WO2018059893A1 - Vorrichtung zur steuerung der durchflussrichtung von fluiden - Google Patents

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WO2018059893A1
WO2018059893A1 PCT/EP2017/072342 EP2017072342W WO2018059893A1 WO 2018059893 A1 WO2018059893 A1 WO 2018059893A1 EP 2017072342 W EP2017072342 W EP 2017072342W WO 2018059893 A1 WO2018059893 A1 WO 2018059893A1
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axis
housing
flow
guide element
terminal
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PCT/EP2017/072342
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English (en)
French (fr)
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Johannes Hortmanns
Christian Rabe
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Sig Technology Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/02—Influencing flow of fluids in pipes or conduits
    • F15D1/04—Arrangements of guide vanes in pipe elbows or duct bends; Construction of pipe conduit elements for elbows with respect to flow, e.g. for reducing losses of flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D1/00—Apparatus or devices for dispensing beverages on draught
    • 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
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L41/00—Branching pipes; Joining pipes to walls
    • F16L41/02—Branch units, e.g. made in one piece, welded, riveted
    • F16L41/021—T- or cross-pieces
    • 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
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L2201/00—Special arrangements for pipe couplings
    • F16L2201/40—Special arrangements for pipe couplings for special environments

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling the flow direction of fluids, in particular flowable food, comprising: a housing having at least three ports, wherein the ports are inlets and / or outlets for the fluids, wherein the first port on a first Axis is disposed, wherein the second terminal is disposed on a second axis, and wherein the third terminal is disposed on a third axis which is at an angle to the first axis and the second axis.
  • the invention also relates to the use of such a device in the filling of food.
  • the invention relates to a plant for filling foodstuffs with such a device.
  • Flowing fluids - gases or liquids - can be influenced in different ways.
  • the aim of this influencing can be, for example, in a control or regulation of the flow rate or the flow direction of the fluids.
  • the flow direction of fluids for example, by
  • Multiway valves are influenced, which are characterized in that they have three or more fluid connections and are switchable. In this way, for example, two inlets can be alternately connected to the same outlet and thus the flow can be directed in different directions. In addition, both inlets can be closed, so that the flow is completely interrupted.
  • FIG. 1 the one known from the prior art is that shown in FIG. 1
  • the device for controlling the flow direction of fluids.
  • the device comprises a housing of two opposite terminals and with a third connection arranged between these two terminals.
  • the third port is angled at approximately 90 ° with respect to the other two ports, which is why such a device is also referred to as a "tee.”
  • the device shown in Figure 1 is used to deliver food to be dispensed from a container into multiple product tanks
  • the container is connected to the inlet (left in Fig. 1) and the product tanks are connected to the outlets (top and right in Fig. 1).
  • the device shown in Fig. 1 can be used as an "intermediate piece” or as an "end piece”: When used as an intermediate piece, all three ports are open, with one port serving as an inlet and two ports serving as outlets; when used as an end piece, however, a connection is shut off, so that one of the remaining connections serves as an inlet and the other
  • Container with food to be filled connected to the inlet of the device, while the first outlet leads to a product tank and the second outlet leads to the inlet of another device. There is again a division into a product tank and another device. Because the
  • the outlet connected to the product tank must be directed vertically upwards.
  • the housing is shaped such that some inner walls are curved.
  • this design has the disadvantage that the device in its lower region no continuous straight connection between the two
  • Detergent can not drain because the curved inner walls as
  • the third connection has - at least during filling - no function and is locked; This connection can be opened, for example, during cleaning of the system or for other purposes.
  • the obstruction of one of the connections of the device has the disadvantage that the food passed through the device almost comes to a standstill in the area in front of the shut-off connection. The area in front of the closed connection is therefore not sufficiently flushed.
  • This has the disadvantage, in particular in the case of lumpy foods (for example rice, peas, fruit pieces, etc.), that the lumpy constituents are deposited in front of the closed connection and this
  • the present invention seeks to design the device mentioned above and previously described in such a way and further that the flow direction of the fluid flowing into the device is changed without the aforementioned disadvantages occur.
  • the device according to the invention serves to control the direction of flow of fluids, in particular flowable foodstuffs.
  • Fluids mean both gaseous and liquid media.
  • Flowable foodstuffs are foodstuffs which either have exclusively flowable, in particular liquid constituents or - in addition to solid, lumpy constituents - in any case also have flowable, in particular liquid constituents.
  • the device is initially characterized by a housing having at least three ports, which are inlets and / or outlets for the fluids.
  • the connections are preferably circular, so that tubes with a circular cross section can be easily connected thereto.
  • the housing is preferably hollow, so that it can be flowed through by the fluids. In addition, the entire
  • Inner surface of the housing preferably non-porous and thus very hygienic.
  • the first terminal is arranged on a first axis and the second terminal is arranged on a second axis.
  • the third terminal is disposed on a third axis that is angled to the first axis and the second axis.
  • the straight axes run through the centers of the cross-sectional areas of the connections, ie in the case of circular cross sections through the center points of the connections
  • Cross-sectional areas of the connections are also perpendicular to the cross-sectional areas of the connections.
  • the fluids flowing through the housing therefore have to change their flow direction as they flow from the first port or from the second port to the third port or when they flow from the third port to the first port or to the second port.
  • a guide element for dividing the inflowing into the housing flow in at least two partial flows
  • a continuous delivery of the fluid reaches the outlet of the device and on the other hand (through the second partial flow), a flushing of the housing in the closed inlet reaches (use as tail) or forwarding to other equipment parts allows (use as an intermediate piece).
  • the baffle is shaped to divide the fluid flowing into the housing into two
  • the entire surface of the guide element is free of pores and thus particularly hygienic.
  • one of the partial flows is preferably directed from the open inlet to the open outlet while the other partial flow is directed from the open inlet to the closed inlet. This allows, on the one hand, a continuous flow of the device (from the open inlet to the open outlet) while purging the area in front of the closed inlet. In this way it is prevented that in the area of the closed inlet due to low flow deposits or Form blockages.
  • the first axis and the second axis run parallel to each other, in particular collinear.
  • This embodiment provides that two connections of the device are arranged on parallel or in particular collinear axes.
  • the first axis and the second axis are continuous within the housing.
  • the arrangement of two ports on collinear axes or on the same axis has the advantage that the partial flow flowing between these two ports does not need to change its flow direction. This facilitates use in a self-draining system.
  • the collinear arrangement simplifies the
  • Connections on parallel - but not collinear - axes may be desired at different diameters of the first terminal and the second terminal, in spite of the offset between the two axes an in
  • Terminal and the second terminal is straight.
  • the underside of the housing can be curved in the circumferential direction, it should still be straight in the direction of a flow which flows from the first port to the second port. Due to the straight design of the bottom, a free flow is achieved, which is important, for example, for use in self-emptying systems.
  • the underside of the housing should be straight at least in the region of the guide element; Preferably, however, the bottom of the housing is formed straight straight.
  • the third axis is inclined at an angle of at least 45 °, in particular of at least 60 ° relative to the first axis and / or relative to the second axis.
  • the angle between the third axis and the first axis and / or the second axis is in the range between 80 ° and 100 °. This configuration also ensures that the fluid experiences a significant change in direction. In addition, an angle of about 90 ° has the advantage that the flow direction can be changed from a horizontal direction to a vertical direction.
  • a one-piece design has the advantage of a reliable connection between the guide element and the housing and, moreover, is distinguished by a great degree of robustness, in contrast to separate components. Another advantage is that the one-piece design a non-porous and therefore very hygienic connection can be achieved. It may be provided, for example, that the entire - preferably polished - inner surface of the housing has a center line Ra of 0.1 or finer, in particular of 0.05 or finer.
  • the one-piece design can be achieved, for example, by a casting process or by a generative manufacturing process. For example, the device can be manufactured by laser melting, laser sintering or 3D printing.
