Die Erfindung betrifft ein Ventil nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. In der Prozessindustrie, insbesondere der Getränketechnik, Lebensmitteltechnik, Pharmazie und Biochemie, sind Ventile wichtige Bauteile zur Führung der Produktbestandteile innerhalb der Prozessanlage. In der Regel haben diese Ventile automatische Antriebe, beispielsweise auf pneumatischer Grundlage, die mittels Anlagensteuerungen zur Veränderung der Ventilstellung angesteuert werden. Die Ventilstellung ist dabei eine wichtige Größe in der Lenkung der Ströme der Produktbestandteile und wird daher im Ventil erfasst und an die Anlagensteuerung rückgemeldet.

Stand der Technik ist heute, dass die Ventilstellung über einen Sensor, häufig ein

Näherungsinitiator, oder über ein Wegmesssystem detektiert wird. Mit diesen Mitteln wird die Stellung der Kolbenstange gemessen, die den Antrieb mit einem Ventilteller verbindet, der der Herstellung oder Trennung des Produktstromes durch das Ventil dient. Aus der Stellung der Kolbenstange außerhalb des Ventilgehäuses wird dann die Stellung des Ventiltellers im Ventilgehäuse abgeleitet und damit letztlich darauf geschlossen, ob sich das Ventil in der Schließ- oder Offenstellung befindet. Es handelt sich daher um eine indirekte Messung der Stellung des Ventiltellers.

Die indirekte Messung kann zu Fehlmessungen der Ventilstellung führen. Falls sich nun beispielsweise eine Verbindung zwischen Ventilteller, Ventilstange und Kolbenstange oder zwischen Kolben und Kolbenstange gelöst hat, würde zwar eine Bewegung detektiert werden können. Diese gibt jedoch keinen Rückschluss auf die Stellung des Ventiltellers und damit keinen Rückschluss, ob Medium durch das Ventil hindurchgelassen wird oder nicht. Es ist nicht klar, ob der Produktweg über das Ventil nun geöffnet oder geschlossen ist. Der heutige Stand der Technik birgt daher aufgrund der Nutzung von Hilfsgrößen das Risiko, in der Anlagensteuerung von einer falschen Ventilstellung auszugehen. Der Prozessablauf würde bei einer falsch angenommenen Ventilstellung gestört, woraus unnötig zum Teil hohe Kosten entstehen.

Für den Betreiber des Ventils ist es daher von großem Interesse zuverlässig zu erkennen, ob das Ventil nun seine Aufgabe erfüllt: das Medium, beispielsweise Produkt, Produktvorstufe oder Produktbestandteil, absperrt, verteilt oder vermischt. Im Zusammenhang mit so genannten Doppelsitzventilen mit Leckageraum ist durch die EP 1 766 276 A1 bekannt geworden, am Auslass des Leckageraumes einen Sensor vorzusehen, der austretende Leckage nachweist. Diese Leckage tritt durch defekte Dichtungen an wenigstens einem der Ventilteller aus dem Förderraum aus, in dem sich Produkt befindet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässigere Messung der Stellung des Ventiltellers vorzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 10 geben vorteilhafte Weiterbildungen an.

Der Kerngedanke der Erfindung ist, die Zuverlässigkeit durch eine direkte Messung im Ventil zu erhöhen. Daher ist im Ventil eine Sensorik zur Messung der Ventilfunktion angeordnet. Die Sensorik kann in dem Gehäuse oder an dem Ventilteller oder an Gehäuse und Ventilteller angeordnet sein. Durch diese Art der Messung kann unmittelbar die Dichtheit des Ventils bestimmt und damit die Funktion des Ventils überprüft werden. Das Risiko eines auf Grund einer falsch angenommenen Ventilstellung fehlerhaft ablaufenden Prozesses und damit verbundener technischer und wirtschaftlicher Nachteile wird durch die direkte Messung der Ventilfunktion sehr stark verringert.

Insbesondere sind zwei Messprinzipien von Vorteil.

