DE4130594A1 - Membran-durchgangsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Membran-Durchgangs­ ventil mit zwei miteinander fluchtenden Rohr­ anschlußstutzen, die an das Ventilunterteil angeformt sind, und mit einem Ventiloberteil in dem ein Druckstück gelagert ist mittels dem eine Flächenmembran, die mit ihren Rändern zwischen dem Ventilunterteil und dem Ventil­ oberteil gehalten ist, gegen eine quer zu den beiden Rohranschlußstutzen sich erstreckende, stegförmige Dichtfläche des Ventilunterteils gedrückt wird, um den Durchgang zwischen den beiden Rohranschlußstutzen zu sperren.

Membranventile dieser Art werden in Rohrleitungs­ systemen z. B. in der Nahrungsmittel-, Getränke­ und Pharmaindustrie sowie in der Biotechnologie usw. bevorzugt eingesetzt. Dort sind keimfreie Verfahrensabläufe gefordert und dementsprechend sind die Rohrleitungssysteme mit dem Ventil häufigen Sterilisationszyklen ausgesetzt. Dabei wird eine sogenannte CIP-Reinigung (Cleaning in Place) angestrebt.

Membran-Durchgangsventile bekannter Bauart und Materialbeschaffenheit können die Forderung nach absoluter Keimfreiheit (Asepsis) nach einer CIP-Reinigung nur bedingt erfüllen, da es immer wieder im Ventilkörper zur Ansammlung von Rest­ mengen/Ablagerungen von Produkt- oder Reinigungs­ stoffen kommt, die auch dann nicht rückstandslos aus dem Durchgangsventil herausgebracht werden können, wenn man vor und hinter dem Ventilkörper sogenannte Restentleer-Ventile zu Spülzwecken ein­ baut. Dies gilt insbesondere für solche Ventile, die in dem jeweiligen Rohrleitungssystem waage­ recht eingebaut sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Membran-Durch­ gangsventil für Produktionsabläufe in den ge­ nannten Industrien zu entwickeln, das trotz der CIP-Reinigung eine größtmögliche Keimfreiheit gewährleisten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß die Dichtfläche des Ventilunterteils, quer zur Durchgangsrichtung betrachtet, auf einem Kreisbogen verläuft (nachfolgend Dichtungs­ bogen genannt), und daß die in die Ebene des Kreisbogens projizierten Durchflußquerschnitte der Rohranschlußstutzen innerhalb des Dichtungs­ bogens liegen und im tiefsten Scheitelpunkt des Dichtungsbogens diesen berühren.

Ein Hauptmerkmal des neuen Membranventils ist darin zu sehen, daß dieses nach der Lehre der Erfindung ohne den bisher bei Membran-Durchgangs­ ventilen verwendeten Mittelsteg arbeitet, der im Ventilunterteil quer zu und zwischen den beiden Rohranschlußstutzen bis nahezu in die Ebene der Randfestlegung der Flächenmembran hochgezogen ist, um den Durchgang zwischen den beiden Rohranschluß­ stutzen zu sperren, wenn die Flächenmembran mittels des Druckstücks gegen diesen hochstehenden Mittelsteg abdichtend anliegt.

Demgegenüber ist mit dem neuen Membranventil erst­ mals ein Ventilunterteil mit glattem Innendurch­ gang geschaffen, da der erfindungsgemäße Dichtungs­ bogen die Durchflußquerschnitte der miteinander fluchtenden Rohranschlußstutzen untergreift, und zwar so, daß der tiefste Scheitelpunkt des Dichtungsbogens in der Ebene der Sohle der beiden Rohranschlußstutzen liegt.

Das ergibt den glatten Innendurchgang im Ventil­ unterteil mit folgenden Vorteilen.

Das neue Ventil garantiert ohne besondere Maß­ nahmen eine 100%-ige Leerlaufsicherheit bei einer CIP-Reinigung auch dann, wenn es im Rohr­ leitungssystem waagerecht eingebaut ist. Hier­ durch ist sichergestellt, daß nach den üblichen Reinigungs- und Sterilisationszyklen keine Rest­ mengen an Produktions- oder Reinigungsstoffen im Ventil verbleiben, so daß eine 100%-ige Keim­ freiheit dieser neuen Membran-Durchgangsventile auch dann gewährleistet werden kann, wenn diese während ihrer gesamten Lebensdauer nur immer CIP-gereinigt werden.

