TECHNISCHES FELD

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein magnetisches Rückschlagventil, insbesondere für den Einsatz in einer sterilen Umgebung.

TECHNISCHER HINTERGRUND

[0002] Rückschlagventile dienen dazu, den Fluidfluss in nur eine Richtung zuzulassen. Wird der Druck in der anderen Richtung größer als die Schließkraft, öffnet das Fluid das Ventil. Es sind allgemein Bauformen bekannt, bei denen ein Ventilkörper den Fluidkanal entgegen der Flussrich tung verschließt, wobei die Schließkraft des Ventilkörpers über eine Schraubenfeder aufgebracht wird. Eine Variante stellt die Substitution der Feder durch eine sich abstoßende Magnetanordnung dar, wodurch sich Verunreinigungen in der Ventilanordnung reduzieren lassen.

[0003] Das Anwendungsgebiet für Rückschlagventile ist sehr vielfältig. In der Prozesstechnik und insbesondere in der Steriltechnik ist es dabei notwendig, dass sich im Ventil keine Ablagerungen durch Hohlräume, Spalten oder Dichtringe bilden können. Durch Reibung der Einzelkomponenten kann es zudem zum Abrieb kommen. Solche Verunreinigungen sind bei einer weitgehend sterilen Herstellung beispielsweise von Pharmaprodukten oder Lebensmitteln möglichst zu vermeiden.

[0004] Im Bereich der Badarmaturen sind aus CN 101871539 B bereits magnetisches Rückschlag ventile bekannt, bei denen sich ein erster Magnet am Ventilkörper und ein zweiter Magnet an der Ventilkörperführung befindet, wobei sich die beiden ringförmigen freiliegenden Magnete abstoßen, wodurch der Ventilkörper den Fluidkanal entgegen der Flussrichtung sperrt. Uber einen freiliegen den, am Ventilkörper befindlichen Radialdichtring dichtet das Ventil gegen das Fluid ab.

[0005] Aus JPH03213777A ist ebenfalls ein magnetisches Rückschlagventil für Sanitäranlagen bekannt, bei dem zwei abstoßende Magnete einen Ventilkörper abdichtend gegen einen Fluidkanal drücken. Der Führungsbolzen des Ventilkörpers taucht dabei in ein Sackloch in der Ventilkörper führung ein und bildet so einen Hohlraum mit dieser. Die Magnete sind dabei so angeordnet, dass sich die jeweiligen Stirnflächen abstoßen. Identisch zu CN 101871539 B dichtet der Ventilkörper über einen am Ventilkörper befindlichen freiliegenden Dichtring ab.

[0006] Bekannte magnetische Rückschlagventile mit abstoßender Polung sind bisher überwiegend im Sanitärbereich zu finden. Diese Ventile erweisen sich in einer aseptischen Umgebung als unvor teilhaft, da sich durch die offenliegende Magnetanordnung und die Dichtringe nicht zugängliche Hohlräume bilden, in denen sich Rückstände von Reinigungsmitteln oder Produktresten ansammeln können. Die Reinigung und Sterilisation erfolgt oft im CIP- und SIP-Verfahren, bei Temperaturen bis zu 140 °C, wodurch gängige Magnettypen (Typ N) ihren magnetischen Effekt verlieren. Durch eine fehlende Lagerung des Ventilkörpers im Ventilführungsgehäuse wird zudem Abrieb begünstigt.

[0007] Es besteht daher die Aufgabe, ein magnetisches Rückschlagventil mit einer sich abstoßenden Magnetanordnung für die Nutzung in einer aseptischen Umgebung bereitzustellen, bei der die oben angegebenen Nachteile wenigstens teilweise behoben sind.

ZUSAMMENFASSUNG

[0008] Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung. Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein magnetisches Rückschlagventil mit einem Ventilkörper und einer Ventilgehäuseanordnung bereit, wobei der Ventilkörper axial verschiebbar in der Ventilgehäusean ordnung geführt ist und durch eine der Flussrichtung entgegenwirkende Haltekraft den Fluidkanal der Ventilgehäuseanordnung verschließt, wobei die axiale Haltekraft durch eine sich abstoßende Magnetanordnung erzeugt wird, wobei ein an dem Ventilkörper über die Stirnfläche verbundener konzentrischer Kolben eine erste Magnetanordnung und die Ventilkörperführung eine zweite Magnetanordnung umfasst, wobei die erste Magnetanordnung in einem Hohlraum des Kolbens angeordnet ist und allseitig mediendicht umschlossen ist und die zweite Magnetanordnung in einem Hohlraum der Ventilkörperführung angeordnet ist und allseitig mediendicht umschlossen ist.

