DE4243111A1

DE4243111A1 - Aseptische Doppelsitz-Ventilvorrichtung

Info

Publication number: DE4243111A1
Application number: DE19924243111
Authority: DE
Original assignee: SUEDMO SCHLEICHER AG 73469 RIESBUERG; SUEDMO SCHLEICHER AG
Current assignee: Suedmo Holding GmbH
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2012-12-19
Also published as: DE4243111B4

Description

Die Erfindung betrifft eine aseptische Doppelsitz- Ventilvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine solche Vorrichtung ist aus DE 30 05 329 C2 bekannt geworden.

Ventilvorrichtungen dieser Art werden zum Beispiel eingesetzt in der Pharmaindustrie zur Herstellung von Parenteralia, für Forschungsarbeiten an Bioreaktoren sowie in der Gentechnologie. Auch in der Lebensmittelindustrie sind sie unentbehrlich zum Herstellen von sterilen Produkten wie H-Milch, Joghurt, Milchreis, Pudding.

Die Anforderungen an die Sterilität solcher Produkte sind in letzter Zeit immer höher geworden, womit auch die genannten Ventile immer strengeren Anforderungen genügen müssen. Prozeßgesteuerte Anlagen verlangen an den Ventilsitzen eine absolut sichere Trennung sogenannter feindlicher Flüssigkeiten (zum Beispiel Produkt einerseits und Reinigungslauge andererseits). Dies kann erreicht werden durch den Einsatz von Doppelsitz-Ventilvorrichtungen mit einem Leckageraum zwischen den beiden Ventiltellern. Eine möglicherweise aufgetretene Leckage wird hierbei durch ein Leckageablaufrohr ins Freie abgeführt.

Trotz größter Sorgfalt während des Betriebes von Anlagen, welche Doppelsitz-Ventileinrichtungen enthalten, besteht die Gefahr einer Kontaminierung des Leckageraumes über das Ablaufrohr, das mit der Außenluft in Verbindung steht. Die bekannten Doppelsitz-Ventileinrichtungen lassen sich daher lediglich in keimarmen Produktionsanlagen einsetzen, zum Beispiel für Rohmilch, Bier usw. Der Einsatz der bekannten Doppelsitz-Ventilvorrichtungen ist für Anlagen, welche höhere und höchste Anforderungen an die Bakterienfreiheit stellen, zumindest problematisch.

Abgesehen von den Anforderungen bezüglich des aseptischen Charakters solcher Ventilvorrichtungen gibt es noch weitere wichtige Anforderungen, so zum Beispiel der möglichst einfache Aufbau aus möglichst wenig Teilen, die möglichst einfache Montierbarkeit, der rasche Austausch schadhafter Teile sowie die Bedienungsfreundlichkeit und Betriebssicherheit. Die bekannten Ventilvorrichtungen lassen auch bezüglich dieser Anforderungen noch zu wünschen übrig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Doppelsitz- Ventilvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die derart gestaltet ist, daß sie den Anforderungen bezüglich der Aseptik genügt, daß sie ferner einfach im Aufbau und in der Montage, und somit relativ kostengünstig ist, daß sie bedienungs- und wartungsfreundlich ist, und daß sie betriebssicher ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche gelöst.

Wie man hieraus im einzelnen erkennt, wird durch einen ersten Erfindungsgedanken sichergestellt, daß bei einem Anlüften des einen Ventiltellers zum Zwecke der Reinigung der andere Ventilteller zuverlässig verschlossen bleibt.

Durch einen weiteren Erfindungsgedanken läßt sich der Leckageraum selbst in perfekter Weise reinigen.

Ein dritter Erfindungsgedanke betrifft die Überwachung des Zustandes eines Balges bzw. von Bälgen, die koaxial zu den Ventilschäften angeordnet sind und diese umschließen.

