WO2014009362A2 - Ventil umfassend ventilstempel und ventilgehäuse sowie ein füller - Google Patents

Ventil umfassend ventilstempel und ventilgehäuse sowie ein füller Download PDF

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control unit
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Stefan PÖSCHL
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    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/02—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with screw-spindle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K41/00—Spindle sealings
    • F16K41/10—Spindle sealings with diaphragm, e.g. shaped as bellows or tube

Definitions

  • Valve comprising valve plunger and valve housing and a filler
  • the invention relates to a valve and a filler for filling containers, in particular bottles, and a corresponding method using a corresponding valve.
  • DE 1 1 30 235 B shows a pressure-relieved valve, in particular a steam valve, wherein a piston-like closure piece is guided in a sleeve located in the inflow space of the valve.
  • the protruding into the outflow chamber of the valve part of the closure piece thereby forms a truncated cone with a concave curved surface, at the opposite end of a relief space is provided, which is on the one hand with the inflow via a narrow guide gap between the sleeve and closure piece in communication and on the other hand via a in Inside the closure piece located Vorhubventil and guided through the closure piece channel with the outflow space is connectable.
  • the pressure-relieved valve of DE 1 1 30 235 B is characterized in that a plurality of channels running inwards to the pre-stroke valve are arranged through the concavely curved lateral surface of the closure piece end.
  • valves are known which are used for example in aseptic systems and meet the sterility requirements.
  • DE 203 17 882 U1 discloses a process valve having a plurality of valve chambers, wherein a blocking chamber which can be acted upon by a blocking medium is arranged between the valve chambers and each valve chamber has an autonomously actuable valve chamber obturator, whereby it can be connected to the blocking chamber.
  • This process valve further comprises an autonomously operable barrier chamber obturator, whereby the barrier chamber can be divided into at least two individual lock chambers, which are each acted upon independently with a barrier medium.
  • valves mentioned have the disadvantage that they can either be relieved of pressure, but can not be operated aseptically or can be operated aseptically, but are not pressure-relieved.
  • the invention is therefore based on the object to provide a valve that can work both pressure relieved and can be performed aseptically and at the same time is as little as possible prone to failure and flexible. It is a further object to provide an improved filler. solution
  • the valve is preferably a proportional valve, and includes a valve stem within a valve housing, wherein a drive is provided which can change the position of the valve stem and wherein the valve housing a first valve region for supply and a second valve region for discharge and a valve opening between the first and the second valve region, which can be closed by the valve stamper, wherein a first bellows is provided in the first valve region, which is mounted on the valve stem and the valve housing and a second bellows is provided in the second valve region, which is mounted on the valve stem and the valve housing ,
  • a pressure relief of the valve stem can be achieved by the use of the two bellows and at the same time can be realized by the isolation of the moving parts of the valve stem from the interior of the valve housing, which is filled with a medium, an aseptic process.
  • Each of the two bellows is immovably connected to the valve body at one of its respective ends. The other end is connected to the movable valve stamper.
  • the valve is characterized in that the first and the second bellows are a metal bellows or a Teflon bellows. Both are particularly resistant to applied pressure and also allow reliable drainage of any remaining on the folds of the bellows fluid residues. This continues to support the sterility of the valve.
  • valve opening is arranged on a central part located in the middle of the valve housing.
  • a possible symmetrical design of the valve, in particular the valve opening, based on the valve housing, allows a uniform pressure distribution in both areas of the valve and also allows a reliable construction of the valve.
  • the first and the second bellows have the same outer dimensions, in particular the same number of folds or the same geometry. As a result, a uniform pressure relief in both directions of the valve stem can be achieved, and thus both the opening and closing of the valve can be performed as depressurized as possible.
  • the drive of the valve stem is arranged outside of the valve housing. This prevents contamination of the product, for example by inadvertently entering the circulation lubricant, arise and the construction of the valve stem itself within the valve housing and in particular surrounded by the bellows, can be reduced.
  • the drive is disposed within the valve housing within the first or second bellows.
  • the drive is a stepper motor.
  • stepper motors By the use of stepper motors, a very accurate regulation of the valve, in particular of the flow, is possible, which is advantageous especially when used in a proportional valve. It can be used instead of the stepping motor but also a solenoid, a servo motor, a piezo motor or a similar drive.
  • the valve includes a control unit that can control the position of the valve stem relative to the valve opening. This automated control of the valve also allows its use in fully automatic production processes, such as in filling systems and related processes.
  • valve stem has a cross-sectional area exposed to the fluid pressure, which corresponds to the hydraulically acting cross-sectional area of a bellows of the bellows.
  • a filler for filling containers with liquid comprising a plurality of filling stations, in particular a rotary machine, can be constructed, which is characterized in that at one, preferably at each filling station, a valve and a flow meter or a weighing cell or other measuring means for determining the current flow speed and the previously filled flow rate are provided, which are connected via a control unit, wherein the control unit can control the valve so that a predetermined volume flow of the liquid is achieved and the flow meter can measure the volume flow and pass data to the control unit. This can be done for example by an inline control of the flow rate or by adjusting a predetermined flow curve.
