DE102021100689A1 - Ventilkäfig, Hubkolben, Stellventil, Analyseanordnung, Verwendung einer Analyseanordnung und Verfahren zur Überwachung einer Prozessfluidströmung - Google Patents

Ventilkäfig, Hubkolben, Stellventil, Analyseanordnung, Verwendung einer Analyseanordnung und Verfahren zur Überwachung einer Prozessfluidströmung Download PDF

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Abstract

Bei einem Ventilkäfig zum Führen eines Stellglieds, wie eines Hubkolbens, in einem Stellventil zum Einstellen einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, wobei das Stellventil über einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids verfügt, ist wenigstens ein Analysemittel für das Prozessfluid derart an dem Ventilkäfig angeordnet ist, dass das Analysemittel mit Prozessfluid interagieren kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Stellventil zum Einstellen einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Hubkolben für ein Stellventil oder einen Ventilkäfig zum Führen eines Stellglieds, wie eines Hubkolbens, in einem Stellventil. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Analyseanordnung zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft eines Prozessfluids, insbesondere einer biologischen Verunreinigung des Prozessfluids, wie Bakterien oder Viren, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, sowie die Verwendung einer solchen Analyseanordnung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, hinsichtlich einer chemischen und/oder biologische Eigenschaft, insbesondere einer biologischen Verunreinigung, wie Bakterien oder Viren.
  • In prozesstechnischen Anlagen, in denen Prozessfluide verarbeitet werden, die für den Verzehr, zur medizinischen Verabreichung, oder in anderer Weise für den Kontakt mit dem menschlichen Körper bestimmt sind, kann es erwünscht oder erforderlich sein, sicherzustellen, dass die Prozessfluide nicht kontaminiert sind. Insbesondere sind chemische und/oder biologische Kontaminierungen von Relevanz. Biologische Kontaminierungen können beispielsweise Kontaminierungen des Prozessfluids mit Keimen, wie Bakterien, Viren, Sporen oder ähnlichem sein. Prozessfluide für den Verzehr umfassen beispielsweise Getränke, wie Wasser, Milch, alkoholhaltige Getränke, nichtalkoholische Getränke oder ähnliches, wie auch andere flüssige Lebensmittel oder Lebensmittel-Vorprodukte, wie Milchprodukte, Suppen, Soßen, Brühe, Brei, Lebensmittelfarbe oder ähnliches. Prozessfluide für die medizinische Verabreichung umfassen beispielsweise Lösungen für unterschiedliche Verabreichungsarten, beispielsweise oral, intravenös, dermal, subkutan, inhalativ, nasal oder ähnliches. Andere für den Kontakt mit dem menschlichen Körper bestimmte Prozessfluide, können beispielsweise kosmetische Produkte oder Vorprodukte sein, beispielsweise Salben, Lotionen, oder Medizinprodukte, wie Ultraschall-Gel oder ähnliches.
  • Eine spezifische Untersuchung bestimmter chemischer und/oder biologischer Eigenschaften von Fluiden, wie das Erkennen von Viren, kann nur in bestimmten hierfür geeigneten Räumen stattfinden. Die einfache Unterbringung eines Sensors im Gehäuse eines Stellventils, wie EP 2 959 197 A1 vorschlägt, genügt dafür nicht.
  • In vielen Prozessen ist es üblich, dass aus der laufenden, kontinuierlichen Verarbeitung eines Prozessfluids Stichproben mittels eines Auslassventils abgezweigt oder auf andere Weise entnommen werden, um diese Proben in einer Analysekammer eines Labors außerhalb der prozesstechnischen Anlage auf ihre chemischen und/oder biologischen Eigenschaften, insbesondere Kontaminationen, zu untersuchen. Mit derartigen stichprobenartigen Untersuchungen lässt sich eine Abschätzung hinsichtlich der biologischen und/oder chemischen Eigenschaften einer Prozessfluid-Produktions-Charge treffen, aus welcher die Stichprobe entnommen wurde. Mithilfe solcher Stichproben kann das Inverkehrbringen kontaminierter Prozessfluid-Chargen verhindert oder ein Rückruf begründet werden. Eine zeitnahe Korrektur des laufenden Prozesses ist infolge des zeitlichen Versatzes zwischen Stichproben-Entnahme und Stichproben-Laboranalyse ausgeschlossen.
  • Aus DE 10 2005 051 279 B4 ist eine Messsonde bekannt, die in ein Gehäuse oder einen Behälter eingeführt werden kann, um eine Probe eines Mediums aufzunehmen, dessen Eigenschaft mit der Messsonde zu messen ist. Beispielsweise erfordert die Herstellung von sterilen Lösungen im Sinne von Arzneimitteln und Medizinprodukten für Dialyse-Anwendungen den Einsatz von pH-Messsonden zur Überwachung des Herstellungsprozesses. Die Messsonde bildet eine Eingangspforte zu einem aufwändigen Fluidsystem mit mehreren Ventilkomponenten zum Steuern des Zuflusses und des Abflusses unterschiedlicher Fluide einschließlich der eigentlichen Probe.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, und insbesondere eine Möglichkeit zu schaffen, in einer prozesstechnischen Anlage eine rasche, präzise und verlässliche Aussage hinsichtlich der chemischen und/oder biologischen Eigenschaften, insbesondere einer Kontamination, eines Prozessfluides zu treffen. Diese Aufgabe lösen die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1, 3, 6, 13, 14, 23, 35 und 36.
  • Demnach ist ein Ventilkäfig zum Führen eines Stellglieds, wie eines Hubkolbens, in einem Stellventil zum Einstellen einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, vorgesehen. Das Stellventil verfügt über einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Analysemittel für das Prozessfluid derart an dem Ventilkäfig angeordnet ist, dass das Analysemittel mit Prozessfluid interagieren kann. Das Vorsehen eines Analysemittels am Ventilkäfig kann insbesondere bei einem Stellventil mit lösbar eingesetztem Ventilkäfig eine einfache Nachrüstbarkeit des Stellventils zur Verbesserung dessen Analysekapazitäten bezwecken. Bei einem an dem Ventilkäfig vorgesehenen Analysemittel können beispielsweise biologische und/oder chemische Eigenschaften des Prozessfluids im Inneren des Stellventilgehäuses bestimmt werden. Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine Analysemittel des Ventilkäfigs wenigstens einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids. Insbesondere umfasst das Analysemittel des Ventilkäfigs den Sensor des Stellventils. Mit einem in dem Stellventil, an dem Ventilkäfig angeordneten Sensor zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids ist eine Regelungs-Rückkopplung möglich, sodass die mit dem Stellventil einstellbare Prozessfluidströmung unter Berücksichtigung der von dem wenigstens einen Sensor bestimmten chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids regelbar ist. Das wenigstens eine Analysemittel des Ventilkäfigs kann einen Filter umfassen, durch den Prozessfluid in den Innenraum des Ventilkäfigs vorzugsweise gefiltert hereinfließen und/oder durch den Prozessfluid aus dem Innenraum des Ventilkäfigs vorzugsweise gefiltert heraus fließen kann, insbesondere aus und/oder in ein Inneres des Stellventilgehäuses, das mit dem Eingang und/oder dem Ausgang des Stellventilgehäuses für die Prozessfluidströmung verbunden ist.
  • Gemäß einer Ausführung umfasst der Ventilkäfig einen Hülsenkörper, der einen Innenraum zum Aufnehmen des Stellglieds definiert. Insbesondere ist der Hülsenkörper formangepasst an das Stellglied. Alternativ oder zusätzlich ist das Analysemittel dazu ausgelegt und eingerichtet, mit dem Prozessfluid im Innenraum des Hülsenkörpers zu Interagieren. Es kann bevorzugt sein, dass der Hülsenkörper und das Stellglied, insbesondere der Hubkolben, derart aufeinander abgestimmt sind, dass zwischen dem Stellglied und dem Hubkolben zumindest in einer Betriebsstellung, insbesondere einer Analysestellung, des Stellventils eine vorzugsweise geschlossene, insbesondere prozessfluiddicht geschlossene, Analysekammer gebildet ist, wobei das wenigstens eine Analysemittel an oder in der Analysekammer angeordnet ist und/oder fluidisch mit der Analysekammer kommuniziert.
  • Alternativ oder zusätzlich ist ein Ventilkäfig zum Führen eines Stellglieds, wie eines Hubkolbens, in einem Stellventil zum Einstellen einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, vorgesehen. Das Stellventil weist ein Prozessfluid führendes Stellventilgehäuse auf und verfügt über einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung, der mit dem ersten kombinierbar ist, weist der Ventilkäfig wenigstens einen Analysekanal auf, insbesondere mit einem Rückschlagventil, zum Leiten von Prozessfluid aus einem Innenraum des Ventilkäfigs zu wenigstens einem Analysemittel, insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses. Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine Analysemittel insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses wenigstens einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids. Insbesondere bildet das außerhalb des Stellventilgehäuses angeordnete Analysemittel den Sensor des Stellventils. Das Vorsehen eines Analysekanals am Ventilkäfig kann insbesondere bei einem Stellventil mit lösbar eingesetztem Ventilkäfig eine einfache Nachrüstbarkeit des Stellventils zur Verbesserung dessen Analysekapazitäten bezwecken. Mithilfe eines derartigen Ventilkäfigs lassen sich zahlreiche bekannte, etablierte Analysevorrichtungen mithilfe des Analysekanals teil- oder voll automatisiert unmittelbar aus dem Inneren eines Stellventils mit Prozessfluid versorgen, um dieses Prozessfluid in der prozesstechnischen Anlage präzise zu analysieren. Es kann bevorzugt sein, dass der Analysekanal zu dem wenigstens einen Sensor oder den mehreren Sensoren des Stellventils außerhalb des Stellventilgehäuses führt. Mit einem am oder nahe dem Stellventil, außerhalb des Stellventilgehäuses, angeordneten Sensor zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids ist eine Regelungs-Rückkopplung möglich, sodass die mit dem Stellventil einstellbare Prozessfluidströmung unter Berücksichtigung der von dem wenigstens einen Sensor bestimmten chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids regelbar ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung umfasst der Ventilkäfig eine Pumpe zum Fördern des Prozessfluids aus dem Innenraum des Ventilkäfigs, insbesondere aus dem Inneren des Stellventilgehäuses, hinaus zu dem wenigstens einen Analysemittel außerhalb des Stellventilgehäuses. Die Pumpe kann beispielsweise in dem Ventilkäfig, insbesondere dem Hülsenkörper, oder außerhalb des Ventilkäfigs, an dem Stellventil, insbesondere an dem Stellventilgehäuse, angeordnet sein.
  • Gemäß einer Ausführung eines Ventilkäfigs basierend auf dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung weist der Ventilkäfig wenigstens einen radialen Haltesteg zur Befestigung an dem Stellventilgehäuse auf. Das wenigstens eine Analysemittel an dem Ventilkäfig gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann in dem Haltesteg aufgenommen sein. Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Analysekanal gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung in dem Haltesteg aufgenommen sein. Durch die Verwendung wenigstens eines Haltestegs ist sowohl zur strukturellen Befestigung des Ventilkäfigs an dem Stellventilgehäuse als auch zur Aufnahme wenigstens eines Analysekanals und/oder wenigstens eines Analysemittels ist zweckmäßig im Hinblick auf eine einfache Verwendung des Ventilkäfigs, insbesondere zum Anschließen eines Analysemittels, dessen Einbau, Ausbau, Kalibrierung und/oder Wartung. Vorzugsweise umfasst der Ventilkäfig mehrere Haltestege, beispielsweise zwei, drei, fünf oder mehr. Es kann bevorzugt sein, dass mehrere Haltestege über den Umfang des Ventilkäfigs gleichmäßig, insbesondere äquidistant, verteilt sind. Es kann bevorzugt sein, dass in wenigstens einem oder mehreren der Vielzahl von Haltestegen eines Ventilkäfigs eine entsprechende oder größere Anzahl Analysemittel angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich können in wenigstens einem oder mehreren der Vielzahl von Haltestegen eines Ventilkäfigs eine entsprechende oder größere Anzahl Kanäle, insbesondere umfassend wenigstens einen Analysekanal, angeordnet sein. Bei einem Ventilkäfig mit mehreren Kanälen kann wenigstens ein Kanal zum Einführen einer Spülflüssigkeit, Reinigungsflüssigkeit und/oder Kalibrierflüssigkeit in den Innenraum des Ventilkäfigs vorgesehen sein. Es kann bevorzugt sein, dass der Ventilkäfig einen Kanal, insbesondere Analysekanal, aufweist, der die Pumpe gemäß der obigen Ausführung mit dem Innenraum des Ventilkäfigs fluidisch verbindet. Insbesondere kann der Ventilkäfig in wenigstens einem Haltesteg wenigstens ein Analysemittel und in wenigstens einem, vorzugsweise anderen, Haltesteg wenigstens einen Analysekanal oder anderen Kanal aufweisen. Es kann bevorzugt sein, dass der Ventilkäfig in einem individuellen Haltesteg sowohl wenigstens ein Analysemittel als auch wenigstens einen Kanal, insbesondere einen Analysekanal, aufweist. Vorzugsweise sind der Ventilkäfig und das Ventilgehäuse derart aufeinander abgestimmt, dass ein Flanschabschnitt des Ventilkäfigs in axialer Richtung vorzugsweise entsprechend der Stellachse an dem Ventilgehäuse anordnenbar, vorzugsweise befestigbar ist. Der Flanschabschnitt kann, insbesondere voll- oder teilumfänglich, mit dem Haltesteg verbunden sein. Flanschabschnitt und Haltesteg können insbesondere in Funktionsunion realisiert sein, das heißt, der Haltesteg kann Teil- oder vollumfänglich den Hülsenkörper des Ventilkäfigs umgeben, um eine vorzugsweise flanschartige Verbindung zu dem Stellventilgehäuse zu schaffen. Das Ventilgehäuse kann einen Kragenabschnitt umfassen, an dessen oberen Ende der Haltesteg und/oder Flanschabschnitt des Ventilkäfigs befestigbar ist. Oberhalb des Haltesteg und/oder Flanschabschnitts des Ventilkäfigs kann ein Gehäusedeckel und/oder eine Laterne oder dergleichen des Stellventils anordnenbar sein, insbesondere um den Stellaktor zu tragen.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung, der mit dem ersten und/oder dem zweiten Aspekt der Erfindung kombinierbar ist, ist ein Hubkolben für ein Stellventil zum Einstellen einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei vorgesehen. Das Stellventil verfügt über wenigstens einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids. Der Hubkolben weist eine Gegendichtfläche auf, die an eine Dichtfläche, wie einen Ventilsitz, des Stellventils, insbesondere eines Ventilkäfigs, angepasst ist. Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hubkolben wenigstens eine Analysekammer zum Aufnehmen des Prozessfluids zumindest teilweise begrenzt. Vorzugsweise steht der wenigstens eine Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids in einer fluidischen Verbindung mit der wenigstens einen Analysekammer. Insbesondere kann der wenigstens eine Sensor zum Erkennen wenigstens einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids an oder in der Analysekammer angeordnet sein. Es kann bevorzugt sein, dass das Stellventil genau eine Analysekammer teilweise begrenzt. Insbesondere ist der Hubkolben derart auf das Stellventil, insbesondere das Ventilgehäuse und/oder den Ventilkäfig abgestimmt, dass in wenigstens einer vorbestimmten ersten Relativstellung des Hubkolbens zu dem Stellventilgehäuse die Analysekammer bezüglich einem Ventilgehäuse-Inneren offen ist, wobei das Ventilgehäuse-Innere in der Relativstellung des Hubkolbens mit dem Eingang und/oder dem Ausgang des Ventilgehäuses fluidisch kommuniziert. Zusätzlich kann der Hubkolben derart auf das Stellventil, insbesondere das Ventilgehäuse und/oder dem Ventilkäfig abgestimmt sein, dass in wenigstens einer vorbestimmten zweiten Relativstellung des Hubkolbens zu dem Stellventilgehäuse die Analysekammer vorzugsweise prozessfluiddicht von dem übrigen Ventilgehäuse-Inneren getrennt ist, wobei insbesondere diese zweite Relativstellung des Hubkolbens zu einer Analysestellung des Stellventils korrespondieren kann.