[0009] Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängi gen Ansprüchen, den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh rungsformen.

[0010] Au sführungs formen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen magnetischen Rücks chlagventils ;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer schematischen Magnetanordnung;

Fig. 2A eine zweite Ausführungsform der Magnetanordnung.

Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer zweiten Magnetanordnung Fig. 3A eine zweite Ausführungsform der zweiten Magnetanordnung

Fig. 4 eine erste Ausführungsform der allseitigen Umhüllung einer ersten Magnetanordnung durch einen Kolben

Fig. 4A eine zweite Ausführungsform der allseitigen Umhüllung der ersten Magnetanordnung durch den Kolben Fig. 4B eine dritte Ausführungsform der allseitigen Umhüllung der ersten Magnetanordnung durch den Kolben

Fig. 4C eine vierte Ausführungsform der allseitigen Umhüllung der ersten Magnetanordnung durch den Kolben

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0011] Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes magnetisches Rückschlagventil. Vor einer detaillierten Beschreibung folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Au sführungs formen.

[0012] Es gibt Ausführungsformen, bei denen eine erste Magnetanordnung eine stabförmige Magnetanordnung umfasst, die von der Mittelachse durchsetzt wird. Die Magnetanordnung umfasst dabei mindestens einen Magneten. Der stabförmige Magnet kann dabei eine runde Querschnittsge ometrie aufweisen. Die Polung der Magnetanordnung ist dabei quer zur Rotationsachse geteilt. Die Zuhaltekraft des Ventils wird über die Stärke des magnetischen Feldes eingestellt. Entsprechend der benötigten Haltekraft erfolgt vor der Montage die Magnetauswahl. Entsprechend einer gleichmäßi gen Kraftverteilung ist die erste Magnetanordnung entlang der Rotationsachse des Ventils ausgerich tet.

[0013] Es gibt Ausführungsformen, bei denen die zweite Magnetanordnung eine ringförmige Magnetanordnung umfasst, die konzentrisch zum Kolben ausgerichtet ist. Die Magnetanordnung umfasst dabei mindestens einen Magneten, der konzentrisch zur ersten Magnetanordnung ausgerich tet ist. Die zweite Magnetanordnung kann einen ringförmigen einteiligen Magneten oder mehrere gleichgepolte Stabmagnete umfassen, die radial um die Rotationsachse angeordnet sind, wobei die Polung der Magnetanordnung quer zur Rotationsachse geteilt ist.

[0014] Es gibt Ausführungsformen, bei denen die erste Magnetanordnung die zweite Magnetanord nung partiell durchsetzt. Die erste und zweite Magnetanordnung ist dabei so zueinander gepolt, dass sich die Stirnflächen der ersten und zweiten Magnetanordnung abstoßen. Durch die Kombination aus Stab- und Ringmagnet bildet sich aufgrund der geschlossenen Magnetfeldlinien neben der axial wirkenden Kraft eine zusätzliche radial wirkende Kraft. Da die zweite Magnetanordnung fest und die erste Magnetanordnung axial verschiebbar gelagert ist, ergibt sich eine radiale Lagerung der ersten Magnetanordnung, die die Reibung des Ventilkörpers zusätzlich minimiert, wodurch Abrieb reduziert wird.

[0015] Es gibt Ausführungsformen, bei denen die erste Magnetanordnung stoffschlüssig von dem Hohlraum des Kolbens umschlossen ist. Durch die vollständige Kapselung sollen sich keine Rückstände oder Ablagerungen am Kolben bilden. Für einen sauberen Ventillauf ist es vorteilhaft, wenn die Außengeometrie des Kolbens möglichst frei von Kerben bzw. Unebenheiten sein. Das Verschließen des mehrteiligen Kolbengehäuses nach dem Einsetzen der Magnetanordnung kann mittels WIG-, MIG/MAG oder Laserschweißen erfolgen. Dabei ist ein geringer Wärmeeintrag in die Magnetanordnung vorteilhaft, da Magnete bei einer zu hohen thermischen Belastung ihre magnetischen Eigenschaften verlieren. Laserschweißen zeichnet sich dabei durch eine hohe Schweißgeschwindigkeit und einen geringen thermischen Eintrag aus, wodurch die Magnetisierung erhalten bleibt.

