventil bekannt geworden, das verschiedene Betriebsstellungen
einnehmen kann und bei dem eine Sperrkammer zwischen zwei Ventilkammern
wahlweise mit Produkt, mit Dampf oder mit Reinigungsflüssigkeit
geflutet werden kann. Die Sperrkammer verfügt zu diesem Zweck über eine
Eintrittsöffnung
und über
eine Austrittsöffnung
zum intermittierenden Durchspülen
mit Dampf.
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Ein Nachteil dieser Anordnung besteht
darin, dass die theoretisch möglichen
Betriebsstellungen und damit die Einsatzmöglichkeiten in einer Anlage beschränkt sind.
Auch unter dem Gesichtspunkt einer erhöhten Betriebssicherheit sind
die Einsatzmöglichkeiten
bekannter Prozessventile beschränkt.
Wird beispielsweise die Sperrkammer mit Reinigungsflüssigkeit
geflutet, liegt diese eventuell getrennt nur über ein Absperrorgan am Produkt
an, ohne das dazwischen eine Sperratmosphäre aufrecht erhalten werden
kann. Dies ist bei sensiblen Produkten problematisch und führt dazu,
dass bei Reinigungsoperationen oft die gesamte Produktförderung
unterbrochen werden muss.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung,
ein Prozessventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das zusätzliche
Betriebsstellungen bzw. Betriebszustände ermöglicht und das daher vielseitiger einsetzbar
ist. Ausserdem soll die Sicherheit bezüglich der Aufrechterhaltung
einer Sperratmosphäre
an Absperrorganen bzw. bezüglich
Kreuzkontamination erhöht
werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Prozessventil
gelöst,
dass die Merkmale im Anspruch 1 aufweist.
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Die Unterteilung der Sperrkammer
in wenigstens zwei Einzelsperrkammern mit Hilfe eines autonom betätigbaren
Sperrkammer-Absperrorgans ermöglicht einerseits
zusätzliche
Betriebszustände und
erhöht
andererseits die Betriebssicherheit bezüglich der Sperrfunktion. Zu
diesem Zweck ist jede der beiden Einzelsperrkammern unabhängig von
der anderen mit einem Sperrmedium beaufschlagbar, wobei theoretisch
sogar noch unterschiedliche Sperrmedien eingesetzt werden könnten. Die
erfindungsgemässe
Anordnung erlaubt es, eine der beiden Einzelsperrkammern zusammen
mit der ihr zugeordneten Ventilkammer mit Reinigungsflüssigkeit
zu fluten, wobei gegenüber
der anderen Ventilkammer nach wie vor eine Sperratmosphäre aufrecht
erhalten werden kann. Auch bei einer ungewollten Flutung einer Einzelsperrkammer
mit Produkt in Folge Leckage bleibt an der zweiten Einzelsperrkammer
eine Sperratmosphäre
aufrechterhalten. In bestimmten Anwendungsfällen wäre es denkbar, dass zwischen
der ersten und der zweiten Ventilkammer mehr als zwei Einzelsperrkammern
angeordnet sind.
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Vorzugsweise verfügt jede Einzelsperrkammer über wenigstens
je eine Eintrittsöffnung
und je eine Austrittsöffnung,
welche über
je ein Einzelkammerabsperrorgan verschliessbar ist. Auf diese Weise ist
eine eigentliche Durchspülung
der Einzelsperrkammern möglich.
Andererseits kann beispielsweise die Eintrittsöffnung geschlossen gehalten
werden, während
die geöffnete
Austrittsöffnung
ein Abfliessen von Kondensat erlaubt.
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Weitere Vorteile können erreicht
werden, wenn die Eintrittsöffnungen
und die Austrittsöffnungen
der Einzelsperrkammern unmittelbar als Ventilsitze ausgebildet sind,
die mit einem Ventilkörper
zusammenwirken. Die Sperrkammer mit den beiden Einzelkammern kann
dabei ein einstückiges,
etwa zylindrisches Sperrkammergehäuse aufweisen, an dessen Aussenmantel
die Eintrittsöffnungen
und die Austrittsöffnungen
und an dessen Stirnseiten die Ventilkammern angeordnet sind.