  • the guide element is designed as an insert which is connected to the housing.
  • a plurality of separate components are provided, which subsequently be joined together.
  • One of these components is the (one-piece or multi-part housing), another of these components is the (one-piece or multi-part)
  • Vane The assembly of several components has the advantage that complex geometries can be achieved even with cost-effective manufacturing processes.
  • the housing of two with each other has the advantage that complex geometries can be achieved even with cost-effective manufacturing processes.
  • the housing of two with each other has the advantage that complex geometries can be achieved even with cost-effective manufacturing processes.
  • the housing of two with each other has the advantage that complex geometries can be achieved even with cost-effective manufacturing processes.
  • the multi-part structure also has the advantage that the guide element can be retrofitted in existing housing or can be replaced.
  • the connection between the guide element and the housing is free of pores and thus particularly hygienic. It can be provided, for example, that all surfaces in contact with the fluid (preferably polished) (inner surface of the housing, surface of the guide element, connecting surfaces between housing and guide element) have a mean roughness Ra of 0.1 or finer, in particular 0.05 or have finer.
  • all parts in particular the housing and the guide element
  • the guide element is connected via at least one web, in particular via two webs with the housing.
  • the connection between the guide element and the housing is produced by at least one narrow web, the
  • the flow resistance may be provided a single bridge; Alternatively, two or more webs may be provided. In a design with two webs, for example, one of the two sub-streams could laterally be bounded by the two webs, that is to say run between the two webs, while the other sub-stream runs alongside the two webs or outside the two webs.
  • the web has a length of at least 3 mm, in particular of at least 5 mm, so that a corresponding minimum distance between the guide element and the
  • Housing is maintained.
  • a minimum distance between the baffle and the inner wall of the housing By setting a minimum distance between the baffle and the inner wall of the housing, clogging is prevented, particularly in the case of lumpy food items (e.g., rice, peas, fruit pieces, etc.).
  • the length of the bridge can be adjusted to the size of this
  • the length of the web is at most 0.25 times the inner diameter of the housing, in particular at most 0.15 times the inner diameter of the housing (for example in the region of
  • Guide element divides the two partial flows in a ratio of at least 3: 1, in particular of at least 4: 1.
  • the distribution ratio determines how large the volume flow of the first partial flow is in relation to the volume flow of the second partial flow.
  • a ratio of 4: 1 thus means that about 80% of the flow is supplied to the first partial flow while about 20% of the flow is supplied to the second partial flow.
  • the size of the partial flows is determined by the size of the "channels" within the housing intended for the partial flows Therefore, the ratio of the cross-sectional areas of the "channels" of the two partial flows should be at least 3: 1, in particular at least 4: 1.
  • the housing and / or the guide element is made of stainless steel / are.
  • the housing and the guide element are made of the same material.
  • the use of stainless steel in particular has hygienic advantages, since even with the use of cleaning agents no corrosion is to be feared.
  • a stainless steel with the material number 1.4404, 1.4435, 1.4157 or a higher grade stainless steel can be used, wherein
  • Superior for example, a higher resistance to salt can be understood.
  • the device described above is particularly well suited for filling foodstuffs in all illustrated embodiments. This is due in particular to the ability to continuously flush the entire interior of the housing, including the area in front of a shut-off connection, and thus
  • a system for filling food comprising: at least one device according to one of claims 1 to 11, at least one container for filling food, wherein the
  • Container is connectable to the first port of the device, at least one product tank which is connected to the third port of the device, at least one valve which is arranged between the third port of the device and the product tank, and a plurality of connected to the product tank outlets for filling of food in packaging.
  • connection is arranged.
  • one of the terminals should be located further above the floor in the vertical direction than the other two terminals.
  • this connection is directed vertically upwards. This allows the connection of a bottom to be filled
  • FIG. 1 shows a device known from the prior art for controlling the flow direction of fluids in a side view, a device according to the invention for controlling the flow rate
  • the device 1 shows a device 1 known from the prior art for controlling the flow direction of fluids in a side view.
  • the device 1 comprises a housing 2 with three terminals 3A, 3B, 3C.
  • the first terminal 3A is arranged on a first axis A and the second terminal 3B is arranged on a second axis B, wherein the axes A and B are collinear with each other.
  • the first axis A and the second axis B extend partially outside the housing 2.
  • the third terminal 3C is disposed on a third axis C.
  • the angle ⁇ between the third axis C and the first axis A, as well as the angle ⁇ between the first axis C and the second axis B is about 90 °.
  • Device 1 shown in Figure 1 is used, for example, to deliver fluids from one source (to port 3A) to two different destinations (to be connected to terminals 3B, 3C).
  • the housing 2 has curved regions 4A, 4B, which change the flow direction of the fluid flowing through the connection 3A in the direction of the second connection 3C. The change in the flow direction is required to direct the incoming fluid against gravity vertically upward.
  • the fluid may be
  • the curved portions 4A, 4B conduct only a portion of the fluid toward the port 3C, while another portion of the fluid is directed towards the port 3B.
  • the flow direction of the fluid is shown schematically by arrows.
  • a disadvantage of this design is the fact that the two curved portions 4A, 4B constitute an obstacle, which results in that in the lower region of the housing 2 (in particular in the region in which the first axis A and the second axis B outside the Housing 2 run) no straight connection between the two terminals 3A and 3B exists.
  • the device 1 can not be used in a self-draining installation in most of the positions, since the cleaning agent can not flow off completely from the connection 3B to the connection 3A.
  • Another disadvantage occurs when one of the connections is shut off (eg when the device is used as an "end piece"). In the area of the shut-off connection (eg connection 3B), then almost no flow occurs, so that in this area deposits of form lumpy components of the fluid.
  • Fig. 2 is a device according to the invention for controlling the
  • Device 1 comprises a housing 2 with three terminals 3A, 3B, 3C.
  • the first terminal 3A is arranged on a first axis A and the second terminal 3B is arranged on a second axis B, wherein the axes A and B are collinear with each other.
  • the third terminal 3C is disposed on a third axis C.
  • the Angle ⁇ between the third axis C and the first axis A like the angle ⁇ between the first axis C and the second axis B, is about 90 °.
  • the device shown in FIG. 2 has a guide element 5.
  • the guide element 5 serves to divide the flow flowing into the housing 2 into two partial flows and nevertheless to ensure a straight connection between the two opposite connections.
  • the guide element 5 has two curved surfaces 4A ', 4B' and a straight surface 4C.
  • a flow S flowing through the first port 3A can be divided by the guide element 5 into a first partial flow S1 and into a second partial flow S2, which are illustrated schematically by arrows in FIG.
  • the guide element 5 changes the flow direction of the first partial flow Sl in the direction of the third port 3 C, while the
  • Flow direction of the second partial flow S2 is not changed and continues to point in the direction of the second terminal 3B.
  • An advantage of dividing the flow S into two partial flows S1, S2 is that the fluid remains in motion in the region of a shut-off port (eg port 3B) due to the partial flow S2, so that no deposits of lumpy constituents of the fluid are to be feared.
  • Partial flow S2 thus also serves, among other things, to continuously purge the area in front of a shut-off connection.
  • the housing 2 and the guide element 5 are thus designed such that the first partial flow Sl is directed in the direction of the terminal 3C and that the second partial flow S2 is directed in the direction of another terminal than the first partial flow Sl, namely in the direction of the terminal 3B.
  • a further advantage is that the area provided for the second partial flow S2 ensures that in the lower area of the housing 2 there is a straight connection between the two connections 3A, 3B, which ensures that the device 1 'does not constitute an obstacle and can be used in a self-draining plant. This is advantageous, for example, after cleaning in order to allow run-off detergent to run through the device 1 '.
  • the guide element 5 is connected via two webs 6 with the housing 2 (the rear of the two webs is hidden in Fig. 2 by the guide element 5).