[0016] Es gibt Ausführungsformen, bei denen die zweite Magnetanordnung stoffschlüssig von dem Hohlraum der Ventilkörperführung umschlossen ist. Um Unebenheiten zu minimieren und die magnetischen Eigenschaften zu erhalten, werden die Komponenten der Ventilkörperführung bevorzugt mittels Laserschweißen verbunden, wobei die zweite Magnetanordnung vor dem Fügen in den dafür vorgesehenen Hohlraum der Ventilkörperführung eingebracht wird. Die Geometrie der Ventilkörperführung ist ringförmig ausgeführt, damit sich möglichst keine Hohlräume bilden.

[0017] Es gibt Ausführungsformen, bei denen mindestens die Ventilkörperführung in Edelstahl ausgeführt ist. Zur Vermeidung von Korrosion wird bevorzugt nichtrostender austenitischer Stahl eingesetzt. Der Werkstoff 1.4435 ist dabei gegen alle Korrosionsformen beständig und kann daher in einem sterilen Produktionsumfeld wie der Medizintechnik, pharmazeutischen Industrie oder Lebensmittelverarbeitung eingesetzt werden.

[0018] Es gibt Ausführungsformen, bei denen der Kolben eine Schulter zur Begrenzung der Eintauchtiefe des Ventilkörpers umfasst. Bei einer Uberbeanspruchung kann die erste Magnetan ordnung zu weit in die zweite Magnetanordnung „eintauchen“. Hierdurch kann sich das in Längs richtung entgegen des Fluidflusses wirkende Magnetfeld umkehren, wodurch das Ventil dauerhaft geöffnet bleibt. Zur Vermeidung dieses Effekts befinden sich am Kolben Schultern, die als abge drehter Absatz ausgeführt sein können.

[0019] Es gibt Ausführungsformen, bei denen die erste Magnetanordnung und/oder die zweite Magnetanordnung hochtemperaturbeständige Magnete umfasst. Zum Sterilisieren werden die Rückschlagventile bei Temperaturen bis zu 140 °C autoklaviert. Verbreitete Typ N Magnete wie z.B. N52 Neodym Magnete (NdFeB) verlieren bereits bei einer Temperatur von 65 °C dauerhaft an Magnetisierung, wodurch sich die voreingestellte Haltekraft der Ventile ändert und das Rückschlag ventil unbrauchbar wird. Daher werden Hochtemperaturmagnete mit einer Gebrauchstemperatur von mindestens 140 °C (z.B. Typ SH, UH, EH, AH, Y) eingesetzt.

[0020] Es gibt Ausführungsformen, bei denen die Schließkraft des Ventilkörpers über die Magnet stärke eingestellt wird. Um das Magnetfeld nicht zu beeinflussen, sollten abgesehen von den Magnetanordnungen möglichst alle Komponenten des Rückschlagventils in einem nicht magneti schen Werkstoff ausgeführt sein. Die Einzelkomponenten werden bevorzugt in einem identischen Material ausgeführt, um Kontaktkorrosion zu vermeiden. Die Magnetanordnungen sind bevorzugt als Permanentmagnete ausgeführt. Durch die Magnetauswahl vor der Montage lässt sich die Haltekraft des Ventilkörpers nach Kundenwunsch voreinstellen.

[0021] Es gibt Ausführungsformen, bei denen die Ventilkörperführung über einen innerhalb der Ventilgehäuseanordnung befindlichen Käfig verbunden ist. Entsprechend einem verringerten Wartungsaufwand und einer einfacheren Reinigung kann der Käfig kraftschlüssig oder formschlüssig mit dem Ventilführungsgehäuse verbunden werden.