  • Gemäß einer Ausführung ist wenigstens ein Analysemittel für das Prozessfluid derart an dem Hubkolben angeordnet, dass es mit Prozessfluid, insbesondere mit innerhalb der Analysekammer aufgenommenem Prozessfluid, interagieren kann. Bei einem an dem Hubkolben vorgesehenen Analysemittel können beispielsweise biologische und/oder chemische Eigenschaften des Prozessfluids im Inneren des Stellventilgehäuses bestimmt werden. Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine Analysemittel des Hubkolbens wenigstens einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids. Insbesondere umfasst das Analysemittel des Hubkolbens den Sensor des Stellventils. Mit einem in dem Stellventil, an dem Hubkolben angeordneten Sensor zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids ist eine Regelungs-Rückkopplung möglich, sodass die mit dem Stellventil einstellbare Prozessfluidströmung unter Berücksichtigung der von dem wenigstens einen Sensor bestimmten chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids regelbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Analysemittel dazu eingerichtet sein, wenigstens eine insbesondere vorbestimmte biologische und/oder chemische Eigenschaft des Prozessfluids zu verstärken, beispielsweise eine Konzentration einer vorbestimmten Komponente zu erhöhen und/oder beispielsweise Prozessfluid-Bestandteile mit vorbestimmten Eigenschaften, wie eine Partikelgröße, eine elektrischen Ladung oder dergleichen, zu vereinzeln, insbesondere herauszufiltern. Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine Analysemittel des Hubkolbens einen Filter. Das wenigstens eine Analysemittel des Hubkolbens kann einen Filter umfassen, durch den Prozessfluid in die Analysekammer vorzugsweise gefiltert hereinfließen und/oder durch den Prozessfluid aus der Analysekammer vorzugsweise gefiltert heraus fließen kann, insbesondere aus und/oder in ein Inneres des Stellventilgehäuses, das mit dem Eingang und/oder dem Ausgang des Stellventilgehäuses für die Prozessfluidströmung verbunden ist.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung, die mit der vorigen kombinierbar ist, weist der Hubkolben einen insbesondere zylindrischen, vorzugsweise bezüglich der Stellachse rotations- und/oder spiegelsymmetrischen, Körper auf, der die insbesondere ausschließlich radial offene Analysekammer in axialer Hubrichtung begrenzt. In wenigstens einer Betriebsstellung, beispielsweise einer Analysestellung, ist das Prozessfluid im Inneren der Analysekammer von dem Prozessfluid im Inneren des Stellventils getrennt. Insbesondere korrespondiert die axiale Hubrichtung zu der Richtung der Stelleachse. Insbesondere bildet der Körper des Hubkolbens in der axialen Richtung einen vorzugsweise prozessfluiddichten Verschluss der Analysekammer. Die Analysekammer kann in eine oder beide axiale Richtungen durch den Körper des Hubkolbens vorzugsweise prozessfluiddicht verschlossen sein. Vorzugsweise umgibt der Körper des Hubkolbens die Analysekammer in axialer Hubrichtung beidseitig prozessfluiddicht. Es ist denkbar, dass die Analysekammer einerseits in einer ersten axialen Richtung durch einen insbesondere kreisförmigen Abschnitt des Ventilgehäuses, insbesondere des Ventilkäfigs, begrenzt und andererseits in einer zweiten axialen Richtung, gegenüberliegend zu der ersten axialen Richtung, durch einen insbesondere kreisförmigen Abschnitt des Hubkolbens begrenzt ist. Die Analysekammer kann eine ringförmige oder eine ringabschnittsförmige Gestalt haben. In Radialrichtung ist die Analysekammer zumindest teilweise durch das Stellventilgehäuse, insbesondere den Ventilkäfig, begrenzt. Vorzugsweise ist die Analysekammer in der Radialrichtung außenumfänglich vollumfänglich durch das Stellventilgehäuse, insbesondere den Ventilkäfig, begrenzt. Alternativ kann die Analysekammer in der Radialrichtung außenumfänglich zumindest teilumfänglich durch den Hubkolben begrenzt sein. Indem der Hubkolben zur Bereitstellung der Analysekammer verwendet wird, kann eine Bestimmung wenigstens einer biologischen und/oder chemischen Eigenschaft des Prozessfluids unmittelbar in dem Stellventil rasch und präzise erfolgen. Durch die Absonderung einer Prozessfluid-Probe (eines Testvolumens) innerhalb der Analysekammer von dem übrigen Prozessfluid im Inneren des Stellventils kann eine präzise Bestimmung wenigstens einer biologischen und/oder chemischen Eigenschaft des Prozessfluids gewährleistet werden. Insbesondere kann in der Analysekammer wenigstens eine biologische und/oder chemische Eigenschaft des Prozessfluids verstärkt werden, ohne das übrige Prozessfluid im Inneren des Stellventils zu beeinträchtigen.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Analysekammer an einer ersten Seite in axialer Hubrichtung von dem Körper prozessfluiddicht verschlossen und an einer zweiten Seite in axialer Hubrichtung offen ist. Insbesondere umfasst der Körper an der zweiten Seite eine Wand mit wenigstens einer Durchgangsöffnung. Vorzugsweise kann der Körper eine Vielzahl von insbesondere schmalen Durchgangsöffnungen umfassen, die vorzugsweise zur Druckreduktion ausgelegt und eingerichtet sind. Insbesondere kann der Hubkolben dazu ausgelegt und eingerichtet sein, in einer zu-Stellung wenigstens eine Durchgangsöffnung zum Eintreten von Prozessfluid in die Analysekammer aufzuweisen, vorzugsweise aus einem eingangsseitigen Inneren des Stellventilgehäuses oder einem ausgangsseitigen Inneren des Stellventilgehäuses. Vorzugsweise ist der Hubkolben dazu ausgelegt, in einer zu-Stellung mit wenigstens einer Durchgangsöffnung mit dem eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Inneren des Stellventilgehäuses fluidisch verbunden und von dem anderen, ausgangsseitigen oder eingangsseitigen, Inneren des Stellventils Gehäuses insbesondere prozessfluiddicht getrennt zu sein. Eine derartige Ausgestaltung des Hubkolbens kann insbesondere für solche Stellventile vorteilhaft sein, bei denen es gewünscht ist, in einer zu-Stellung des Stellventils entweder im eingangsseitigen Inneren oder im ausgangsseitigen Inneren eine biologische und/oder chemische Eigenschaft des Prozessfluids zu bestimmen.
  • Gemäß einer Ausführung, die mit den vorigen kombinierbar ist, umfasst der Hubkolben wenigstens einen Analysekanal zum Leiten von Prozessfluid aus der Analysekammer zu wenigstens einem Analysemittel, insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses, insbesondere fern des Stellventils. Es kann bevorzugt sein, dass der Analysekanal mit wenigstens einem Rückschlagventil ausgestaltet ist. Die Verwendung wenigstens eines Rückschlagventils in dem Analysekanal kann zweckmäßig sein, um sicherzustellen, dass, beispielsweise als Probe, zu einem außerhalb des Stellventilgehäuses, insbesondere fern des Stellventils, gefördertes Prozessfluid kein Kontaminationsrisiko bezüglich des Prozessfluids im Inneren des Stellventils bildet. Das Vorsehen eines Analysekanals am Hubkolben kann eine einfache Nachrüstbarkeit des Stellventils zur Verbesserung dessen Analysekapazitäten bezwecken. Mithilfe eines derartigen Hubkolbens lassen sich zahlreiche bekannte, etablierte Analysevorrichtungen mithilfe des Analysekanals teil- oder voll automatisiert unmittelbar aus dem Inneren eines Stellventils mit Prozessfluid versorgen, um dieses Prozessfluid in der prozesstechnischen Anlage präzise zu analysieren. Es kann bevorzugt sein, dass der Analysekanal zu dem wenigstens einen Sensor oder den mehreren Sensoren des Stellventils außerhalb des Stellventilgehäuses führt. Mit einem am oder nahe dem Stellventil, außerhalb des Stellventilgehäuses, angeordneten Sensor zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids ist eine Regelung-Rückkopplung möglich, sodass die mit dem Stellventil einstellbare Prozessfluidströmung unter Berücksichtigung der von dem wenigstens einen Sensor bestimmten chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids regelbar ist.
  • Gemäß einer Ausführung ist ein Hubkolben vorgesehen, der eine Pumpe zum Fördern des Prozessfluids aus dem Analyseraum, insbesondere dem Stellventilgehäuse, hinaus zu dem Analysemittel aufweist.
  • Die Erfindung betrifft gemäß einem vierten Aspekt, der mit den vorigen Aspekten kombinierbar ist, ein Stellventil für eine Prozessfluidströmung, insbesondere eine Wasserströmung, von bis zu wenigstens 1 L/h in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, mit einem Stellventilgehäuse und einem relativ zum Stellventilgehäuse verlagerbaren Stellglied, wie ein Hubkolben. Das Stellventil kann beispielsweise einen oben beschriebenen Hubkolben umfassen. Erfindungsgemäß sind das Stellglied und das Stellventilgehäuse dergestalt aufeinander abgestimmt, dass das Stellglied in wenigstens einer Betriebsstellung eine Analysestellung einnimmt, in der das Stellglied zusammen mit dem Stellventil eine Analysekammer zum Aufnehmen von Prozessfluid begrenzt, an der wenigstens ein Analysemittel zum Interagieren mit dem Prozessfluid angeordnet ist. Das Analysemittel kann vorzugsweise innerhalb der Analysekammer oder in fluidischer Verbindung mit der Analysekammer angeordnet sein. Das wenigstens eine Analysemittel kann an dem Stellglied befestigt sein. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Analysemittel an dem Stellventilgehäuse befestigt sein. Das Stellventil ist vorzugsweise dazu eingerichtet und ausgelegt wenigstens zwei verschiedene Betriebsstellungen, nämlich eine zu-Stellung oder Schließstellung und eine auf-Stellung einzunehmen. Insbesondere kann das Stellventil dazu ausgelegt und eingerichtet sein, eine Vielzahl verschiedener Betriebsstellungen einschließlich einer zu-Stellung und einer auf-Stellung sowie wenigstens einer, insbesondere mehrerer, Zwischenstellungen einzunehmen. Die Zwischenstellungen und die auf-Stellung definieren Durchflussstellungen. Die Betriebsstellungen des Stellventils können zu unterschiedlichen Relativstellung des Stellglieds relativ zu dem Stellventilgehäuse korrespondieren. Mit einem an dem Stellventil vorgesehenen Analysemittel können beispielsweise biologische und/oder chemische Eigenschaften des Prozessfluids im Inneren des Stellventilgehäuses bestimmt werden. Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine Analysemittel des Stellventils wenigstens einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids. Mit einem an oder in dem Stellventil angeordneten Sensor zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids ist eine Regelungs-Rückkopplung möglich, sodass die mit dem Stellventil einstellbare Prozessfluidströmung unter Berücksichtigung der von dem wenigstens einen Sensor bestimmten chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids regelbar ist.
