DE4127114A1 - Kugelhahn zur sicheren trennung feindlicher fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn zur sicheren Tren­ nung feindlicher Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solcher Kugelhahn ist aus EU-A1-03 50 017 bekanntgeworden.

Bei prozeßgesteuerten Anlagen der Getränke-, Lebensmit­ tel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie werden die Hilfsme­ dien wie Spülwasser, Reinigungsflüssigkeit, Sterildampf und Sterilluft starr an das Produktleitungssystem ange­ schlossen. Die Unsicherheit manueller Eingriffe ist bei dieser vollautomatischen Produktion, Reinigung und Steri­ lisierung nicht akzeptabel. Dies bedingt jedoch den Ein­ bau von Absperrorganen, die eine sichere Trennung feind­ licher Flüssigkeiten (z. B. Produkt/Lauge) gewährleisten.

An sich werden solche Anforderungen von Doppelsitzventi­ len erfüllt, beispielsweise gemäß DE 30 05 329, sowie Leckageklappenventile, beispielsweise gemäß DE 30 42 895.

Die Bauart von Doppelsitzventilen ist jedoch sehr aufwen­ dig und daher teuer. Leckageklappenventile sind zwar im Aufbau wesentlich einfacher als Doppelsitzventile. Jedoch ist eine gummielastische Klappendichtung bei Produkt- bzw. Sterilisiertemperaturen von über 130°C nicht ein­ setzbar.

Die eingangs genannte Veröffentlichung zeigt und be­ schreibt einen Kugelhahn, bei welchem an den Leckageraum ein Auslaß angeschlossen ist, der ständig völlig geöffnet ist, also auch während des Schaltens. Dabei steht jedoch der Leckageraum während der Schaltvorgänge unter dem Druck des Betriebsmediums. Deshalb treten je nach Lei­ tungsdruck bei jedem Schaltvorgang ganz erhebliche Pro­ duktmengen aus dem Leckageraum aus.

Zur Abhilfe könnte daran gedacht werden, den Auslaß aus dem Leckageraum zu drosseln, beispielsweise dadurch, daß die Durchgänge 171 - dort in Fig. 1 - bzw. 262 und 266 - dort in Fig. 4 - möglichst kleingehalten werden. Jedoch ist es erforderlich, daß die Leckage mit völliger Sicher­ heit abgeführt wird. Deshalb müssen die Durchgänge genü­ gend groß bemessen sein.

Die genannte Veröffentlichung offenbart ferner Spülmit­ tel-Zuleitungen mit Absperrorganen. Diese Leitungen die­ nen dazu, den Totraum zwischen Kugelküken und Gehäuse (Leckageraum) nach Betriebsende zu spülen und zu sterili­ sieren, was bei Förderung hochviskoser bzw. auskristalli­ sierender Medien notwendig ist, um Funktionsstörungen sowie bakterielle Verkeimung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelhahn gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß der Leckageraum bei Anfall von Leckage zuverlässig und vollständig entleert wird, daß Produktverluste beim Umschalten vermieden werden und daß ggf. eine saubere und zuverlässige Spülung mit Reinigungsmedium oder dgl. möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

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

Fig. 1 zeigt einen Kugelhahn im Längsschnitt, mit einem Ventilgehäuse 1, 2, einem in Schließstellung befindlichen Kugelküken 3, Sitzringen 4, 5 aus PTFE sowie einer An­ triebsspindel 6. Die Spindel 6 läßt sich durch einen nicht dargestellten Stellantrieb (ggf. auch von Hand) durch Verdrehen um 90° auf- bzw. zuschalten. Der Einbau in ein Leitungssystem erfolgt zwischen Schweißflanschen 7, 8, die Bestandteile von Leitungsanschlüssen 10, 11 bilden.

Zwischen dem Kugelküken 3, den Sitzringen 4, 5 und dem Gehäuse 1, 2 befindet sich ein Totraum, der als Leckage­ raum 9 dient.

Ist bei geschlossenem Kugelhahn der Leitungsanschluß 10 mit Produkt beaufschlagt, und ist der Sitzring 4 undicht, so strömt Produkt in den Leckageraum 9. Falls gleichzei­ tig Leitungsanschluß 11 mit Lauge beaufschlagt und Sitz­ ring 5 ebenfalls undicht ist, so könnte bei entsprechen­ den Leitungsdrücken Produkt in die Lauge bzw. Lauge in das Produkt einströmen, falls nicht besondere Vorkehrun­ gen getroffen wären.