  • the filler is characterized in that the valve or each valve is a valve according to the above embodiments.
  • a method for filling containers with a filler comprising a plurality of filling stations can be realized, the method being characterized in that a control unit regulates the volume flow by controlling a valve and the volume flow is measured by a flow meter becomes.
  • a control unit regulates the volume flow by controlling a valve and the volume flow is measured by a flow meter becomes.
  • the method is characterized in that the control unit controls the volume flow by controlling a valve according to the above embodiments.
  • a valve controls the volume flow by controlling a valve according to the above embodiments.
  • a major advantage of using a proportional control valve is the increase in engine power by reducing fill times.
  • FIG. 1 Schematic representation of a valve according to the invention.
  • FIG. 2 Schematic representation of a bellows of the valve with valve stamp.
  • FIG. 3 Schematic representation of the operation of a valve according to the invention.
  • FIG. 4 Schematic representation of a filler Detailed description of the figures
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a valve 100 according to the invention.
  • valve housing 101 includes a valve housing 101. It is advantageous if the valve housing 101, as shown in Fig. 1 as a one-piece valve housing 101 is formed. At least one supply line 102 and one discharge line 103 are connected to this valve housing. Further supply lines or discharges may be provided if liquids or gases from a plurality of containers are to be supplied to the valve or the liquid or the gas from the valve into a plurality of further containers or lines to be dissipated. Furthermore, the valve comprises a valve stem 104, which is connected, for example, via a linkage 106 to a drive 107. In this case, this drive both au ßer distress and within the valve housing
  • the valve comprises two bellows 1 10 and 120 which are respectively connected to the valve stem 104 and the valve housing 101.
  • the upper bellows 1 10 is connected to the upper end of the valve stem 104 optionally via additional seals 105 and at the same time there is a connection of the upper bellows 1 10 with the upper portion of the valve housing 101st
  • additional seals 105 may also be provided here, which seal the connection point with respect to the interior of the valve housing 101 in such a way that no gas or liquid can penetrate into this area or, for example, leakage of lubricating fluid, which may adversely affect the sterility of the valve.
  • the bellows 1 10 or 120 may also be gas-tight or liquid-tight welded to the valve housing 101 and / or the valve stem 104. Also, in Fig. 1 nor an O-ring 190 can be seen. This serves as a seal to completely close the valve. The closure takes place at the valve seat. As can be seen from Fig. 1, only one valve seat is provided here. This is located in the upper chamber or the inlet chamber. Together with the O-ring shown so seals the valve opening and the valve in the closed state. The aseptic process control is ensured in particular by the bellows. The use of an O-ring 190 is not mandatory. Likewise, a molded seal can be provided. Between rod or piston 106 and the bellows 1 10, a gap 194 is shown.
  • this gap can in principle have any dimensions, it is advantageous if the inner diameter of the bellows 110 and the diameter of the piston are such that the bellows 110 does not permanently rub against the piston 106 (to avoid damage due to friction) However, in the case of pressure peaks on the piston 106 can support. This ensures that the bellows can assume its sealing function during the up and down movement of the piston 106. At pressure peaks zen, which can be far above the pressure incurred in normal operation (a few bar), for example, up to 50bar, the piston can then serve to stabilize the bellows, which can be supported on this.
  • a leakage bore 196 of the Balregückschreib be provided.
  • a leakage bore 196 is provided which connects the Balregückschreib with a certain exit point on the valve housing 101.
  • the Balgschreib fill in a crack in the bellows 1 10 and 120 with the guided through the valve liquid. Through the bore 196, this liquid inlet can be detected in the Balgschreibraum, since the liquid exits at the intended exit point on the valve.
  • a corresponding alarm can be output via sensors and / or a complete deactivation of the valve can be triggered.
  • the bore 196 is permanently open to be able to detect damage to the respective bellows at any time.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the dimensions of a bellows 210 and a valve stem 204.
  • the bellows 210 and the illustrated valve seat are separate components, i. the bellows is movable and connected only to the valve housing at the upper end (upper bellows in Fig. 1) or at the lower end (lower bellows in Fig. 1), but not with the valve seat.
  • the outer radius R v thereby counts the limitation at the valve seat and therefore not necessarily the entire surface of the valve stem 204.
  • a F ( r A - r / 2 ) -
  • r A is the outer radius of the bellows and r ; the inner radius.
  • the pressure relief is preferably only 50, more preferably 80 to 90% of the force acting on the valve stem 204 force.
  • Fig. 3 shows a further schematic representation of a valve according to the invention.
  • the illustrated dimensions of the valve stem 204 and the bellows 310 and 320 correspond to those of FIG. 2 (or their relationship to each other corresponds to that of FIG. 2).
  • This arrangement allows a partial, preferably by the use of the second bellows 320 and a corresponding valve stem, not only during the closed state of the valve or at the moment of opening the valve, but also in intermediate stages (for example, at half the opening of the valve opening)
  • the force acting on the two valve stamper 304 forces by the bellows 310 and 320 partially, preferably completely, can be compensated.
  • the use of this bellows as shown in Fig.