  • Gemäß einem fünften Aspekte der Erfindung, der mit den vorigen Aspekten kombinierbar ist, ist ein Stellventil für eine Prozessfluidströmung, insbesondere eine Wasserströmung, von bis zu wenigstens 1 L/h in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, vorgesehen. Das Stellventil umfasst ein Stellventilgehäuse und ein relativ zum Stellventilgehäuse verlagerbares Stellglied, wie ein Hubkolben, insbesondere einen oben beschriebenen Hubkolben. Bei dem vierten Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Stellglied und das Stellventilgehäuse dergestalt aufeinander abgestimmt sind, dass das Stellglied in wenigstens einer Betriebsstellung eine Analysestellung einnimmt, in der das Stellglied zusammen mit dem Stellventil eine Analysekammer zum Aufnehmen von Prozessfluid begrenzt, wobei das Stellventil wenigstens einen Analysekanal aufweist, insbesondere mit einem Rückschlagventil, zum Leiten von Prozessfluid aus der Analysekammer zu wenigstens einem Analysemittel, insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses. Das Vorsehen eines Analysekanals am Stellventil kann eine Verbesserung dessen Analysekapazitäten bezwecken. Mithilfe eines derartigen Stellventils lassen sich zahlreiche bekannte, etablierte Analysevorrichtungen mithilfe des Analysekanals teil- oder voll automatisiert unmittelbar aus dem Inneren eines Stellventils mit Prozessfluid versorgen, um dieses Prozessfluid in der prozesstechnischen Anlage präzise zu analysieren. Es kann bevorzugt sein, dass der Analysekanal zu dem wenigstens einen Sensor oder den mehreren Sensoren des Stellventils insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses führt. Mit einem am oder nahe dem Stellventil, außerhalb des Stellventilgehäuses, angeordneten Sensor zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids ist eine Regelung-Rückkopplung möglich, sodass die mit dem Stellventil einstellbare Prozessfluidströmung unter Berücksichtigung der von dem wenigstens einen Sensor bestimmten chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids regelbar ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Stellventil eine Pumpe zum Fördern von Prozessfluid aus der Analysekammer, insbesondere aus dem Stellventilgehäuse, hinaus zu dem Analysemittel. Die Pumpe kann beispielsweise in dem Stellventils, insbesondere dem Stellventilgehäuse, oder außerhalb des Stellventilgehäuse, außenseitig an dem Stellventil, insbesondere an dem Stellventilgehäuse, angeordnet sein.
  • Bei einer Ausführung ist vorgesehen, dass das Stellglied in dem Stellventil als Betriebsstellungen eine Schließstellung und wenigstens eine Durchflussstellung einnehmen kann, wobei die Schließstellung oder die Durchflussstellung, der Analysestellung entspricht. Die Schließstellung kann auch als zu-Stellung bezeichnet sein. Die wenigstens eine Durchflussstellung umfasst die auf-Stellung und kann weitere Zwischen- bzw. Relativstellungen umfassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung entspricht die wenigstens eine Durchflussstellung der Analysestellung, wobei das Stellventil in der Analysestellung die Analysekammer vorzugsweise prozessfluiddicht gegenüber dem übrigen Inneren des Ventilgehäuses abgeschlossen ist, während die Prozessfluidströmung, insbesondere variabel einstellbar und/oder regelbar, vom Eingang zum Ausgang strömen kann. Je nach Auslegung der prozesstechnischen Anlage kann mit einem solchen Stellventil der betriebsgemäße Gebrauch des Stellventils als solchem wie auch dessen Analysekapazitäten uneingeschränkt oder mit lediglich geringfügigen Anpassungen parallel genutzt werden. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung entspricht die Schließstellung der Analysestellung, wobei in der Analysestellung die Analysekammer vorzugsweise prozessfluiddicht gegenüber dem übrigen Inneren des Ventilgehäuses abgeschlossen ist, während das Prozessfluid am Eingang des Stellventils durch die Schließstellung von dem Prozessfluid am Ausgang des Stellventils vorzugsweise prozessfluiddicht getrennt ist und/oder die Prozessfluidströmung auf oder nahe Null eingestellt ist. Eine solche Ausführung eignet sich besonders für die Prozessierung empfindlicher Prozessfluide, bei denen wenigstens eine biologische und/oder chemische Eigenschaft des Prozessfluids zwingend innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegen muss. Sollte sich bei der Analyse in oder mit dem Analyseraum in der Analyse- und gleichzeitigen Schließstellung eine Überschreitung der Toleranzgrenzen erkennen lassen, kann das Stellventil einfach geschlossen bleiben und es können angemessene Gegenmaßnahmen gegen die Überschreitung eingeleitet werden, ohne dass ein weiterer Durchfluss einer problematischen Prozessfluidströmung durch die prozesstechnische Anlage erfolgt. Auf diese Weise kann nicht bloß die Menge an Prozessfluid-Ausschuss minimiert werden sondern auch die zu dekontaminierende Zone in der prozesstechnischen Anlage.
  • Gemäß einer Ausführung des Stellventils sind das Stellglied und das Stellventil dergestalt aufeinander abgestimmt, dass das Stellglied in wenigstens einer Betriebsstellung eine Aufnahmestellung einnimmt, in der das Stellglied zusammen mit dem Stellventil eine fluidische Verbindung zwischen einem fluiddurchströmten Bereich des Stellventils und einem Aufnahmeraum in dem Stellglied und/oder dem Stellventilgehäuse bildet. Der Aufnahmeraum kann zu der Analysekammer korrespondieren. Die Aufnahmestellung unterscheidet sich von der Analysestellung. Insbesondere kann die Aufnahmestellung der Schließstellung und/oder wenigstens einer Durchflussstellung des Stellventils entsprechen. Es sei klar, dass ein Stellventil in einer ersten Durchflussstellung die Aufnahmestellung und in einer gegenüber der ersten Durchflussstellung anderen, zweiten Durchflussstellung die Analysestellung einnehmen kann, damit bei betriebsgemäß geöffnetem Stellventil ohne oder mit geringfügiger Abweichung der Einstellung der Prozessfluidströmung von wenigstens einer vorbestimmten soll-Strömungseigenschaft das Stellventil zwischen Aufnahme- und Analysestellung wechseln kann, sodass während des laufenden Betriebs der prozesstechnischen Anlage Untersuchungen wenigstens einer biologischen und/oder chemischen Eigenschaft des Prozessfluids erfolgen können. Alternativ kann die Aufnahmestellung zu der Schließstellung und die Analysestellung zu der wenigstens einen Durchflussstellung korrespondieren, was für solche Prozesse vorteilhaft sein kann, bei denen periodisch, insbesondere regelmäßig, die Schließstellung eingenommen wird, oder bei Prozessfluiden, deren wenigstens eine biologische und/oder chemische Eigenschaft besonders in der Schließstellung, also bei stehendem Prozessfluid, empfindlich ist.
  • Bei einer Ausführung ist das wenigstens eine Analysemittel, insbesondere sind mehrere Analysemittel, an einer die Analysekammer begrenzenden Wand angeordnet. Der Wandabschnitt mit daran angeordnetem Analysemittel kann Teil des Stellventilgehäuses, insbesondere eines Ventilkäfigs, oder ein Teil des Stellglieds, insbesondere des Hubkolbens sein. Mehrere Analysemittel können in dem Stellventil an demselben oder an verschiedenen Wandabschnitten angeordnet sein.
  • Bei einer Ausführung eines Stellventils umfasst das Ventilgehäuse einen Ventilkäfig zum Führen des Stellglieds, wobei die Analysekammer durch das Stellglied, insbesondere den Hubkolben, und den Ventilkäfig gemeinsam begrenzt ist. Der Ventilkäfig kann insbesondere gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung ausgeführt sein. Die Analysestellung und/oder die Aufnahmestellung können durch unterschiedliche Relativstellungen des Stellglieds in Bezug auf den Ventilkäfig definiert sein. In wenigstens einer Relativstellung des Stellglieds, insbesondere des Hubkolbens, zu dem Ventilkäfig ist eine Analysestellung definiert, in der die Analysekammer des Stellventils vollständig durch den Körper des Stellglieds, insbesondere des Hubkolbens, und den Ventilkäfig begrenzt ist.
  • Bei einer alternativen Ausführung ist die Analysekammer durch das Stellglied, insbesondere den Hubkolben, und eine Gehäusekanalwand am Eingang oder Ausgang des Stellventils begrenzt. Diese Ausführung ist insbesondere kombinierbar mit den zuvor beschriebenen Ausführungen, gemäß welchen die Analysestellung mit der zu-Stellung korrespondiert. Das wenigstens eine Analysemittel kann an dem Stellglied und/oder der Gehäusekanalwand angeordnet sein, die die Analysekammer begrenzt.
  • Gemäß einer Ausführung eines Stellventils, die mit den vorigen kombinierbar ist, ist das Stellglied als Hubkolben dazu eingerichtet, das Prozessfluid als Verdrängerkolben aus der Analysekammer heraus zu drängen. Beispielsweise ist der Verdränger-Hubkolben dazu ausgelegt und eingerichtet, das Prozessfluid durch einen Filter und/oder durch einen Analysekanal aus der Analysekammer zu drängen. Beispielsweise kann die Analysekammer durch den Hubkolben und einen Ventilkäfig definiert sein, wobei in dem Ventilkäfig oder den Hubkolben wenigstens ein Analysemittel in Form eines Filters vorgesehen ist, der dazu ausgelegt und eingerichtet ist, Prozessfluid-Bestandteile mit einer Partikelgröße größer einer durch den Filter definierten Maximalgröße zurückzuhalten, sodass durch eine Prozessfluid-Verdrängung mithilfe des Verdränger-Hubkolbens der Anteil großer Partikel in der Analysekammer erhöht wird. Die Maximalgröße kann 1 mm oder kleiner, insbesondere 100 µm oder kleiner, vorzugsweise 10 µm oder kleiner, besonders bevorzugt 1 µm oder kleiner sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Verdränger-Hubkolben dazu ausgelegt und eingerichtet sein, Prozessfluid aus der Analysekammer durch einen Analysekanal zu einem außerhalb des Stellventilgehäuses angeordneten Analysemittel zu fördern. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann das Stellglied zusätzlich zu dessen konventioneller Stellfunktion als Aktor für eine Analyse eingesetzt werden.
  • Ferner kann bei einer Ausführung das Stellventil eine Spülung zum kontrollierten Entfernen von Fluid, insbesondere Prozessfluid und/oder einer Probe Prozessfluid bzw. ein Testvolumen mit wenigstens einer verstärkten biologischen und/oder chemischen Eigenschaft, aus der Analysekammer umfassen. Insbesondere ist die Spülung zum kontrollierten Entfernen von Fluid dazu ausgelegt und eingerichtet, das zu entfernende Fluid ohne Kontamination des Prozessfluids außerhalb der Analysekammer, beispielsweise im übrigen Inneren des Ventilgehäuses, aus der Analysekammer zu entfernen. Die Spülung kann wenigstens einen oder wenigstens zwei in den Innenraum der Analysekammer führende Kanäle umfassen, die als Spülkanäle bezeichnet sein können, und die insbesondere in wenigstens einem Haltesteg des Ventilkäfigs untergebracht sind. Die Spülung kann dazu ausgelegt und eingerichtet sein, wenigstens ein Reinigungsfluid und/oder Prozessfluid durch einen ersten Spülkanal in die Analysekammer zu fördern. Zusätzlich oder alternativ kann die Spülung kann dazu ausgelegt und eingerichtet sein, Fluid, beispielsweise eine Probe Prozessfluid mit wenigstens einer verstärkten chemischen und/oder biologischen Eigenschaft, wenigstens ein Reinigungsfluid und/oder Prozessfluid durch einen zweiten Spülkanal aus der Analysekammer, sowie vorzugsweise aus dem Stellventilgehäuse heraus, zu fördern. Die Spülung kann dazu ausgelegt sein, mehrere verschiedene Reinigungsfluide in die Analysekammer gleichzeitig, zumindest teilweise sequenziell oder sequenziell einzubringen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann bei einer Ausführung eines Stellventils, eines Hubkolbens und/oder eines Ventilkäfigs ein Reinigungssystem vorgesehen sein, das wenigstens einen Strahlenquelle, wie eine UV-Strahlenquelle, umfasst, die zum desaktivieren und/oder vernichten von Kontaminierungen, wie Keimen, beispielsweise Bakterien oder Zellen, mittels Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, in dem Prozessfluid und/oder der Analysekammer und/oder dem Testvolumen ausgelegt und eingerichtet ist.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist eine Analyseanordung zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft eines Prozessfluids in einer prozesstechnischen Anlage, beispielsweise einer Brauerei, vorgesehen. Insbesondere ist die Analyse zum Bestimmen einer biologischen Verunreinigung des Prozessfluids, wie Bakterien oder Viren vorgesehen. Es sei klar, dass die Analyseanordnung zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft, insbesondere einer Verunreinigung, des Prozessfluids ausgelegt und eingerichtet sein kann. Die Analyseanordnung umfasst wenigstens ein Analysemittel zum Interagieren mit dem Prozessfluid. Vorzugsweise umfasst die Analyseanordnung mehrere Analysemittel zum Interagieren mit dem Prozessfluid. Ferner umfasst die Analyseanordnung wenigstens ein Stellglied, einen Ventilkäfig und/oder ein Stellventil. Optional kann die Analyseanordnung ein Stellglied, wie einen Hubkolben, umfassen, das bzw. der wie zuvor beschrieben ausgeführt sein kann, insbesondere gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung. Alternativ oder zusätzlich kann die Analyseanordnung optional einen Ventilkäfig umfassen, der wie oben beschrieben sein kann, insbesondere gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung. Weiterhin kann die Analyseanordnung optional ein Stellventil umfassen, das wie oben beschrieben sein kann, insbesondere gemäß dem vierten und/oder fünften Aspekt der Erfindung. Vorzugsweise umfasst die Analyseanordnung eine Analysekammer. Das wenigstens eine Analysemittel der Analyseanordnung kann vorzugsweise an oder in der Analysekammer angeordnet sein oder auf die Analysekammer gerichtet sein. Insbesondere ist das wenigstens eine Analysemittel der Analyseanordnung dazu ausgelegt und eingerichtet, mit Prozessfluid in der Analysekammer zu Interagieren. Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine Analysemittel der Analyseanordnung wenigstens einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids. Mit einer Analyseanordnung zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids, die ein Stellventil, ein Stellglied und/oder einen Ventilkäfig umfasst, ist eine Regelungs-Rückkopplung möglich, sodass die mit dem Stellventil einstellbare Prozessfluidströmung unter Berücksichtigung der von dem wenigstens einen Analyseanordnung bestimmten chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids regelbar ist.
