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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung für eine Kolbenpumpe
mit einem teilweise mit Luft gefüllten
aufrechten Rohr, das am Einlass der Kolbenpumpe angeordnet ist,
und einem teilweise mit Luft gefüllten
aufrechten Rohr, das am Auslass der Kolbenpumpe angeordnet ist,
wobei beide aufrechten Rohre mittels eines Absperrventils miteinander
verbunden sind.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Eine
Kolbenpumpe ist eine Hochdruckpumpe der Verdrängerart, die im Wesentlichen
aus einem leistungsstarken Elektromotor, einem Getriebemechanismus
und einem Kurbelmechanismus sowie einer Pumpenanordnung mit einem
Pumpenblock, Ventilen und mehreren Stempeln oder Kolben besteht.
Die Drehbewegung von dem Elektromotor wird mittels des Getriebemechanismus
in die Hin- und Herbewegung der Kolben umgewandelt.
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Ein
bekanntes Gebiet der praktischen Anwendung für eine Hochdruckpumpe der Kolbenart
ist eine Homogenisiervorrichtung. In jenen Fällen, in denen die Hochdruckpumpe
als eine Homogenisiervorrichtung eingesetzt wird, ist der Pumpenblock
durch einen oder mehrere Homogenisierapparate oder Gegendruckapparate
ersetzt, in denen der eigentliche Homogenisierungsprozess stattfinden
kann.
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Homogenisierung
ist ein vor allem in der Molkerei-Industrie häufig eingesetzter technischer
Prozess, in dem Homogenisierung zum Teilen der Fettglobule in Milch
und zum Verhindern eines Absetzens des Rahms eingesetzt wird. Fast
sämtliche
Verbrauchermilch wird heutzutage homogenisiert. Dieser Einsatz in
der Nahrungsmittelindustrie bringt mit sich, dass nicht nur an die
Homogenisiervorrichtungen, sondern auch an alle Zusatzgeräte extrem
hohe Hygieneanforderungen gestellt werden.
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Die
Bewegung der Kolbenpumpe beinhaltet, dass bei jedem Kolbenhub auf
der Saugseite der Pumpe eine Flüssigkeitssäule des
Produkts, wie zum Beispiel Milch, beschleunigt werden muss. Dies
führt dazu,
dass der Produktstrom stark pulsiert, und um die Gefahr zu vermeiden,
dass dadurch die Pumpe und die Zusatzgeräte beschädigt werden, ist es erforderlich,
die Kolbenpumpe mit Dämpfern
zu versehen.
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In
seiner einfachsten Form besteht ein Dämpfer aus einem teilweise mit
Luft gefüllten
aufrechten Rohr, das direkt mit der Kolbenpumpe verbunden ist. Viele
auf dem Markt erhältliche
Homogenisiervorrichtungen weisen solche Dämpfer sowohl auf der Saugseite
als auch auf der Druckseite der Pumpe als Standard auf.
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Bei
den meisten praktischen Anwendungen ist die oben beschriebene Dämpferart
hinsichtlich der Dämpfung
effizient, lässt
sich jedoch normalerweise nicht im CIP-System der Molkereianlage reinigen (CIP – Cleaning
In Place). Der aufrechte Rohrabschnitt muss manuell abmontiert und
gewaschen werden. Weiterhin ist solch ein Dämpfer für aseptische Anwendungen ungeeignet,
da das aufrechte Rohr in Verbindung mit der Sterilisation der restlichen Ausrüstung schwer
zu sterilisieren ist.
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Wenn
solch ein Dämpfer
in Betrieb ist, wird die in dem aufrechten Rohr eingeschlossene
Luft im Laufe der Zeit durch den Produktstrom allmählich „verbraucht". Bisher ist es nicht
möglich
gewesen, Luft nachzufüllen,
während
die Anlage in Betrieb ist, sondern es war stattdessen erforderlich,
die Produktion anzuhalten, was sowohl zu Zeit- als auch zu Produktverlusten
führte.
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Das
Erfordernis eines höheren
Leistungsvermögens
und längerer
Laufzeiten, zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie, sowie die
Verwendung von höherem
Druck auf der Druckseite der Pumpe führen dazu, dass die oben beschriebenen
Dämpfer
eine viel zu kurze Betriebslaufzeit erreichen. Die Luft in den aufrechten
Rohren wird schnell verbraucht und es werden Produktionsunterbrechungen
erforderlich.