  • the webs 6 have for example a length in the range between 3 mm and 5 mm, so that a corresponding distance 7 between the guide element 5 and the housing 2 is maintained.
  • the size of the gap 7 determines the size of the partial flow S2 and, on the other hand, has an influence on the maximum size of the particles which can pass through the guide element 5 with the partial flow S2.
  • Ratio of the partial flow Sl to the partial flow S2 about 4: 1.
  • Both the housing 2 and the guide element 5 are preferably made of stainless steel.
  • ports 3A, 3B, 3C of the housing 2 have a nominal diameter ranging between DN 25 (for pipe threads 1 inch) and DN 125 (for pipe threads 5 inches).
  • the guide element 5 has a height Hi in the vertical direction and the housing 2 has (in particular in the region of the connections 3A, 3B, 3C) a
  • the height Hi of the guide element 5 is greater than that
  • Diameter of the housing 2 whereby a reliable change in the particular low-viscosity products or lumpy proportions
  • Fig. 3 shows the device of Fig. 2 in longitudinal section.
  • corresponding reference numerals are used for those areas of the device 1 'which have already been described in connection with FIG. 1 or FIG. 2.
  • the guide element 5 and provided for the partial flows Sl, S2 areas inside the hollow housing 2 is particularly clearly visible.
  • FIG. 4 the device of Fig. 2 is shown in cross section along the section plane IV-IV.
  • corresponding ones are described for those areas of the device which have already been described in connection with FIGS. 1 to 3
  • FIG. 5 shows a plant 8 according to the invention for filling foodstuffs with two devices from FIG. 2.
  • the plant 8 initially comprises two of the previously described devices which are of identical design.
  • the plant 8 comprises a container 9 for food to be filled, which is connected to the first terminal 3A of the first (shown in Fig. 5 left) device.
  • the plant 8 comprises two product tanks 10, which are each connected to the third terminal 3C of the two devices. In this way, the food from the two devices 1 'can enter the product tanks 10.
  • the system 8 also has two valves 11, which are also called “product inlet valves” and are each arranged between the connection 3C of the device 1 'and the product tank 10 associated with it Valves 11 are connected.
  • the plant 8 comprises outlets 14A, 14B connected to the product tank 10 for filling the food in packages 15.
  • the food to be filled are in the container. 9
  • the foodstuffs are introduced into the first device 1 '(shown on the left in FIG. 5).
  • the flow is divided in the manner already described above in two partial flows Sl, S2, of which the first partial flow Sl is directed vertically upward in the direction of the terminal 3C and of which the second partial flow S2 is approximately horizontal to the second (in Fig. 5 right) device 1 'is forwarded.
  • the second device 1 ' the flow in the manner already described above in two
  • the second partial flow S4 is not forwarded to a further device 1 '; instead, it flows to the outlet 3C of the second device 1 'shut off by a shutter 16 is.
  • the closure 16 could also be provided (not shown in Fig. 5) return to form a circuit.
  • the food leaves the two devices vertically through the upper outlets 3C and flows through the there arranged valves 11 (and through the valve housing 13) in the product tanks 10.
  • the product tanks 10 serve as reservoirs from which the food through with the product tanks 10th connected outlets 14A, 14B are filled in packages 15.
  • the division of the flow into two partial flows S 1, S 2 serves the purpose of guiding the first partial flow S 1 vertically upwards to the first product tank 10 and with the second partial flow S 2 in Fig. 5 right) device (and possibly further
  • the division of the flow into two partial flows S3, S4 serves a different purpose: the first partial flow S3 is in turn directed vertically upwards to a product tank 10;
  • the second partial flow S4 supplies no other devices, but serves to flush the area in front of the closed off by the shutter 16 port 3C, to prevent there the formation of deposits.
  • A, B, C axis

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Vorrichtung (1') zur Steuerung der Durchflussrichtung von Fluiden, insbesondere von fließfähigen Nahrungsmitteln, umfassend: ein Gehäuse (2) mit wenigstens drei Anschlüssen (3A, 3B, 3C), wobei es sich bei den Anschlüssen (3A, 3B, 3C) um Einlässe und/oder Auslässe für die Fluide handelt, wobei der erste Anschluss (3A) auf einer ersten Achse (A) angeordnet ist, wobei der zweite Anschluss (3B) auf einer zweiten Achse (B) angeordnet ist, und wobei der dritte Anschluss (3C) auf einer dritten Achse (C) angeordnet ist, die winklig zu der ersten Achse (A) und der zweiten Achse (B) verläuft. Um unter Vermeidung bestimmter Nachteile zu erreichen, dass die Strömungsrichtung des in die Vorrichtung (1') einströmenden Fluids verändert wird, ist ein Leitelement (5) zur Aufteilung der in das Gehäuse (2) einströmenden Strömung (S) in wenigstens zwei Teilströmungen (S1, S2) vorgesehen. Dargestellt und beschrieben sind zudem die Verwendung einer derartigenVorrichtung (1') zur Abfüllung von Nahrungsmitteln sowie eine Anlage (8) zur Abfüllung von Nahrungsmitteln mit einer derartigen Vorrichtung (1').

Description

Vorrichtung zur Steuerung der Durchflussrichtung von Fluiden
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Durchflussrichtung von Fluiden, insbesondere von fließfähigen Nahrungsmitteln, umfassend: ein Gehäuse mit wenigstens drei Anschlüssen, wobei es sich bei den Anschlüssen um Einlässe und/oder Auslässe für die Fluide handelt, wobei der erste Anschluss auf einer ersten Achse angeordnet ist, wobei der zweite Anschluss auf einer zweiten Achse angeordnet ist, und wobei der dritte Anschluss auf einer dritten Achse angeordnet ist, die winklig zu der ersten Achse und der zweiten Achse verläuft. Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung einer derartigen Vorrichtung bei der Abfüllung von Nahrungsmitteln.
Die Erfindung betrifft schließlich eine Anlage zur Abfüllung von Nahrungsmitteln mit einer derartigen Vorrichtung.
Strömende Fluide - also Gase oder Flüssigkeiten - können auf unterschiedliche Weise beeinflusst werden. Das Ziel dieser Beeinflussung kann beispielsweise in einer Steuerung oder Regelung der Durchflussmenge oder der Durchflussrichtung der Fluide liegen. Die Durchflussrichtung von Fluiden kann beispielsweise durch
Mehrwegeventile beeinflusst werden, die sich dadurch auszeichnen, dass sie drei oder mehr Fluidanschlüsse aufweisen und schaltbar sind. Auf diese Weise können beispielsweise zwei Einlässe abwechselnd mit demselben Auslass verbunden werden und somit die Strömung in unterschiedliche Richtungen geleitet werden. Zudem können beide Einlässe geschlossen werden, so dass die Strömung vollständig unterbrochen wird.
Besonders hohe hygienische Anforderungen an die Steuerung von Fluiden werden bei der Abfüllung von Nahrungsmitteln gestellt. Bei den Nahrungsmil beispielsweise um flüssige Nahrungsmittel wie Milch oder Saft handeln. Ebenso kann es sich um flüssige Nahrungsmittel mit stückigen Bestandteilen handeln,
beispielsweise Suppe, Milchreis, Säfte mit Fruchtstücken oder dergleichen. Eine hygienische Anforderung besteht darin, dass die Leitungen und Ventile leicht zu reinigen sein müssen. Diese Anforderung ergibt sich daraus, dass regelmäßig mehrere unterschiedliche Nahrungsmittel nacheinander auf derselben Anlage abgefüllt werden. Bei einem Produktwechsel muss daher die Anlage besonders gründlich gereinigt werden. Um dies zu gewährleisten, sollten die Leitungen und Ventile derart gestaltet sein, dass sich möglichst keine Nahrungsmittel dort ablagern und festsetzen. Viele Gestaltungen - beispielsweise Ventile mit beweglichen Innenteilen - sind daher für die Abfüllung von Nahrungsmitteln meist ungeeignet.