  • Gemäß einer Ausführung der Analyseanordnung umfasst das wenigstens eine Analysemittel einen Filter zum Isolieren von Partikeln in dem Prozessfluid, insbesondere einen Filter zum Zurückhalten von Partikeln größer einer durch den Filter definierten Maximalgröße. Gemäß einer Ausführung kann der Filter an einem Ausgang der Analysekammer angeordnet sein, um innerhalb der Analysekammer mithilfe des Filters Partikel größer der Maximalgröße auf zu konzentrieren. Eine derartige Ausgestaltung einer Analyseanordnung mit Ausgangs-Filter kann insbesondere für Analyseanordnung von Interesse sein, deren Analyse bezogen sein soll auf eine chemische und/oder biologische Eigenschaft des Prozessfluides, die Partikel größer der Maximalgröße betreffen. Alternativ kann der Filter an einem Eingang der Analysekammer angeordnet sein, um die Analysekammer mithilfe des Filters frei von Partikel größer der Maximalgröße zu halten. Eine derartige Ausgestaltung mit Eingangs-Filter kann von Vorteil sein für eine Analyseanordnung, deren Analyse einer biologischen und/oder chemischen Eigenschaft des Prozessfluids ungestört durch große Partikel erfolgen soll. Beispielsweise kann die Analyseanordnung ein Analysemittel, wie einen Sensor, enthalten, der empfindlich auf Störungen und/oder Beschädigungen durch große Partikel reagiert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Analyseanordnung, die mit der vorigen kombinierbar ist, umfasst das wenigstens eine Analysemittel einen Injektor zum Zuführen einer Reagenz in das Prozessfluid zum Verstärken einer Eigenschaft des Prozessfluids. Es kann bevorzugt sein, dass die Analyseanordnung mehrere aufeinander abgestimmte Analysemittel umfasst, beispielsweise einen Sensor zum Erkennen oder zum Messen einer ersten Eigenschaft des Prozessfluids und einen Injektor zum Zuführen einer Reagenz zum Verstärken dieser ersten Eigenschaft des Prozessfluids. Auf diese Weise kann eine Analyseanordnung dazu befähigt sein, die anderenfalls schwer detektierbare erste Eigenschaften des Prozessfluides verlässlich zu analysieren. Insbesondere kann die Reagenz zum Verstärken einer Eigenschaft betreffend eine biologische Verunreinigung, wie Bakterien oder Viren, in dem Prozessfluid, umfassen. Insbesondere umfasst die Reagenz ein Färbemittel, wie Virenfärbeproteine und/oder Ethiumbromid. Das Färbemittel kann spezifisch abgestimmt sein auf eine bestimmte Verunreinigung oder einer Gruppe bestimmter Verunreinigungen, beispielsweise hinsichtlich eines bestimmten Keims, wie eines Bakteriums, einer Spore, eines Virus, oder hinsichtlich einer bestimmten Gruppe von Keimen. Beispielsweise eignen sich interkalierende Reagenzien wie Ethidiumbromid hervorragend als Färbemittel zur Färbung von Nukleinsäuren, beispielsweise DNA oder RNA, die als Träger genetischer Informationen in allen biologischen Organismen zu finden sind. Ethidiumbromid, ist ein roter Phenanthridin-Farbstoff, der in Nukleinsäuren interkaliert und dadurch nachweisbar die Intensität der UV-Licht-abhängigen Fluoreszenzemission verändert. Weitere beispielhafte interkalierende Farbstoffe zum Nachweis biologischer Substanzen umfassen SYBR Green-I®, SYBR Green-II®, SYBR Gold®, Propidiumjodid, EvaGreen®-Farbstoffe, LCGreen®-Farbstoffe, SYTO®-Farbstoffe, BEBO-Farbstoffe, BOXTO-Farbstoffe, Chromofy™-Farbstoffe, TOTO®-1 ((1-1'-[1, 3-Propandiylbis[(dimethyliminio)-3,1-propandiyl]]bis[4-[(3-methyl-2(3H)-benzothiazolyliden)methyl]]-, tetraiodid), und YoPro® (4-[(3-methyl-2(3H)-benzoxazolyliden)methyl]-1-[3-(trimethylammonio)-propyl]-diiodid). Als Färbemittel im Sinne der Erfindung eignen sich weiter biologische Bindestoffe, die spezifisch an biologische Polymere wie Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenwasserstoffe und Lipide binden, und mit Signalgebenden funktionellen Gruppen, wie beispielsweise fluoreszierende Farbstoffe, versehen sind. Bindestoffe zum Nachweis biologischer Substanzen umfassen insbesondere solche Proteine, die eine spezifische oder unspezifische Wechselwirkung mit anderen biologischen Polymeren eingehen können. Insbesondere Antikörper oder Nukleinsäure-Aptamere, sowie sämtliche Antigen-bindende Derivate dieser Stoffe (beispielweise Fab oder scFv Fragmente), können hier beispielhaft als für die Erfindung geeignet hervorgehoben werden. Besonders bevorzugte Nachweisverfahren betreffen Antikörper-basierte so genannten immunologische Nachweisverfahren in denen eine spezifische Bindung eines Antikörpers an ein Antigen nachgewiesen wird.
  • Zusätzlich oder alternativ umfasst die Analyseanordnung optional wenigstens ein Analysemittel, dass wenigstens ein Temperiermittel zum Erwärmen und/oder Abkühlen des Prozessfluids in der Analysekammer umfasst. Vorzugsweise ist das Temperiermittel derart auf das Prozessfluid oder eine spezifische Eigenschaft, wie eine Verunreinigung, eines Prozessfluids abgestimmt, dass das Temperiermittel zum Induzieren eines Phasenübergangs zumindest eines Teils des Prozessfluids ausgelegt und eingerichtet ist. Vorzugsweise korrespondiert der Teil des Prozessfluids, dessen Phasenübergangs mithilfe des Temperiermittel induzierbar ist, zu einer spezifischen zu bestimmenden Eigenschaft des Prozessfluids, wie einer Verunreinigung. Vorzugsweise umfasst ein Analysemittel mit einem Temperiermittel zusätzlich einen Temperatursensor. Das mit dem Temperiermittel ausgestattete Analysemittel kann mithilfe des Temperatursensors befähigt sein, abhängig von einer eingebrachten Wärmeenergie und/oder abhängig von einer abgezogenen Wärmeenergie eine Temperatur des Prozessfluides oder eines Teils des Prozessfluides zu überwachen, insbesondere um einen Phasenübergangs zu charakterisieren. Der Phasenübergang kann beispielsweise ein Phasenübergang von fest nach flüssig sein.
  • Die Analyseanordnung kann gemäß einer Ausführung vorsehen, dass das wenigstens eine Analysemittel wenigstens einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids, insbesondere einer biologischen Verunreinigung des Prozessfluids, wie Bakterien oder Viren, umfasst.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist der wenigstens eine Sensor als optischer Sensor ausgeführt, beispielsweise als Infrarotsensor. Es sei klar, dass die Analyseanordnung mehrere Analysemittel umfassend je wenigstens einen Sensor aufweisen kann. Der wenigstens eine optische Sensor kann alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet und ausgelegt sein, Fluoreszenzemissions-, Fluoreszenzpolarisations- oder Fluoreszenzresonanz-Energieübertragung zu Erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine optische Sensor für Fluoreszenzmessungen ausgelegt und eingerichtet sein. Weiter alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine optische Sensor zur Fluoreszenzkorrelations-Spektroskopie ausgelegt und eingerichtet sein.
  • Gemäß einer anderen Ausführung einer Analyseanordnung, die mit den vorigen kombinierbar ist, umfasst das wenigstens eine Analysemittel einen in die Analysekammer gerichteten Ultraschallsensor.
  • Bei einer Analyseanordnung mit einem Stellglied, insbesondere Hubkolben, kann gemäß einer Ausführung vorgesehen sein, dass das Stellglied eine mit dem Analysemittel zusammenwirkende Reflektorfläche umfasst. Die Reflektorfläche kann eine optische Reflektorfläche und/oder einer Ultraschall-Reflektorfläche sein.
  • Gemäß einer Ausführung einer Analyseanordnung umfasst das wenigstens eine Analysemittel einen pH-Wert -Sensor, einen elektrischen Leitfähigkeitssensor und/oder einen magnetempfindlichen Sensor. Es sei klar, dass die Analyseanordnung mehrere Analysemittel aufweisen kann, die verschiedene Sensoren umfassen können.
  • Bei einer Ausführung einer Analyseanordnung mit einem Analysemittel umfassend einen Sensor ist der wenigstens eine Sensor als chemischer Sensor, insbesondere zum Bestimmen einer Konzentration einer spezifischen biologischen Substanz, ausgelegt und eingerichtet. Der chemischer Sensor kann beispielsweise enzymbasiert sein. Enzyme sind biologische Proteine, die eine chemische Reaktion eines Analyten (Produkt) katalysieren. Derartige katalysierte chemische Reaktionen können nachweisbare Änderungen der physiochemischen Eigenschaften einer Analyseflüssigkeit verursachen, oder auch direkt nachweisbare Energieemissionen auslösen - z.B. nachweisbares Licht oder Farbumschläge. Änderungen des elektrostatischen Potenzials durch die enzymatisch katalysierte Reaktion werden in einem ein Enzym-Feldeffekttransistor (ENFET) nachgewiesen sein.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Analyseanordnung mit wenigstens einem Umgebungssensor zum Erfassen einer Strömungseigenschaft des Prozessfluids, wie eine Temperatur, ein Druck, eine Durchflussrate oder dergleichen, ausgestattet sein. Für eine Analyseanordnung kann es zur Bewertung einer mithilfe eines Analysemittels erfassten biologischen und/oder chemischen Eigenschaft hilfreich sein, die dazugehörigen Umgebungsbedingungen der Prozessfluidströmung zu berücksichtigen. Beispielsweise können abhängig von den Umgebungsbedingungen der Prozessfluidströmung, etwa deren Temperatur, unterschiedliche Schwellenwerte oder Grenzwerte für die Betrachtung einer biologischen und/oder chemischen Eigenschaft des Prozessfluides relevant sein. Beispielsweise kann bei der Bestimmung einer chemischen Eigenschaft, wie zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit, des Prozessfluids, vorzugsweise Wasser unbekannter Reinheit, als Umgebungssensor ein Temperatursensor herangezogen werden, um die chemische Eigenschaft, beispielsweise die Leitfähigkeit, temperaturabhängig zu analysieren. Wenigstens ein Umgebungssensor kann ein UR-Sensor sein.
  • Die Analyseanordnung umfasst gemäß einer Ausführung, die mit den vorigen kombinierbar ist, eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist ein Stellventil zu schließen, wenn die mit dem wenigstens einen Analysemittel betrachtete chemische oder biologische Eigenschaft des Prozessfluids einen Grenzwert überschreitet. Das Stellventil kann insbesondere wie oben beschrieben ausgeführt sein, insbesondere gemäß dem vierten oder fünften Aspekt der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist außerdem die Verwendung einer Analyseanordnung wie zuvor gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung beschrieben zur Überwachung einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verwendungsverfahren sieht vor, dass die Prozessfluidströmung hinsichtlich wenigstens einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft, insbesondere wenigstens einer biologischen Verunreinigung, wie Bakterien oder Viren, untersucht wird. Es sei klar, dass das erfindungsgemäße Verwendungsverfahren vorsehen kann, dass die Prozessfluidströmung hinsichtlich verschiedener Eigenschaften untersucht wird, einschließlich wenigstens einer, vorzugsweise mehrerer, chemischen und/oder biologischen Eigenschaften, sowie gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Strömungseigenschaften.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, hinsichtlich einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft, insbesondere einer biologischen Verunreinigung, wie Bakterien oder Viren. Das Überwachungsverfahren sieht erfindungsgemäß vor, dass in einem Stellventil zum Einstellen einer Prozessfluidströmung von bis zu wenigstens 1 L/h ein Testvolumen von der übrigen Prozessfluidströmung vereinzelt wird, um an dem Testvolumen die Eigenschaft zu analysieren. Das Überwachungsverfahren kann insbesondere die Verwendung eines Stellventils gemäß dem vierten oder fünften Aspekt der Erfindung, die Verwendung eines Hubkolbens gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung und/oder die Verwendung eines Ventilkäfigs gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung zum Einstellen der Prozessfluidströmung vorsehen.
  • Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens ist vorgesehen, dass das Testvolumen zum Vereinzeln in eine Analysekammer des Stellventils geleitet wird, die von dem (übrigen) Prozessfluid führenden Inneren des Stellventilgehäuses in wenigstens einer Betriebsstellung des Stellventils, insbesondere prozessfluiddicht, getrennt gehalten wird.
  • Bei einer Weiterbildung des Überwachungsverfahrens ist vorgesehen, dass die Analysekammer durch ein bewegliches Stellglied, insbesondere einen Hubkolben, gemeinsam mit dem Stellventilgehäuse, insbesondere einem Ventilkäfig, gebildet wird. Insbesondere kann die Analysekammer gebildet werden, indem der Hubkolben aus einer Aufnahmestellung in eine Analysestellung verfahren wird.
  • Gemäß einer Ausführung des Überwachungsverfahrens wird die Analysekammer in wenigstens einer Schließstellung und/oder in wenigstens einer Durchflussstellung des Stellventils prozessfluiddicht von dem (übrigen) Prozessfluid führenden Inneren des Stellventilgehäuses getrennt gehalten.
  • Bei einer Ausführung des Überwachungsverfahrens wird die Analysekammer in wenigstens einer Betriebsstellung, insbesondere der Aufnahmestellung, mit dem übrigen Prozessfluid führenden Inneren des Stellventilgehäuses fluidisch verbunden, um das Testvolumen in die Analysekammer einzuleiten.
  • Es kann bevorzugt sein, dass bei dem Überwachungsverfahren die zu überwachende chemische und/oder biologische Eigenschaft der Prozessfluidströmung in dem Testvolumen innerhalb der Analysekammer verstärkt wird. Insbesondere wird zum Verstärken der Eigenschaft eine Reagenz in die Analysekammer gegeben. Eine Verstärkung der Konzentration eines biologischen Organismus in der Prozessfluidströmung über die Nachweisgrenze kann beispielsweise durch Einbringen von Kultivierungsmedien und Einstellen von Kultivierungsbedingungen (wie Temperatur und pH) und anschließender Vermehrung der Organismen innerhalb der Analysekammer erreicht werden. Nukleinsäuren können mittels einer Polymerasekettenreaktion (PCR) durch Einbringen von PCR Reagenzien wie einer Polymerase, ausreichend Nukleotide und spezifischer Primeroligonukleotide erreicht werden.
  • Insbesondere kann bei dem Überwachungsverfahren das Prozessfluid durch einen Filter zum Isolieren von Partikeln in dem Testvolumen geführt werden. Insbesondere kann das Prozessfluid durch einen Filter zum Zurückhalten von Partikeln größer einer durch den Filter definierten Maximalgröße geleitet werden. Dabei kann das Prozessfluid, insbesondere unter Aufkonzentration der großen Partikel, aus dem Testvolumen abgeführt oder dem Testvolumen, insbesondere unter Absonderung großer Partikel, zugeführt werden.
  • Vorzugsweise wird bei dem Überwachungsverfahren die an dem Testvolumen analysierte Eigenschaft mit einem zulässigen Wertebereich verglichen. Der zulässigen Wertebereich kann durch wenigstens einen Schwellwert und/oder wenigstens einen Grenzwert definiert sein.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Überwachungsverfahrens wird zusätzlich eine Strömungseigenschaft des Prozessfluids, wie eine Temperatur, ein Druck, eine Durchflussrate oder dergleichen bestimmt insbesondere, um den zulässigen Wertebereich zu bestimmen. Der Grenzwert und/oder der Schwellwert können abhängig von einer Umgebungsbedingungen des Prozessfluids bzw. der Prozessfluidströmung, insbesondere einer Strömungseigenschaft, definiert sein.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Überwachungsverfahrens, die mit der vorigen kombinierbar ist, wird bei einer Abweichung der analysierten Eigenschaft gegenüber dem zulässigen Wertebereich das Stellventil zum Einnehmen einer Notbetriebsstellung veranlasst, wie einer Not-auf-Stellung oder einer Not-zu-Stellung.
  • Gemäß einer Ausführung des Überwachungsverfahrens wird das Testvolumen des Prozessfluids innerhalb der Analysekammer analysiert. Zum Analysieren des Prozessfluids kann wenigstens ein Analysemittel, vorzugsweise mehrere Analysemittel, verwendet werden. Insbesondere kann das Überwachungsverfahren wenigstens ein Analysemittel an oder in der Analysekammer verwenden.
  • Gemäß einer anderen Ausführung des Überwachungsverfahrens, die mit der vorigen kombinierbar sein kann, wird das Prozessfluid zumindest teilweise aus dem Testvolumen durch einen Analysekanal aus der Analysekammer, insbesondere aus dem Stellventilgehäuse, abgeführt. Sodann wird das zumindest teilweise abgeführte Prozessfluid analysiert. die Analyse des Prozessfluids hinslichtlich wenigstens einer biologischen und/oder chemischen Eigenschaft sowie gegebenenfalls wenigstens einer Strömungseigenschaft kann lokal an dem Stellventil mit einer Analyseelektronik erfolgen und/oder in einem zentralen oder dezentralen Rechensystem durchgeführt werden. Die Daten können über Netzwerke, wie Cloudlösungen, verteilt und ausgewertet werden. Ferner kann Schwarmintelligenz und/oder KI zur Analyse wenigstens einer biologischen und/oder chemischen Eigenschaft sowie gegebenenfalls einer Strömungseigenschaft genutzt werden.
  • Prozessfluid
  • Das Prozessfluid bezeichnet im Allgemeinen einen in der prozesstechnischen Anlage zu prozessierendes Fluid. Das Prozessfluid kann in der prozesstechnischen Anlage zumindest abschnittsweise gasförmig, flüssig oder ein Mehrphasengemisch sein. Insbesondere kann das Prozessfluid Wasser sein oder umfassen. Das Prozessfluid ist vorzugsweise dafür bestimmt, mit dem menschlichen Körper in Kontakt gebracht zu werden. Vorzugsweise ist das Prozessfluid ein Lebensmittel, eine Lösung zur medizinischen Verabreichung, ein Medizinprodukt, ein Kosmetikprodukt oder ähnliches, oder ein flüssiges Vorprodukt für ein Lebensmittel, Medikament, Medizinprodukt, Kosmetikprodukt oder ähnliches. Das Prozessfluid kann ein zumindest näherungsweise newtonsches Fluid sein. Alternativ kann das Prozessfluid ein nichtnewtonsches, beispielsweise rheopexes oder thixotropes, Fluid sein. Das Prozessfluid kann anhand seiner Eigenschaften, insbesondere seiner biologischen und/oder chemischen Eigenschaften, charakterisierbar sein. Chemische Eigenschaften des Prozessfluids betreffen beispielsweise dessen Zusammensetzung aus verschiedenen Elementen, Verbindungen, Stoffen, Partikeln, Gemischen und/oder Phasen. Biologische Eigenschaft des Prozessfluids können beispielsweise die Beladung des Prozessfluids mit biologisch wirksamen Komponenten betreffen, wie DNA, RNA, Proteine, Enzyme, Lipide, Vitamine, Hormone und andere Botenstoffe, Zellen, Keime, insbesondere Pilzen, Bakterien, Viren oder dergleichen, oder ähnlichem.
  • Prozessfluidströmung
  • Die Prozessfluidströmung bezeichnet den in zumindest abschnittsweisen Durchfluss des Prozessfluids in der prozesstechnischen Anlage. Eine Prozessfluidströmung kann zumindest lokal, an einer Stelle der prozesstechnischen Anlage, insbesondere an einem Stellventil, anhand ihrer fluiddynamischen Strömungseigenschaften, wie eine Durchflussmenge oder ein Durchflussvolumen, eine Prozessfluid-Temperatur, einen Prozessfluiddruck oder dergleichen, charakterisierbar sein.
  • Analysemittel
  • Ein Analysemittel ist im Allgemeinen dazu vorgesehen, mit dem Prozessfluid zu interagieren. Das Analysemittel interagiert vorzugsweise hinsichtlich wenigstens einer biologischen und/oder chemischen Eigenschaft mit dem Prozessfluid. Vorzugsweise ist das wenigstens eine Analysemittel dazu eingerichtet und ausgelegt, bezüglich wenigstens einer insbesondere vorbestimmten biologischen und/oder chemischen Eigenschaft mit dem Prozessfluid zu Interagieren. Wenigstens ein Analysemittel kann dazu eingerichtet und ausgelegt sein, wenigstens eine oder genau eine vorbestimmten biologische und/oder chemische Eigenschaft des Prozessfluids zu messen. Insbesondere kann wenigstens ein Analysemittel dazu eingerichtet und ausgelegt sein, dass vorliegen oder nicht-vorliegen einer vorbestimmten biologischen Eigenschaft oder einer vorbestimmten chemischen Eigenschaft des Prozessfluids zu erkennen, insbesondere das Überschreiten eines Grenzwertes hinsichtlich der einen vorbestimmten biologischen Eigenschaft oder chemischen Eigenschaft. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Analysemittel dazu eingerichtet sein, wenigstens eine insbesondere vorbestimmte biologische und/oder chemische Eigenschaft des Prozessfluids zu verstärken, beispielsweise eine Konzentration einer vorbestimmten Komponente zu erhöhen und/oder beispielsweise Prozessfluid-Bestandteile mit vorbestimmten Eigenschaften, wie eine Partikelgröße, eine elektrischen Ladung oder dergleichen, zu vereinzeln, insbesondere herauszufiltern. Vorzugsweise ist wenigstens ein Analysemittel ein Filter. Ein Analysemittel kann ein Anreicherungssystem für wenigstens einen Keim, wie ein Bakterium, ein Virus, oder dergleichen, umfassen. Zusätzlich oder alternativ ein Analysemittel mit ein Koloniezähler oder anderen System zur quantitativen Bestimmung der Konzentration einer Kontaminierung, beispielsweise mit Keimen, wie Bakterien, Viren oder dergleichen, in dem Prozessfluid umfassen. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise wenigstens ein Analysemittel ein Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids. Mehrere Analysemittel können eine Vielzahl von Sensoren zum Erkennen chemischer und/oder biologischer Eigenschaften des Prozessfluids umfassen.
    Ein Analysemittel kann wenigstens einen Filter umfassen. Ein Filter kann beispielsweise eine semipermeable Membran sein oder eine Serie von Membranen umfassen. Ein Filter kann wenigstens eine Einfangsubstrat und/oder wenigstens eine Einfangreagenz umfassen. Ein Filter kann ein System zum Trennen von spezifischen insbesondere biologischen und/oder chemischen Komponenten aus dem Prozessfluid umfassen, insbesondere wenigstens einen Magneten, wie einen Permanentmagnet und/oder Elektromagnet, der dazu ausgelegt und eingerichtet ist, wenigstens eine magnetische Substanz mittels einen Magnetfeld aus dem Prozessfluid zu vereinzeln. Alternativ oder zusätzlich kann ein Filter eine System zum vereinzeln wenigstens einer spezifischen insbesondere biologischen und/oder chemischen Komponenten aus dem Prozessfluid mittels Elektrophorese umfassen.
  • Ein Analysemittel kann einen optischen Sensor umfassen. Ein optischer Sensor kann realisiert ausgelegt und eingerichtet sein zur Fluoreszenzemissions-, Fluoreszenzpolarisations- oder Fluoreszenzresonanz-Energieübertragung, Fluoreszenzkorrelations-Spektroskopie. Ein optischer Sensor kann eine Laserdiode umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann ein optischer Sensor eine Bildsensorik, wie eine CCD-Kamera, aufweisen. Der optische Sensor kann mit einer korrespondierenden Analyseelektronik beispielsweise zur Bildverarbeitung ausgestattet sein.