  • valve housing 301 allows complete isolation of the musculoskeletal system including drive 307 for the valve stem 304 from the product-filled interior of the valve housing 301.
  • pressure relief is achieved at the same time that as possible no contamination of the product can be done by mixing with, for example, lubricants or cleaning agents.
  • This is an at least partially aseptic passage of the product through the valve possible.
  • the bellows 310 and 320 consist of metal or at least have a Teflon coating.
  • Teflon is liquid-repellent and thus remain after passing product through the valve in, for example, the indicated arrow direction preferably no product residues in the valve, which could endanger the sterility of the interior.
  • valve stem 304 and the bellows 310 and 320 have the same geometry as possible. This means in particular that they can have the same outer dimensions as well as the same number of folds.
  • a symmetrical arrangement of both the valve stem and the bellows with respect to the valve center is preferred.
  • the valve openings, as shown in Fig. 3 represents a taper
  • a symmetrical design of the valve proves to be useful because then occur in the upper and lower valve area approximately equal forces.
  • the two valve stems 304 are shaped differently (for example, if one has a larger area exposed to the pressure than the other), then the bellows can be correspondingly dimensioned differently in order nevertheless to achieve as complete a pressure relief as possible.
  • the valve described in FIGS. 1 to 3 can in particular also be designed as a proportional valve.
  • a proportional valve while each valve is referred to which ensures a flow of product proportional to the opening of the valve stem. This means that there is a linear relationship between the degree of valve opening through the valve stem (fully closed, one-third open, three-quarters open, or fully open) and flow rate (when the valve is fully closed, no flow, with one-third open valve one third of the maximum flow, three quarters of the valve open three quarters of the maximum flow and full open valve the maximum flow).
  • a corresponding proportional valve is particularly suitable for use in fillers for filling containers, such as bottles. Since the general use of valves for regulating the capacity of containers in fillers is well known, a specific description using the valve according to the invention will be omitted here. Basically, the installation of a valve according to the invention due to the possibility of using a housing, the respect to the externa ßeren dimensions commonly used valves corresponds to only minor changes in the construction of a filler and can therefore be used to improve the filling process, especially in the case of sterile filling.
  • FIG. 400 A schematic representation of a filler in which the described valve can be used is shown in FIG.
  • the filler 400 is shown here as a linear filler, but the filler 400 can also be designed as a rotary machine.

Abstract

Ventil, vorzugsweise ein Proportionalventil, das einen Ventilstempel innerhalb eines Ventilgehäuses umfasst, wobei ein Antrieb vorgesehen ist, der die Position des Ventilstempels verändern kann, und wobei das Ventilgehäuse einen ersten Ventilbereich zur Zuleitung und einen zweiten Ventilbereich zur Ableitung, sowie eine Ventilöffnung zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilbereich, die durch den Ventilstempel verschlossen werden kann, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Faltenbalg im ersten Ventilbereich vorgesehen ist, der am Ventilstempel und am Ventilgehäuse angebracht ist, und ein zweiter Faltenbalg im zweiten Ventilbereich vorgesehen ist, der am Ventilstempel und am Ventilgehäuse angebracht ist. Ferner sind ein Füller mit einem oder mehreren entsprechenden Ventilen, sowie ein Verfahren zum Befüllen von Behältern wie Flaschen mit einem entsprechenden Füller beschrieben.

Description

Ventil umfassend Ventilstempel und Ventilgehäuse sowie ein Füller
Die Erfindung betrifft ein Ventil und einen Füller zum Befüllen von Behältern, insbesondere Flaschen, sowie ein entsprechendes Verfahren unter Verwendung eines entsprechenden Ventils.
Stand der Technik
Aus dem bisherigen Stand der Technik sind bereits druckentlastete Ventile bekannt. So zeigt beispielsweise die DE 1 1 30 235 B ein druckentlastetes Ventil, insbesondere ein Dampfventil, wobei ein kolbenartiges Verschlussstück in einer im Zuströmraum des Ventils befindlichen Hülse geführt wird. Der in den Abströmraum des Ventils ragende Teil des Verschlussstückes bildet dabei einen Kegelstumpf mit konkav gewölbter Mantelfläche, wobei an dessen entgegengesetztem Ende ein Entlastungsraum vorgesehen ist, der einerseits mit dem Zuströmraum über einen engen Führungsspalt zwischen Hülse und Verschlussstück in Verbindung steht und andererseits über ein im Inneren des Verschlussstücks gelegenes Vorhubventil und einen durch das Verschlussstück geführten Kanal mit dem Abströmraum verbindbar ist. Dabei zeichnet sich das druckentlastete Ventil der DE 1 1 30 235 B dadurch aus, dass mehrere nach Innen zum Vorhubventil verlaufende Kanäle durch die konkav gekrümmte Mantelfläche des Verschlussstückendes angeordnet sind.
