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Federloses Tellerventil
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Die Erfindung betrifft ein federloses Tellerventil, insbesondere für
automatisch reinigbare Anlagen der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie zu deren
Sicherung gegen unzulässigen Unterdruck, mit einer Rippen führung im Sitzbereich
und einer Weichdichtung zwischen Sitz und Ventilteller.
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In Anlagen der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie kann es während
der CIP-Reinigung (cleaning in place-Reinigung) in Folge unerwünschter aber in der
Regel unvermeidbarer Temperaturschwankungen bzw. unstetiger Temperaturänderungen
zu Druckänderungen kommen. So ergeben Temperaturabsenkungen aufgrund der thermodynamischen
Gesetzmäßigkeiten bei geschlossenen Systemen entsprechende Druckabsenkungen, wobei
insbesondere Tanks, Behälter und Apparate festigkeitsmäßig nicht so dimensioniert
sind, daß sie den entstehenden Unterdrücken standhalten können. Derartige unterdruck
gefährdete Anlagen bzw. Anlagenteile sind daher durch selbsttätig arbeitende, auf
geringste Unterdrücke ansprechende Einrichtungen, die eine Belüftung bzw. Begasung
des unter Unterdruck stehenden Raumes besorgen, zu sichern.
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Da in der Regel die vorgenannten Sicherheitseinrichtungen während
der Produktfahrt auch vom Produkt benetzt werden, ist die automatische Reinigung
sämtlicher mit dem Produkt in Berührung kommender Oberflächen aus bakteriologischen
Gründen
eine unverzichtbare Forderung.
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Da die vorgenannten Sicherheitseinrichtungen in der Regel als federlose
Tellerventile ausgebildet sind und auf geringste Druckdifferenzen ansprechen müssen,
muß in jedem Falle verhindert werden, daß Verklebungen zwischen Ventilteller und
Sitz durch das vorhandene Produkt vermieden werden, da anderenfalls der Ansprechdruck
des Ventils in unzulässiger Weise erhöht wird.
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Die bekannten federlosen Tellerventile, die zur Bewältigung der vorstehend
aufgezählten Forderungen eingesetzt werden, besitzen eine in den Ventilteller eingelegte
Sitzdichtung mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt. Die mit der Sitzdichtung
korrespondierende Sitzfläche ist derart geneigt ausgebildet, daß Produkt aus dem
Spaltbereich zwischen Sitzdichtung und Sitzfläche ablaufen kann.
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Es hat sich nun bei den bekannten federlosen Tellerventilen zum einen
gezeigt, daß die Dichtheit derartiger Ventile dann nicht gewährleistet ist, wenn
geringste Ansprechdrücke gefordert werden. Dies resultiert allein daraus, daß als
Schließkraft nur die außerordentlich geringe Gewichtskraft des federlosen Ventiltellers
zur Verfügung steht und der Dichtring selbst nicht so herstellbar und in die Nut
einbettbar ist, daß der Teller über die Dichtung auf der Sitz fläche überall einwandfrei
aufliegt. Darüber hinaus erlauben es die bekannten Ventile nicht, den Ventilteller
im Bedarfsfall zwangsweise anzulüften, um den Sitzbereich von etwaigen Produktresten
einwandfrei abzureinigen oder gegebenenfalls vorhandene Verklebungen zwischen Ventilteller
und Sitz aufzubrechen, um den erforderlichen Ansprechdruck während des Betriebs
jederzeit sicherzustellen.
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Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, federlose Tellerventile
der einleitend gekennzeichneten Gattung im Sitzbereich derart auszubilden, daß selbst
bei kleinsten Ansprechdrücken, d.h. bei außerordentlich kleinen, aus der Gewichtskraft
des Ventiltellers resultierenden Schließkräften eine einwandfreie Dichtheit zwischen
Ventilteller und Sitz fläche gewährleistet ist.