  • Stellventil
  • Ein Stellventil bezeichnet im Allgemeinen eine Armatur einer prozesstechnischen Anlage zum Einstellen einer Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage. Beispielsweise kann ein Stellventil als auf/zu-Ventil realisiert sein, dass eine vordefinierte zu-Stellung und eine vordefinierte auf-Stellung aufweist, zwischen denen das auf/zu-Ventil betriebsgemäß wechseln kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Stellventil dazu ausgelegt und eingerichtet sein, Strömungseigenschaften der Prozessfluidströmung innerhalb eines vordefinierten Stellbereichs einzustellen. Beispielsweise kann das Stellventil dazu ausgelegt und eingerichtet sein, eine Strömungseigenschaft, wie eine Durchflussmenge oder ein Durchflussvolumen durch das Stellventil, eine Prozessfluid-Temperatur stromaufwärts und/oder stromabwärts des Stellventils, einen Prozessfluiddruck stromaufwärts und/oder stromabwärts des Stellventils, eine Prozessfluid-Druckdifferenz an dem Stellventil oder dergleichen, einzustellen. Insbesondere kann das Stellventil dazu ausgelegt und eingerichtet sein, eine Strömungseigenschaft der Prozessfluidströmung innerhalb eines vordefinierten Stellbereichs stufenlos oder inkremental einzustellen. Ein Stellventil umfasst im Allgemeinen ein Stellventilgehäuse, ein Stellglied, einen Stellaktor und eine Steuerungs- und/oder Regelungselektronik. Das Stellventilgehäuse weist wenigstens einen Eingang für das Prozessfluid und wenigstens einen Ausgang für das Prozessfluid sowie einen Durchgang mit einem mittels des Stellglieds einstellbaren Öffnungsquerschnitt zwischen dem Eingang und dem Ausgang auf. Der Stellaktor des Stellventils ist dazu ausgelegt und eingerichtet, das Stellglied des Stellventils innerhalb des Stellventilgehäuses relativ zu dem Durchgang zu positionieren, um durch die Relativstellung des Stellglieds relativ zu dem Durchgang wenigstens eine Strömungseigenschaft einzustellen. Beispielsweise kann der Stellaktor dazu ausgelegt sein, das Stellglied in eine den Durchgang verschließende zu-Stellung zu drängen, das Stellglied in eine den Durchgang vollständig freigebende auf-Stellung zu drängen und/oder das Stellglied zu veranlassen, eine Zwischenstellung einer Vielzahl von Zwischenstellungen mit verschiedenen, definierten Öffnungsquerschnitten zwischen dem Stellglied und dem Durchgang einzunehmen. Der Stellaktor kann beispielsweise als ein, insbesondere einfach- oder doppelt-wirkender, pneumatischer Stellantrieb, hydraulischer Stellantrieb und/oder elektromagnetischer Stellantrieb, insbesondere mit oder ohne Federrückstellung, realisiert sein. Der Stellantrieb ist mit dem Stellglied vorzugsweise mechanisch, beispielsweise mittels einer Stellstange oder einer Stellwelle, verbunden. Die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik des Stellventils ist dazu ausgelegt und eingerichtet, den Stellaktor zu betätigen, um eine gewünschte Einwirkung des Stellventils auf eine Strömungseigenschaft der Prozessfluidströmung zu bewirken. Die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik kann wenigstens eine Sollwert-Vorgabe und/oder wenigstens eine Istwert-Vorgabe bezüglich wenigstens einer Strömungseigenschaft der Prozessfluidströmung berücksichtigen, um ein Betätigungssignal an den Stellaktor bereitzustellen. Das Stellventil ist vorzugsweise ausgelegt und eingerichtet für eine Prozessfluidströmung, insbesondere eine Wasserströmung, von bis zu wenigstens 1 L/h, wobei dies die Strömungsrate der Prozessfluidströmung durch das Stellventil bei vollständig geöffnetem Stellventil bezeichnet, also in der auf-Stellung des Stellventils. Insbesondere ist das Stellventil ausgelegt und eingerichtet für eine Prozessfluidströmung bis zu wenigstens 5 L/h, bis zu wenigstens 10 L/h, bis zu wenigstens 50 L/h, bis zu wenigstens 100 L/h, bis zu wenigstens 500 L/h oder bis zu wenigstens 1.000 L/h. Es sei klar, dies die Prozessfluidströmung unter nominellen Betriebsbedingungen meint. In einer Zwischenstellung des Stellventils kann eine entsprechend geringere Prozessfluidströmung einstellbar sein. In einer zu-Stellung kann die Prozessfluidströmung Null oder nahezu null sein. In der zu-Stellung lässt das Stellventil Prozessfluidströmung vom Eingang zum Ausgang zu.
  • Stellglied (Hubkolben)
  • Ein Stellglied bezeichnet im Allgemeinen eine Komponente des Stellventils, die relativ zu dem Stellventilgehäuse, insbesondere einem Durchgang, in dem Stellventil beweglich ist. Mithilfe des Stellglieds kann die Prozessfluidströmung einstellbar sein. Stellglieder können beispielsweise dazu ausgelegt und eingerichtet sein, innerhalb eines Stellventilgehäuses wenigstens zwei verschiedene Relativstellungen einzunehmen, um wenigstens zwei verschiedene Prozessfluidströmungen einzustellen, insbesondere wenigstens eine auf-Stellung, in der das Stellglied einen insbesondere maximalen Prozessfluid-Durchfluss durch das Stellventil zulässt, und wenigstens eine zu-Stellung oder Schließstellung, in der das Stellglied keinen Prozessfluid-Durchfluss, nahezu keinen Prozessfluid-Durchfluss oder einen vorbestimmten minimalen Prozessfluid-Durchfluss durch das Stellventil zulässt. Das Stellglied kann dazu ausgelegt und eingerichtet sein, eine Vielzahl von Relativstellungen bezüglich des Stellventilgehäuses einzunehmen, um eine entsprechende Vielzahl unterschiedlicher Prozessfluid-Durchflüsse einzustellen. Die verschiedenen Relativstellungen mit Prozessfluid-Durchflüssen und die auf-Stellung können als Durchflussstellungen bezeichnet sein. Bei einem als sogenanntes Schmetterlingsventil ausgestalteten Stellventil kann das Stellglied beispielsweise als relativ zu dem Stellventil-Gehäuse drehbare Platte realisiert sein. Bei einem als Kugelventil ausgestalteten Stellventil kann das Stellglied beispielsweise als drehbarer Rotationskörper mit wenigstens einem Durchgangskanal realisiert sein. Bei einem als Hubventil ausgestalteten Stellventil kann das Stellventilglied beispielsweise als Hubkolben realisiert sein. Ein Hubkolben umfasst im Allgemeinen einen zylindrische Kolbenkörper und eine Stellstange, die lösbar oder unlösbar mit dem Kolbenkörper verbunden ist. Der Kolbenkörper kann eine bezüglich einer Stellachse rotationssymmetrische oder spiegelsymmetrische Gestalt aufweisen. Der Kolbenkörper und die Stellstange sind vorzugsweise konzentrisch, insbesondere koaxial zu einander und der Stellachse angeordnet, wobei vorzugsweise die Richtung der Stellachse zu der translatorischen Stellrichtung des Hubkolbens korrespondiert, die auch als Hubrichtung bezeichnet sein kann. Der Kolbenkörper kann einen kegelförmigen Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise weist ein Kolbenkörper an der zu der Stellstange gegenüberliegenden Seite eine kegelstumpfförmige oder kegelförmige Verjüngung auf, wobei insbesondere die Verjüngung eine Gegendichtfläche definiert. Der Kolbenkörper kann einen U-förmigen oder H-förmigen Querschnitt aufweisen. Hubkolben mit U-förmigen oder H-förmigen Querschnitt können dazu ausgelegt und eingerichtet sein, mit einem korrespondierenden, insbesondere formkomplementären hohlzylindrischen Ventilkäfig zusammen zu wirken.
  • Ventilkäfig
  • Ein Ventilkäfig kann eine im Allgemeinen hülsenförmige und/oder hohlzylindrische Vorrichtung sein. Der Ventilkäfig kann einstückig oder mehrteilig sein. Der Ventilkäfig ist dazu eingerichtet und ausgelegt, den Durchgang eines Stellventilgehäuses vorzugsweise vollumfänglich zu umgeben und/oder zu realisieren. Der Ventilkäfig kann dazu eingerichtet sein, lösbar oder unlösbar mit einem Stellventilgehäuse verbunden oder verbindbar zu sein. Der Ventilkäfig kann als ein materialschlüssiger Abschnitt eines Stellventilgehäuses gebildet sein, das beispielsweise in einem Metallgussverfahren hergestellt ist. Vorzugsweise ist ein Ventilkäfig lösbar mit einem Stellventilgehäuse befestigbar oder befestigt. Vorzugsweise ist ein Ventilkäfig korrespondierend, insbesondere formkomplementär, zu einem Stellglied, insbesondere einem Hubkolben, ausgelegt. Vorzugsweise ist der Ventilkäfig dazu ausgelegt und eingerichtet, einen Hubkolben translatorisch entsprechend einer vorbestimmten Stellrichtung zu führen, insbesondere zwischen einer zu-Stellung oder Schließstellung und einer auf-Stellung. Ventilkäfig und Hubkolben können derart auf einander abgestimmt sein, dass in einer zu-Stellung eine Wirkfläche, insbesondere einer Gegendichtfläche, des Hubkolbens mit einer Sitzfläche, insbesondere einer Dichtfläche, des Durchgangs, insbesondere des Ventilkäfigs, abdichtend kooperiert. Betriebsgemäß können der Hubkolben und der Ventilkäfig im Stellventil konzentrisch, insbesondere koaxial, bezüglich der Stellachse des Hubkolbens angeordnet sein. Insbesondere ist Radialrichtung bezüglich der Stellachse ein Spalt zwischen dem Hubkolben und dem Ventilkäfig vorgesehen. Hubkolben und Ventilkäfig können in Radialrichtung entsprechend einer Gleitpassung oder einer Spielpassung zu einander montiert sein. Der Ventilkäfig weist wenigstens eine Axialöffnung korrespondierend zu dem Durchgang des Stellventilgehäuses auf und wenigstens eine Radialöffnung, vorzugsweise eine Vielzahl von Radialöffnungen, für die Prozessfluidströmung auf. Bei einem Stellventil mit Ventilkäfig und Hubkolben kann die Prozessfluidströmung abhängig von der Relativstellung des Stellventils bezüglich des Ventilkäfigs vorbestimmt einstellbar sein. Vorzugsweise kann abhängig von einer translatorischen Relativstellung des Hubkolbens relativ zu dem Ventilkäfig in Richtung der Stellachse eine Anzahl und/oder ein kumulierter Öffnungsquerschnitt der Radialöffnung(en) des Ventilkäfigs für die Prozessfluidströmung durch den Hubkolben freigegeben sein.
  • Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
    • 1a eine erste Ausführung einer Analyseanordnung mit einem Ventilkolben, der mit einem Ventilkäfig eine Analysekammer bildet, in einer auf- und Aufnahmestellung;
    • 1b das Stellventil der ersten Ausführung der Analyseanordnung in einer zu- und Analysestellung;
    • 1c das Stellventil der ersten Ausführung der Analyseanordnung in einer Zwischenstellung;
    • 2a eine zweite Ausführung einer Analyseanordnung mit einem Ventilkolben, der mit einem Ventilkäfig eine Analysekammer bildet, in einer auf- und Analysestellung;
    • 2b das Stellventil der zweiten Ausführung der Analyseanordnung in einer zu- und Aufnahmestellung;
    • 3a eine dritte Ausführung einer Analyseanordnung mit einem Ventilkolben, der mit einem Ventilkäfig eine Analysekammer bildet, in einer zu- und Aufnahmestellung;
    • 3b das Stellventil der dritten Ausführung der Analyseanordnung in einer Zwischen- und Analysestellung;
    • 3c das Stellventil der dritten Ausführung der Analyseanordnung in einer anderen Zwischen- und Analysestellung, mit als Verdrängerkolben wirkendem Ventilkolben;
    • 3d eine Schnittansicht durch die Analysekammer des Stellventils der dritten Ausführung der Analyseanordnung;
    • 4 eine vierte Ausführung einer Analyseanordnung mit einem Ventilkolben, der mit einer Gehäuseinnenwand eine Analysekammer bildet;
    • 5 eine fünfte Ausführung einer Analyseanordnung mit einem Ventilkolben, der mit einer Gehäuseinnenwand eine Analysekammer bildet;
    • 6a eine sechste Ausführung einer Analyseanordnung mit einem Ventilkolben, der eine Analysekammer mit Durchgangsöffnungen aufweist;
    • 6b das Stellventil der sechsten Ausführung der Analyseanordnung in einer auf-Stellung.
  • In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen anhand der Figuren werden für dieselben oder ähnliche Komponenten verschiedener Ausführungen dieselben oder ähnliche, gegebenenfalls um 100 oder Vielfache davon erhöhte, Bezugszeichen verwendet.
  • Eine Analyseanordnung wird im Allgemeinen mit einem einstelligen Bezugszeichen 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 bezeichnet. Ein Stellventil wird im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 100 oder einem Vielfachen davon bezeichnet. Ein Stellventil, das als Hubkolben ausgestaltet ist, hat im Allgemeinen ein mit 30 endendes Bezugszeichen und ein Ventilkäfig hat im Allgemeinen eine mit 10 endendes Bezugszeichen.
  • In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen anhand der Figuren sind nur solche Stellventile dargestellt, deren Stellglied ein Hubkolben ist. Es sei klar, dass eine erfindungsgemäße Analyseanordnung alternativ ein andersartiges Stellglied aufweisen kann (nicht näher dargestellt).
  • Es ist denkbar, dass in einer prozesstechnischen Anlage mehrere Analyseanordnung und/oder Stellventil mit Analysemittel parallel zueinander oder in Reihe hintereinander angeordnet sind, insbesondere um verschiedene Analysen mithilfe der mehreren Analyseanordnungen und/oder Stellventile bezüglich derselben Prozessfluidströmung durchzuführen.
  • Die betriebsgemäße Strömungsrichtung eines Prozessfluids in den nachfolgend dargestellten Stellventilen der verschiedenen Ausführungen unterschiedlicher Analyseanordnungen kann wahlweise bezugnehmend auf die Darstellung von »rechts« nach »links« (Flow-to-Close; kurz: FTC) oder alternativ von »links« nach »rechts« (Flow-to-Open; kurz: FTO) eingestellt sein. Ein Stellventil kann spezifisch für die Strömungsrichtung Flow-to-Open und/oder die Strömungsrichtung Flow-to-Close ausgelegt und eingerichtet sein. Im Sinne der einfachen Lesbarkeit der Anmeldung wird im Folgenden exemplarisch die Strömungsrichtung Flow-to-Open, von »links« nach »rechts« angenommen und in diesem Sinne auf die Strömungsrichtung bezogene Begriffe wie »Eingang« und »Ausgang« des Stellventils verwendet.
  • Die 1a, 1b und 1c zeigen eine erste exemplarische Ausführung einer Analyseanordnung 1. Die Analyseanordnung 1 umfasst ein Stellventil 100. Das Stellventil 100 weist einen Hubkolben 130 auf, der im Stellventilgehäuse 101 entsprechend einer Stellachse S translatorische beweglich ist. Das Stellventilgehäuse 101 weist einen im Inneren 120 des Stellventilgehäuses 101 angeordneten Ventilkäfig 110, in dem der Hubkolben 130 translatorisch beweglich geführt ist.