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Die Einzelsperrkammer-Absperrorgane
einer Einzelsperrkammer können
Hubspindelventile sein, deren Spindeln auf einer gemeinsamen Bewegungsachse
liegen, wobei die Bewegungsachsen an den beiden Einzelsperrkammern
winkelmässig
versetzt zueinander angeordnet sind. Die Bewegungsachsen können beispielsweise
um 90° zueinander versetzt
sein. Dadurch wird eine gegenseitige Behinderung der Armaturen an
den Einzelsperrkammern vermieden, was eine starke Reduzierung der
Baulänge
der gesamten Sperrkammer erlaubt.
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Auch die Ventilkammer-Absperrorgane
und das Sperrkammer-Absperrorgan
können
Hubspindelventile seine, wobei wenigstens ein Ventilkammer-Absperrorgan
eine Hohlspindel aufweist, in welcher die Spindel des Sperrkammer-Absperrorgans geführt ist.
Eine derartige Anordnung ist Platz sparend und ermöglicht den
Einsatz von ko-axialen Geradesitzventilkörpern. Alternativ könnte aber das Sperrkammer-Absperrorgan
auch als Schrägsitzventil
ausgebildet sein, dessen Spindel unter einem bestimmten Winkel zu
den Spindeln der Ventilkammer-Absperrorgane angeordnet sind.
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Für
sterile Anlagen ist es besonders vorteilhaft, wenn die erste Ventilkammer
und die zweite Ventilkammer, sowie wenigstens eine Einzelsperrkammer
gegenüber
den Betätigungselementen
der ihnen zugeordneten Absperrorgane, namentlich gegenüber den
Ventilspindeln, mit je einem Faltenbalg abgedichtet sind. Damit
wird eine absolut hermetische Abdichtung erreicht, ohne dass Gleitringdichtungen
erforderlich sind. Der mehrfache Einsatz von Faltenbälgen ist
beispielsweise bereits durch die DE A 196 03 070 bekannt geworden.
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Schliesslich ist es zweckmässig, wenn
sämtliche
Absperrorgane über
pneumatisch aktivierbare Stellglieder betätigbar sind. Dies trifft insbesondere auch
für das
Sperrkammer-Absperrorgan zu.
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Weitere Vorteile und Einzelmerkmale
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels
und aus den Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine
teilweise geschnittene Gesamtansicht eines Prozessventils mit den
dazugehörigen Stellgliedern,
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2 eine
Draufsicht auf die Anordnung gemäss 1,
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3 bis
5 verschiedene mögliche
schematisch dargestellte Betriebszustände des Prozessventils gemäss 1 und
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6 das
Prozessventil gemäss 1 im vergrösserten
Massstab und ohne Stellglieder.
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Gemäss 1 weist ein allgemein mit 1 bezeichnetes
Prozessventil eine an eine erste Leitung 2 anschliessbare
erste Ventilkammer 3 und eine an eine zweite Leitung 4 anschliessbare
zweite Ventilkammer 5 auf. Zwischen den beiden Ventilkammern 3 und 5 ist
eine allgemein mit 6 bezeichnete Sperrkammer angeordnet.
Jede Ventilkammer 3 und 5 kann ausserdem über ein
autonom betätigbares
Ventilkammer-Absperrorgan 7 und 8 mit der Sperrkammer
verbunden werden.
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Die Sperrkammer 6 ist mit
einem ebenfalls autonom betätigbaren
Sperrkammer-Absperrorgan 9 in zwei Einzelsperrkammern 10 und 11 unterteilbar, wobei
die Einzelsperrkammer 10 der ersten Ventilkammer 3 und
die Einzelsperrkammer 11 der zweiten Ventilkammer 5 benachbart
ist.