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Darüber hinaus sollen die Verklebungsgefahr durch Produkt im Sitzbereich
verringert, die Herstellung in diesem Bereich insgesamt vereinfacht und die Kosten
damit reduziert werden. Darüber hinaus soll die Erfindung ein zwangsweises Anlüften
des Ventiltellers ermöglichen, um Verklebungen aufzubrechen oder die Sitzflächen
zu reinigen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs
1 gelöst. Eine besonders vorteilhafte Lösung der.Aufgabe in Bezug auf den Sitzbereich
des Tellerventils ist durch das Kennzeichen des Nebenanspruchs 2 gegeben. Vorteilhafte
Weiterbildungen des federlosen Tellerventils sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch das Vergießen der Weichdichtung im Sitzbereich wird die sonst
unvermeidliche Spaltbildung zwischen Dichtung und Nut vermieden, die zum einen stets
reinigungsunfreundlich und zum anderen bakteriologisch kritisch ist. Die spitzdachförmige
Ausbildung des Sitzringes sorgt für eine einwandfreie beiderseitige Ableitung des
Produkts aus dem Bereich der Dichtung in die benachbarten Räume. Durch die Adhäsionskräfte
des Vergußmittels in Bezug auf die Dichtung setzt sich die beiderseitige dachförmige
Abschrägung des Sitzringes auch im vergossenen Spaltbereich zur Dichtung hin fort.
Die leicht aus dem Sitzring hervorstehende Weichdichtung ist nach ihrem Vergießen
im Bedarfsfall bei hohen Anforderungen leicht planschleifbar. Die Sitzfläche des
Ventiltellers, die planparallel zur Schmalseite der Sitzdichtung verläuft, ist auf
einfachste Weise durch Pl andrehen herstellbar. Der unterhalb des Ventiltellers
angeordnete Stößel ist zwangsweise automatisch in Hubrichtung des Tellerventils
bewegbar. Damit wird im Bedarfsfall ein Losbrechen des Ventiltellers von seinem
Sitz im Falle einer Verklebung möglich. Desweiteren können während der automatischen
Reinigung des Ventils die Sitzflächen durch Anlüften des Ventiltellers über den
Stößel freigelegt werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des federlosen Tellerventils im Bereich
seiner Dichtung sieht vor, daß die gesamte Weichdichtung aus einer Vergußmasse besteht,
die Nut vollständig ausfüllt und zum Ventilteller hin konvex derart begrenzt, daß
zwischen den spitzdachförmig abfallenden Flanken des Sitzringes ein stetiger Übergang
ohne Wendepunkte vorhanden ist. Als besonders geeignet haben sich Vergußmassen erwiesen,
die im Zweikomponentenverfahren hergestellt werden und auf Silikonbasis arbeiten.
Diese silikonhaltigen Endprodukte sind sehr weich, sie sind wasserabstoßend und
außerordentlich elastisch. Durch diese Eigenschaften der Dichtung erreicht man ein
einwandfreies Schließen der federlosen Tellerventile selbst bei geringsten Unterdrücken.
Bei einwandfreiem Ausgießen der für die Dichtung im Sitzring vorgesehenen Nut entstehend
infolge der Oberflächenspannung der Vergußmasse ein zum Ventilteller hin gesehen
konvex derart begrenztes Dichtungsprofil, daß sich zwischen Ventilteller und Dichtung
eine einwandfreie linienförmige Berührung ausbilden kann. Beiderseits dieser Berührungslinie
fällt die Weichdichtung stetig ab und geht ohne erkennbare Wendepunkte in die spitzdachförmig
abfallenden
Flanken des Sitzringes über. Schwer zu reinigende Schmutz
ecken und unzugängliche Spalten zwischen Sitzring und Dichtung werden dadurch von
vornherein vermieden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des federlosen Tellerventils
sieht vor, daß eine topfförmige Spritzwanne, die an ihrem Umfang mehrere Eintrittsöffnungen
besitzt, mit ihrem offenen Ende den Sitzring umschließt und mit diesem formschlüssig
verbunden ist, daß der Stößel zentrisch und an seinem Umfang abgedichtet durch den
Boden der Spritzwanne hindurchgeführt und daß ein Schlauchstutzen im Bodenbereich
der Spritzwanne angeordnet ist. Durch diese Ausführungsform entsteht im Bezug auf
die über den Sitzbereich des Ventils nach unten strömende Reinigungsflüssigkeit
ein geschlossenes Gehäuse, aus welchem die Reinigungsflüssigkeit über den Schlauchstutzen
ableitbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des federlosen Tellerventils
ist dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel an einem federbelasteten Kolben eines
Anlüftzylinders angeformt ist und daß der den Kolben aufnehmende Anlüftzylinder
über ein federndes Verbindungsmittel mit dem Boden der Spritzwann formschlüssig
verbunden ist. Durch diese Ausführungsform wird mit einem Minimum an Bauteilen eine
zwangsweise Anlüftung des Ventiltellers erreicht.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des federlosen Tellerventils
gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß Kolben und Stößel aus einem nichtmetallischen
Werkstoff hergestellt sind, daß an der Stirnseite einer zentrischen, unterhalb des
Ventiltellers an letzterem angeordneten Verlängerung ein metallisches Plättchen
eingebettet ist und daß der vorzugsweise hohlzylinderförmige, an seinem dem Ventilteller
zugewandten Stirnseite geschlossene Stößel eine in der Symmetrieachse des Tellerventils
unterhalb der Verlängerung des Ventiltellers angeordnete, die Annäherung des Plättchens
beispielsweise über eine Spannung signalisierende Meldeeinrichtung umschließt.