  • Der Ventilkäfig 110 ist im Inneren 120 des Stellventils 100 gehalten. Bei der in den 1a bis 1c dargestellten Ausführung setzt sich der Ventilkäfig 110 aus einem Hülsenkörper 111, einem Halteflansch 113 und einem den Hülsenkörper mit dem Halteflansch verbindenden Haltesteg 112 zusammen. Der in dem Stellventil 100 montierte Ventilkäfig 110 bildet einen Teil des Ventilgehäuses 101. Der Halteflansch 113 des Ventilkäfigs 110 ist zwischen einem Kragenabschnitt 114 und einem Deckelabschnitt 115 des Stellventilgehäuses 101 gehalten.
  • An dem Deckelabschnitt 115 kann, beispielsweise direkt (wie abgebildet) oder indirekt, mittels einer Laterne oder dergleichen, der Stellaktor 105, beispielsweise ein pneumatischer Stellaktor, des Stellventils 100 befestigt sein. Der Stellaktor 105 ist mit dem Hubkolben 130 mittels einer Stellstange 135 verbunden, um Hubkolben 130 in eine Betriebsstellung zu bewegen, in einer Betriebsstellung zu halten und/oder um dem Hubkolben 130 eine Stellbetätigung mitzuteilen. Der Stellaktor 105 ist mit einer Steuerungs- und/oder Regelungselektronik 107 signalübertragungsgemäß verbunden. Die Steuerungselektronik 107 ist dazu ausgelegt und eingerichtet, dem Stellaktor 105 ein Steuersignal bereitzustellen, um den Stellaktor 105 zu veranlassen, dem Hubkolben 130 eine bestimmte Stellbetätigung mitzuteilen, Stellbewegung auf zu prägen und/oder Stellkraft bereitzustellen.
  • Inneren 120 des Stellventilgehäuses 101 kann ein Prozessfluid bei einer geöffneten Stellung, wie beispielsweise der auf-Stellung gemäß 1a oder der Zwischenstellung gemäß 1c, von dem Eingang 121 durch den Durchgang 125 zum Ausgang 129 fließen. Das Prozessfluid führende Innere 120 des Stellventilgehäuses 101 ist am Eingang 121 bzw. Ausgang 129 des Stellventils 100 durch eine jeweilige Gehäusekanalwand 122 bzw. 128 begrenzt. In der zu-Stellung gemäß 1b kooperiert eine Dichtfläche 123 des Ventilgehäuses 101 mit einer Gegendichtfläche 132 des Stellkolbens 130, um das Stellventil 100 an dem Durchgang 124 prozessfluiddicht zu verschließen. Die Dichtfläche 123 ist bei der abgebildeten Ausführung einem von dem Ventilkäfig 110 separaten Ventilsitz 103 ausgebildet. Der Ventilsitz 103 bildet einen Teil des Ventilgehäuses 101.
  • Mithilfe des Stellventils 100 kann die Prozessfluidströmung beispielsweise abhängig von einer Öffnungsweite zwischen dem Stellkolben 130 und Ventilsitz 103 einstellbar sein. In der auf-Stellung beträgt die maximale Durchflussrate von Prozessfluid durch das Stellventil 100 im Allgemeinen wenigstens 1 L/h. Die maximale Durchflussrate des Stellventils 100 kann definiert sein durch die betriebsgemäßem Strömungseigenschaften, beispielsweise den Druck, die Viskosität, die Temperatur, etc., der Prozessfluidströmung am Eingang 121 und/oder am Ausgang 129, die Geometrie des Stellventilgehäuses 101 und die Öffnungsweite in der auf-Stellung. In der zu-Stellung beträgt der Durchfluss von Prozessfluid durch das Stellventil 100 im Allgemeinen 0 L/h oder nahezu 0 L/h. Das Stellventil 100 dazu ausgelegt und eingerichtet, eine oder mehrere Zwischenstellungen (etwa entsprechend 1c) einzunehmen, und eine Prozessfluidströmung unterhalb der maximalen Durchflussrate einzustellen. Zu diesem Zweck kann die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik 107 vorgesehen sein.
  • Die vorstehenden Beschreibung des Stellventils 100 und dessen Funktionalität zum Einstellen einer Prozessfluidströmung gilt entsprechend für die Stellventile 200, 300 gemäß der zweiten und dritten Ausführungen einer Analyseanordnung 2, 3. Die vorstehende Beschreibung des Stellventils ist mit Ausnahme der Bezugnahme auf den Ventilkäfig ist auch auf die Stellventil 400, 500 und 600 der vierten bis sechsten Ausführung einer Analyseanordnung 4, 5, 6 übertragbar.
  • 1b zeigt das Stellventil 100 in der Analysestellung, in der der Ventilkolben 130 und der Ventilkäfig 110 gemeinsam eine Analysekammer 140 definieren. Die Analysekammer 140 ist von dem übrigen Inneren 120 des Stellventilgehäuses 101 prozessfluiddicht getrennt. Innerhalb der Analysekammer 140 ist ein Testvolumen 141 des Prozessfluids aufgenommen.
  • 1b zeigt exemplarisch ein Analysemittel 150, das mit dem Prozessfluid des Testvolumens 141 innerhalb der Analysekammer 140 interagieren kann. Das Analysemittel 150 ist im Inneren des Haltestegs 112 untergebracht und ragt radialen zu der Stellachse S durch die durch den Hülsenkörper 111 definierten Zylinderinnenwand 116, die den Innenraum 117 des Ventilkäfigs 110 vollumfänglich umgibt. In der Analysestellung begrenzt die Zylinderinnenwand 116 des Ventilkäfigs 110 die Analysekammer 140 vollumfänglich in Radialrichtung relativ zu der Stellachse S. In der ersten und der zweiten axialer Richtungen relativ zu der Stellachse S (entsprechend der abgebildeten Darstellung also nach oben und nach unten) ist die Analysekammer 114 durch den Körper 133 des Hubkolbens 130 begrenzt. In axialer Richtungen relativ zu der Stellachse S beidseitig umgeben vollzylindrische, tellerartige Abschnitte 131 und 136 des Hubkolbens 130 die Analysekammer 140. In Radialrichtung R zwischen dem jeweiligen Tellerabschnitt 131 und 136 des Hubkolbens 130 einerseits und der Zylinderinnenwand 116 des Ventilkäfigs 110 andererseits sind Ringdichtungen 137 angeordnet, sodass in der Analysestellung die Analysekammer 140 prozessfluiddicht von dem übrigen Inneren 120 des Stellventilgehäuses 101 getrennt ist.
  • 1a zeigt das Stellventil 100 in der Aufnahmestellung. In der Aufnahmestellung kommuniziert ein zu der Analysekammer 140 korrespondierender Aufnahmeraum 140* mit dem prozessfluiddurchströmten Inneren 120 des Stellventils 100 durch eine fluidische Verbindung 138. Die fluidische Verbindung ist bei typisch Stellventil 100 durch die radial außenseitige, vollumfänglich Öffnung 138 des Ventilkolbens 130 zwischen den Tellerabschnitten 131 und 136 realisiert. In der Aufnahmestellung kann Prozessfluid aus dem Inneren 120 des Stellventils 100 durch die Öffnung 138 in den Aufnahmeraum 140* fließen. Das Prozessfluid in dem Aufnahmeraum 140* kann von dem übrigen Prozessfluid im Inneren 120 des Stellventilgehäuses 101 als Testvolumen 141 abgesondert werden, indem der Ventilkolben 130 in die Analysestellung verbracht wird, in deren der Hülsenkörper des Ventilkäfigs 110 gemeinsam mit dem Körper 131 des Ventilkäfigs 130 die Analysekammer 114 begrenzt.
  • Bei der ersten Ausführung einer Analyseanordnung 1 mit einem Stellventil 100 korrespondiert die zu-Stellung des Stellventils 100 mit dessen Analysestellung ( 1b) und die auf-Stellung mit dessen Aufnahmestellung (1a). Wie beispielsweise in 1c dargestellt, kann das Stellventil 100 zum Einnehmen wenigstens einer Zwischenstellung zwischen der auf-Stellung und der zu-Stellung ausgelegt und eingerichtet sein, in der, wie hier abgebildet, die Analysekammer 114 wie in der Analysestellung prozessfluiddicht von dem Prozessfluid im Inneren 120 des Ventilgehäuses 1 separiert ist. So kann ein Testvolumen 141 innerhalb der Analysekammer 114 gehalten werden, während das Stellventil 100 eine Reihe verschiedener Betriebsstellungen einschließlich der zu-Stellung und wenigstens einer Zwischenstellung einnehmen und eine entsprechende Einstellung der Prozessfluidströmung gewährleisten kann. Dies kann von Vorteil sein, wenn infolge einer Analyse gegebenenfalls rasch oder unverzüglich eine zu-Stellung des Stellventils 100 angefahren werden muss, falls bei der Analyse eine Überschreitung kritischer Grenzwerte hinsichtlich wenigstens einer biologischen und/oder chemischen Eigenschaft des Prozessfluids festgestellt wird.
  • Die 2a und 2b zeigen eine zweite Ausführung einer Analyseanordnung 2 mit einem Stellventil 200. Der Aufbau des Stellventils 200 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des Stellventils 100. Das Stellventil 200 weist ein Stellventilgehäuse 201 mit einem Ventilsitz 203 auf, der einen Durchgang 225 zwischen einem Eingang 221 und einem Ausgang 229 des Stellventilgehäuses 201 für die Prozessfluidströmung definiert. Das Stellventilgehäuse 201 ist mit einem Ventilkäfig 210 ausgestattet, der mit einem Flanschabschnitt 213 zwischen einem Kragenabschnitt 214 und einem Deckelabschnitt 215 des Ventilgehäuses 201 befestigt ist. An dem Deckelabschnitt 215 ist auch ein Stellaktor 205, beispielsweise ein hydraulischer Stellaktor, befestigt, der über eine Stellstange 235 den Ventilkolben 230 des Stellventils 200 betätigen kann. Der Ventilkolben 230 ist in dem Ventilkäfig 210 geführt. In der Analysestellung des Stellventils 200 kann wenigstens ein Analysemittel 250 mit dem Testvolumen 241 an Prozessfluid innerhalb der Analysekammer 240 interagieren.
  • Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Stellventil 100 entspricht bei dem Stellventil 200 die in 2a dargestellte Analysestellung der auf-Stellung und die in 2b dargestellte Aufnahmestellung der zu-Stellung des Stellventils 200. In der zu-Stellung gemäß 2b sowie in eventuellen nicht abgebildeten Zwischenstellungen zwischen der zu-Stellung und der in 2a gezeigten auf-Stellung befindet sich der Ventilkolben 230 weiterhin in einer Aufnahmestellung, in der der Aufnahmeraum 240* über eine fluidische Verbindung 238 mit dem übrigen Inneren 220 des Stellventilgehäuses 201 kommuniziert.
  • Zur Durchführung einer Analyse mit der Analysekammer 240 muss bei dem Stellventil 200 der Ventilkolben 230 zumindest zeitweise eine Betriebsstellung einnehmen, in der der Durchgang 225 vollständig geöffnet ist und die Prozessfluidströmung entsprechend ihrer maximalen Strömungsrate durch das Stellventil 200 fließen kann. In der zu-Stellung oder einer betriebsgemäßen Zwischenstellung nahe der zu-Stellung, in der mithilfe des Stellventils 200 die Prozessfluidströmung beispielsweise hinsichtlich einer Druckreduktion über das Stellventil 200 oder einer Soll-Durchflussrate steuerbar oder regelbar ist, ist keine geschlossene Analysekammer 240 durch den Ventilkolben 230 und den Ventilkäfig 210 gebildet. Dies kann von Vorteil sein bei Prozessen, bei denen ein Testvolumen aus einer Prozessfluidströmung möglichst nahe deren nomineller Strömungseigenschaften zu entnehmen ist und/oder bei Prozessen, bei denen ein Anfahren der zu-Stellung außer in besonderen Einzelfällen zu vermeiden ist, wobei sich der Ventilkolben betriebsgemäß überwiegend nahe oder in der auf-Stellung befindet.
  • Anhand der exemplarischen Ausführung einer Analyseanordnung 2 gemäß der 2a und 2b sei klar, dass der Ventilkäfig 210 als Teil des Ventilgehäuses 201 betrachtet wird. Der Ventilkäfig 210 bildet einen starren Teil des Ventilgehäuses 210 unabhängig von der Betriebsstellungen des Stellventils 200, oder vielmehr des Ventilkolbens 230. Es ist ohne weiteres vorstellbar, dass bei einem erfindungsgemäßen Stellventil anstelle des den Ventilkäfig 210 umfänglich umgebenden Teils des Inneren 220 des der Ventilgehäuses 201, welche mit Prozessfluid durchströmt ist, die Zylinderinnenwand 216 unmittelbar durch die dem Prozessfluid zugewandte Innenseite des Kragen- und/oder Deckelabschnitts 214, 216 gebildet sein könnte, welche auch einen Teil der Außenseite des Ventilgehäuses 201 definieren (nicht näher dargestellt).