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Weitere Einzelheiten der Sperrkammerfunktion
sind aus 6 ersichtlich.
Demnach verfügt
die Einzelsperrkammer 10 über eine Eintrittsöffnung 12 und
eine diametral gegenüberliegende
Austrittsöffnung 13.
Ebenso verfügt
die Einzelsperrkammer 11 über eine Eintrittsöffnung 14 und
eine diametral gegenüberliegende
Austrittsöffnung 15.
Diese Eintrittsöffnungen 12, 14 und
Austrittsöffnung 13, 15 sind
unmittelbar als Ventilsitze 20 ausgebildet, welche mit den
Einzelsperrkammer-Absperrorganen 16, 17, 18, 19 zusammenwirken.
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Bei diesen Absperrorganen handelt
es sich um Hubspindelventile, deren Spindeln 25 mit pneumatisch
aktivierbaren Stellgliedern 29, 30, 31, 32 (1) an sich bekannter Bauart
zusammenwirken. Die Spindeln von jeweils einander gegenüberliegenden
Absperrorganen 16, 17 bzw. 18, 19 liegen
jeweils auf einer gemeinsamen Bewegungsachse und nicht wie in den 1 und 6 aus zeichnerischen Gründen dargestellt,
alle auf einer gemeinsamen Ebene. Diese Bewegungsachsen sind vielmehr
winkelmässig versetzt
zueinander angeordnet, wie aus 2 ersichtlich
ist. Die Distanz zwischen den beiden Achsen ist somit in Wirklichkeit
kleiner, als in den 1 und 6 dargestellt. Gemäss 2 sind die Bewegungsachsen
der Spindeln 25 um 90° zueinander
versetzt. Aus 2 ist
ausserdem ersichtlich, dass auch die Achsen der ersten Leitung 2 bzw.
der zweiten Leitung 4 winkelmässig zueinander bzw. zu den
Achsen der Spindeln 25 versetzt angeordnet sind.
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Gemäss 6 sind die Eintrittsöffnungen 12 und 14 über Rohrstutzen 41 beispielsweise
an eine Dampfquelle angeschlossen. Ebenso sind die Austrittsöffnungen 13, 15 über etwas
grössere
Rohrstutzen 42 beispielsweise an eine Kondensatableitung angeschlossen.
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Die Sperrkammer 6 mit ihren
beiden Einzelsperrkammern 10 und 11 wird durch
ein zylindrisches Sperrkammergehäuse 24 gebildet
auf dessen Längsmittelachse
stirnseitig die Ventilsitze 21 für die beiden Ventilkammer-Absperrorgane 7 und 8 sowie
in einem Zwischenbereich der Ventilsitz 26 für das Sperrkammer-Absperrorgan 9 liegen.
Das Ventilkammer-Absperrorgan 7 verfügt über eine Hohlspindel 36,
in welche die Spindel 37 für das Sperrkammer-Absperrorgan 9 gelagert
ist. Diese beiden Spindeln sind am Stellglied 27 (1) unabhängig von einander betätigbar.
Die Spindeln sind ausserdem gegenüber der ersten Ventilkammer 3 bzw.
gegenüber
der Einzelsperrkammer 10 mit je einem Faltenbalg 33 und 35 abgedichtet.
Das Ventilkammer-Absperrorgan 8 steht ebenfalls in Wirkverbindung
mit einem Stellglied 28 (1),
wobei die Ventilspindel ebenfalls mit einem Faltenbalg 34 gegenüber der
zweiten Ventilkammer 5 abgedichtet ist.