Ein vierter Erfindungsgedanke stellt schließlich sicher, daß die Bälge nicht unnötig beansprucht werden, und daher eine längere Lebensdauer haben.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Die Fig. 1 und 2 zeigen im Aufriß und im Schnitt eine Ventilvorrichtung; hierbei zeigt Fig. 1 die Vorrichtung mit den beiden Ventiltellern im geschlossenen Zustand, und

Fig. 2 die Ventilvorrichtung mit beiden Ventiltellern in geöffnetem Zustand.

Fig. 3 zeigt die Ventilvorrichtung gemäß der Fig. 1 und 2, wobei der eine der beiden Ventilteller zum Zwecke des Reinigens des Ventilsitzes angelüftet ist.

Fig. 4 zeigt die Ventilvorrichtung gemäß der Fig. 1 und 2, wobei der andere der beiden Ventilteller zum Zwecke des Reinigens angelüftet ist.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt der Ventilvorrichtung gemäß der Fig. 1 und 2 mit wichtigen Einzelheiten bezüglich der Bälge.

Die in den Figuren dargestellte Doppelsitz- Ventilvorrichtung umfaßt ein Gehäuse 1. Dieses weist zwei Anschlußstutzen 2, 3 für zwei Rohrleitungen auf. Die Anschlußstutzen 2, 3 sind axial zueinander versetzt angeordnet und verlaufen - in der Draufsicht gesehen - unter einem Winkel von 90° zueinander.

Das Gehäuse 1 weist zwei Ventilsitze 4, 5 auf. Diesen Ventilsitzen sind Ventilteller 4.1 und 5.1 zugeordnet, die mit den Ventilsitzen 4, 5 zusammenarbeiten. Wie man erkennt, ist in jedem Ventilteller eine Ringdichtung 4.2, 5.2 eingelassen.

Das Gehäuse beinhaltet ferner einen Leckageraum 6. Der Leckageraum befindet sich räumlich zwischen den beiden Anschlußstutzen 2, 3 und ist von einem Leckagegehäuse 6.1 umschlossen, das Bestandteil des gesamten Gehäuses 1 ist.

Der Leckageraum ist mit einem Zulaufstutzen 7 und einem Ablaufstutzen 8 ausgerüstet. Zulaufstutzen und Ablaufstutzen sind gegeneinander austauschbar, so daß ein Zulauf von Flüssigkeit auch über den Stutzen 8, und ein Abfluß über den Stutzen 7 erfolgen kann. Den beiden Stutzen ist wiederum jeweils ein Ventil 7.1 bzw. 8.1 mit entsprechendem Ventilsitz im Leckagegehäuse 6.1 zugeordnet. Die Ventile 7.1, 8.1 sind durch entsprechende Ventilantriebe 7.2, 8.2 unabhängig voneinander steuerbar.

Jeder Ventilteller 4.1 bzw. 5.1 ist mit einem Schaft 4.3 bzw. 5.3 fest verbunden. Dabei ist der obere Ventilteller 4.1 mit einem äußeren, hohlen Schaft 4.3 fest verbunden, und der untere Teller 5.1 mit dem inneren Schaft 5.3. Der innere Schaft 5.3 ist in diesem Falle massiv ausgeführt und befindet sich innerhalb des äußeren Schaftes 4.3. Die beiden Schäfte 4.3 und 5.3 sind in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar.

Im oberen Teil der Fig. 1 bis 4 erkennt man ferner einen pneumatischen Antrieb. Dieser weist einen Zylinder 10 auf, ferner drei Druckfedern sowie eine Anzahl von Kolben. Kolben 11 ist mit dem Innenschaft 5.3 derart fest verbunden, daß er gemeinsam mit diesem in axialer Richtung verschiebbar ist (Innenschaftkolben). Ein weiterer Kolben 12 ist unterhalb des Innenschaftkolbens 11 angeordnet, in diesen teilweise eingelassen und axial begrenzt frei verschiebbar. Ein dritter Kolben 13 befindet sich im oberen Teil des Zylinders 10. Dieser Kolben ist verschiebefest mit dem Innenschaft 5.3 verbunden und dient dem Anlüften des unteren Ventiltellers 5.1 (Anlüftkolben). Ein weiterer Anlüftkolben 14 dient dem Anlüften des oberen Ventiltellers 4.1. An dem Kolbenkragen 14.1 des Anlüftkolbens 14 befinden sich zwei Stellmuttern 14.2 zur Einstellung der Hubhöhe des Anlüftkolbens 14.