Nach dem ersten Messprinzip wird mit Hilfe wenigstens eines Sensors im Dichtbereich eine aussagekräftige Messung durchgeführt, beispielsweise eine Druckmessung. Die wenigstens eine Dichtung des Ventiltellers wird beispielsweise in eine dafür vorgegebene Nutkontur eingebracht, um in Schließstellung des Ventils eine Dichtwirkung zwischen Ventilteller und Ventilsitz hervorzurufen. Sobald der Ventilteller sich in Richtung Ventilsitz bewegt und die Dichtung durch die Berührung mit dem Ventilteller und daraus entstehender Krafteinleitung verformt, entstehen veränderte Verhältnisse (z.B. mechanische Druckverhältnisse) in der Nut und am Sitzbereich, die es gilt zu erfassen. Mit Detektion des Einfahrens der Dichtung in den Ventilsitz kann eine zuverlässige Aussage über die Wirkung der Dichtung erfolgen.

Nach dem zweiten Messprinzip werden im von einer Umgebung des Ventils getrennten Ventilinnenraum, dem Produktraum, an spezifischen Stellen des Gehäuses oder/und des Ventiltellers Sensoren angebracht, die z.B. eine Temperaturveränderung oder/und eine Feuchteveränderung erfassen und auswerten. Eine Signalverarbeitungseinheit kann vorgesehen sein, die Veränderung durch Vergleich mit einem gebildeten oder bestimmten Referenzwert ermittelt. In Abhängigkeit des Prozessabschnittes und des Prozesses können dann Rückschlüsse auf die Dichtigkeit des Ventils bzw. auf Veränderungen im Prozess gebildet werden.

Das zweite Messprinzip kann eine Ergänzung zum ersten Messprinzip darstellen, wenn die Schließstellung des Ventils bereits über das erste Messprinzip erfasst wurde und andere Medien bzw. Abläufe im Prozess die Detektion von Medium im Gehäuse für den weiteren Prozess als hilfreiche Größe darstellen könnte.

Anhand eines Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung näher erläutert und die Darstellung der Wirkungen und Vorteile vertieft werden.

Es zeigen:

Fig. 1 : Längsschnitt durch ein Ventil mit einer Sensorik in geöffneter Stellung des

Schließelements;

Fig. 2: Ansicht des Details„A": Schnitt durch Ventilgehäuse und Ventilteller.

In Fig.1 ist ein Ventil 1 der Getränketechnik, Lebensmitteltechnik, Pharmazie und Biochemie in einem schematischen Schnitt gezeigt. Diese Anwendungsgebiete erfordern eine

hygienische bis aseptische Gestaltung des Ventils mit Blick auf die Dichtungen, die verwendeten Materialien, beispielsweise Edelstahl, und die Strömungsführung.

Das Ventil 1 besitzt ein Ventilgehäuse 2, welches einen ersten Rohrleitungsanschluss 3 und einen zweiten Rohrleitungsanschluss 4 umfasst. Die Rohrleitungsanschlüsse 3 und 4 sind mit den Rohren einer Prozessanlage verbindbar, beispielsweise mit einer Schweißverbindung. Zwischen den Rohrleitungsanschlüssen 3 und 4 sind im Ventilgehäuse 2 ein Produktraum 20 und eine Durchtrittsöffnung 5 angeordnet. Die Durchtrittsöffnung 5 ist von einem Ventilsitz 6 umgeben. Im Ventilgehäuse 2 befindet sich ein Ventilteller 7, der mit dem Ventilsitz 6 in berührenden Kontakt bringbar ist. Bei Berührung von Ventilsitz 6 und Ventilteller 7 ist eine durch den Produktraum 20 erfolgende Fluidverbindung zwischen erstem und zweitem

Rohrleitungsanschluss 3 und 4 unterbrochen. Die Fluidverbindung ist hergestellt, wenn Ventilsitz 6 und Ventilteller 7 voneinander entfernt werden.

Die Bewegung des Ventiltellers 7 wird von einem Antrieb 8 bewirkt. Dieser kann

elektromotorisch ausgeführt sein. Im dargestellten Beispiel ist er druckmittelbetrieben ausgeführt und umfasst einen mit einer Ventilstange 9 verbundenen Kolben 10, der mit Hilfe eines Druckmittels gegen die Kraft einer Feder 11 bewegt wird. Die Ventilstange 9 ist mit dem Ventilteller 7 verbunden, so dass die Bewegung des Kolbens 10 auf den Ventilteller 7 übertragen wird. Der Antrieb 8 kann von einer an den Antrieb 8 oder das Ventil 1

angekoppelten Ventilsteuereinrichtung 12 angesteuert sein, die den Elektromotor antreibt oder im vorliegenden Beispiel die Druckmittelzufuhr steuert.