[0022] Es gibt Ausführungsformen, bei denen die Ventilgehäuseanordnung radial teilbar ist und über mindestens einen Radialdichtring dichtend verbunden ist. Die zueinander gerichteten Stirnflä chen der Ventilgehäuseanordnung haben eine umlaufende Nut entsprechend dem Querschnitt des Radial dichtrings. Der Radialdichtring kann als O-Ring, Flach- oder Profildichtring ausgeführt sein. Entsprechend dem Anforderungsprofil kann der Dichtring in den Materialien EPDM, Silikon, FEP- Silikon, FKM, FFKM oder als PTFE basiertes Verbundmaterial (Gylon®, Tuf- Steel®) ausgeführt sein.

[0023] Es gibt Ausführungsformen, bei denen die Ventilgehäuseanordnung zweigeteilt ist, welche ein Ventilkörpergehäuse und ein Ventilführungsgehäuse umfasst, wobei die Verbindung kraftschlüs sig über eine Uberwurfverschraubung erfolgt. Hierdurch kann das Rückschlagventil ohne Spezial werkzeug montiert werden bzw. zur Reinigung oder Wartung in seine Einzelteile zerlegt werden.

Das Ventilkörpergehäuse oder das Ventilführungsgehäuse umfasst ein Außengewinde im zylindri schen Bereich der zueinander gerichteten Stirnflächen. Das Gehäuseteil ohne Außengewinde umfasst außen einen Absatz, wobei beide Gehäusehälften über eine Überwurfmutter verschraubt werden.

[0024] Es gibt Ausführungsformen, bei denen die Ventilsitzfläche des Ventilkörpers in PTFE ausgeführt ist. Der Ventilkörper kann dabei je nach Anforderung als Membran oder Kugelvariante ausgeführt sein. In der Kugelvariante kann der Ventilkörper im Bereich des Ventilsitzes eine partielle PTFE-Beschichtung aufweisen oder komplett in PTFE ausgeführt sein, wodurch Zwischenräume vermieden werden, in denen sich Rückstände bilden können.

[0025] Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines magnetischen Rückschlagventils 100 mit einem Ventil körper 1, der über die Stirnfläche konzentrisch mit einem Kolben 7 verbunden ist. Der Kolben 7 ist axial verschiebbar, entlang der Längsrichtung des Ventils konzentrisch in einer Ventilkörperführung 6 positioniert und durchsetzt die Ventilkörperführung 6 komplett. Der Kolben 7 umfasst in einem dafür vorgesehenen Hohlraum eine stabförmige erste Magnetanordnung 4, wobei die erste Mag netanordnung allseitig durch den Kolben 7 umschlossen wird. Die Ventilkörperführung 6 ist über einen Käfig 9 statisch mit dem Ventilführungsgehäuse 2b kraftschlüssig und/ oder formschlüssig lösbar verbunden. Die Ventilkörperführung 6 umfasst einen Hohlraum, in dem eine ringförmige zweite Magnetanordnung 5 allseitig umschlossen wird. Die Polung der ersten und zweiten Mag netanordnung 4, 5 ist entgegengesetzt angeordnet, wodurch die Ventilsitzfläche 12 des Ventilkörpers 1 entgegen der Flussrichtung 14 in den konisch zulaufenden Bereich des Ventilkörpergehäuses 2a gedrückt wird. Hierdurch bleibt der Fluidkanal 3 entgegen der Strömungsrichtung 14 solange geschlossen, bis ein Druck des Fluids die Rückstellkraft der sich abstoßenden Magnetanordnung 4, 5 überwinden kann. Die Eintauchtiefe des Ventilkörpers 1 wird dabei durch eine Schulter 8 in Form eines Absatzes am Kolben 7 begrenzt. Das Ventilkörpergehäuse 2a ist mit dem Ventilführungsge häuse 2b über eine Überwurfmutter 11 gekoppelt. Zwischen den Kontaktflächen des Ventilkörper gehäuses 2a und des Ventilführungsgehäuse 2b ist ein Radialdichtring 10 eingesetzt, wobei beide Gehäusehälften 2a, 2b eine umlaufende Nut haben, die gemeinsam einen Querschnitt für die Aufnahme des Radialdichtrings 10 bilden.