Der Zylinder weist in seinem oberen Bereich eine feste innere Stirnwand 15 auf, ferner eine äußere Stirnwand 16.

Es ist ein oberes Paar von Druckfedern 17, 18 vorgesehen, und zwar eine stärkere Feder 17 und eine schwächere Feder 18. Dieser Satz von Federn ergibt eine besondere Gesamt- Federcharakteristik. Die beiden Federn stützen sich mit ihren oberen Enden gegen die innere Stirnwand 15 ab, und mit ihren unteren Enden gegen den Innenschaftkolben 11. Wie man sieht, sind in den beiden genannten Bauteilen Nuten zur Aufnahme der betreffenden Federgänge vorgesehen.

Eine dritte Feder 19 ist zwischen dem Innenschaftkolben 11 und dem Außenschaft 4.3 angeordnet. Der Außenschaft 4.3 hat einen entsprechenden Absatz, gegen den sich der untere Gang der Feder 19 abstützt.

Schließlich weist der Zylinder 10 Anschlüsse für Druckluft auf, nämlich einem Anschluß 30 in der unteren Stirnwand 20, einen Anschluß 31 unterhalb des Kolbens 12 sowie einen Anschluß 32 im Raum zwischen der inneren Stirnwand 15 und der äußeren oberen Stirnwand 16.

An dieser Stelle seien die Bälge 40, 41 nur kurz erwähnt, der eine im oberen Rohrleitungsstutzen 2, und der andere im Leckageraum 6 angeordnet. Auf deren Funktion soll bei der Beschreibung von Fig. 5 noch näher eingegangen werden.

Die Ventilvorrichtung arbeitet wie folgt:
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Zustand sind die von Zylinder 10 umschlossenen Räume drucklos. Deshalb können die Kräfte der Federn 17, 18, 19 voll zur Wirkung gelangen. Der obere Federsatz 17, 18 drückt gegen den Innenschaftkolben 11 und hält diesen, und damit auch den Innenschaft 5.3 in einer unteren Position, so daß Ventil 5.1 in Schließstellung bleibt. Feder 19 befindet sich ebenfalls in einer unteren Position und überträgt die nach unten gerichtete Kraft 17, 18 über den genannten Bund des Außenschaftes 4.3 auf den Außenschaft, so daß auch dieser in seiner unteren Position gehalten wird und wenn das oberen Ventil 4.1 ebenfalls geschlossen bleibt.

Will man die beiden Ventile öffnen, so wird Druckanschluß 31 mit Druckluft beaufschlagt. Hierdurch wird Kolben 12 im Sinne einer Bewegung nach oben beaufschlagt. Er wandert solange nach oben, bis er an dem Innenschaftkolben 11 anliegt - siehe Fig. 2 - und diesen noch weiter nach oben mitnimmt, bis die beiden Kolben 12, 11 schließlich die obere, dargestellte Position erreicht haben. Dabei werden die Federn 17, 18 um ein gewisses Maß komprimiert. Entsprechend der Wanderung der Kolben 11, 12 wird der Innenschaftkolben hochgefahren. Dabei wird der untere Ventilteller 5.1 nach oben in seine Offenstellung verschoben, wobei er auch gleichzeitig den oberen Ventilteller 4.1 durch Anschlagen an einem entsprechenden Bund nach oben mitnimmt.

Die wichtigen Vorgänge bezüglich des Anlüftens zum Zwecke der Reinigung der Ventilteller sind in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht.

Wie man aus Fig. 3 erkennt, ist der obere Ventilteller 4.1 leicht "angelüftet", das heißt ein wenig von seinem Ventilsitz 4 abgehoben, so daß ein geringfügiger Spalt vorliegt. Der untere Ventilteller 5.1 befindet sich jedoch in Schließstellung und liegt somit an seinem Sitz 5 des Gehäuses 1 an. Gerade umgekehrt ist es bei dem in Fig. 4 veranschaulichten Zustand. Hier ist der obere Ventilteller 4.1 geschlossen, während der untere Ventilteller 5.1 angelüftet ist.