Aus dem Stand der Technik bekannt ist beispielsweise die in Fig. 1 gezeigte
Vorrichtung zur Steuerung der Durchflussrichtung von Fluiden. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse zwei gegenüberliegenden Anschlüssen und mit einem zwischen diesen beiden Anschlüssen angeordneten dritten Anschluss. Der dritte Anschluss ist etwa um 90° gegenüber den anderen beiden Anschlüssen angewinkelt, weshalb eine derartige Vorrichtung auch als„T-Stück" bezeichnet wird. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung wird beispielsweise dazu genutzt, abzufüllende Nahrungsmittel aus einem Behälter in mehrere Produkttanks zu leiten und von dort in Verpackungen zu füllen. Der Behälter wird hierzu mit dem Einlass (links in Fig. 1) verbunden und die Produkttanks werden mit den Auslässen (oben und rechts in Fig. 1) verbunden.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung kann als„Zwischenstück" oder als„Endstück" eingesetzt werden: Bei der Verwendung als Zwischenstück sind alle drei Anschlüsse offen, wobei ein Anschluss als Einlass dient und wobei zwei Anschlüsse als Auslässe dienen; bei der Verwendung als Endstück ist hingegen ein Anschluss abgesperrt, so dass einer der verbleibenden Anschlüsse als Einlass dient und der andere
verbleibende Anschluss als Auslass dient. Die Verwendung als Zwischenstück dient dazu, mehrere Produkttanks und somit auch mehrere Füllstränge gleichzeitig zu versorgen. Um dies zu erreichen, wird ein
Behälter mit abzufüllenden Nahrungsmitteln an den Einlass der Vorrichtung angeschlossen, während der erste Auslass zu einem Produkttank führt und der zweite Auslass zu dem Einlass einer weiteren Vorrichtung führt. Dort erfolgt wiederum eine Aufteilung zu einem Produkttank und einer weiteren Vorrichtung. Da die
Produkttanks aus verschieden Gründen (z.B. Vermeidung von Schaumbildung, Selbstentleerung) von unten befüllt werden, muss der mit dem Produkttank verbundene Auslass vertikal nach oben gerichtet sein. Um die Strömung entsprechend umzuleiten, ist das Gehäuse derart geformt, dass einige Innenwände gekrümmt sind. Diese Gestaltung hat jedoch den Nachteil, dass die Vorrichtung in ihrem unteren Bereich keine durchgehend gerade Verbindung zwischen den beiden
gegenüberliegenden Anschlüssen mehr gewährleistet. Dies macht den Einsatz der Vorrichtung in selbstentleerenden Anlagen unmöglich, da beispielsweise
Reinigungsmittel nicht ablaufen kann, weil die gekrümmten Innenwände als
Hindernis im Wege sind.
Die Verwendung als Endstück dient hingegen dazu, die Nahrungsmittel in den letzten Produkttank zu leiten. Auch hierzu muss die Strömung vertikal nach oben geleitet werden. Der dritte Anschluss hat - jedenfalls während der Abfüllung - keine Funktion und wird abgesperrt; dieser Anschluss kann beispielsweise während der Reinigung der Anlage oder zu anderen Zwecken geöffnet werden. Die Absperrung eines der Anschlüsse der Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass die durch die Vorrichtung geleiteten Nahrungsmittel im Bereich vor dem abgesperrten Anschluss fast zum Stillstand kommen. Der Bereich vor dem geschlossenen Anschluss wird also nicht hinreichend durchspült. Dies hat insbesondere bei Nahrungsmitteln mit stückigen Bestandteilen (z.B. Reis, Erbsen, Fruchtstücke, etc.) den Nachteil, dass sich die stückigen Bestandteile vor dem abgesperrten Anschluss ablagern und diesen
Anschluss verstopfen könnten. Die Ablagerungen bzw. Verstopfungen behindern diejenigen Schritte (z.B. Reinigung), bei denen dieser Anschluss wieder geöffnet sein muss. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte und zuvor näher dargestellte Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Strömungsrichtung des in die Vorrichtung einströmenden Fluids verändert wird, ohne dass hierbei die zuvor genannten Nachteile auftreten.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 erreicht durch ein Leitelement zur Aufteilung der in das Gehäuse einströmenden Strömung in wenigstens zwei Teilströmungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der Steuerung der Durchflussrichtung von Fluiden, insbesondere von fließfähigen Nahrungsmitteln. Unter Fluiden werden sowohl gasförmige als auch flüssige Medien verstanden. Fließfähige Nahrungsmittel sind Nahrungsmittel, die entweder ausschließlich fließfähige, insbesondere flüssige Bestandteile aufweisen oder - neben festen, stückigen Bestandteilen - jedenfalls auch fließfähige, insbesondere flüssige Bestandteile aufweisen. Die Vorrichtung zeichnet sich zunächst durch ein Gehäuse mit wenigstens drei Anschlüssen aus, bei denen es sich um Einlässe und/oder Auslässe für die Fluide handelt. Die Anschlüsse sind vorzugsweise kreisförmig, so dass Rohre mit kreisförmigem Querschnitt einfach daran angeschlossen werden können. Das Gehäuse ist vorzugsweise hohl gestaltet, damit es von den Fluiden durchströmt werden kann. Zudem ist die gesamte
Innenfläche des Gehäuses bevorzugt porenfrei und somit besonders hygienisch. Der erste Anschluss ist auf einer ersten Achse angeordnet und der zweite Anschluss ist auf einer zweiten Achse angeordnet. Der dritte Anschluss ist auf einer dritten Achse angeordnet, die winklig zu der ersten Achse und der zweiten Achse verläuft. Die geraden Achsen verlaufen durch die Mittelpunkte der Querschnittsflächen der Anschlüsse, bei kreisförmigen Querschnitten also durch die Mittelpunkte der
Querschnittsflächen der Anschlüsse. Die geraden Achsen stehen zudem senkrecht auf den Querschnittsflächen der Anschlüsse. Die durch das Gehäuse strömenden Fluide müssen daher ihre Strömungsrichtung verändern, wenn sie von dem ersten Anschluss oder von dem zweiten Anschluss zu dem dritten Anschluss strömen oder wenn sie von dem dritten Anschluss zu dem ersten Anschluss oder zu dem zweiten Anschluss strömen.
Indem erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, ein Leitelement zur Aufteilung der in das Gehäuse einströmenden Strömung in wenigstens zwei Teilströmungen
vorzusehen, wird einerseits (durch den ersten Teilstrom) eine kontinuierliche Förderung des Fluids zu dem Auslass der Vorrichtung erreicht und andererseits (durch den zweiten Teilstrom) eine Durchspülung des Gehäuses im Bereich des abgesperrten Einlasses erreicht (Einsatz als Endstück) oder eine Weiterleitung an weitere Anlagenteile ermöglicht (Einsatz als Zwischenstück). Das Leitelement ist derart geformt, dass es das in das Gehäuse einströmende Fluid in zwei
Teilströmungen mit unterschiedlichen Strömungsrichtungen aufteilt. Um
unterschiedliche Strömungsrichtungen zu erreichen werden entweder beide
Teilströmungen durch das Leitelement in unterschiedliche Richtungen geleitet oder eine der Teilströmungen wird durch das Leitelement umgeleitet während die andere Teilströmung das Leitelement passieren kann ohne hierbei ihre Strömungsrichtung zu verändern. Vorzugsweise ist die gesamte Oberfläche des Leitelements porenfrei und somit besonders hygienisch. Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass das Gehäuse und das Leitelement derart gestaltet sind, dass eine erste Teilströmung in Richtung eines Anschlusses geleitet wird und dass eine zweite Teilströmung in Richtung eines anderen
Anschlusses als die erste Teilströmung geleitet wird. Durch diese Gestaltung wird erreicht, dass beide Teilströme zu unterschiedlichen Anschlüssen geleitet werden. Bei dem Einsatz als Endstück wird vorzugsweise einer der Teilströme von dem offenen Einlass zu dem offenen Auslass geleitet während der andere Teilstrom von dem offenen Einlass zu dem geschlossenen Einlass geleitet wird. Dies ermöglicht einerseits eine kontinuierliche Durchströmung der Vorrichtung (von dem offenen Einlass zu dem offenen Auslass) bei gleichzeitiger Durchspülung des Bereiches vor dem geschlossenen Einlass. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich im Bereich des geschlossenen Einlasses infolge zu geringer Strömung Ablagerungen oder Verstopfungen bilden. Bei dem Einsatz als Zwischenstück wird vorzugsweise ebenfalls einer der Teilströme von dem offenen Einlass zu dem ersten offenen Auslass geleitet während der andere Teilstrom von dem offenen Einlass zu anderen offenen Auslass geleitet wird. Dies ermöglicht die Weiterleitung eines Teils der Strömung an weitere Vorrichtungen (z.B. um einen Reihenschaltung von Produkttanks zu erreichen).