[0026] Fig. 2 und Fig. 2A zeigen schematische Darstellungen der ersten und zweiten Magnetan ordnung 4, 5 im eingebauten Zustand zueinander. Die erste und die zweite Magnetanordnung sind axial durch die Magnethöhenachse magnetisiert. Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform, bei der die entgegen der Strömungsrichtung 14 wirkende Kraft über den Südpol S1 der ersten Magnetanord nung 4 und S2 der zweiten Magnetanordnung 5 hervorgerufen wird.

[0027] Fig. 2A zeigt eine zweite Ausführungsform der Orientierung der Magnetanordnungen 4, 5 wobei die wirkende Kraft über den Nordpol NI der ersten Magnetanordnung 4 und N2 der zweiten Magnetanordnung 5 hervorgerufen wird.

[0028] Fig. 3 und Fig. 3A zeigen Ausführungsformen der zweiten Magnetanordnung, wobei eine erste Ausführungsform in Fig. 3 eine ringförmige einteilige Magnetanordnung umfasst.

[0029] Fig. 3A zeigt eine zweite Ausführungsform der zweiten Magnetanordnung 5, wobei mehrere Stabmagnete 5A radial um die Rotationsachse angeordnet sind. Die Längsachsen aller Stabmagnete 5A sind dabei parallel zur Rotationsachse angeordnet, wobei die Stabmagnete 5A axial durch die Magnethöhenachse magnetisiert sind.

[0030] Fig. 4, Fig. 4A, Fig. 4B und Fig. 4C zeigen schematische Darstellungen von vier Ausfüh rungsformen zur allseitigen Umhüllung der ersten Magnetanordnung 4 durch den Kolben 7. Dabei unterscheiden sich die Ausführungsformen in den stoffschlüssig gefügten Einzelteilen des Kolbens. In Fig. 4 ist das Gehäuse des Kolbens 7 im Bereich der ersten Magnetanordnung 4 radial geteilt. Durch diese Anordnung richten sich beide Gehäuseteile des Kolbens 7 über die erste Magnetanord nung 4 automatisch konzentrisch aus, wobei die beiden Gehäuseteile des Kolbens 7 über eine Schweißnaht S miteinander verbunden werden.

[0031] Fig. 4A zeigt eine zweite Ausführungsform, bei der der Kolben 7 im Bereich der Stirnfläche der Magnetanordnung 4 radial geteilt ist und eine gemeinsame Ebene bildet, wobei die Trennebene der beiden Gehäuseteile des Kolbens 7 einen Absatz aufweist. Hierdurch lassen sich beide Gehäuse teile des Kolbens 7 zueinander ausrichten und der Wärmeeintrag in die Magnetanordnung 4 beim Erzeugen der Schweißnaht S wird reduziert.

[0032] Fig. 4B zeigt eine dritte Ausführungsform, bei der die dem Ventilkörper abgewandte Stirnfläche des Kolbens 7 eine Sacklochbohrung zum Einbringen der Magnetanordnung 4 besitzt, wobei die Bohrung über einen stirnseitigen zylindrischen oder konischen Verschluss mit einer radialen Schweißnaht S verschlossen wird.

[0033] Fig. 4C zeigt eine vierte Ausführungsform, bei der die dem Ventilkörper 1 zugewandte Stirnfläche des Kolbens 7 eine Sacklochbohrung zum Einbringen der Magnetanordnung 4 besitzt, wobei die Bohrung über ein stimseitiges zylindrisches Verschlussstück mit einer radialen Schweiß naht S verschlossen wird. Durch diese Anordnung ist die Schweißnaht S möglichst weit von der Magnetanordnung 4 entfernt, wodurch der Wärmeeintrag weiter reduziert wird. Zusätzlich wird bei dieser Anordnung die Schweißnaht S durch den Ventilkörper 1 abgedeckt.

[0034] Weitere Ausführungsformen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für einen Fachmann offensichtlich.

Bezugszeichenliste

1 Ventilkörper

2 Ventilgehäuseanordnung

2a Ventilkörpergehäuse

2b Ventilführungsgehäuse

3 Fluidkanal

4 Erste Magnetanordnung

5 Zweite Magnetanordnung

5a Stabmagnete

6 Ventilkörperführung

7 Kolben

8 Schulter

9 Käfig

10 Radialdichtring

11 Uberwurfverschraubung

12 Ventilsitzfläche

14 Strömungsrichtung

100 Rückschlagventil