Durch die Erfindung wird dies verhindert: es wird nämlich dafür gesorgt, daß jegliche Leckage gegebenenfalls sofort bei Anfall aus dem Leckageraum 9 drucklos ins Freie abge­ leitet wird.

Fig. 2 zeigt den Kugelhahn gemäß Fig. 1, und zwar in einem Schnitt gemäß der Schnittlinie AB. Dabei erkennt man zwei Absperrventile 12 und 13, die in das Ventilge­ häuse 1 eingebaut sind. Absperrventil 12 dient als Aus­ laufventil zur Entleerung des Leckageraumes 9 unmittelbar nach Schließung des Kugelhahnes sowie ggf. zum Abführen von Leckagen aus dem Leckageraum 9 bei geschlossener Stellung des Kugelhahnes.

Das Absperrventil 12 ist im vorliegenden Falle als feder­ belastetes Rückschlagventil ausgebildet. Denkbar sind jedoch auch zwangsgesteuerte Auslaufventile nach anderen Funktionsprinzipien, beispielsweise gewichtsbelastete Ventile, oder Ventile, die über eine Schaltkulisse, d. h. ohne Rückholfeder, auf- und zugeschaltet werden.

Das zweite Absperrventil, nämlich Ventil 13, kann bei Be­ darf vorgesehen werden; es befindet sich an der Oberseite des Ventilgehäuses 1 und dient als Belüftungsventil. Über dieses Belüftungsventil 13 kann auch Spülwasser, Lauge oder Dampf zur hygienischen Behandlung des Leckageraumes 9 zugeführt, und über das Auslaufventil 12 abgeführt werden.

Das zwangsgesteuerte Öffnen des Auslaufventiles 12 sowie des Belüftungsventiles 13 erfolgt durch Schaltnocken 14, 15, die am Kugelküken 3 angebracht sind. Wird das Kugel­ küken 3 zum Zwecke des Auf- oder Zuschaltens des Kugel­ hahnes verdreht, so gelangen die genannten Nocken 14 und 15 mit bombierten Flächen 21, 22 entsprechender Ventil­ stifte in Eingriff, so daß die Absperrventile 12, 13 in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Kugelkükens 3 be­ tätigt werden.

Verschiedene Viskosemedien, wie Schokolade, Kosmetik­ cremes, benötigen eine Begleitheizung, da sie nur in heißem Zustand fließfähig sind. Hierzu können ein zusätz­ liches Belüftungsventil sowie ein zusätzliches Auslaßven­ til vorgesehen werden - in Fig. 2 nicht dargestellt. Gegebenenfalls wären solche Ventile bezüglich Anordnung und Bauweise genau wie die Absperrventile 12 und 13 vor­ zusehen, und zwar in der Darstellung 2 spiegelbildlich hierzu links von der vertikalen Mittellinie. Diesen zu­ sätzlichen Ventilen wären ebenfalls Schaltnocken wie die Nocken 14, 15 zugeordnet, so daß auch hier eine Zwangs­ steuerung erfolgt. Dabei wäre die Anordnung jedoch so ge­ troffen, daß die zusätzlichen Ventile nur in Offenstel­ lung des Kugelhahnes geöffnet wären, so daß Heißwasser oder Dampf über das Entlüftungsventil zugeführt wird, den Leckageraum 9 erhitzt und über das Auslaufventil abge­ führt wird.

Die Fig. 3-6 veranschaulichen schematisch den Ablauf der Zwangsschaltung in Abhängigkeit von der Stellung des Kugelkükens 3. Dabei zeigt Fig. 3 das Kugelküken in Offenstellung. Der Leckageraum 9 ist hierbei noch flüs­ sigkeitsdicht abgeschlossen. Nach Verdrehen des Kugel­ kükens 3 in Richtung des Pfeiles 16 verläßt das Kugelkü­ ken 3 den Dichtbereich und durchläuft dabei die in Fig. 4 dargestellte Zwischenstellung. Hierbei gelangt Medium - in Fig. 4 gestrichelt dargestellt - in den Leckageraum 9, der nunmehr ebenfalls unter dem Druck des Mediums im Leitungssystem steht.