Nach einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Achse und die zweite Achse parallel, insbesondere kollinear zueinander verlaufen. Diese Ausbildung sieht vor, dass zwei Anschlüsse der Vorrichtung auf parallelen oder insbesondere kollinearen Achsen angeordnet sind. Vorzugsweise verlaufen die erste Achse und die zweite Achse durchgehend innerhalb des Gehäuses. Die Anordnung von zwei Anschlüssen auf kollinearen Achsen bzw. auf derselben Achse hat den Vorteil, dass derjenige Teilstrom, der zwischen diesen beiden Anschlüssen strömt, seine Strömungsrichtung nicht ändern braucht. Dies erleichtert den Einsatz in einer selbstentleerenden Anlage. Zudem vereinfacht die kollineare Anordnung die
Herstellung durch den Einsatz von Rohrstücken. Eine Anordnung von zwei
Anschlüssen auf parallelen - jedoch nicht kollinearen - Achsen kann hingegen bei unterschiedlichen Durchmessern des ersten Anschlusses und des zweiten Anschlusses gewünscht sein, um trotz des Versatzes zwischen beiden Achsen eine in
Strömungsrichtung gesehen gerade Unterseite des Gehäuses zu erreichen.
In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die dem dritten Anschluss gegenüberliegende Unterseite des Gehäuses zwischen dem ersten
Anschluss und dem zweiten Anschluss gerade ausgebildet ist. Wenngleich die
Unterseite des Gehäuses in Umfangsrichtung gekrümmt sein kann, soll sie gleichwohl in Richtung einer Strömung, die von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss strömt, gerade verlaufen. Durch die gerade Gestaltung der Unterseite wird ein freier Durchfluss erreicht, was beispielsweise für eine Verwendung in selbstentleerenden Anlagen wichtig ist. Die Unterseite des Gehäuses sollte wenigstens im Bereich des Leitelements gerade ausgebildet sein; bevorzugt ist die Unterseite des Gehäuses aber durchgehend gerade ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die dritte Achse unter einem Winkel von wenigstens 45°, insbesondere von wenigstens 60° gegenüber der ersten Achse und/oder gegenüber der zweiten Achse geneigt ist. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass das Fluid eine erhebliche Richtungsänderung erfährt. Dies hat den Vorteil, dass Nahrungsmittel in vertikaler Richtung von unten nach oben in einen Produkttank geleitet werden können.
In weiterer Ausbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Winkel zwischen der dritten Achse und der ersten Achse und/oder der zweiten Achse im Bereich zwischen 80° und 100° liegt. Auch durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass das Fluid eine erhebliche Richtungsänderung erfährt. Zudem hat ein Winkel von etwa 90° den Vorteil, dass die Strömungsrichtung aus einer horizontalen Richtung in eine vertikale Richtung verändert werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das
Leitelement einstückig mit dem Gehäuse gebildet ist. Eine einstückige Ausgestaltung hat einerseits den Vorteil einer zuverlässigen Verbindung zwischen dem Leitelement und dem Gehäuse und zeichnet sich zudem - im Gegensatz zu separaten Bauteilen - durch eine große Robustheit aus. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die einstückige Gestaltung eine porenfreie und somit besonders hygienische Verbindung erreicht werden kann. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die gesamte - vorzugsweise polierte - Innenfläche des Gehäuses einen Mittenrauwert Ra von 0,1 oder feiner, insbesondere von 0,05 oder feiner aufweist. Die Gestaltung aus einem Stück kann beispielsweise durch ein Gießverfahren oder durch ein generatives Fertigungsverfahren erreicht werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung durch Laserschmelzen, Lasersintern oder 3D-Druck hergestellt werden.
In weiterer Ausbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Leitelement als Einsatz ausgebildet ist, der mit dem Gehäuse verbunden ist. Bei dieser Ausbildung sind zunächst mehrere separate Bauteile vorgesehen, die anschließend zusammengefügt werden. Eines dieser Bauteile ist das (einteilige oder mehrteilige Gehäuse), ein weiteres dieser Bauteile ist das (einteilige oder mehrteilige)
Leitelement. Der Zusammenbau aus mehreren Bauteilen hat den Vorteil, dass komplexe Geometrien auch mit kostengünstigen Herstellungsverfahren erreicht werden können. Beispielsweise kann das Gehäuse aus zwei miteinander
verschweißten Halbschalen zusammengefügt werden, die beispielsweise mittels Umformverfahren aus einem Blech hergestellt sind. Der mehrteilige Aufbau hat weiterhin den Vorteil, dass das Leitelement nachträglich in bereits bestehende Gehäuse eingebaut werden kann oder ausgewechselt werden kann. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen dem Leitelement und dem Gehäuse porenfrei und somit besonders hygienisch. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass alle mit dem Fluid in Kontakt kommenden - vorzugsweise polierten - Flächen (Innenfläche des Gehäuses, Oberfläche des Leitelements, Verbindungsflächen zwischen Gehäuse und Leitelement) einen Mittenrauwert Ra von 0,1 oder feiner, insbesondere von 0,05 oder feiner aufweisen. Vorzugsweise sind bei einem mehrteiligen Aufbau alle Teile (insbesondere das Gehäuse und das Leitelement) aus demselben Material hergestellt, was das Verschweißen vereinfacht.
Im Hinblick auf das Leitelement ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass das Leitelement über wenigstens einen Steg, insbesondere über zwei Stege mit dem Gehäuse verbunden ist. Indem die Verbindung zwischen dem Leitelement und dem Gehäuse durch wenigstens einen schmalen Steg erzeugt wird, wird der
Strömungswiderstand möglichst wenig erhöht und die Strömung möglichst wenig beeinflusst. Es kann ein einzelner Steg vorgesehen sein; alternativ können auch zwei oder mehr Stege vorgesehen sein. Bei einer Gestaltung mit zwei Stegen könnte beispielsweise einer der der beiden Teilströme seitlich durch die beiden Stege begrenzt werden, also zwischen den beiden Stegen verlaufen, während der andere Teilstrom neben den beiden Stegen bzw. außerhalb der beiden Stege verläuft. In Bezug auf den Steg ist nach einer weiteren Ausbildung vorgesehen, dass der Steg eine Länge von wenigstens 3 mm, insbesondere von wenigstens 5 mm aufweist, so dass ein entsprechender Mindestabstand zwischen dem Leitelement und dem
Gehäuse eingehalten wird. Durch die Einstellung eines Mindestabstands zwischen dem Leitelement und der Innenwand des Gehäuses werden Verstopfungen verhindert, die insbesondere bei Nahrungsmitteln mit stückigen Bestandteilen besteht (z.B. Reis, Erbsen, Fruchtstücke, etc.). Die Länge des Steges kann auf die Größe dieser
Bestandteile eingestellt werden. Vorzugsweise beträgt die Länge des Steges maximal das 0,25-fache des Innendurchmessers des Gehäuses, insbesondere maximal das 0,15- fache des Innendurchmessers des Gehäuses (beispielsweise im Bereich der
Anschlüsse).