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Des
Weiteren gibt es auf dem Markt mehrere andere Dämpferarten. Membrandämpfer weisen
einen gasgefüllten
Raum auf, der durch eine Membran von dem Produkt getrennt ist. Der
Betrieb dieser Dämpfer
ist teuer, da die Membran oftmals ausgetauscht werden muss. Weiterhin
gibt es Spezialdämpfer,
die gesperrt und von dem Produkt gereinigt werden können, wonach
die Luft wieder nachgefüllt werden
kann. Jedoch bringt dies keine geringen Produktverluste mit sich.
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Mit
einer externen Dampfkappe versehene Spezialeinlassdämpfer weisen
viele Teile auf, die schwer zu säubern
sind und hinsichtlich Sterilität
in aseptischen Anlagen zu Problemen führen können. Eine andere Dämpferart
ist die Resonatorart, die mit dem Nachteil behaftet ist, dass sie
schwer zu säubern
ist und sich nicht für
Lebensmittelanwendungen eignet. Bekannte Dämpfer werden beispielsweise
in der US-6.089.837 und US-5.797.430 beschrieben.
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AUFGABEN DER
ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Realisierung eines
Dämpfers,
der sowohl am Einlass als auch am Auslass einer Kolbenpumpe oder
einer Homogenisiervorrichtung eingesetzt werden kann. Der Dämpfer kann
sich auch für die
hohen Drücke
eignen, die herrschen können.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Realisierung
eines Dämpfers,
der unter Verwendung des Waschsystems, das für die restliche Ausrüstung, das
heißt
in einer Molkereianlage, eingesetzt wird, voll waschbar ist.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die Dämpfer
im Betrieb mit Frischluft versorgt werden können, was zu weniger durch
die Dämpfer
verursachten Produktionsunterbrechungen und verringerten Produktverlusten beiträgt.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
der Dämpfer
auf einfache Weise für
aseptische Anwendungen ausgelegt werden kann.
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LÖSUNG
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Diese
und andere Aufgaben sind gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gelöst
worden, dass dem Dämpfer
der eingangs beschriebenen Art das kennzeichnende Merkmal verliehen
wurde, dass ein Gebläseventil
mit jedem aufrechten Rohr verbunden ist, wobei die Gebläseventile
wiederum mit einer Luftversorgungsquelle verbunden sind.
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Bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind weiterhin die in den angehängten Unteransprüchen angeführten kennzeichnenden
Merkmale verliehen worden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung unten ausführlicher
beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen
wird; darin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Dämpfers
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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2,
teilweise im Querschnitt, einen Seitenaufriss eines Gebläseventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
beigefügten
Zeichnungen zeigen nur jene Details und Teile, die zum Verständnis der
vorliegenden Erfindung wesentlich sind, und sowohl die Kolbenpumpe/Homogenisiervorrichtung
als auch andere Ausrüstung,
die in der Anlage enthalten sind, sind weggelassen worden.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Dämpfungsvorrichtung für eine Kolbenpumpe oder
eine Homogenisiervorrichtung (die Kolbenpumpe oder die Homogenisiervorrichtung
werden in den Zeichnungen nicht gezeigt), gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Dämpfungsvorrichtung
enthält
ein teilweise mit Luft gefülltes
aufrechtes Rohr 1, das an einem den Einlass der Kolbenpumpe
bildenden Rohr 2 angeordnet ist. Die Dämpfungsvorrichtung enthält auch
ein teilweise mit Luft gefülltes
aufrechtes Rohr 3, das an einem den Auslass der Kolbenpumpe
bildenden Rohr 4 angeordnet ist. Normalerweise ist die Dämpfungsvorrichtung
integral mit der Homogenisiervorrichtung oder der Kolbenpumpe ausgebildet.
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Die
beiden aufrechten Rohre 1 und 3 sind mittels eines
Rohrs 5, an dem ein Absperrventil 6 angeordnet
ist, miteinander verbunden. Das Absperrventil 6 ist so
angebracht, dass es teilweise als Sicherheitsventil und teilweise
als Ventil dienen kann, das eine Verbindung zwischen den beiden
aufrechten Rohren 1, 3 öffnen kann. Wenn es zu einer
Unterbrechung im Auslassrohr 4 der Kolbenpumpe käme, öffnet sich
das Absperrventil 6 und bildet in diesem Zustand ein Sicherheitsventil.
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Das
Absperrventil 6 wird auch beim Waschen und Sterilisieren
geöffnet.