Ganz entscheidend ist, daß in solchen Fällen der jeweils geschlossene Ventilteller auch tatsächlich geschlossen bleibt, und nicht etwa durch den im Leckageraum sich abspielenden Reinigungsvorgang ebenfalls angelüftet wird. Die Folgen wären eine Verunreinigung vom Produkt mit höchst unerwünschten Stoffen wie Spülwasser, Reinigungsmittel, Desinfektionsmittel oder Dampf, und zwar obendrein womöglich noch unbemerkt vom Bedienungspersonal.

Gemäß der Erfindung wird daher eine Maßnahme vorgesehen, die anhand von Fig. 4 erläutert werden soll:
Wie oben erwähnt dient Drucklufteinlaß 32 dem Anlüften des unteren Ventiltellers 5.1. Tritt nämlich Luft in den Raum zwischen der inneren Stirnwand 15 und dem oberen Anlüftkolben 13, so wird dieser angehoben, bis er mit seinem Kolbenkragen 00 an der Unterfläche der verstellbaren Schraube 01 anschlägt. Dies ist auch die einstellbare Wegstrecke, die der untere Ventilteller 5.1 beim Anlüften zurückzulegen vermag.

Der beaufschlagte Luftdruck nimmt nicht nur den Anlüftkolben 13 nach oben mit, sondern er pflanzt sich auch durch eine Verbindungsbohrung 50 in den Innenraum des Zylinders 10 fort, das heißt in den Raum zwischen innerer Stirnwand 15 und Innenschaftkolben 11. Er gelangt sodann durch eine weitere Bohrung 51 im Innenschaftkolben 11 weiter nach unten, so daß er den Kolben 12 beaufschlagt. Dieser wird hierdurch nach unten verschoben, wobei er einerseits radial innen auf der Außenschaftbohrung 4.3 gleitet, und mit seinem Außenumfang im Innenschaftkolben 11. (Notwendige Abdichtungen sind als schwarze Quadrate dargestellt.) Kolben 12 stößt bei dieser nach unten führenden Gleitbewegung an einem Bund 52 an. Da Bund 52 mit dem Außenschaft 4.3 fest verbunden ist, wird auf den Außenschaft 4.3 eine nach unten gerichtete Kraft ausgeübt, und damit auch auf den oberen Ventilteller 4.1, der somit noch fester an seinen Sitz 4 angedrückt wird, als dies ohnehin durch die Federn geschieht. Damit wird eine pneumatische Verriegelung des Ventiltellers 4.1 hergestellt. Es wird somit genau derselbe Druck zum Verriegeln des einen Ventiltellers, nämlich des Ventiltellers 4.1 ausgenutzt, der zum Anlüften des anderen Ventiltellers, nämlich des Ventiltellers 5.1 verwendet wird.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Leckagegehäuses 6.1 ist ein zuverlässiges Reinigen des Leckageraumes mit allen beteiligten, angrenzenden Flächen durchführbar. Dabei ist auch sichergestellt, daß der Reinigungsvorgang ohne unnötigen Produktverlust vorgenommen werden kann. Zum Zwecke der Reinigung wird einem der beiden Stutzen 7, 8 Spülwasser, Reinigungsmittel, Desinfektionsmittel oder Dampf zugeführt; dieses Medium durchströmt den Leckageraum 6 und tritt am anderen Stutzen wieder aus. Während dieses Arbeitsvorganges sind die beiden Ventilteller 4.1, 5.1 geschlossen. Nach dem Reinigungsvorgang ist der Leckageraum 6 frei von jeglichen Reinigungsmedien, aber auch frei von vermehrungsfähigen Mikroorganismen und aktiven Viren. Die beiden Ventile 7.1, 8.1 des Leckageraumes 6 werden geschlossen, und die Ventilteller 4.1 oder 5.1 können ohne Gefahr einer Infektion von Produkt durchlaufen werden.