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das
Leitelement die beiden Teilströmungen in einem Verhältnis von wenigstens 3:1, insbesondere von wenigstens 4:1 aufteilt. Das Aufteilungsverhältnis bestimmt, wie groß der Volumenstrom des ersten Teilstroms im Verhältnis zu dem Volumenstrom des zweiten Teilstroms ist. Ein Verhältnis von 4:1 bedeutet demnach, dass etwa 80 % der Strömung der ersten Teilströmung zugeführt werden, während etwa 20 % der Strömung der zweiten Teilströmung zugeführt werden. Die Größe der Teilströmungen wird durch die Größe der für die Teilströmungen bestimmten„Kanäle" innerhalb des Gehäuses bestimmt. Daher soll das Verhältnis der Querschnittsflächen der„Kanäle" der beiden Teilströmungen wenigstens 3:1, insbesondere wenigstens 4:1 betragen.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung ist schließlich vorgesehen, dass das Gehäuse und/oder das Leitelement aus Edelstahl hergestellt ist/sind.
Vorzugsweise sind das Gehäuse und das Leitelement aus demselben Material hergestellt. Die Verwendung von Edelstahl hat insbesondere hygienische Vorteile, da auch bei dem Einsatz von Reinigungsmitteln keine Korrosion zu befürchten ist. Als Material kann beispielsweise ein Edelstahl mit der Werkstoffnummer 1.4404, 1.4435, 1.4157 oder ein höherwertiger Edelstahl eingesetzt werden, wobei unter
„höherwertig" beispielsweise eine höhere Resistenz gegen Salz verstanden werden kann. Die zuvor beschriebene Vorrichtung eignet sich in allen dargestellten Ausgestaltungen besonders gut für die zur Abfüllung von Nahrungsmitteln. Dies liegt insbesondere an der Fähigkeit, den gesamten Innenraum des Gehäuses inclusive des Bereiches vor einem abgesperrten Anschlusses kontinuierlich zu durchspülen und somit
Ablagerungen zu verhindern. Dies liegt weiterhin insbesondere an der Fähigkeit, in einer selbstentleerenden Anlage eingesetzt zu werden.
Die zuvor beschriebene Aufgabe wird auch gelöst durch eine Anlage zur Abfüllung von Nahrungsmitteln, umfassend: wenigstens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wenigstens einen Behälter für abzufüllende Nahrungsmittel, wobei der
Behälter mit dem ersten Anschluss der Vorrichtung verbindbar ist, wenigstens einen Produkttank, der mit dem dritten Anschluss der Vorrichtung verbunden ist, wenigstens ein Ventil, das zwischen dem dritten Anschluss der Vorrichtung und dem Produkttank angeordnet ist, und mehrere mit dem Produkttank verbundene Ausläufe zur Abfüllung der Nahrungsmittel in Verpackungen. Durch den Einsatz der zuvor beschrieben Vorrichtung werden auch bei der Anlage die bereits zuvor diskutierten Vorteile erreicht: Einerseits wird eine kontinuierliche Förderung des Fluids in vertikaler Richtung zu dem Produkttank erreicht (durch den ersten Teilstrom) und andererseits wird eine Durchspülung des Gehäuses im Bereich des abgesperrten Einlasses oder eine Weiterleitung an eine weitere Vorrichtung erreicht (durch den zweiten Teilstrom).
Nach einer Ausgestaltung der Anlage ist schließlich vorgesehen, dass der dritte Anschluss der Vorrichtung oberhalb des ersten Anschlusses und des zweiten
Anschlusses angeordnet ist. Mit anderen Worten soll einer der Anschlüsse in vertikaler Richtung weiter oberhalb des Bodens angeordnet sein als die anderen beiden Anschlüssen. Vorzugsweise ist dieser Anschluss in vertikaler Richtung nach oben gerichtet. Dies erlaubt den Anschluss eines von unten zu befüllenden
Produkttanks. Dies wird erreicht, indem ein Teil der Strömung in der Vorrichtung seine Strömungsrichtung ändert. Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Steuerung der Durchflussrichtung von Fluiden in einer Seitenansicht, eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der
Durchflussrichtung von Fluiden in einer Seitenansicht, die Vorrichtung aus Fig. 2 im Längsschnitt, die Vorrichtung aus Fig. 2 im Querschnitt entlang der Schnittebene IV- IV, und eine erfindungsgemäße Anlage zur Abfüllung von Nahrungsmitteln mit einer Vorrichtung aus Fig. 2.
Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung 1 zur Steuerung der Durchflussrichtung von Fluiden in einer Seitenansicht. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit drei Anschlüssen 3A, 3B, 3C. Der erste Anschluss 3A ist auf einer ersten Achse A angeordnet und der zweite Anschluss 3B ist auf einer zweiten Achse B angeordnet, wobei die Achsen A und B kollinear zueinander verlaufen. Allerdings verlaufen die erste Achse A und die zweite Achse B teilweise außerhalb des Gehäuses 2. Der dritte Anschluss 3C ist auf einer dritten Achse C angeordnet. Der Winkel α zwischen der dritten Achse C und der ersten Achse A beträgt ebenso wie der Winkel ß zwischen der ersten Achse C und der zweiten Achse B etwa 90°. Aufgrund dieser Gestaltung wird eine derartige Vorrichtung teilweise auch als„T-Stück" bezeichnet. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 wird beispielsweise dazu eingesetzt, Fluide aus einer Quelle (anzuschließen an den Anschluss 3A) zu zwei verschiedenen Zielen (anzuschließen an die Anschlüsse 3B, 3C) zu leiten. Hierzu weist das Gehäuse 2 gekrümmte Bereiche 4A, 4B auf, die die Strömungsrichtung des durch den Anschluss 3A einströmenden Fluids in Richtung des zweiten Anschlusses 3C verändern. Die Änderung der Strömungsrichtung ist erforderlich, um das einströmende Fluid gegen die Schwerkraft vertikal nach oben zu leiten. Bei dem Fluid kann es sich um
abzufüllende Nahrungsmittel oder - im Reinigungsbetrieb - um ein Reinigungsmittel handeln. Die gekrümmten Bereiche 4A, 4B leiten gleichwohl nur einen Teil des Fluids in Richtung des Anschlusses 3C, ein anderer Teil des Fluids wird hingegen in Richtung des Anschlusses 3B geleitet. Die Strömungsrichtung des Fluids ist schematisch durch Pfeile eingezeichnet. Nachteilig an dieser Gestaltung ist die Tatsache, dass die beiden gekrümmten Bereiche 4A, 4B ein Hindernis darstellen, welches dazu führt, dass im unteren Bereich des Gehäuses 2 (insbesondere in dem Bereich, in welchem die erste Achse A und die zweite Achse B außerhalb des Gehäuses 2 verlaufen) keine gerade Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen 3A und 3B besteht. Dies führt dazu, dass die Vorrichtung 1 in den meisten Stellungen nicht in einer selbstentleerenden Anlage eingesetzt werden kann, da das Reinigungsmittel nicht vollständig von dem Anschluss 3B zum Anschluss 3A abfließen kann. Ein weiterer Nachteil tritt auf, wenn einer der Anschlüsse abgesperrt ist (z.B. wenn die Vorrichtung als„Endstück" eingesetzt wird): Im Bereich des abgesperrten Anschlusses (z.B. Anschluss 3B) tritt dann fast keine Strömung auf, so dass sich in diesem Bereich Ablagerungen von stückigen Bestandteilen des Fluids bilden.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der
Durchflussrichtung von Fluiden in einer Seitenansicht dargestellt. Für diejenigen Bereiche der Vorrichtung , die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurden, werden in Fig. 2 entsprechende Bezugszeichen verwendet. Auch die
Vorrichtung 1' umfasst ein Gehäuse 2 mit drei Anschlüssen 3A, 3B, 3C. Der erste Anschluss 3A ist auf einer ersten Achse A angeordnet und der zweite Anschluss 3B ist auf einer zweiten Achse B angeordnet, wobei die Achsen A und B kollinear zueinander verlaufen. Der dritte Anschluss 3C ist auf einer dritten Achse C angeordnet. Der Winkel α zwischen der dritten Achse C und der ersten Achse A beträgt ebenso wie der Winkel ß zwischen der ersten Achse C und der zweiten Achse B etwa 90°.