Fig. 5 zeigt die Schaltstellung, in welcher kein zusätz­ liches Betriebsmedium 17 mehr in den Leckageraum 9 nach­ strömen kann, da an den Schnittpunkten 18, 19 der sphä­ rischen Oberfläche des Kugelkükens 3 das Schließen des Kugelhahnes beginnt. Fig. 6 zeigt die vollendete Schließstellung nach Verdrehen des Kugelkükens 3 um 90°. Jedoch verbleibt zwischen den beiden Stellungen des Ku­ gelkükens 3 - jener gemäß Fig. 5 und jener gemäß Fig. 6 - ein Winkelbereich 20. Dieser Winkelbereich steht als Schaltwinkelbereich zur Verfügung, um die Absperrventile 12 bzw. 13 kontinuierlich zu öffnen bzw. zu schließen.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Kugelhahnes. Man erkennt ein Auslaufventil 25, ferner eine Schaltachse 26, die in der vertikalen Mittelachse des Kugelkükens 3 befestigt ist, sowie einen an der Schaltachse 26 befestigten Schaltbolzen 27. Ein Belüftungsventil 28 arbeitet in ähnlicher Weise über eine Kupplung 29 mit einem Schaltbolzen 30 zusammen. Das kon­ tinuierliche Öffnen und Schließen des Auslaufventiles 25 sowie des Belüftungsventiles 28 erfolgt wie im vorausge­ gangenen Beispiel im Bereich des Schaltwinkels 20.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dem dort dargestellten Kugelhahn ist ein Auslaufven­ til 31 vorgesehen, das über eine Schaltachse 32 unmittel­ bar zwangsgesteuert geöffnet wird. Dabei ist die Schalt­ achse 32 über eine Verdrehsicherung 33 in das Kugelküken 3 eingesetzt. Am Ventilgehäuse 1 ist ein Auslaufgehäuse 34 angesetzt, in welchem ein Widerlager 35 für die Schaltachse 32 vorgesehen ist. Das Schalten des Auslauf­ ventiles 31 erfolgt ebenfalls im Verdrehbereich des Schaltwinkels 20. Hierzu ist an der Schaltachse 32 ein Schaltstück 36 vorgesehen, das bei der Drehbewegung des Kugelkükens 3 an der Unterseite 37 des auf der Schaltach­ se 32 verschiebbaren Ventilteiles 38 angreift und dieses kontinuierlich anhebt. Im vorliegenden Falle ist das Ven­ tilteil 38 durch einen Stift 39 gegen Verdrehen gesi­ chert.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Kugelhahn ist die Zwangsschaltung des Auslaufventiles 40 sowie des Belüf­ tungsventiles 41 über ein Gestänge 42 veranschaulicht. An einem Kupplungsstück 43 ist ein Schaltbolzen 44 ange­ setzt. Bei einer Schwenkbewegung von Kupplungsstück 43 wird das Belüftungsventil 41 geöffnet, während das Aus­ laufventil 40 über das Gestänge 42 geöffnet wird. Diese beiden Öffnungsvorgänge spielen sich wiederum im Bereich des Schaltwinkels 20 ab.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 sind elektronische Schaltelemente vorgesehen. Der sinnvolle Einsatz dieser Elemente ermöglicht ebenfalls ein zwangsgeschaltetes Öff­ nen und Schließen des Leckageablaufes sowie der Belüftung des Leckageraumes 19. Hierzu wird die Drehbewegung des Kugelkükens 3, beispielsweise an der Antriebsspindel 6, an einem Ring 45 mit Schaltnocke 46 abgetastet, bei­ spielsweise durch einen elektronischen Näherungsschalter 47. Die dabei gewonnenen Schaltimpulse öffnen bzw. schließen Pneumatikventile oder Elektromagnetventile, die als Auslaufventil 48 und als Belüftungsventil 49 an das Ventilgehäuse 1 angebaut sind.