Wird jedoch das obere oder untere Leitungssystem bei geschlossenem Ventil im Durchlaufverfahren gereinigt und sterilisiert, so muß der entsprechende Ventilteller taktweise angelüftet werden, so wie erwähnt, um die Ventiltellerdichtung, den betreffenden Ventilsitz 4 bzw. 5 und den Leckageraum 6 zu reinigen und zu sterilisieren. Hierbei ist eines der Ventile 7.1, 8.1 des Leckageraumes 6.1 geöffnet. Die Steuerung für das sogenannte Takten ist im Antriebszylinder integriert.

Die Darstellung gemäß Fig. 5 läßt die beiden Bälge 40, 41 genauer erkennen. Der obere Balg befindet sich in Rohrstutzen 2 und ummantelt die beiden Ventilschäfte, nämlich den Außenschaft 4.3 und den Innenschaft 5.3. Der untere Balg 41 befindet sich bei geschlossenen Ventilen innerhalb des Leckageraumes 6.

Beide Bälge bestehen aus dünnwandigem Edelstahl. Sie sind verhältnismäßig empfindlich gegen Beschädigung. Sie unterliegen einer häufigen Beanspruchung zufolge des Öffnens oder auch nur Anlüftens der Ventilteller 4.1, 5.1. Hierbei werden sie auf Stauchen bzw. Strecken beansprucht. Kommt eine weitere Beanspruchungsart hinzu, so sind sie in erhöhtem Maße der Bruchgefahr ausgesetzt. Die Erfinder haben erkannt, daß eine solche weitere Beanspruchungsart vorliegt, und zwar in Gestalt der Torsion. Die Bälge sind nämlich an ihren beiden Enden an zwei verschiedenen Bauteilen befestigt, die eine - wenn auch nur geringfügige - Verdrehung relativ zueinander ausführen. Damit werden auch die Bälge selbst um ihre eigene Achse verdreht.

Zur Lösung des Problemes wird daher vorgesehen, diejenigen Teile, an denen die Bälge befestigt sind, drehfest miteinander zu verbinden, womit eine Torsion der Bälge vermieden wird. Es hat sich gezeigt, daß dies zur Vermeidung von Belastungsspitzen erheblich beiträgt und die Lebensdauer in einem überraschenden Maße steigert. Zum Herstellen der Drehfestigkeit der beteiligten Teile läßt sich beispielsweise ein Stift 45 verwenden, der die beiden Drehteller gegen relative Verdrehung sichert, und damit auch den unteren Balg 41 gegen Torsion. Ähnliche Maßnahmen lassen sich bezüglich des oberen Balges 40 ergreifen.

Sollten dennoch Schäden wie Haarrisse in den Bälgen 40, 41 auftauchen, so ist es dringend geboten, diese in irgendeiner Weise kenntlich zu machen und einen Alarm auszulösen. Zu diesem Zwecke schlagen die Erfinder vor, den Raum zwischen dem betreffenden Balg bzw. den Bälgen und den radial innen an diese angrenzenden Bauteilen hermetisch dicht zu gestalten und mit einem Medium zu füllen, beispielsweise mit einer Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit wird im vorliegenden Falle durch einen Anschlußstutzen 46 und eine Bohrung 46′ in den genannten hermetisch abgedichteten Raum eingeleitet. Eine Bohrung 47 im oberen Ventilteller 4.1 dient zum Herstellen einer leitenden Verbindung zwischen den hermetisch abgedichteten Räumen, die den Bälgen 40, 41 zugeordnet sind. Es sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, wie eine Leckage des in den genannten Räumen enthaltenen Mediums ermittelt werden kann. So könnte beispielsweise ein Drucksensor vorgesehen werden, der einen Druckabfall in den genannten Räumen erfaßt, oder eine Niveauanzeige, die bei Veränderung des Flüssigkeitsspiegels ein Alarmsignal erzeugt. Es versteht sich, daß es sich hierbei zweckmäßigerweise um eine neutrale, das heißt physiologisch unbedenkliche Flüssigkeit zu handeln hat.