Das neue Membranventil hat den weiteren strömungs­ technischen bzw. verfahrenstechnischen Vorteil, daß die Druckverluste im Ventil um ein Mehrfaches gegenüber den herkömmlichen Membranventilen mit hochgezogenem Mittelsteg geringer sind und daß die Durchsatzleistung des neuen Membranventils dem der Rohranschlußstutzen entspricht. Prozeßtechnisch bedeutet dies nicht nur eine beachtliche Energie­ einsparung, sondern auch eine erhebliche Schonung der Produktstoffe, die gerade im Bereich der Industrien der Nahrungsmittel-, Getränke-, Pharma­ und Biotechnologie, in denen diese keimfrei zu haltenden Membranventile bevorzugt benutzt werden, besonders empfindlich auf übermäßige Druckein­ wirkungen reagieren.

Der neue Dichtungsbogen im Ventilunterteil arbeitet in bekannter Weise mit der Flächen­ membran zusammen, die mittels eines in Richtung des Dichtungsbogens vorschiebbaren Druckstücks gegen den Dichtungsbogen zur abdichtenden An­ lage gebracht wird. Je nach Materialeigenschaft, insbesondere des Dehnungsvermögens der Flächen­ membran, können im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre Dichtungsbogen mit unterschiedlichen Radien verwendet werden.

Um die Dichtwirkung zwischen Flächenmembran und Dichtungsbogen zu verbessern ist es nach Anspruch 3 zweckmäßig, die Flächenmembran mit einem gegen den Dichtungsbogen vorspringenden Dichtungssteg auszuformen.

Besonders vorteilhaft ist es für die Flächen­ membran wenn als Druckstück gemäß Anspruch 2 eine Kugelkalotte Verwendung findet. Die Flächen­ membran wird dann über ihre gesamte Flächener­ streckung gleichmäßiger belastet und verursacht in ihren Öffnungs-Zwischenpositionen wegen der Kugelform geringere Strömungsverwirbelungen mit entsprechend geringeren Druckverlusten.

Auch ist es für die Belastung der Flächenmembran von Vorteil, das gegen die Flächenmembran arbeitende Druckstück nach Anspruch 4 verdreh­ sicher im Ventiloberteil zu führen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Membran-Durchgangsventils kann nach Anspruch 5 vorgesehen sein, einen Stift als Verdrehsicherungselement zu verwenden, der mit paralleler Ausrichtung zur Vorschubrichtung des Druckstücks in dem Druckstück befestigt ist, und der mit seinem Kopf durch eine Gleitbohrung im Ventiloberteil hindurchragt, wobei der Kopf­ überstand des Stiftes über das Gehäuse des Ventil­ oberteils als Positionsanzeige für die Position der an dem Druckstück im Bereich gegenüberliegend dem Dichtungsbogen festgehaltenen Flächenmembran verwendet ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Membran­ ventil,

Fig. 2+3 die Vorder- bzw. die Drauf­ sicht auf das Ventilunterteil des Ventils nach Fig. 1.

Das Ventilunterteil 4 besitzt die beiden mit­ einander fluchtenden Rohranschlußstutzen 5 und 6. Es besitzt einen gegen das Ventiloberteil 7 ge­ richteten kreisrunden Flansch 8, wie dies am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Das Ventiloberteil 7 besitzt den entsprechenden Gegenflansch 9 und beide Flansche 8 und 9 sind mit einem Klemmring 10 gegeneinander verspannt. Dabei wird zugleich der Rand 11 der Flächen­ membran 12 zwischen dem Ventilunterteil und dem Ventiloberteil festgeklemmt derart, daß er dichtend am Ventilunterteil anliegt.

In der Gehäusedecke des Ventiloberteils ist eine Spindel 13 rotierbar, aber axial unverschieb­ lich gelagert. Das Rotieren der Spindel erfolgt dargestellungsgemäß mittels des Handrades 14, kann natürlich aber auch mit Servomotoren o. dergl. erfolgen.

Bei Rotation der Spindel 13 wird das in der Funktion einer Laufmutter auf der Spindel sitzende Druckstück 15 angehoben oder abgesenkt. Dabei wird die Flächenmembran 12, die an ihrem tiefsten Scheitelpunkt mittels einer Kopf­ schraube 16 am Druckstück befestigt ist, ent­ sprechend mit angehoben oder abgesenkt.