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Durch diese Weiterbildung ist es möglich, die einwandfreie Schließlage
des Ventiltellers zu melden. Dazu ist es, wie vorgeschlagen, aus Gründen der Empfindlichkeit
erforderlich, die Meldeeinrichtung möglichst nahe an das metallische Plättchen innerhalb
der Verlängerung des Ventiltellers heranzuführen. Um eine einwandfreie Rückmeldung
des Ventiltellers sicherzustellen, sind Kolben und Stößel aus einem nichtmetallischen
Werkstoff hergestellt.
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Um ein Haften von Produkt an der inneren Mantelfläche des Sitzringes
möglichst zu vermeiden und eine leichte Reinigung dieses Bereichs zu erreichen,
ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Sitzring
auf seiner Innenseite mit einer Beschichtung aus Polytetraflouräthylen versehen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß unterhalb des Ventiltellers an diesem vier relativ lange, ebene
Führungsrippen angeordnet sind, die sternförmig von der Symmetrieachse des Ventiltellers
nach außen verlaufen und diesen am Innenmantel des Sitzringes in jeder dffnungsstellung
des Ventils zentrieren. Die langen Führungsrippen sorgen zum einen für eine ausreichende
Führung des Ventiltellers selbst in seiner maximalen Offenstellung, zum anderen
bilden jeweils benachbarte Führungsrippen einen vertikalen Kanal, in dem das von
oben nach unten hindurchströmende Reinigungsmittel derart geführt wird, daß es,
ohne durch die Eintrittsöffnungen hindurchzuspritzen, im Bodenbereich der Spritzwanne
gesammelt und über den Schlauchstutzen abgeleitet werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß im Bodenbereich
der Spritzwanne eine Öffnung für eine Heizung vorgesehen ist. Diese Heizung, die
das Ventil auf eine bestimmte Temperatur aufheizen kann, ist dann notwendig, wenn
die Funktionssicherung des Ventils auch bei relativ niedrigen Umgebungstemperaturen
erreicht werden muß.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 einen Mittelschnitt durch ein federloses Tellerventil
gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine mit X in Fig. 1 gekennzeichnete Einzelheit des
Sitzbereichs in vergrößerter Darstellung und Fig. 3 eine weitere vorteilhafte Weiterbildung
der Weichdichtung gemäß der Erfindung.
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Das federlose Tellerventil (Fig. 1) ist über einen Sitzring 2 in Verbindung
mit einer diesen umschließenden Spritzwanne 4 mittels eines teilbaren Klemmringes
20 mit einem Gehäuse 3, welches gegen Unterdruck zu sichern ist, verbunden.
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Eine Gehäusedichtung 5 zwischen dem Gehäuse 3 und den Sitzring 2 verhindert
den Austritt von Produkt bzw. Reinigungsflüssigkeit aus dem Gehäuse 3 in
die
Umgebung des Ventils. Auf dem spitzdachförmig zum Gehäuse hin angeschrägten Sitzring
2 ruht ein als Flachteller ausgebildeter Ventilteller 1, der über vier relativ lange,
ebene Führungsrippen la, die sternförmig von der Symmetrieachse des Ventiltellers
1 nach außen verlaufen, innerhalb des Innenmantels des Sitzringes 2 zentriert wird.