Weiterhin sind Ventile bekannt, die beispielsweise in Aseptikanlagen verwendet werden und die Sterilitätsanforderungen erfüllen. So offenbart die DE 203 17 882 U1 ein Prozessventil mit mehreren Ventilkammern, wobei zwischen den Ventilkammern eine mit einem Sperrmedium beaufschlagbare Sperrkammer angeordnet ist und jede Ventilkammer über ein autonom betätigbares Ventilkammerabsperrorgan verfügt, wodurch es mit der Sperrkammer verbindbar ist. Dieses Prozessventil umfasst ferner ein autonom betätigbares Sperrkammer-Absperrorgan, wodurch die Sperrkammer in wenigstens zwei Einzelsperrkammern unterteilbar ist, die jeweils unabhängig voneinander mit einem Sperrmedium beaufschlagbar sind.
Die genannten Ventile haben jedoch den Nachteil, dass sie entweder zwar druckentlastet, dafür aber nicht aseptisch betrieben werden können oder aseptisch betrieben werden können, dafür aber nicht druckentlastet sind.
Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil bereitzustellen, das sowohl druckentlastet arbeiten als auch aseptisch ausgeführt werden kann und gleichzeitig möglichst wenig störanfällig und flexibel ist. Weiterhin ist es eine Aufgabe einen verbesserten Füller bereitzustellen. Lösung
Diese Aufgabe wird durch das Ventil gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sowie der Einsatz eines solchen Ventils im Rahmen einer Be- füllvorrichtung und einem entsprechenden Verfahren sind in den Unteransprüchen bzw. in den Ansprüchen 1 1 bis 14 erfasst.
Das Ventil ist bevorzugt ein Proportionalventil, und umfasst einen Ventilstempel innerhalb eines Ventilgehäuses, wobei ein Antrieb vorgesehen ist, der die Position des Ventilstempels verändern kann und wobei das Ventilgehäuse einen ersten Ventilbereich zur Zuleitung und einen zweiten Ventilbereich zur Ableitung sowie eine Ventilöffnung zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilbereich, die durch den Ventilstempel verschlossen werden kann, umfasst, wobei ein erster Faltenbalg im ersten Ventilbereich vorgesehen ist, der am Ventilstempel und am Ventilgehäuse angebracht ist und ein zweiter Faltenbalg im zweiten Ventilbereich vorgesehen ist, der am Ventilstempel und am Ventilgehäuse angebracht ist. Durch diese Ausführung des Ventils lässt sich eine Druckentlastung des Ventilstempels durch die Verwendung der beiden Faltenbalge erreichen und gleichzeitig kann durch die Isolierung der beweglichen Teile des Ventilstempels vom Innenraum des Ventilgehäuses, das mit einem Medium gefüllt wird, eine aseptische Prozessführung realisiert werden. Jeder der zwei Faltenbälge ist mit einem seiner jeweiligen Enden unbeweglich mit dem Ventilgehäuse verbunden. Das jeweils andere Ende ist mit dem beweglichen Ventilstempel verbunden.
In einer Ausführungsform zeichnet sich das Ventil dadurch aus, dass der erste und der zweite Faltenbalg ein Metallbalg oder ein Teflonbalg sind. Beide sind besonders widerstandsfähig gegenüber anliegendem Druck und erlauben darüber hinaus ein zuverlässiges Abfließen von eventuell auf den Falten des Faltenbalgs zurückbleibenden Flüssigkeitsresten. Dadurch wird die Sterilität des Ventils weiterhin unterstützt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Ventilöffnung an einem in der Mitte befindlichen Mittelteil des Ventilgehäuses angeordnet. Eine möglichst symmetrische Ausführung des Ventils, insbesondere der Ventilöffnung, bezogen auf das Ventilgehäuse, erlaubt eine gleichmäßige Druckverteilung in beiden Bereichen des Ventils und erlaubt darüber hinaus eine zuverlässige Konstruktion des Ventils. In einer weiteren Ausführungsform weisen der erste und der zweite Faltenbalg die gleichen äußeren Abmessungen, insbesondere die gleiche Anzahl von Falten oder die gleiche Geometrie auf. Dadurch kann eine gleichmäßige Druckentlastung in beiden Richtungen des Ventilstempels erreicht werden und somit sowohl das Öffnen als auch Schließen des Ventils möglichst druckentlastet durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Antrieb des Ventilstempels außerhalb des Ventilgehäuses angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass Verunreinigungen des Produktes, beispielsweise durch unbeabsichtigt in den Kreislauf gelangende Schmiermittel, entstehen und die Konstruktion des Ventilstempels selbst innerhalb des Ventilgehäuses und insbesondere umgeben von den Faltenbälgen, kann verkleinert werden.