Im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 weist die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung ein Leitelement 5 auf. Das Leitelement 5 dient dazu, die in das Gehäuse 2 einströmende Strömung in zwei Teilströmungen aufzuteilen und gleichwohl eine gerade Verbindung zwischen den beiden gegenüberliegenden Anschlüssen zu gewährleisten. Hierzu weist das Leitelement 5 zwei gekrümmte Flächen 4A', 4B' und eine gerade Fläche 4C auf. Beispielsweise kann eine durch den ersten Anschluss 3A einströmende Strömung S von dem Leitelement 5 in eine erste Teilströmung Sl und in eine zweite Teilströmung S2 aufgeteilt werden, die in Fig. 2 schematisch durch Pfeile dargestellt sind. Das Leitelement 5 verändert die Strömungsrichtung der ersten Teilströmung Sl in Richtung des dritten Anschlusses 3C, während die
Strömungsrichtung der zweiten Teilströmung S2 nicht verändert wird und weiterhin in Richtung des zweiten Anschlusses 3B zeigt. Ein Vorteil der Aufteilung der Strömung S in zwei Teilströmungen Sl, S2 liegt darin, dass das Fluid im Bereich eines abgesperrten Anschlusses (z.B. Anschluss 3B) aufgrund der Teilströmung S2 in Bewegung bleibt, so dass keine Ablagerungen von stückigen Bestandteilen des Fluids zu befürchten sind. Die Teilströmung S2 dient also unter anderem dazu, den Bereich vor einem abgesperrten Anschluss stetig durchzuspülen. Das Gehäuse 2 und das Leitelement 5 sind also derart gestaltet, dass die erste Teilströmung Sl in Richtung des Anschlusses 3C geleitet wird und dass die zweite Teilströmung S2 in Richtung eines anderen Anschlusses als die erste Teilströmung Sl, nämlich in Richtung des Anschlusses 3B geleitet wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der für die zweite Teilströmung S2 vorgesehene Bereich dafür sorgt, dass im unteren Bereich des Gehäuses 2 eine gerade Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen 3A, 3B vorhanden ist, die dafür sorgt, dass die Vorrichtung 1' kein Hindernis darstellt und in einer selbstentleerenden Anlage eingesetzt werden kann. Dies ist beispielsweise nach einer Reinigung vorteilhaft, um ablaufendes Reinigungsmittel durch die Vorrichtung 1' laufen lassen zu können. Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ist das Leitelement 5 über zwei Stege 6 mit dem Gehäuse 2 verbunden (der hintere der beiden Stege ist in Fig. 2 durch das Leitelement 5 verdeckt). Die Stege 6 weisen beispielsweise eine Länge im Bereich zwischen 3 mm und 5 mm auf, so dass ein entsprechender Abstand 7 zwischen dem Leitelement 5 und dem Gehäuse 2 eingehalten wird. Die Größe des Abstands 7 bestimmt einerseits die Größe der Teilströmung S2 und hat andererseits Einfluss auf die maximale Größe der Partikel, die das Leitelement 5 mit der Teilströmung S2 passieren können. Bei der ein Fig. 2 dargestellten Vorrichtung beträgt das
Verhältnis des Teilstromes Sl zu dem Teilstrom S2 etwa 4:1. Sowohl das Gehäuse 2 als auch das Leitelement 5 sind vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt. Die
Anschlüsse 3A, 3B, 3C des Gehäuses 2 weisen beispielsweise eine Nennweite im Bereich zwischen DN 25 (für Rohrgewinde 1 Zoll) und DN 125 (für Rohrgewinde 5 Zoll) auf. Das Leitelement 5 weist in vertikaler Richtung eine Höhe Hi auf und das Gehäuse 2 weist (insbesondere im Bereich der Anschlüsse 3A, 3B, 3C) einen
Innendurchmesser Di auf. Die Höhe Hi des Leitelements 5 ist größer als der
Innendurchmesser Di des Gehäuses 2, wodurch insbesondere bei Produkten mit niedriger Viskosität oder stückigen Anteilen eine zuverlässige Änderung der
Strömungsrichtung in Richtung des dritten Auslasses 3C erreicht wird. Fig. 3 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 2 im Längsschnitt. Auch hier werden für diejenigen Bereiche der Vorrichtung 1', die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 oder Fig. 2 beschrieben wurden, entsprechende Bezugszeichen verwendet. Im Längsschnitt ist das Leitelement 5 und die für die Teilströmungen Sl, S2 vorgesehenen Bereiche im inneren des hohlen Gehäuses 2 besonders deutlich erkennbar.
In Fig. 4 ist die Vorrichtung aus Fig. 2 im Querschnitt entlang der Schnittebene IV-IV dargestellt. Auch hier werden für diejenigen Bereiche der Vorrichtung , die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 bis Fig. 3 beschrieben wurden, entsprechende
Bezugszeichen verwendet. Im Querschnitt ist die Lage der beiden Stege 6 des
Leitelements 5 besonders deutlich erkennbar. Unter den beiden Stegen 6 - also
„innerhalb" der beiden Stege 6 - bildet sich ein Kanal für die Teilströmung S2 und über den beiden Stegen 6 - also„außerhalb" der beiden Stege 6 bildet sich ein Kanal für die Teilströmung Sl.
Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Anlage 8 zur Abfüllung von Nahrungsmitteln mit zwei Vorrichtungen aus Fig. 2. Die Anlage 8 umfasst zunächst zwei der bereits zuvor beschriebenen Vorrichtungen , die identisch gestaltet sind. Zudem umfasst die Anlage 8 einen Behälter 9 für abzufüllende Nahrungsmittel, der mit dem ersten Anschluss 3A der ersten (in Fig. 5 links gezeigten) Vorrichtung verbunden ist.
Weiterhin umfasst die Anlage 8 zwei Produkttanks 10, die jeweils mit dem dritten Anschluss 3C der beiden Vorrichtungen verbunden sind. Auf diese Weise können die Nahrungsmittel aus den beiden Vorrichtungen 1' in die Produkttanks 10 eintreten. Die Anlage 8 weist zudem zwei Ventile 11 auf, die auch„Produkteinlassventile" genannt werden und jeweils zwischen dem Anschluss 3C der Vorrichtung 1' und dem ihr zugeordneten Produkttank 10 angeordnet sind. Die Ventile 11 werden über Antriebe 12 gesteuert, die mit Ventilgehäusen 13 der Ventile 11 verbunden sind.
Schließlich umfasst die Anlage 8 mit dem Produkttank 10 verbundene Ausläufe 14A, 14B zur Abfüllung der Nahrungsmittel in Verpackungen 15.