Oberhalb des Ventiltellers 1 ist ein Anschlagstift ld angeformt, der durch Anschlag
am Gehäuse 3 den maximalen Öffnungshub des Ventils begrenzt. Unterhalb des Ventil
tellers 1 befindet sich in dessen Zentrum eine zylindrische Verlängerung le, die
über die Fußenden der Führungsrippen la hinaus reicht. In die Stirnseite der Verlängerung
le ist ein metallisches Plättchen lc eingebettet. Der Sitzring 2 ist an seinem dem
Ventilteller 1 zugewandten Ende mit einer rechteckförmigen Nut 2c versehen, in der
eine Sitzdichtung 2a mit rechteckigem Querschnitt hochkant mittels einer Vergußmasse
2b eingebettet ist (Fig. 2). Die Sitzdichtung 2a ragt geringfügig über den Sitzring
2 hinaus, wobei die Vergußmasse 2b die dachförmigen Begrenzungsflächen des Sitzringes
2 zur Sitzdichtung 2a hin verlängert.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die gesamte Sitzdichtung 2a (Fig. 3) aus einer Vergußmasse besteht, die die
Nut 2c vollständig ausfüllt. Durch sorgfältiges Ausgießen der Nut 2c, wobei auf
einwandfreies Ausgasen der Vergußmasse geachtet wird und Lufteinschlüsse unter allen
Umständen vermieden werden, wird erreicht, daß sich die Sitzdichtung unter dem Einfluß
der Oberflächenspannung der Vergußmasse zum Ventilteller 1 hin konvex begrenzt,
so daß zwischen den spitzdachförmig abfallenden Flanken des Sitzringes 2 ein stetiger
Übergang ohne Wendepunkte vorhanden ist.
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Am Ventilteller 1 ist eine mit der Sitzdichtung 2a zusammenwirkende
und zu dieser planparallele Sitzfläche 1b vorgesehen. Die Spritzwanne 4 weist vier
über ihren Umfang gleichmäßig verteilte, unterhalb des Sitzringes 2 angeordnete
Eintrittsöffnungen 4a auf und ist in ihrem Bodenbereich mit einem Schlauchstutzen
4c versehen. Der Boden 4b der Spritzwanne 4 ist verstärkt ausgebildet und umschließt
in einer zentrisch in ihm angeordneten Öffnung einen Stößel lla, welcher hohlzylinderförmig
ausgebildet und zum Ventilteller 1 hin mit einem Boden versehen ist. Der Stößel
lla ist an seinem offenen Ende an einem Kolben 11 angeformt. Letzterer wird von
einem Anlüftzylinder 10 umschlossen, welcher über ein federndes Verbindungsmittel
9 mit dem Boden 4b der Spritzwanne 4 formschlüssig verbunden ist. Stößel lla und
Kolben 11 sind gegen die sie umhüllenden Mantel flächen mittels Stößel- bzw. Kolbendichtung
12 bzw. 14 abgedichtet. Der Kolben 11 stützt sich über eine Feder 8 gegen
den
Boden 4b der Spritzwanne 4 ab. In der unteren stirnseitigen Begrenzungsfläche des
Anlüftzylinders 10 befindet sich eine Anschlußöffnung für Steuerluft 15. Außerdem
ist in einer zentrischen Öffnung ein Flansch 7 angeordnet, welcher über eine Flanschdichtung
16 gegen den Anlüftzylinder 10 abgedichtet und mittels Verbindungsmittel 17, 18,
19 mit diesem verbunden ist. In den Flansch 7 ist zentrisch und mit der Symmetrieachse
des Ventils zusammenfallend eine Meldeeinrichtung 13 eingeschraubt, die in den Stößel
lla bis zu dessen stirnseitiger Begrenzungsfläche hineinreicht. Im Bodenbereich
der Spritzwanne 4 ist außerdem eine Öffnung 4d für eine Heizung vorgesehen, die
bei nicht vorhandener Heizung mittels eines Verschlußstopfens 6 geschlossen ist.