Die jeweilige angehobene oder abgesenkte Position des Druckstücks bzw. der Flächenmembran wird durch den Stift 17 angezeigt, der in eine Bohrung des Druckstücks 15 eingepreßt ist und in einer Gleitbohrung in der Gehäusedecke des Ventilober­ teils läuft. Gleichzeitig übernimmt dieser Stift 17 auch die Funktion einer Verdrehsicherung für das Druckstück 15.

Die Flächenmembran 12 besitzt einen gegen die Dichtfläche im Ventilunterteil vorstehenden Dichtungssteg 18, der bis in die Ebene des Randes 11 der Flächenmembran durchläuft und dort in Ausnehmungen 19 in dem Ventilunterteil (vergl. Fig. 2 und 3) eingreift. Dadurch ist auch für die Flächenmembran 12 eine Verdrehsicherung vorhanden, so daß der vorstehende Dichtungs­ steg 18 immer genau in seiner zugeschriebenen Position verbleibt.

Gemäß der Lehre der Erfindung verläuft die Dichtfläche des Ventilunterteils 4, quer zur Durchgangsrichtung betrachtet (siehe Fig. 2 und 3), auf einem Kreisbogen 20, der erfindungsgemäß als Dichtungsbogen 20 bezeichnet ist.

Dieser Dichtungsbogen ist in dem Ventilunterteil so angeordnet (vergl. Fig. 2), daß die in die Ebene des Dichtungsbogens 20 projizierten Durch­ flußquerschnitte 21 der Rohranschlußstutzen 5 und 6 innerhalb des Dichtungsbogens 20 liegen, und zwar derart, daß der Dichtungsbogen in seinem tiefsten Scheitelpunkt die freien Durchflußquer­ schnitte der Rohranschlußstutzen berührt. Hier­ durch entsteht der glatte Innendurchgang bei dem dargestellten neuen Membran-Durchgangsventil.

Claims (5)

1. Membran-Durchgangsventil

• - mit zwei miteinander fluchtenden Rohranschluß­ stutzen, die an das Ventilunterteil angeformt sind,
• - und mit einem Ventiloberteil , in dem ein Druck­ stück gelagert ist mittels dem eine Flächen­ membran, die mit ihrem Rand zwischen dem Ventil­ unterteil und dem Ventiloberteil gehalten ist, gegen eine quer zu den beiden Rohranschlußstutzen sich erstreckende, stegförmige Dichtfläche des Ventilunterteils gedrückt wird, um den Durchgang zwischen den beiden Rohranschlußstutzen zu sperren, dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Dichtfläche des Ventilunterteil (4), quer zur Durchgangsrichtung betrachtet, auf einem Kreisbogen (20) verläuft (nachfolgend Dichtungs­ bogen (20) genannt),
• - und daß die in die Ebene des Kreisbogens proji­ zierten Durchflußquerschnitte (21) der Rohran­ schlußstutzen (5, 6) innerhalb des Dichtungs­ bogens (20) liegen
• - und im tiefsten Scheitelpunkt des Dichtungs­ bogens (20) diesen berühren.

2. Membran-Durchgangsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Druckstück (15) als Kugelkalotte ausge­ bildet ist.

3. Membran-Durchgangsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Flächenmembran (12) einen quer gegen den Dichtungsbogen (20) vorstehenden Dichtungs­ steg (18) aufweist.

4. Membran-Durchgangsventil nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das gegen die Flächenmembran (12) arbeitende Druckstück (15) verdrehsicher im Ventiloberteil (7) geführt ist.

5. Membran-Durchgangsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Verdrehsicherungselement ein Stift (17) verwendet ist, der mit paralleler Ausrichtung zur Vorschubrichtung des Druckstücks (15) in dem Druckstück befestigt ist
• - und der mit seinem Kopf durch eine Gleitbohrung im Ventiloberteil hindurchragt, wobei der Kopf­ überstand des Stiftes über das Gehäuse des Ventiloberteils als Positionsanzeige für die Position der an dem Druckstück im Bereich gegen­ überliegend dem Dichtungsbogen festgehaltenen Flächenmembran verwendet ist.