Zum Beispiel kann die Kolbenpumpe oder die Homogenisiervorrichtung in
einer Molkereianlage enthalten sein und ist dann mit dem Waschsystem
der Anlage, einem sogenannten CIP-System (CIP: Cleaning In Place)
verbunden. Dies bedeutet, dass sowohl die aufrechten Rohre 1 und 3,
das Einlassrohr 2 der Pumpe, ihr Auslassrohr 4 sowie
das Rohr 5 zwischen den beiden aufrechten Rohren 1 und 3 mit
dem Absperrventil 6 gewaschen werden. Wenn die Anlage eine
aseptische Anlage ist, werden die in der Anlage enthaltenen Komponenten vor
der Produktion sterilisiert. Die Sterilisation wird unter Verwendung
von heißem
Wasser und auf die gleiche Weise wie das CIP-Waschen durchgeführt.
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Des
Weiteren ist ein Gebläseventil 7, 8 mit jedem
aufrechten Rohr 1 bzw. 3 verbunden. Die Gebläseventile 7, 8 können, wie
in 1, relativ weit unten am aufrechten Rohr 1, 3 angeordnet
sein, oder können
als Alternative höher
am aufrechten Rohr 1, 3 angeordnet sein. Die Gebläseventile 7 und 8 können so
ausgeführt
sein, wie aus 2 ersichtlich wird.
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Das
Gebläseventil 7, 8 (2)
weist einen Einlass 9 für
Luft oder Dampf und einen Auslass 10 auf, der mit einem
der aufrechten Rohre 1, 3 verbunden ist. Das Gebläseventil 7, 8 ist
abdichtend mit einem aufrechten Rohr 1, 3 verbunden.
Des Weiteren ist das Gebläseventil 7, 8 durch
einen Auslass 11 mit einer Art von Überlaufventil 12, 13 verbunden.
Zwischen jedem Gebläseventil 7, 8 und
dem Überlaufventil 12, 13 ist
ein Absperrventil 14, 15 angeordnet. Die Absperrventile 14, 15 werden
dazu eingesetzt, den Auslass zu schließen, wenn jedem jeweiligen aufrechten
Rohr 1, 3 über
das Gebläseventil 7, 8 Luft zugeführt wird.
In jenen Fällen,
in denen die Dämpfungsvorrichtung
für niedrigen
Druck und in einer nicht aseptischen Anlage eingesetzt wird, können die Überlaufventile 12, 13 durch
eine Form von Drosselventil oder Drosselunterlegscheiben ersetzt
werden.
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Der
Einlass der Gebläseventile 7, 8 ist
mit einer Form von gemeinsamer (nicht gezeigter) Druckluftquelle
verbunden. An jeder Einlassleitung sollte zweckmäßigerweise ein Absperrventil 16, 17 vorgesehen
sein, so dass immer jeweils ein Gebläseventil 7, 8 mit
Luft versorgt werden kann. Die Luft in der Druckluftquelle muss
reine, nahrungsmittelzugelassene Luft sein. Zur Verfügung stehender
Luftdruck von der Druckluftquelle sollte jeweils 1 bar höher sein als
der höchste
Produktdruck in der Anlage, in der die Dämpfungsvorrichtung eingesetzt
wird.
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In
jenen Fällen,
in denen die Dämpfungsvorrichtung
für hohen
Druck eingesetzt wird, ist ein Verstärker 18 erforderlich,
der die zuströmende
Luft verdichtet und gewährleistet,
dass der Luftdruck in die Gebläseventile 7, 8 hoch
genug ist. Der Verstärker 18 weist
eine Einlassluftleitung 19 für Steuerluft und eine Einlassluftleitung 20 für Zufuhrluft
auf. An der aus dem Verstärker 18 herausführenden
Leitung 21 ist zweckmäßigerweise
ein Druckmesser 22 vorgesehen, und in jenen Fällen, in
denen die Dämpfungsvorrichtung
in einer aseptischen Anlage eingesetzt werden soll, sind auch ein
Rückschlagventil 23 und
ein Absperrventil 24 vorgesehen.
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In
jenen Fällen,
in denen die Dämpfungsvorrichtung
für eine
aseptische Anwendung bestimmt ist, wird den Gebläseventilen 7, 8 Dampf
zugeführt. Die
in die Vorrichtung einströmende
Luft sollte einen Druck von ca. 1,5 bar aufrechterhalten, um aseptische
Bedingungen zu gewährleisten.
Die Dampfleitung 25 sollte zweckmäßigerweise mit einem Druckmesser 26,
einem Rückschlagventil 27 und
einem Absperrventil 28 versehen sein. Das Rückschlagventil 27 soll
verhindern, dass Luft in die Dampfleitung 26 eintritt,
ebenso wie das Rückschlagventil 23 an
der Luftleitung 21 verhindern soll, dass Dampf in die Luftleitung 21 eintritt.