Die Funktionsweise der in Fig. 5 dargestellten Anlage 8 wird im Folgenden
beschrieben: Die abzufüllenden Nahrungsmittel werden in dem Behälter 9
bereitgestellt. Aus dem Behälter 9 werden die Nahrungsmittel in die erste (in Fig. 5 links gezeigten) Vorrichtung 1' eingeleitet. Dort wird die Strömung auf die bereits zuvor beschriebene Weise in zwei Teilströmungen Sl, S2 aufgeteilt, von denen die erste Teilströmung Sl in Richtung des Anschlusses 3C vertikal nach oben geleitet wird und von denen die zweite Teilströmung S2 etwa horizontal zu der zweiten (in Fig. 5 rechts gezeigten) Vorrichtung 1' weitergeleitet wird. Auch in der zweiten Vorrichtung 1' wird die Strömung auf die bereits zuvor beschriebene Weise in zwei
Teilströmungen S3, S4 aufgeteilt, von denen die ersten Teilströmung S3 in Richtung des Anschlusses 3C vertikal nach oben geleitet wird. Die zweite Teilströmung S4 wird jedoch nicht an eine weitere Vorrichtung 1' weitergeleitet; sie strömt stattdessen zu dem Auslass 3C der zweiten Vorrichtung 1', der durch einen Verschluss 16 abgesperrt ist. Anstelle des Verschlusses 16 könnte auch ein (in Fig. 5 nicht gezeigter) Rücklauf zur Bildung eines Kreislaufes vorgesehen sein. Die Nahrungsmittel verlassen die beiden Vorrichtungen durch die oberen Auslässe 3C vertikal nach oben und strömen durch die dort angeordneten Ventile 11 (sowie durch die Ventilgehäuse 13) in die Produkttanks 10. Die Produkttanks 10 dienen als Reservoirs, aus denen die Nahrungsmittel durch mit den Produkttanks 10 verbundenen Ausläufe 14A, 14B in Verpackungen 15 gefüllt werden.
In der ersten (in Fig. 5 links gezeigten) Vorrichtung dient die Teilung der Strömung in zwei Teilströmungen Sl, S2 also dem Zweck, die erste Teilströmung Sl zu dem ersten Produkttank 10 vertikal nach oben zu leiten und mit der zweiten Teilströmung S2 die zweite (in Fig. 5 rechts gezeigte) Vorrichtung (und ggf. weitere
Vorrichtungen) zu versorgen. In der zweiten Vorrichtung dient die Teilung der Strömung in zwei Teilströmungen S3, S4 hingegen einem anderen Zweck: Die erste Teilströmung S3 wird zwar wiederum zu einem Produkttank 10 vertikal nach oben geleitet; die zweite Teilströmung S4 versorgt jedoch keine weiteren Vorrichtungen, sondern dient dazu, den Bereich vor dem durch den Verschluss 16 abgesperrten Anschluss 3C zu durchspülen, um dort die Bildung von Ablagerungen zu verhindern. Aus dem in Fig. 5 gezeigten Aufbau der Anlage 8 wird zudem ein weiterer - bereits zuvor genannter - Vorteil deutlich: Aufgrund der Gestaltung der Leitelemente 5 ist die Anlage 8 selbstentleerend. Beispielsweise kann nach der Reinigung der Anlage 8 Reinigungsmittel aus dem rechten Teil der Anlage 8 durch die zweite (rechte) Vorrichtung und anschließen durch die erste (linke) Vorrichtung vollständig abfließen und die Anlage 8 im Bereich des (dann zu entfernenden) Behälters 9 verlassen. Dies ist möglich, da die Leitelemente 5 in den Vorrichtungen 1' derart gestaltet sind, dass - anders als bei der in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 - eine gerade Verbindung zwischen den beiden gegenüberliegenden Anschlüssen 3A, 3B vorhanden ist. Bezugszeichenliste:
1, V: Vorrichtung
2: Gehäuse
3A, 3B, 3C: Anschluss
4A, 4B: gekrümmter Bereich
4A', 4B': gekrümmte Fläche
4C: gerade Fläche
5: Leitelement
6: Steg
7: Abstand
8: Anlage
9: Behälter
10: Produkttank
11: Ventil
12: Antrieb
13: Ventilgehäuse
14A, 14B: Auslauf
15: Verpackung
16: Verschluss
A, B, C: Achse
S: Strömung
Sl, S2, S3, S4: Teilströmung
a, ß: Winkel
Hi: Höhe (des Leitelements 5)
Di: Innendurchmesser (des Gehäuses 2)

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung ( ) zur Steuerung der Durchflussrichtung von Fluiden, insbesondere von fließfähigen Nahrungsmitteln, umfassend:
- ein Gehäuse (2) mit wenigstens drei Anschlüssen (3A, 3B, 3C),
- wobei es sich bei den Anschlüssen (3A, 3B, 3C) um Einlässe und/oder
Auslässe für die Fluide handelt,
- wobei der erste Anschluss (3A) auf einer ersten Achse (A) angeordnet ist,
- wobei der zweite Anschluss (3B) auf einer zweiten Achse (B) angeordnet ist, und
- wobei der dritte Anschluss (3C) auf einer dritten Achse (C) angeordnet ist, die winklig zu der ersten Achse (A) und der zweiten Achse (B) verläuft, gekennzeichnet durch
ein Leitelement (5) zur Aufteilung der in das Gehäuse (2) einströmenden
Strömung (S) in wenigstens zwei Teilströmungen (Sl, S2).
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (2) und das Leitelement (5) derart gestaltet sind, dass eine erste Teilströmung (Sl) in Richtung eines Anschlusses (3C) geleitet wird und dass eine zweite Teilströmung (S2) in Richtung eines anderen Anschlusses (3B) als die erste Teilströmung (Sl) geleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Achse (A) und die zweite Achse (B) parallel, insbesondere kollinear zueinander verlaufen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dem dritten Anschluss (3C) gegenüberliegende Unterseite des Gehäuses (2) zwischen dem ersten Anschluss (3A) und dem zweiten Anschluss (3C) gerade ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dritte Achse (C) unter einem Winkel (a, ß) von wenigstens 45°, insbesondere von wenigstens 60° gegenüber der ersten Achse (A) und/oder gegenüber der zweiten Achse (B) geneigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Winkel (a, ß) zwischen der dritten Achse (C) und der ersten Achse (A) und/oder der zweiten Achse (B) im Bereich zwischen 80° und 100° liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitelement (5) einstückig mit dem Gehäuse (2) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitelement (5) als Einsatz ausgebildet ist, der mit dem Gehäuse (2) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitelement (5) über wenigstens einen Steg (6), insbesondere über zwei Stege (6) mit dem Gehäuse (2) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Steg (6) eine Länge von wenigstens 3 mm, insbesondere von wenigstens 5 mm aufweist, so dass ein entsprechender Mindestabstand zwischen dem
Leitelement (5) und dem Gehäuse (2) eingehalten wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitelement (5) die beiden Teilströmungen (Sl, S2) in einem Verhältnis von wenigstens 3:1, insbesondere von wenigstens 4:1 aufteilt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (2) und/oder das Leitelement (5) aus Edelstahl hergestellt ist/sind.
13. Verwendung einer Vorrichtung ( ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur
Abfüllung von Nahrungsmitteln.
14. Anlage (8) zur Abfüllung von Nahrungsmitteln, umfassend:
- wenigstens eine Vorrichtung ( ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
- wenigstens einen Behälter (9) für abzufüllende Nahrungsmittel, wobei der Behälter (9) mit dem ersten Anschluss (3A) der Vorrichtung ( ) verbindbar ist,
- wenigstens einen Produkttank (10), der mit dem dritten Anschluss (3C) der Vorrichtung ( ) verbunden ist,
- wenigstens ein Ventil (11), das zwischen dem dritten Anschluss (3C) der Vorrichtung ( ) und dem Produkttank (10) angeordnet ist, und
- mehrere mit dem Produkttank (10) verbundene Ausläufe (14A, 14B) zur Abfüllung der Nahrungsmittel in Verpackungen (15).
15. Anlage (8) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
der dritte Anschluss (3C) der Vorrichtung ( ) oberhalb des ersten Anschlusses (3A) und des zweiten Anschlusses (3B) angeordnet ist.
PCT/EP2017/072342 2016-09-30 2017-09-06 Vorrichtung zur steuerung der durchflussrichtung von fluiden WO2018059893A1 (de)

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