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Ersichtlicherweise sind mit einem
derartigen Prozessventil je nach Stellung der jeweiligen Absperrorgane
ganz unterschiedliche Betriebszustände möglich. Beispiele dazu sind
aus den schematischen Darstellungen gemäss den 3, 4 und 5 ersichtlich. Die Ventilkammern 3 und 5 bzw.
die Einzelsperrkammern 10 und 11 sind jeweils
nur symbolisch als Rechtecke dargestellt. Die durchgezogene Linie
stellt eine Produktleitung 38 dar. Die strichpunktierte
Linie stellt eine Dampfleitung bzw. Kondensatableitung 39 dar
und die gestrichelte Linie 40 stellt eine Reinigungsleitung
für eine
Reinigungsflüssigkeit
dar. In den einzelnen Figuren sind es in Wirklichkeit nicht verschiedene
Leitungen, sondern gleiche Leitungen, die je nach Betriebszustand
alternativ Produkt, Dampf- bzw. Kondensat oder Reinigungsflüssigkeit führen können. Die
Beispiele zeigen jeweils zwei Prozessventile 1 und 1',
welche in Wirkverbindung stehen mit einer ersten Produktionseinheit 43,
einer zweiten Produktionseinheit 44 und einer dritten Produktionseinheit 45.
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Gemäss 3 sind die Produktionseinheiten 43 und 44 in
Vorbereitung, während
die Produktionseinheit 45 gereinigt wird. Die Stellglieder 29 und 30 der
beiden Prozessventile 1 und 1' sind geöffnet, so
dass die Einzelsperrkammer 10 mit einer Dampfatmosphäre gesperrt
ist. Die Einzelsperrkammer 11 ist dabei mit Reinigungsflüssigkeit
geflutet.
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Gemäss 4 ist die Produktionseinheit 43 nach
wie vor in Vorbereitung, während
die Produktionseinheit 44 über das Prozessventil 1' mit
der Produktionseinheit 45 in Wirkverbindung steht. Am Prozessventil 1 sind
alle Stellglieder 29, 30, 31, 32 geöffnet, so
dass an den beiden Einzelsperrkammern 10 und 11 eine
Dampfatmosphäre
anliegt. Dagegen sind die gleichen Stellglieder am Prozessventil 1' geschlossen
und die beiden Einzelsperrkammern 10 und 11 sind
mit Produkt geflutet.
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Gemäss 5 erfolgt über das Prozessventil 1' eine
Produktion an den Produktionseinheiten 44 und 45,
wie beim Ausführungsbeispiel
gemäss 4. Die Produktionseinheit 43 ist
hier jedoch nicht in Vorbereitung, sondern wird mit Reinigungsflüssigkeit
gereinigt. Zu diesem Zweck ist am Prozessventil 1 die Verbindung
zwischen der ersten Ventilkammer 3 und der Einzelsperrkammer 10 geöffnet, so
dass diese beiden Kammern mit Reinigungsflüssigkeit geflutet werden. An
der Einzelsperrkammer 11 liegt zum Schutz des Produkts
in der zweiten Ventilkammer 5 eine Dampfatmosphäre an.
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Das Prozessventil (1) weist
eine an eine erste Leitung (2) anschliessbare erste Ventilkammer
(3) und eine an eine zweite Leitung (4) anschliessbare zweite
Ventilkammer (5) auf. Zwischen den beiden Ventilkammern
ist eine Sperrkammer (6) angeordnet, welche mit einem Sperrmedium
wie z.B. Dampf beaufschlagbar ist. Jede Ventilkammer (3, 5)
ist über ein
autonom betätigbares
Ventilkammer-Absperrorgan (7, 8) mit der Sperrkammer
verbindbar. Die Sperrkammer (6) ist mit einem autonom betätigbaren Sperrkammer-Absperrorgan
(9) in zwei Einzelsperrkammern (10, 11)
unterteilt, von denen jede unabhängig
von der anderen mit einem Sperrmedium beaufschlagbar ist. Diese
Anordnung erhöht
die Betriebssicherheit und ermöglicht
zusätzliche
Betriebszustände
beispielsweise beim Reinigen oder Sterilisieren der einzelnen Ventilkammern
resp. Ventilsitze.