Ein erster Sensor 13 ist am Ventilsitz 6 angeordnet. Er ist als Drucksensor ausgeführt und gibt ein Signal aus, das in ihn eingeleitete Kräfte repräsentiert. Diese Kräfte werden vom Antrieb 8 erzeugt und über den Ventilteller 7 in den Ventilsitz 6 eingeleitet.

Alternativ oder zusätzlich kann ein zweiter Sensor 14 an einer Nut 16 angeordnet sein, die im Ventilteller 7 ausgebildet ist. In ihr ist eine Dichtung 15 aufgenommen, die bei Berührung von Ventilteller 7 und Ventilsitz 6 die Trennung der Fluidverbindung verbessert. Die Dichtung 15 ist so gestaltet, dass bei Berührung von Ventilteller 7 und Ventilsitz 6 eine Verformung der Dichtung 15 stattfindet. Hierdurch wird eine Kraft in die Wände der Nut 16 eingeleitet, die mit einem als Drucksensor ausgeführten zweiten Sensor 14 messbar ist. Der zweite Sensor 14 ist vorteilhaft so angeordnet, dass die sich verformende Dichtung 15 Kräfte in ihn einleitet, die zu einem Signal im zweiten Sensor 14 führen. Alternativ oder zusätzlich zu der bis hierhin vorgestellten Sensorik kann wenigstens ein

Fluidsensor im Ventilgehäuse 2 vorgesehen sein. Im gezeigten Beispiel sind im Innenraum des Ventilgehäuses ein erster Fluidsensor 17 und ein zweiter Fluidsensor 18 angeordnet. Der erste Fluidsensor 17 ist im mit dem ersten Rohrleitungsanschluss 3 verbundenen Teil des Innenraums vorgesehen, der zweite Fluidsensor 18 in demjenigen Teil, der mit dem zweiten Rohrleitungsanschluss 4 verbunden ist. Erster und/oder zweiter Fluidsensor 17 und 18 können ein Signal ausgeben, das beispielsweise von Feuchtigkeit oder Temperatur im

Innenraum des Ventilgehäuses 2 abhängt. Dabei können die Fluidsensoren 17 und 18 auf unterschiedliche thermodynamische Größen ansprechen. Es kann auch, wenn es für den Prozess ausreicht, lediglich ein Fluidsensor vorhanden sein. Die Fluidsensoren sprechen auf die Anwesenheit von Fluid, insbesondere Prozessgut, beispielsweise Flüssigkeit, im

Innenraum des Ventils 1an. Somit kann über das Signal des Fluidsensors 17 oder 18 festgestellt werden, ob das Prozessgut an der Stelle im Ventil 1 ist, an der es gemäß

Erwartung aufgrund des Prozesses sein sollte. In Offenstellung des Ventiltellers 7 sollten die Fluidsensoren 17 und 18 ein vergleichbares Signal liefern. Unterschiede im Signal können durch Kalibrierung während eines bekannten Betriebszustandes des Ventils 1 ausgeglichen werden. Denkbar sind verschiedene Messsysteme. Beispielsweise kann der Fluidsensor 17 oder 18 ausgelegt sein, bei Berührung durch ein Medium ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeldes in das Medium einzukoppeln und auftretende Änderungen durch die dielektrischen Eigenschaften des Mediums zu detektieren. Alternativ kann die Leitfähigkeit des Mediums genutzt werden, um ein Sensorsignal zu erzeugen.

Beispielhaft kann in der Ventilsteuereinrichtung 12 eine Signalverarbeitungseinrichtung 19 vorgesehen sein, die mit den vorhandenen Sensoren 13, 14, 17 und/oder 18 verbunden ist. Sie kann dazu eingerichtet sein, auf Grundlage eines Sensorsignales auf den Schaltzustand des Ventils 1 zu schließen und ein den Schaltzustand repräsentierendes Signal auszugeben. Die Signalverarbeitungseinheit 19 kann eingerichtet sein, die Veränderung des Signales oder der Signale durch Vergleich mit einem gebildeten oder bestimmten Referenzwert zu ermitteln. In Abhängigkeit des Prozessabschnittes und des Prozesses können dann Rückschlüsse auf die Dichtigkeit des Ventils bzw. auf Veränderungen im Prozess gebildet werden.