In einer anderen Ausführungsform ist der Antrieb innerhalb des Ventilgehäuses innerhalb des ersten oder zweiten Faltenbalgs angeordnet. Durch diese Ausführungsform des Antriebs des Ventilstempels lassen sich die Übertragungswege der Antriebskraft vom Antrieb zum Ventilstempel minimieren und so eventuelle Verluste reduzieren.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Antrieb ein Schrittmotor. Durch die Verwendung von Schrittmotoren ist eine sehr genaue Regelung des Ventils, insbesondere des Durchflusses, möglich, was gerade bei Verwendung in einem Proportionalventil vorteilhaft ist. Es kann anstelle des Schrittmotors aber auch ein Hubmagnet, ein Servomotor, ein Piezomotor oder ein ähnlicher Antrieb verwendet werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Ventil eine Steuereinheit, die die Position des Ventilstempels relativ zur Ventilöffnung steuern kann. Diese automatisierte Steuerung des Ventils gestattet den Einsatz auch in vollautomatischen Produktionsabläufen, wie beispielsweise in Befülleinrich- tungen und entsprechenden Verfahren.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Ventilstempel eine dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzte Querschnittsfläche auf, die der hydraulisch wirkenden Querschnittsfläche eines Balges der Faltenbälge entspricht. Durch diese Ausführung wird die Druckentlastung maximiert und es ist ein nahezu, vorzugsweise vollständig druckentlasteter Betrieb des Ventils möglich.
Es lässt sich ein Füller zum Befüllen von Behältern mit Flüssigkeit, der eine Vielzahl von Füllstationen umfasst, insbesondere einer Rundläufermaschine konstruieren, die dadurch gekennzeichnet ist, dass an einer, vorzugsweise an jeder Füllstation, ein Ventil und ein Durchflussmesser oder eine Wägezelle oder ein anderes Messmittel zur Bestimmung der aktuellen Fliessge- schwindigkeit und der bisher abgefüllten Fliessmenge vorgesehen sind, die über eine Steuereinheit verbunden sind, wobei die Steuereinheit das Ventil so steuern kann, dass ein vorgegebener Volumenfluss der Flüssigkeit erreicht wird und der Durchflussmesser den Volumenfluss messen und Daten an die Steuereinheit weitergeben kann. Das kann beispielsweise durch eine Inline-Regelung der Fliessgeschwindigkeit oder durch einen Nachstellen einer vorgegebenen Fliesskurve erfolgen.
In einer Ausführungsform ist der Füller dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil bzw. jedes Ventil, ein Ventil gemäß obigen Ausführungsformen ist.
Unter Verwendung beispielsweise dieser Vorrichtung lässt sich ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem Füller, der eine Vielzahl von Füllstationen umfasst, verwirklichen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Steuereinheit den Volumenfluss durch Steuerung eines Ventils regelt und der Volumenfluss durch einen Durchflussmesser gemessen wird. Dadurch lässt sich ein möglichst genaues Befüllen der Behälter verwirklichen.
In einer Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den Volumenfluss durch Steuerung eines Ventils gemäß den obigen Ausführungsformen regelt. Die Verwendung eines entsprechenden Ventils gestattet neben der exakten Befüllung der Behälter gleichzeitig eine aseptische Prozessführung, wodurch Flüssigkeiten auch steril abgefüllt werden können und gleichzeitig wird durch den teilweise, vorzugsweise komplett drucklosen Betrieb des Ventils, Verschleiß reduziert.
Ein Hauptvorteil der Verwendung eines proportionalen Regelventils ist die Erhöhung der Maschinenleistung durch Reduzierung der Füllzeiten.
Kurze Beschreibung der Figuren
Fig. 1 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventils.
Fig. 2 Schematische Darstellung eines Faltenbalgs des Ventils mit Ventilstempel.
Fig. 3 Schematische Darstellung der Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Ventils.
Fig. 4 Schematische Darstellung eines Füllers Detaillierte Figurenbeschreibung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventils 100. Das Ventil
100 umfasst dabei ein Ventilgehäuse 101 . Es ist vorteilhaft, wenn das Ventilgehäuse 101 , wie in Fig. 1 dargestellt als einteiliges Ventilgehäuse 101 ausgebildet ist. An dieses Ventilgehäuse angeschlossen sind zumindest eine Zuleitung 102 und eine Ableitung 103. Es können auch weitere Zuleitungen oder Ableitungen vorgesehen sein, wenn Flüssigkeiten oder Gase aus mehreren Behältern dem Ventil zugeführt werden sollen oder die Flüssigkeit bzw. das Gas aus dem Ventil in mehrere weitere Behälter oder Leitungen abgeführt werden soll. Weiterhin umfasst das Ventil einen Ventilstempel 104, der beispielsweise über ein Gestänge 106 mit einem Antrieb 107 verbunden ist. Dabei kann dieser Antrieb sowohl au ßerhalb als auch innerhalb des Ventilgehäuses
101 angeordnet sein.
