DE3527738C2 - Klappenventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Klappenventil, insbesondere für Medien höchsten Reinheitsgrades mit einer in einem Gehäuse auf einer Schaltwelle gelagerten Klappenscheibe.

Ein derartiges Klappenventil ist in der deutschen Auslegeschrift 17 50 961 beschrieben. Dieses Ventil läßt sich nur hinsichtlich seines vom Medium durchströmbaren Raumes mit Dampf oder auf andere Weise sterilisieren, wenn der Mediumstrom unterbrochen und anstelle des strömenden Mediums Dampf durch alle Rohrleitungen geschickt wird.

In vielen Verfahrensbereichen, insbesondere in der Pharmazie, unterliegen die Medien in den verschiedenen Prozeßstufen jedoch höchsten Reinheitsanforderungen. Die betreffenden Armaturen müssen daher regelmäßig desinfiziert oder sterilisiert werden. Ein höchster Reinheitsgrad läßt sich dauerhaft und sicher nur durch ein Sterilisieren erreichen, insbesondere durch eine gegenüber einer Heißluftsterilisation wirksamere Dampfsterilisation. Bei der Dampfsterilisation wird gespannter Dampf mit einer Temperatur bis 135°C verwendet.

Die an solchen Prozessen beteiligten Ventile sollen so beschaffen sein, daß trotz der beweglichen Ventilteile absolut keine Bakterien in den Prozeß gelangen. Insbesondere bei Vakuumprozessen dürfen keine Bakterien von außen durch Lufteintrag in den Prozeß gelangen.

Um den Eintritt von Bakterien in den Prozeß zu verhindern, ist es gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 32 20 963 bekannt, die die Klappenscheibe tragende Schaltwelle einseitig in einem Gehäusesackloch zu lagern und auf der anderen Seite ein äußeres und ein inneres Dichtungssystem in Gestalt von nachziehbaren Stopfbuchspackungen anzuordnen und in einen Zwischenraum zwischen den Stopfbuchspackungen eine unter Druck stehende Flüssigkeit als Sperrflüssigkeit oder als Spülflüssigkeit zu schicken. Eine Sterilisation ist mit dieser Maßnahme nicht verbunden.

Demgegenüber ist aus der US-Patentschrift 36 33 607 ein bereichsweise sterilisierbares Eckventil bekannt, bei dem sich ein Ventilkörper axial gegen einen Ventilsitz oder von ihm weg bewegen läßt und dabei ein Ventilschaft mehr oder weniger weit aus dem Gehäuse tritt. Um zu verhindern, daß sich an dem aus dem Gehäuse herausragenden Schaft absetzende Bakterien in das Gehäuseinnere gelangen, ist ein äußeres und ein inneres Dichtungssystem vorgesehen. Durch den Zwischenraum zwischen dem äußeren und dem inneren Dichtungssystem läßt sich Dampf oder eine andere Sterilisierflüssigkeit leiten. Auf ähnliche Weise läßt sich eine Ringdichtung am Gehäuse durch Einleiten von Dampf oder einer Sterilisierflüssigkeit steril halten. Bei diesem Eckventil beschränkt sich das Sterilisieren auf den aus dem Gehäuse herausbewegbaren Bereich des Ventilschafts und auf einen kleinen Bereich einer Ringdichtung am Gehäuse. Der Ventilkörper selbst und der damit verbundene Teil des Ventilschafts läßt sich nicht sterilisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Klappenventil zu schaffen, bei dem ein Produktstrom sicher vor bakteriellen und anderen Verunreinigungen aus der Ventilumgebung geschützt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Klappenventil mit einem Gehäuse gelöst, das eine Ein- und eine Austrittsöffnung und dazwischen einen vom Medium durchströmbaren Raum aufweist, in dem die Klappenscheibe angeordnet ist, die einen sich diametral durch sie erstreckenden Klappenhohlraum aufweist, in dem koaxial die Schaltwelle aufgenommen ist, die in der sich beidseitig des vom Medium durchströmten Raumes durch das Gehäuse erstreckenden Schaltwellenaufnahmebohrung gelagert ist, wobei der Klappenhohlraum und die Schaltwellenaufnahmebohrung gemeinsam einen von einem sterilisierend wirkenden Fluid vollständig durchströmbaren Hohlraum mit einem Einlaßventil und einem Auslaßventil bilden, der durch ein inneres Dichtungssystem gegen den vom Medium durchströmbaren Raum und durch ein äußeres Dichtungssystem gegen die Umgebung des Klappenventils abgedichtet ist. Die durchgehende Schaltwelle erlaubt eine schwimmende Lagerung der Klappenscheibe, d. h. die Klappenscheibe ist nicht fest mit der Welle verbunden, sondern von dieser geführt, so daß bei Wärmeausdehnungen Spannungen vermieden werden.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß eine Dampfsterilisation eine sichere und dauerhafte Sterilisation gewährleistet, kann das Fluid aus gespanntem, unter einem höheren Druck als das Produktmedium stehenden, sterilem Dampf bestehen. Der höhere Dampfdruck verhindert, daß selbst bei Versagen des inneren Dichtungssystems, beispielsweise bei Vakuumprozessen, bakterielle Verunreinigungen in den Produktstrom gelangen; vielmehr gelangt lediglich steriler Dampf in den Prozeß.