Für eine
aseptische Anlage ist des Weiteren ein steriler Filter 29,
zum Beispiel ein Membranfilter, erforderlich, durch den die Luft
auf seinem Weg in die Gebläseventile 7, 8 strömt. Der
sterile Filter 29 wird durch die Dampfzufuhr aseptisch
gehalten.
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Die
Luftzufuhr erfolgt des Weiteren in bestimmten Intervallen, deren
Länge variieren
kann und die von dem Prozess abhängen,
für den
die Dämpfungsvorrichtung
eingesetzt wird. Als Alternative kann eine Form von Sensor zur Anzeige
der Menge der im aufrechten Rohr 1,3 eingeschlossenen
Luft eingesetzt werden. Durch abwechselnden Einsatz eines der Absperrventile 16, 17 wird
Luft jeweils in ein aufrechtes Rohr 1, 3 eingeleitet.
Die Luft tritt durch den Einlass 9 in das Gebläseventil 7, 8 ein,
und das Ventil 7, 8 öffnet sich in das aufrechte
Rohr 1, 3, indem der Ventilkegel 30 den
Auslass 10 öffnet.
Infolge der Ausführung
des Ventilkegels 30 wird nur ein schmaler Spalt in das
aufrechte Rohr 1, 3 geöffnet.
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Wenn
die Dämpfungsvorrichtung
für hohen Druck
eingesetzt wird, sollte das Absperrventil 14, 15 für den Auslass 11 und
für das
Gebläseventil 7, 8 geschlossen
sein, das gerade nachgefüllt
wird. In einer aseptischen Anlage ist das Ventil 28 für Dampfzufuhr geschlossen.
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Zur
Gewährleistung
der aseptischen Bedingungen bei Einsatz der Dämpfungsvorrichtung in einer
sterilen Anlage muss Dampf immer den Gebläseventilen 7, 8 zugeführt werden,
wenn diese nicht zum Nachfüllen
von Luft in die aufrechten Rohre 1, 3 verwendet
werden. Wenn die Luftnachfüllung
beendet ist, schließt
sich das Ventil 24 für
Luft und öffnet
sich das Ventil 28. Beide Ventile 16, 17 an
den Einlassleitungen der Gebläseventile 7, 8 und
die Ventile 14, 15 an den Auslassleitungen müssen geöffnet sein.
Der Ventilkegel 30 des Gebläseventils 7, 8 schließt den Auslass 10.
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Der
in die Gebläseventile 7, 8 eintretende Dampf
tritt durch den Einlass 9 ein und durchströmt den Dampfspalt 31,
um danach durch den Auslass 11 von dem Gebläseventil 7, 8 auszuweichen.
Das Gebläseventil 7, 8 kann
auch von dem Dampf gereinigt werden, der in dem Ventil 7, 8 durch
den Spalt 32 kondensiert.
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Das Überlaufventil 12, 13 kann
aus einem Gegendruckventil oder als Alternative dazu aus einer thermodynamischen
Dampffalle bestehen. Durch Aufrechterhalten eines bestimmten Überdrucks
des Dampfs wird ein effizientes Hindernis geschaffen, um aseptische
Bedingungen im Gebläseventil 7, 8 zu
gewährleisten.
Das Überlaufventil 12, 13 dient
auch als Leckanzeige bei Auftreten einer Leckage in der abdichtenden
Verbindung 10 mit dem aufrechten Rohr 1, 3.
Da die Leitungen in die Gebläseventile 7, 8 und der
sterile Filter 29 infolge der Dampfzufuhr steril sind,
wird auch die den aufrechten Rohren 1, 3 bei jedem
Nachfüllvorgang
zugeführte
Luft steril sein.
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Wie
aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgegangen ist, realisiert
die vorliegende Erfindung dadurch eine Dämpfungsvorrichtung für eine Kolbenpumpe
oder eine Homogenisiervorrichtung, die sowohl am Einlass als auch
am Auslass der Kolbenpumpe eingesetzt werden kann, dass die Dämpfungsvorrichtung
für die
erhöhten
Drücke
ausgeführt ist,
die am Auslass auftreten können.
Des Weiteren ist die Dämpfungsvorrichtung
so ausgeführt,
dass im Betrieb Luft in die aufrechten Rohre nachgefüllt werden
kann, wodurch Produktionsunterbrechungen minimiert und dadurch jegliche
durch die Dämpfer
verursachte Produktverluste reduziert werden können. Die Dämpfungsvorrichtung ist gut
für hygienische
Anwendungen ausgeführt
und kann leicht für
aseptische Anlagen ausgelegt werden.