Claims

1. Aseptische Doppelsitz-Ventilvorrichtung

1.1 mit einem Gehäuse (1), das Anschlußstutzen (2, 3) für zwei Rohrleitungen sowie zwei Ventilsitze (4, 5) aufweist;
1.2 mit zwei Ventilen, die jeweils einen Ventilteller (4.1, 5.1) aufweisen, der mit einem der Sitze (4, 5) zusammenarbeitet sowie mit jeweils einem Ventilschaft (4.3, 5.3);
1.3 der eine Ventilschaft (4.3) ist hohl (Außenschaft), und der andere Ventilschaft (5.3) ist im Außenschaft (4.3) sowie koaxial zu diesem angeordnet (Innenschaft);
1.4 es ist ein pneumatischer Antrieb vorgesehen, der einen Zylinder (10) umfaßt, ferner zwei Druckfedern (17, 18; 19), deren eine (erste Feder (17, 18)) zwischen einer Stirnwand (15) des Zylinders (10) und dem Innenschaft (5.3), und deren andere (zweite Feder (19)) zwischen den beiden Ventilschäften (4.3, 5.3) geschaltet ist, wobei die erste Feder (17, 18) ein Schließen des Außenschaft-Ventiltellers (4.1) bewirkt, und über die zweite Feder (19) auch ein Schließen des Innenschaft- Ventiltellers (5.1).
1.5 Es sind Mittel vorgesehen, um ein begrenztes, im Hub einstellbares Öffnen (Anlüften) des einen Ventils (4.1 bzw. 5.1) zu bewirken, während das andere Ventil (5.1 bzw. 4.1) geschlossen bleibt;
gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:
1.6 Die Anordnung ist derart getroffen, daß der zum Anlüften des einen Ventils (4.1 bzw. 5.1) notwendige Beaufschlagungsdruck zum pneumatischen Verriegeln des anderen Ventils (5.1 bzw. 4.1) ausgenutzt wird.

2. Doppelsitz-Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitende Verbindung (50, 51) vorgesehen ist zwischen einem ersten Druckraum, der zum Anlüften zu beaufschlagen ist, um das eine Ventil (5.2) anzulüften, und einem zweiten Druckraum, in dem sich ein Kolben (12) befindet, der auf das andere Ventil (4.1) im Sinne eines Verriegelns einwirkt.

3. Doppelsitz-Ventilvorrichtung, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit den folgenden Merkmalen:

3.1 Zwischen den beiden Ventilen ist ein Leckageraum (6) vorgesehen, der im wesentlichen begrenzt ist durch die beiden Ventilteller (4.1, 5.1) sowie durch die Wandung des Leckageraumes (6.1);
3.2 Der Leckageraum (6) weist einen Zuflußstutzen (7) sowie einen Abflußstutzen (8) auf.

4. Ventilvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zuflußstutzen und dem Abflußstutzen (7, 8) jeweils ein vorzugsweise steuerbares Ventil (7.1, 8.1) zugeordnet ist.

5. Doppelsitz-Ventilvorrichtung, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

5.1 Wenigstens in einem der beiden Räume, nämlich einem Rohrstutzen (2) oder dem Leckageraum (6) ist der äußere Ventilschaft (4.3) von einer Membran (40 bzw. 41) ummantelt, z. B. von einer Faltenbalgmembran;
5.2 Der ummantelte Raum ist zur Aufnahme eines fließfähigen Mediums hermetisch abgedichtet;
5.3 Der ummantelte Raum ist an einen Einlaßstutzen (46) zum Einführen des fließfähigen Mediums angeschlossen;
5.4 Es ist ein Sensor zum Erfassen des Zustandes und/oder der Menge des fließfähigen Mediums vorgesehen.

6. Doppelsitz-Ventilvorrichtung, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in axialer Richtung an die betreffende Membran (40 bzw. 41) angrenzenden Bauteile gegen relative Verdrehung gesichert sind.

7. Ventilvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung ein Sicherungsstift (45) vorgesehen ist.