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Das in seinem Aufbau beschriebene federlose Tellerventil öffnet dann
selbsttätig, wenn infolge einer am Ventilteller 1 angestehenden Druckdifferenz die
daraus resultierenden Druckkräfte größer sind als die aus der Masse des Ventiltellers
1 resultierende Gewichtskraft. Die Öffnungsbewegung des Ventiltellers 1 wird durch
den Anschlagstift 1d am Gehäuse 3 begrenzt. Die Führungsrippen la sind in ihrer
axialen Richtung gesehen so lang ausgeführt, daß sie den Ventilteller 1 in der maximalen
Öffnungsstellung-noch hinreichend innerhalb des Sitzringes 2 führen. Die einwandfreie
Schließstellung des Ventiltellers 1 wird über die die Annäherung des metallischen
Plättchens innerhalb der Verlängerung le mit der Empfindlichkeit von ca. 1 mm signalisierende
Meldeeinrichtung 13 angezeigt. In der Schließstellung des Ventils befindet sich
zwischen der Meldeeinrichtung 13 und dem metallischen Plättchen lc lediglich noch
der Boden des nichtmetallischen Stößels lla, wobei ein geringer Luftspalt zwischen
dem Boden des Stößels lla und dem metallischen Plättchen lc die Funktionssicherheit
(einwandfreie Schließlage) gewährleistet.
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Durch Ansteuerung des Anlüftzylinders 10 über die Anschlußöffnung
15 wird der Kolben 11 gegen die Kraft der Feder 8 aufwärts bewegt, wodurch der-mit
ihm verbundene Stößel lla den Ventilteller 1 über seine Verlängerung le vom Sitzring
2 abhebt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung des Kolbens 11 in
Verbindung mit dem Stößel lla wird erreicht, daß die gesamte, durch den Innendurchmesser
des Anlüftzylinders 10 bestimmte Kolbenfläche der Steuerluft als Angriffsfläche
zur Verfügung steht. Die Neldeeinrichtung 13 ist zwar innerhalb des Kolbens 11 angeordnet,
verringert aber nicht dessen wirksame Kolben fläche.
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Durch das Anlüften des Kolbens 11 kann zum einen eine gegebenenfalls
vorhandene Verklebung zwischen Ventilteller 1 und Sitzring 2 beseitigt werden, zum
anderen ist in dieser Öffnungsstellung, die kleiner als die maximale Öffnungsstellung
ist, eine Sitzreinigung mittels Reinigungsflüssigkeit aus dem Gehäuse 3 heraus möglich.
Die Reinigungsflüssigkeit strömt nach dem Passieren des Sitzbereichs durch die von
den Führungsrippen gebildeten vertikalen Kanäle nach unten, ohne über die Eintrittsöffnungen
4a in der Spritzwanne 4 in die Umgebung des Ventils zu verspritzen. Die Reinigungsflüssigkeit
wird vielmehr im Bodenbereich der Spritzwanne 4 gesammelt und über den Schlauchstutzen
4c abgeleitet. Nach Wegnahme der Ansteuerluft werden Kolben und Stößel 11 bzw. lla
über die Feder 8 in ihre Ruhelage zurückgeführt, wodurch der Ventilteller 1 infolge
seiner eigenen Schwerkraft in seine Schließlage überführt wird. Die Rückmeldung
dieser Schließlage ist nun wiederum möglich, da sich das in die Verlängerung le
eingebettete metallische Plättchen lc im notwendigen Mindestabstand von der Meldeeinrichtung
13 befindet.
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Der Anlüftzylinder 10 ist im Verhältnis zum Ventilteller 1 so dimensioniert,
daß bei den überlicherweise zur Verfügung stehenden Steuerluftdrücken ein Anlüften
des Ventiltellers 1 gegen maximal 1 bar Überdruck im Gehäuse 3 während der CIP-Reinigung
möglich ist. Falls das federlose Tellerventil nicht mit einem Anlüftzylinder 10
ausgerüstet ist, ist durch die Beschichtung der Innenseite des Sitzringes 2 mit
Polytetraflouräthylen im Regelfall sichergestellt, daß keine Verklebungsgefahr durch
anhaftende Produktreste zwischen Sitzring 2 einerseits und Ventilteller 1 bzw. Führungsrippen
la andererseits besteht. Falls das vorstehend beschriebene federlose Tellerventil
bei relativ niedrigen Umgebungstemperaturen eingesetzt werden muß, besteht die Möglichkeit,
über die Öffnung 4d im Bodenbereich der Spritzwanne 4 eine elektrische Heizung in
das Ventil unterhalb des Ventiltellers 1 einzuführen. Diese Heizung sorgt für eine
ausreichende Temperaturerhöhung innerhalb des Ventils und verhindert beispielsweise
ein Festfrieren des Ventiltellers 1 auf seinem Sitz bzw. in der Rippenführung.
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