Die Ventilsteuereinrichtung 12 kann dazu eingerichtet sein, ein Sensorsignal einem mit der Ventilsteuereinrichtung 12 kommunizierendem Gerät bereitzustellen. Dies kann ein Gerät der Steuerung der Prozessanlage sein, so dass das Sensorsignal zur Ablaufsteuerung des Prozesses zur Verfügung steht.

In Fig. 2 ist das Detail A aus Fig. 1 zur Veranschaulichung des Einbaus von zweitem Sensor 14 und erstem Fluidsensor 17 in geschnittener Ansicht dargestellt. Die Dichtung 15 ist in der Nut 16 aufgenommen und füllt diese soweit aus, dass wenig bis keine Hohlräume verbleiben. Dies gilt insbesondere, wenn sich der Ventilteller 7 in

Schließstellung befindet. Die Dichtung 15 ist dann zwischen den Wandungen der Nut 16 und dem Ventilsitz 6 eingeklemmt und verformt. Vorteilhaft wird nun der maximale Füllgrad der Nut 16 erreicht. Der zweite Sensor 14 ist so in der Nut 16 angeordnet, dass in Schließstellung des Ventiltellers 7 eine Kraft in ihn eingeleitet wird. Diese Kraft kann aus der Verformung der Dichtung 15 und/oder der Verspannung des Ventiltellers 7 auf Grund der aus dem Antrieb 8 stammenden Schließkraft herrühren. Beispielsweise auf Basis des piezoelektrischen Effekts entsteht im zweiten Sensor 14 ein elektrisches Signal. In einem Kanal 22, der durch

Ventilteller 7 und Ventilstange 9 verläuft und gegen den Produktraum 20 abgedichtet ist, wird das elektrische Signal aus dem Innenraum des Ventils 1 herausgeführt. Vorteilhaft wird es der Signalverarbeitungseinheit 19 der Ventilsteuereinrichtung 12 zugeführt. Der erste Fluidsensor 17 ist in der Wandung des Ventilgehäuses 2 angeordnet. Hierzu ist eine Befestigung 23 vorgesehen, beispielsweise eine Verschraubung des Gehäuses des ersten Fluidsensors 17 mit dem Ventilgehäuse 2, die mit Dichtmitteln versehen sein kann, um den Produktraum 20 sicher von einer Umgebung des Ventils 1 zu trennen.

Der zweite Fluidsensor 17 weist einen Messkopf 24 auf, der wenigstens zu einem Teil in den Produktraum 20 hineinragt. Eine Messkopfoberfläche 25 geht so spaltfrei und stufenlos wie technisch machbar und zum Erreichen hygienischer oder wenn nötig aseptischer Standards notwendig in eine Gehäuseinnenfläche 26 des Ventilgehäuses 2 über. Die

Messkopfoberfläche 25 kann zu diesem Zweck und abhängig vom Messprinzip aus Edelstahl oder Polytetrafluorethylen (PTFE) geformt sein. Eine zweite Signalleitung 27 verbindet den zweiten Fluidsensor 17 mit der Signalverarbeitungseinrichtung 19 der Ventilsteuereinrichtung 12. Diese zweite Signalleitung 27 kann wie dargestellt außen am Ventilgehäuse 2 verlegt sein.

Das Ventil 1 kann wie dargestellt mit einem Ventilteller 7 ausgeführt sein. Der Ventilteller 7 kann in einer Weiterbildung wenigstens eine zusätzliche Dichtung aufweisen. Alternativ kann das Ventil wenigstens zwei Ventilteller aufweisen, zwischen denen ein Leckageraum ausbildbar ist. Ziel ist es dabei jeweils, mittels der nach den hier aufgezeigten

Gestaltungsgesichtspunkten aufgebauten Sensorik auf die Schaltstellung der Ventilteller schließen zu können.

Bezugszeichenliste

1 Ventil

2 Ventilgehäuse

3 erster Anschluss

4 zweiter Anschluss

5 Durchtrittsöffnung

Ventilsitz

7 Ventilteller

Antrieb

Ventilstange

10 Kolben

11 Feder Ventilsteuereinrichtung erster Sensor

zweiter Sensor

Dichtung

Nut

erster Fluidsensor

zweiter Fluidsensor

Signalverarbeitungseinrichtung

Produktraum

Kanal

erste Signalleitung

Befestigung

Messkopf

Messkopfoberfläche

Gehäuseinnenfläche zweite Signalleitung

Detail