Verzeichnis der Bezugszeichen:

 1 Ventilgehäuse
 2 Ventilgehäuse
 3 Kugelküken
 4 PTFE-Sitzringe
 5 PTFE-Sitzringe
 6 Antriebsspindel
 7 Schweißflansche
 8 Schweißflansche
 9 Leckageraum
10 Leitungsanschluß
11 Leitungsanschluß
12 Auslaufventil
13 Belüftungsventil
14 Schaltnocken
15 Schaltnocken
16 Pfeil
17 Betriebsmedium
18 Schnittpunkt
19 Schnittpunkt
20 Schaltwinkel
21 bombierte Oberflächen
22 bombierte Oberflächen
23 bombierte Oberflächen
24 bombierte Oberflächen
25 Auslaufventil
26 Schaltachse
27 Schaltbolzen
28 Belüftungsventil
29 Kupplung
30 Schaltbolzen
31 Auslaufventil
32 Schaltachse
33 Verdrehsicherung
34 Auslaufgehäuse
35 Widerlager
36 Schaltstück
37 Unterseite
38 Ventilteil
39 Stift
40 Auslaufventil
41 Belüftungsventil
42 Gestänge
43 Kupplungsstück
44 Schaltbolzen
45 Ring
46 Schaltnocke
47 Näherungsschalter
48 Auslaufventil
49 Belüftungsventil

Claims (7)

1. Kugelhahn zur sicheren Trennung feindlicher Flüssig­ keiten (z. B. Produkt/Lauge) insbesondere für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie, mit einem Gehäuse zum Anschluß an Leitungen, z. B. über Schweißflansche, mit einem drehbaren Kugelküken, das zwischen Sitzrin­ gen drehbar gelagert ist und mit einem zwischen Ge­ häuse, Kugelküken und Sitzringen gebildetem Totraum, der als Leckageraum dient, und der einen Auslaß auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Auslaß ein Auslaßventil (12, 25, 31, 40, 48) zugeordnet ist, und daß eine Zwangssteuerung zum Öffnen bzw. Schließen des Auslaßventiles in Abhängigkeit von der Drehbewe­ gung des Kugelkükens (3) vorgesehen ist.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Belüftungsventil (13, 28, 41, 49) zum Belüf­ ten des Leckageraumes (9) vorgesehen ist, und daß auch dem Belüftungsventil (13, 28, 41, 49) eine gleiche oder ähnliche Zwangssteuerung wie dem Auslaß­ ventil (12, 25, 31, 40, 48) zugeordnet ist.

3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwangssteuerung jeweils einen am Kugelküken (3) vorgesehenen Schaltnocken (14, 15) um­ faßt (Fig. 2).

4. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zwangssteuerung des Auslaufventiles (25) eine in der Mittelachse des Kugelkükens (3) drehfeste Schaltachse (26) mit Schaltbolzen (27) vorgesehen ist, und zur Zwangssteuerung des Belüftungsventiles (28) ein an einer Kupplung (29) vorgesehener Schalt­ bolzen (30) (siehe Fig. 7).

5. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zwangssteuerung des Auslaßventiles (31) eine in der vertikalen Mittelachse am Kugelküken (3) dreh­ fest angreifende Schaltachse (32) erfolgt, der ein Widerlager (35) zugeordnet ist, und daß ein aus der Schaltachse (32) vorstehendes Schaltstück (36) vorge­ sehen ist, das bei Verdrehen des Kugelkükens (3) an der Unterseite (36) eines verdrehgesicherten Ventil­ teiles (38) angreift, um dieses in die Offenstellung anzuheben (siehe Fig. 8).

6. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zwangssteuerung des Belüftungsventiles (41) ein an einem Kupplungsstück (43) angesetzter Schalt­ bolzen (44) vorgesehen ist, und zur Zwangssteuerung des Auslaufventiles (40) ein Schaltbolzen (44), der mittels eines Gestänges (42) betätigt wird (siehe Fig. 9).

7. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Kugelkükens (3) durch einen elektronischen oder elektrischen Sensor, vorzugsweise einen elektronischen Näherungsschalter (47) abgeta­ stet wird, vorzugsweise an einem Schaltnocken (46), und daß der Schaltimpuls das Öffnen und Schließen des mit Stellantrieb ausgestatteten Auslaßventiles (48) sowie des Belüftungsventiles (49) bewirkt (siehe Fig. 10).