Ferner umfasst das Ventil zwei Faltenbälge 1 10 und 120, die jeweils mit dem Ventilstempel 104 und dem Ventilgehäuse 101 verbunden sind. In der hier dargestellten Form ist der obere Faltenbalg 1 10 mit dem oberen Ende des Ventilstempels 104 gegebenenfalls über zusätzliche Dichtungen 105 verbunden und gleichzeitig besteht eine Verbindung des oberen Faltenbalgs 1 10 mit dem oberen Bereich des Ventilgehäuses 101 . Dabei können auch hier zusätzliche Dichtungen 105 vorgesehen sein, die die Verbindungsstelle gegenüber dem Innenraum des Ventilgehäuses 101 so abdichten, dass kein Gas oder keine Flüssigkeit in diesen Bereich eindringen kann oder beispielsweise Schmierflüssigkeit austreten kann, was sich nachteilig auf die Sterilität des Ventils auswirken kann. Der Faltenbalg 1 10 bzw. 120 kann auch mit dem Ventilgehäuse 101 und/oder dem Ventilstempel 104 gas- bzw. flüssigkeitsdicht verschweißt sein. Ebenfalls ist in Fig. 1 noch ein O-Ring 190 zu erkennen. Dieser dient als Dichtung um das Ventil vollständig zu verschließen. Der Verschluss erfolgt dabei am Ventilsitz. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist hier nur ein Ventilsitz vorgesehen. Dieser befindet sich in der oberen Kammer bzw. der Zulaufkammer. Zusammen mit dem dargestellten O-Ring erfolgt so eine Abdichtung der Ventilöffnung bzw. des Ventils im geschlossenen Zustand. Die aseptische Prozessführung wird insbesondere durch die Faltenbälge gewährleistet. Dabei ist die Verwendung eines O-Rings 190 nicht zwingend. Ebenso kann eine Formdichtung vorgesehen sein. Zwischen Gestänge bzw. Kolben 106 und dem Faltenbalg 1 10 ist ein Spalt 194 dargestellt. Obwohl dieser Spalt prinzipiell beliebige Abmessungen haben kann, ist es vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser des Faltenbalgs 1 10 und der Durchmesser des Kolbens so beschaffen sind, dass der Faltenbalg 1 10 nicht permanent am Kolben 106 reibt (um Beschädigung durch Reibung zu vermeiden), sich jedoch im Falle von Druckspitzen am Kolben 106 abstützen kann. So wird gewährleistet, dass der Balg während der Auf- und Abbewegung des Kolbens 106 seine Dichtfunktion übernehmen kann. Bei Druckspit- zen, die weit über dem im normalen Betrieb anfallenden Druck (einige bar) liegen können, beispielsweise bis zu 50bar, kann der Kolben dann zur Stabilisierung des Faltenbalgs dienen, der sich an diesem abstützen kann.
Weiterhin kann eine Leckagebohrung 196 der Balgrückräume vorgesehen sein. Die Hygieneanforderungen in der Nahrungsmittelsindustrie beispielsweise machen es erforderlich, Defekte an den Bälgen 1 10 und 120 möglichst frühzeitig zu erkennen, um Kontaminationen der durch das Ventil geführten Flüssigkeiten zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird eine Leckagebohrung 196 vorgesehen, die die Balgrückräume mit einer bestimmten Austrittstelle am Ventilgehäuse 101 verbindet. Die Balgrückräume füllen sich bei einem Riss im Faltenbalg 1 10 bzw. 120 mit der durch das Ventil geleiteten Flüssigkeit. Durch die Bohrung 196 kann dieser Flüssigkeitseintritt in den Balgrückraum detektiert werden, da an der vorgesehenen Austrittstelle am Ventil die Flüssigkeit austritt. Weiterhin kann über Sensoren ein entsprechender Alarm ausgegeben und/oder eine vollständige Abschaltung des Ventils ausgelöst werden. Die Bohrung 196 ist dauerhaft geöffnet um zu jeder Zeit Beschädigungen des jeweiligen Balgs detektieren zu können.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Abmessungen eines Faltenbalgs 210 und eines Ventilstempels 204. Wie man bereits aus den Fig. 1 und 2 erkennt, handelt es sich bei dem Faltenbalg 210 und dem dargestellten Ventilsitz um getrennte Bauteile, d.h. der Faltenbalg ist beweglich ausgebildet und nur mit dem Ventilgehäuse am oberen Ende (oberer Faltenbalg in Fig. 1 ) oder am unteren Ende (unterer Faltenbalg in Fig. 1 ) verbunden, nicht jedoch mit dem Ventilsitz.
Damit eine möglichst vollständige Druckentlastung des Ventilstempels 204 erreicht werden kann, muss die Fläche Ar des Ventilstempels 204 auf die der in Richtung Ventilöffnung 230 weisende Druck einwirkt, genau so groß sein wie die mittlere Fläche AF einer Falte eines Faltenbalgs 210. Daraus ergibt sich, dass bei Annahme einer kreisrunden, dem Druck ausgesetzten Fläche, die Fläche Ar = r(Rv 2 - rv 2 ) (mit Rv als Außen- und rv als Innenradius des sich ergebenden Ringes) des Ventilstempels 204, die dem Druck in Richtung Ventilöffnung 230 ausgesetzt ist, bevorzugt genau so groß wie die hydraulische Fläche AF einer Falte des Faltenbalgs 210 ist. Für die Bestimmung des Außenradius Rv zählt dabei die Begrenzung am Ventilsitz und daher nicht notwendig die gesamte Fläche des Ventilstempels 204. Die hydraulische
Fläche einer Falte des Faltenbalgs 210 ist gegeben über AF = (r A _ r / 2)- Hier ist rA der Außenradius des Faltenbalgs und r; der Innenradius. Wenn Ar ~ AF , ergibt sich eine nahezu voll- ständige Druckentlastung des Ventilstempels, da die auf den Ventilstempel 204 einwirkende Kraft durch die auf den Faltenbalg 210 bzw. dessen Falten einwirkende Kraft nahezu vollständig kompensiert wird.