Damit die Schaltwelle gleichmäßig vom Dampf umgeben ist, kann diese mit einem über ein Dampfeinlaßventil versorgten Ringkanal verbundene Langkanäle aufweisen.

Wenn das innere Dichtungssystem aus jeweils einem konzentrisch zur Schaltwelle angeordneten Dichtring am oberen und am unteren Ende der Berührungsflächen von Klappenscheibe und Gehäuseauskleidung besteht, läßt sich der das Medium aufnehmende Raum, im folgenden Prozeßraum genannt, sicher gegen den die Schaltwelle aufnehmenden Klappenhohlraum abdichten. Um die aus Ringkanal und Längskanälen bestehende Dampfkammer nach außen, beispielsweise gegen die Atmosphäre abzudichten, kann das äußere Dichtungssystem aus mehreren die Schaltwelle umschließenden O-Ringen sowie je einem zwischen Gehäuseauskleidung und Gehäuse konzentrisch zur Schaltwelle angeordneten Dichtring bestehen.

Der über das Einlaßventil in die Dampfkammer tretende Sterildampf kann über ein in einem die Dampfkammer ebenfalls nach außen abdichtenden Verschlußstopfen gelagertes Auslaßventil austreten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Teilschnitt eines Klappenventils,

Fig. 2 einen Querschnitt der Schaltwelle gemäß Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt der Schaltwelle gemäß Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt der Schaltwelle gemäß Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen Querschnitt der Schaltwelle gemäß Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1,

Fig. 7 eine zu Fig. 6 alternative Dichtung und

Fig. 8 eine weitere zu Fig. 6 alternative Dichtung.

Das Klappenventil 1 besteht aus einem Gehäuse 2, einer Klappenscheibe 3 und einer das Gehäuse 2 ganz oder teilweise und die Klappenscheibe 3 ganz durchdringenden Schaltwelle 4. Das zweiteilige, im wesentlichen ringförmige Ventilgehäuse 2 geht in seiner oberen Hälfte in einen Hals 5 mit einem Flansch 6 über und ist mit einer Auskleidung 7 hoher Dichte versehen. Einen dichten Sitz der Klappenscheibe 3 in der Schließstellung gewährleisten zwei zwischen dem Gehäuse 2 und der Gehäuseauskleidung 7 angeordnete elastische Halbschalen 8, die nicht mit dem Medium in Berührung kommen und daher von diesem auch nicht angegriffen werden können.

Oben und unten im Bereich des Durchtritts der Schaltwelle 4 vom Gehäuse 2 in die Gehäuseauskleidung 7 und von dort in die Klappenscheibe 3 angeordnete Dichtringe 9 und 10 dichten den nicht dargestellten Prozeßraum sicher und dauerhaft - auch unter Temperaturlastwechsel - gegenüber der Schaltwelle 4 und damit nach außen ab. Die Fig. 6 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Dichtringe 10, die ebenso wie die Dichtringe 9 ausgebildet sind.

Eine zusätzliche Abdichtung des Prozeßraums gegen äußere Einflüsse wird durch eine Dampfsterilisation der Schaltwelle 4 erreicht. Steriler Dampf gelangt über ein in eine die Halswandung 5 durchdringende Bohrung reichendes Einlaßventil 11 in einen Ringkanal 12. Gegenüber dem Einlaßventil 11 befindet sich eine Sicherungsschraube 13.

Vom Ringkanal 12 gelangt der Dampf über vier gleichmäßig am Umfang der Schaltwelle 4 angeordneten Dampfkanäle 14 in die durch einen Verschlußstopfen 16 mit integriertem oder separat angeordnetem Auslaßventil 17 abgedichtete Schaltwellenaufnahmebohrung 15 und zur unteren Hälfte des Gehäuses 2. Die Schaltwellenaufnahmebohrung 15 wird andererseits, also an dem dem Verschlußstopfen 16 gegenüberliegenden Ende, durch mehrere die Schaltwelle 4 umgebende und vom Gehäuse 2 umschlossene O-Ringe 18 abgedichtet.