In dem in Fig. 2 dargestellten Fall ist rl = rv . In diesem Fall folgt unter der Voraussetzung einer druckkompensierten Bauweise, also Ar ~ AF , dass rA > Rv ist. Wenn Ar = AF ist, so gilt rA = ^2Ry - Γγ . Im offenen Betriebszustand des Ventils wird dann dadurch eine Druckkompensation durch die gleiche Geometrie der Faltenbälge 1 10 und 120 erreicht, da die druckabhängigen Zugkräfte der Bälge ( F = p - AF ) sich gegenseitig kompensieren können, während die Druckkompensation im geschlossenen Zustand durch die hier beschriebenen geometrischen Verhältnisse von Balggeometrie zu der dem Druck ausgesetzten Fläche des Ventilstempels erzielt wird.
Da eine exakte Kompensation der auf den Ventilstempel 204 einwirkenden Kräfte nur mit erheblichem Aufwand bei der Fertigung des Faltenbalgs 210 und des Ventilstempels 204 möglich ist, beträgt die Druckentlastung vorzugsweise nur 50, besonders bevorzugt 80 bis 90 % der auf den Ventilstempel 204 einwirkenden Kraft. Bereits dadurch ist es möglich, die Dimensionen des Motors erheblich zu reduzieren und weiterhin, insbesondere bei Verwendung von besonders hohen Drücken, eine erhebliche Energieersparnis zu erzielen.
Fig. 3 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventils. Die dargestellten Abmessungen der Ventilstempel 204 und der Faltenbalge 310 bzw. 320 entsprechen denen aus der Fig. 2 (bzw. deren Verhältnis zueinander entspricht dem aus der Fig. 2). Diese Anordnung erlaubt es, durch die Verwendung des zweiten Faltenbalgs 320 und eines entsprechenden Ventilstempels, nicht nur während dem geschlossenen Zustand des Ventils bzw. im Moment des Öffnens des Ventils, sondern auch in Zwischenstufen (beispielsweise bei halber Öffnung der Ventilöffnung) eine teilweise, bevorzugt vollständige Druckentlastung zu erzielen, da die auf die beiden Ventilstempel 304 einwirkenden Kräfte durch die Faltenbalge 310 bzw. 320 teilweise, bevorzugt vollständig, kompensiert werden können. Gleichzeitig gestattet die Verwendung dieser Faltenbalge, wie in Fig. 3 dargestellt, am oberen und unteren Ende des Ventilgehäuses 301 eine komplette Isolierung des Bewegungsapparats inklusive Antrieb 307 für die Ventilstempel 304 vom mit Produkt gefüllten Innenraum des Ventilgehäuses 301 . Dadurch wird neben der Druckentlastung gleichzeitig erreicht, dass möglichst keine Verunreinigungen des Produktes durch Mischung mit beispielsweise Schmier- oder Reinigungsmitteln erfolgen kann. Dadurch ist eine zumindest teilweise aseptische Durchführung des Produkts durch das Ventil möglich. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Faltenbalge 310 und 320 aus Metall bestehen oder zumindest eine Teflonbeschichtung aufweisen. Beides führt weiter zu einer Verbesserung bezüglich der Sterilität, da insbesondere Teflon flüssigkeitsabweisend ist und so nach dem Durchführen von Produkt durch das Ventil in beispielsweise der angegebenen Pfeilrichtung vorzugsweise keine Produktreste im Ventil verbleiben, die die Sterilität des Innenraums gefährden könnten.
Im Zusammenhang mit der Druckentlastung ist insbesondere vorgesehen, dass bei identischer Ausführung der Ventilstempel 304 auch die Faltenbalge 310 und 320 eine möglichst gleiche Geometrie aufweisen. Das bedeutet insbesondere, dass sie die gleichen Außenabmessungen sowie die gleiche Anzahl von Falten aufweisen können. Ebenso ist eine symmetrische Anordnung sowohl der Ventilstempel als auch der Faltenbalge bezüglich der Ventilmitte bevorzugt. Insbesondere, wenn die Ventilöffnungen, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Verjüngung darstellt, erweist sich eine symmetrische Ausgestaltung des Ventils als zweckmäßig, da dann im oberen und unteren Ventilbereich ungefähr gleiche Kräfte auftreten. Sind die beiden Ventilstempel 304 unterschiedlich geformt (besitzt beispielsweise einer eine größere, dem Druck ausgesetzte Fläche als der andere), so können die Faltenbalge entsprechend unterschiedlich dimensioniert sein, um dennoch eine möglichst vollständige Druckentlastung zu erzielen.