Die Schaltwelle 4 besitzt in ihrem aus dem Gehäuse 2 ragenden Teil einen quadratischen Querschnitt und in dem vom Gehäuse 2 und der Gehäuseauskleidung 7 umgebenen Teil einen kreisförmigen Querschnitt (Fig. 2, 3, 5), der unterhalb des Ringkanals 12 vier gleichmäßig am Umfang verteilte, halbkreisförmige, die Dampfkanäle 14 darstellende Einkerbungen aufweist, die mit den Einkerbungen des im Bereich der Klappenscheibe 3 im wesentlichen quadratischen Querschnitts der Schaltwelle 4 (Fig. 4) in Verbindung stehen.

Die Fig. 2 bis 5 verdeutlichen den Wechsel im Querschnitt der Schaltwelle 4. Oberhalb und unterhalb des Ringkanals 12 sowie mit ihrem dem Verschlußstopfen 16 zugekehrten Ende lagert die Schaltwelle 4 jeweils in einer als erwartungsfreies Gleitlager ausgeführten Buchse 19.

Das vor allem im Chemiebereich zum Absperren, Drosseln und Regeln von korrosiven und abrasiven Medien geeignete Klappenventil ist wegen seines einfachen Aufbaus nicht nur leicht und raumsparend, sondern läßt sich auch einfach montieren und betätigen; es ist diffusionsdicht, vor allem aber aufgrund seines doppelten Dichtungssystems gas- und flüssigkeitsdicht sowie vakuumfest. Vor allem aber gewährleistet das erfindungsgemäße Klappenventil, daß nicht Verunreinigungen von außen über die Schaltwelle in den Prozeßraum gelangen.

Bei mehreren Monaten dauernden Versuchen wurde in erfindungsgemäßes Klappenventil an besonders kritischen Stellen, nämlich im Bereich des Einlaßventils 11, der Dichtringe 9 und des Verschlußstopfens 16, mit einem biologischen Indikator geimpft, der, nachdem Sterildampf von 131°C jeweils dreißig Minuten lang sowohl die Schaltwelle umströmt, als auch den Prozeßraum durchströmt hatte und beide Räume mit Sterilluft ausgeblasen worden waren, auf eine Nährlösung gegeben wurde. Bei allen Versuchen ergab sich, daß der gesamte biologische Indikator abgetötet war. Alle Dichtungssysteme funktionierten einwandfrei.

Claims (5)

1. Klappenventil (1), insbesondere für Medien höchsten Reinheitsgrades, mit einem Gehäuse (2), das eine Ein- und eine Austrittsöffnung und dazwischen einen vom Medium durchströmbaren Raum aufweist, in dem die Klappenscheibe (3) angeordnet ist, die einen sich diametral durch sie erstreckenden Klappenhohlraum aufweist, in dem koaxial die Schaltwelle (4) aufgenommen ist, die in der sich beidseitig des vom Medium durchströmten Raumes durch das Gehäuse erstreckenden Schaltwellenaufnahmebohrung (15) gelagert ist, wobei der Klappenhohlraum und die Schaltwellenaufnahmebohrung (15) gemeinsam einen von einem sterilisierend wirkenden Fluid vollständig durchströmbaren Hohlraum mit einem Ein- (11) und einem Auslaßventil (17) bilden, der durch ein inneres Dichtungssystem (9) gegen den vom Medium durchströmbaren Raum und durch ein äußeres Dichtungssystem (10, 16, 18) gegen die Umgebung des Klappenventils (1) abgedichtet ist.

2. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwelle (4) mindestens einen mit einem über ein Dampfeinlaßventil (11) versorgten Ringkanal (12) verbundenen Längskanal (14) aufweist.

3. Klappenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Dichtungssystem aus jeweils einem konzentrisch zur Schaltwelle (4) angeordneten, die Berührungsflächen von Klappenscheibe (3) und einer Gehäuseauskleidung (7) begrenzenden sowie sowohl in die Klappenscheibe (3) als auch in die Gehäuseauskleidung (7) je hälftig eingreifenden Dichtring (9) besteht.

4. Klappenventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Dichtungssystem jeweils aus einem konzentrisch zur Schaltwelle (4) angeordneten, in der Berührungsfläche zwischen der Gehäuseauskleidung (7) und dem Gehäuse (2) angeordneten sowie sowohl in die Gehäuseauskleidung (7) als auch in das Gehäuse (2) eingreifenden Dichtring (10) sowie aus mehreren, die Schaltwelle (4) umschließenden O-Ringen (18) und einem Verschlußstopfen (16) besteht.

5. Klappenventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2) an dem Einlaßventil (11) in Achsrichtung gegenüberliegenden Ende ein im Verschlußstopfen (16) oder separat seitlich oberhalb des Verschlußstopfens (16) im Gehäuse (2) sitzendes Dampfauslaßventil (17) angeordnet ist.