Das in den Fig. 1 bis 3 beschriebene Ventil kann insbesondere auch als Proportionalventil ausgeführt sein. Als Proportionalventil wird dabei jedes Ventil bezeichnet, das einen Durchfluss von Produkt proportional zur Öffnung des Ventilstempels gewährleistet. Das bedeutet, dass ein linearer Zusammenhang zwischen dem Grad der Ventilöffnung durch den Ventilstempel (vollständig geschlossen, zu einem Drittel geöffnet, zu drei Viertel geöffnet oder vollständig geöffnet) und der Durchflussmenge (bei vollständig geschlossenem Ventil kein Durchfluss, bei einem zu einem Drittel geöffneten Ventil ein Drittel des Maximaldurchflusses, bei einem zu drei Viertel geöffneten Ventil drei Viertel des maximalen Durchflusses und bei vollständig geöffnetem Ventil der maximale Durchfluss) besteht.
Dabei eignet sich ein entsprechendes Proportionalventil insbesondere für die Verwendung in Füllern zum Befüllen von Behältern, wie Flaschen. Da der allgemeine Gebrauch von Ventilen zum Regeln der Füllmenge von Behältern in Füllern hinlänglich bekannt ist, wird hier auf eine spezielle Beschreibung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils verzichtet. Grundsätzlich bedeutet der Einbau eines erfindungsgemäßen Ventils aufgrund der Möglichkeit, ein Gehäuse zu verwenden, das bezüglich der äu ßeren Ausmaße den üblich verwendeten Ventilen entspricht, nur geringfügige Änderungen der Konstruktion eines Füllers und kann daher zur Verbesserung des Befüllvorgangs, insbesondere bei steriler Befüllung, verwendet werden.
Eine schematische Darstellung eines Füllers, in dem das beschriebene Ventil zum Einsatz kommen kann, ist in Figur 4 dargestellt. Der Füller 400 ist hier als Linearfüller dargestellt, ebenso kann der Füller 400 aber auch als Rundläufermaschine konzipiert werden.

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Ventil (100), vorzugsweise ein Proportionalventil, das einen Ventilstempel (104) innerhalb eines Ventilgehäuses (101 ) umfasst, wobei ein Antrieb (107) vorgesehen ist, der die Position des Ventilstempels (104) verändern kann, und wobei das Ventilgehäuse (101 ) einen ersten Ventilbereich zur Zuleitung (102) und einen zweiten Ventilbereich zur Ableitung (103), sowie eine Ventilöffnung (230) zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilbereich, die durch den Ventilstempel (104) verschlossen werden kann, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Faltenbalg (1 10) im ersten Ventilbereich vorgesehen ist, der am Ventilstempel (104) und am Ventilgehäuse (101 ) angebracht ist, und ein zweiter Faltenbalg (120) im zweiten Ventilbereich vorgesehen ist, der am Ventilstempel (104) und am Ventilgehäuse (101 ) angebracht ist.
2. Ventil (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Faltenbalg (1 10, 120) ein Metallbalg oder ein Teflonbalg sind.
3. Ventil (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilöffnung (230) an einem in der Mitte befindlichen Mittelteil des Ventilgehäuses (101 ) angeordnet ist.
4. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Faltenbalg (1 10, 120) die gleichen äußeren Abmessungen, insbesondere die gleiche Anzahl von Falten oder die gleiche Geometrie haben.
5. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Faltenbalg (1 10, 120) symmetrisch zur Ventilmitte angeordnet sind.
6. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (107) au ßerhalb des Ventilgehäuses (101 ) angeordnet ist.
7. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (107) innerhalb des Ventilgehäuses (101 ) innerhalb des ersten oder des zweiten Faltenbalgs (1 10, 120) angeordnet ist.
8. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (107) ein Schrittmotor ist.
9. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil eine Steuereinheit umfasst, die die Position des Ventilstempels (104) relativ zur Ventilöffnung (230) steuern kann.
10. Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstempel (104) eine dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzte Querschnittsfläche aufweist, die der mittleren Querschnittfläche eines Balges des Faltenbalges (1 10, 120) entspricht.
1 1 . Füller zum Befüllen von Behältern mit Flüssigkeit, umfassend eine Vielzahl von Füllstationen, insbesondere eine Rundläufermaschine, dadurch gekennzeichnet, dass an einer, vorzugsweise an jeder Füllstation ein Ventil (100), vorzugsweise ein Proportionalventil, und ein Durchflussmesser vorgesehen sind, die über eine Steuereinheit verbunden sind, wobei die Steuereinheit das Ventil (100) so steuern kann, dass ein vorgegebener Volu- menfluss der Flüssigkeit bzw. eine vorgegebene Fliessgeschwindigkeitskurve erreicht wird und der Durchflussmesser oder Wägezelle oder anderes Messmittel zur Bestimmung der Fliessgeschwindigkeit den Volumenfluss messen und Daten an die Steuereinheit weitergeben kann.
12. Füller nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (100) ein Ventil (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ist.
13. Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem Füller, der eine Vielzahl von Füllstationen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit den Volumenfluss durch Steuerung eines Ventils (100), vorzugsweise eines Proportionalventils, regelt und der Volumenfluss durch einen Durchflussmesser gemessen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den Volumenfluss durch Steuerung eines Ventils (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 regelt.
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