  • Die 3a bis 3d zeigen eine dritte Ausführung einer Analyseanordnung 3. Bei der Analyseanordnung 3 umfasst das Stellventil 300 einen Ventilkäfig 310 und einen Ventilkolben 330. Ähnlich wie bei der zweiten Ausführung der Analyseanordnung 2 entspricht die auf-Stellung einer Analysestellung und die zu-Stellung einer Aufnahmestellung. Im Wesentlichen unterscheidet sich die Analyseanordnung 3 gemäß der dritten Ausführung von der zuvor bezüglich der 2a und 2b beschriebenen zweiten Ausführung einer Analyseanordnung 2 durch die Ausgestaltung des Ventilkolbens 330 und des Ventilkäfigs 310.
  • 3b zeigt eine erste Analysestellung, in der der Stellkolben 330 gemeinsam mit dem Ventilkäfig 310 die Analysekammer 340 begrenzt. Die Analysekammer ist radial bezüglich der Stellrichtung S begrenzt durch die Zylinderinnenwand 316 des Hülsenkörpers 311 des Ventilkäfigs 310. In der ersten axialen Richtung, nach unten, ist die Analysekammer 340 begrenzt durch einen Tellerabschnitt 331 des Ventilkolbens 330. Die Stellstange 335 ist im Unterschied zu den beiden vorigen Ausführungen nur mit diesem einen Tellerabschnitt 331 versehen, der auf seiner zu der Analysekammer-Wand gegenüberliegenden Seite die Gegendichtfläche 332 aufweist. In der zweiten axialen Richtung, nach oben, ist die Analysekammer 340 durch einen Tellerabschnitt 346 des Ventilkäfigs 310 gebildet. Die Stellstange 335 ist in Richtung der Stellachse S durch den Ventilkäfig-Tellerabschnitt 346 geführt. Zwischen dem Ventilkäfig-Tellerabschnitt 346 und der Stellstange 335 ist eine Ringdichtung 337 angeordnet. Zwischen dem Stellkolben-Tellerabschnitt 331 und der Zylinderinnenwand 316 ist eine weitere Ringdichtung 337 vorgesehen. Wie bei den vorigen Ausführungen bewirkt die jeweilige Ringdichtungen 337 bzw. 347 eine Abdichtung in dem Spalt zwischen den relativ einander beweglichen Teilen, einerseits dem stationär am übrigen Ventilgehäuses 301 befestigten Käfig 310 (hier mit Tellerabschnitt 346) und andererseits dem beweglichen Stellglied, d. h. dessen Tellerabschnitt 331 und Stellstange 335.
  • Der Ventilkäfig 310 weist zwei Filter 351 auf, die einen Teil der Begrenzung der Analysekammer 340 gegenüber dem übrigen Inneren 320 des Stellventilgehäuses 301 bilden. Der Ventilkolben 330 ist als Verdrängerkolben ausgelegt. Der Verdrängerkolben 330 kann von der in 3b dargestellten Stellung weiter in Richtung der Stellachse S in den Ventilkäfig 310 hinein bewegt werden. Bei einer Bewegung des Verdrängerkolbens 330 hinein in den Innenraum 317, beispielsweise von der Stellung gemäß 3b zu der Stellung gemäß 3c, zwingt der Verdrängerkolben 330 Prozessfluid aus der Analysekammer 340 durch die Filter 351 hinaus in das übrige, den Ventilkäfig 310 umgebende, Innere 320 des Stellventils 300. Der Filter 351 ist dazu ausgelegt eingerichtet, Partikel größer einer vorbestimmten Maximalgröße zurückzuhalten. Bei der dargestellten Ausführung hat dies zur Folge, dass bei einer Verdrängung von Prozessfluid aus dem Innenraum 317 des Ventilkäfigs 310 durch den Verdrängerkolben 330 Partikel größer oder gleich der Maximalgröße innerhalb der Analysekammer 340 gehalten werden. Die Konzentration von großen Partikeln größer oder gleich der durch den Filter 351 definierten Maximalgröße in dem Prozessfluid innerhalb der Analysekammer 340 wird so erhöht. Biologische und/oder chemische Eigenschaften des Prozessfluids, die sich in den relativ großen Partikeln manifestieren, können auf diese Weise einfacher in der Analysekammer 340 mithilfe eines oder mehrerer Analysemittel 350 bestimmt werden.
  • Es sei klar, dass bei einer anderen (nicht näher dargestellt) Ausführung oder Betriebsweise ein Verdrängerkolben aus einer Position nahe dem Filter beispielsweise entsprechend 3c in eine Filter-ferne Position beispielsweise gemäß 3b bewegt werden kann, um Prozessfluid aus dem Stellventilgehäuse 301 durch den Filter 351 in den Innenraum 317 und damit in die Analysekammer 340 des Ventilkäfigs 310 zu saugen, wobei relativ große Partikel größer oder gleich der durch den Filter 351 definierten Maximalgröße außerhalb der Analysekammer 340 im den Ventilkäfig 310 umgebenden Inneren 320 des Stellventilgehäuses 301 zurückgehalten werden.
  • 3d zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Analysekammer 340, wobei zur einfacheren Lesbarkeit kein Stellglied innerhalb des Ventilkäfigs 310 gezeigt ist. Der Querschnitt erstreckt sich durch eine Ebene, in der der Ventilkäfig 310 drei Haltestege 312 aufweist, die einen hohlzylindrischen Hülsenkörper 311 des Ventilkäfigs 310 mit einem außenumfänglichen Halteflansch 313 verbinden, mit dem der Ventilkäfig 310 an dem übrigen Ventilgehäuses 301 befestigt sein kann. Eine entsprechende Querschnittsansicht könnte auch auf einen der anderen zuvor beschriebenen Ventilkäfige 110 oder 210 bezogen sein.
  • Der hohlzylindrische Hülsenkörper 311 umgibt radial einen zylindrischen Innenraum 317 vollumfänglich. Radial außerhalb des Hülsenkörpers 311 erstreckt sich ein übriges Inneres 320 des Stellventilgehäuses 301, welches durch den Hülsenkörper 311 des Ventilkäfigs 310 von dessen Innenraum 317 separiert ist.
  • In den Haltestegen 312 sind verschiedene Analysemittel 350 angeordnet. Beispielsweise kann ein Analysemittel 350 einen optischen Sensor 371, beispielsweise einen Infrarotsensor, umfassen. Ein anderes Analysemittel 350 kann einen Injektor 361 umfassen, mit dem eine Reagenz in die Analysekammer 340 gegeben werden kann, um eine zu bestimmende biologische und/oder chemische Eigenschaft des Prozessfluids zu verstärken. Die Reagenz kann beispielsweise ein Färbemittel sein, welches beim Zusammentreffen mit einer vorbestimmten biologischen und/oder chemischen Komponente oder Verunreinigung des Prozessfluids eine bestimmte Färbung des Prozessfluids bzw. des in der Analysekammer 340 angeordneten Prozessfluid-Testvolumens 341 bewirkt, die mithilfe des optischen Sensors 371 detektierbar ist.
  • Verschiedene Analysemittel 350 sind in den mehreren Stegen 312 am Umfang des Analyse- oder Halteflanschs 313 angeordnet. Innerhalb des jeweiligen Haltestegs 312 ist ausreichend Raum zur Anwendung wenigstens eines Analysemittels 350, gegebenenfalls mehrerer Analysemittel pro Haltesteg, vorgesehen (nicht näher dargestellt). Ein Analysemittel 350 kann stationär an dem Flansch 313 angeordnet sein und von außerhalb des Stellventilgehäuses 301 zugänglich sein, beispielsweise für Signalübertragungsleitungen. Das jeweilige Analysemittel 350 ragt durch den Haltesteg 312 in die Analysekammer 340 sowie gegebenenfalls in das darin aufgenommene Prozessfluid hinein
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein Analysemittel 350 als ein chemischer Sensor, zum Beispiel als ein Enzym-Feldeffekttransistor, realisiert sein, der die Konzentration von wenigstens einer vorbestimmten, insbesondere biologischen Komponente oder Verunreinigung des Prozessfluids bzw. des in der Analysekammer 340 angeordneten Testvolumen 341 bestimmen kann.
  • Ein Ventilkäfig kann beispielsweise mit mehreren Spülkanälen sowie gegebenenfalls einer Pumpe ausgestattet sein (nicht näher dargestellt), um beispielsweise bei der Ausführung gemäß der 2a und 2b, nach erfolgtem Test des Testvolumens 241 in der Analysekammer 240; das durch den Test verbrauchte Testvolumen 241 aus der Analysekammer 240 abzuziehen und gegebenenfalls zu entsorgen, ohne das Testvolumen 241 wieder in die Prozessfluidströmung im Inneren 220 des Stellventilgehäuses 201 zurückzuführen. Ein Ventilkäfig mit einer Spülung umfasst üblicherweise wenigstens einen Auslass-Spülkanal und wenigstens einen Zuführ-Spülkanal (nicht näher dargestellt). Durch den wenigstens einen Zuführ-Spülkanal kann die Analysekammer 240 mit frischem Prozessfluid sowie gegebenenfalls mit wenigstens einem Reinigungsfluid zum Reinigen der Analysekammer 240 geflutet werden. Es kann zweckmäßig sein, wenigstens einen Spülkanal in wenigstens einem Haltesteg 312 unterzubringen. Die Spülung kann dazu ausgelegt sein, dass mehrere verschiedene Reinigungsfluide zum Reinigen der Analysekammer 240 verwendet werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens einen Analysekanal 360 vorgesehen sein, um Prozessfluid aus der Analysekammer 340 nach außen, insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses 301, zu fördern. Es kann bevorzugt sein, dass ein Analysekanal 360 mit einem Rückschlagventil 362 ausgestattet ist, um einen Rückfluss von insbesondere kontaminiertem Prozessfluid zurück in die Analysekammer 340 zu verhindern. Der Analysekanal 360 führt aus dem Stellventilgehäuse 301 zu einem außerhalb des Stellventilgehäuses 301 angeordneten externen Analysemittel 354, das insbesondere in oder an einer Ventilgehäusesexternen zusätzlichen externen Analysekammer 344 angeordnet sein kann. Die Verwendung eines externen Analysemittels 354, insbesondere mit einer externen Analysekammer 344, kann zweckmäßig sein zur Verwendung eines Analysemittels 354, das inkompatibel ist mit den im Stellventil 300 anzutreffenden Umgebungsbedingungen oder dessen Integration in das Stellventil 300 aus ökonomischer Sicht nicht wünschenswert erscheint.
  • Zum Fördern des Prozessfluids durch den Analysekanal 360 zu dem externen Analysemittel 354 kann eine Pumpe 366 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Verdrängerkolben 330 dazu ausgelegt und eingerichtet sein, Prozessfluid durch einen Analysekanal 360 nach außen, insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses 301, zu einem externen Analysemittel 354 zu bringen. Es sei klar, dass anstelle des in 3d abgebildeten, einzelnen externen Analysemittels 354 zwei oder mehr externe Analysemittel vorgesehen sein können, um mit dem Prozessfluid in dem oder aus dem Analysekanal 360 zu Interagieren. Als externe Analysemittel kommen grundsätzlich dieselben Analysemittel infrage, die zuvor beschrieben wurden für Analysemittel, welche mit Prozessfluid innerhalb der Analysekammer 340 interagieren können. Aus dem Analysekanal 360 und der gegebenenfalls daran angeschlossenen externen Analysekammer 344 kann Prozessfluid entweder entsorgt oder zurück in die Prozessfluidströmung geführt werden. Eine externe Analysekammer 344 kann beispielsweise einen Temperaturerzeuger und -regler und Ermittlung von Phasenübergang von fest nach flüssig umfassen.
  • Bei der Analyseanordnung 4 gemäß 4 ist das Stellventil 400 ohne Ventilkäfig ausgestaltet, ebenso wie das Stellventil 500 der Analyseanordnung 5 gemäß 5.
  • Am Eingang 421 des Stellventils 400 ist ein Umgebungssensor 480 angeordnet, der dafür ausgelegt und eingerichtet ist, wenigstens eine Strömungseigenschaft, beispielsweise eine Strömungsrate oder Strömungsgeschwindigkeit, der Prozessfluidströmung in dem Stellventil 400 zu bestimmen.
  • Bei der Analyseanordnung 4 wird in der zu-Stellung des Stellventils 400 die Analysekammer 440 begrenzt durch den tellerartigen Körper 433 des Hubkolbens 430 und die Ventilkanalwand 422 am Eingang 421 des Stellventilgehäuses 401. Das Analysemittel 450 der Analyseanordnung 4 umfasst zwei Ultraschall-Transducer 471, die ein Ultraschall-Messsignal über einen Reflektor 439 an der unteren, eingangsseitigen Außenseite des Hubkolbens 430 übertragen.
  • Das Analysemittel 450 könnte anstelle oder zusätzlich zu einem Ultraschallsensor 471 einen optischen Sensor umfassen. In der am Eingang 421 des Stellventilgehäuses 401 gebildeten Analysekammer 440 kann in der zu-Stellung des Stellventils 400 eine chemische und/oder biologische Eigenschaft des Prozessfluids analysiert werden. Falls die chemische und/oder biologische Eigenschaft des Prozessfluids außerhalb eines zulässigen Wertebereichs liegt, kann das Stellventil 400 veranlasst werden, in der zu-Stellung zu verharren.
  • Die Analyseanordnung 5 entspricht im Wesentlichen der Analyseanordnung 4. Bei dem Stellventil 500 ist der Hubkolben an seiner eingangsseitigen Außenseite mit einer konkaven, konischen Reflektorfläche 539 ausgestaltet. Die Messsignale von dem Ultraschall- oder optischen Sensor 571 des Analysemittels 550 wird, wie in 5 schematisch dargestellt, mithilfe der konkaven Reflektorfläche 539 mehrfach umgelenkt, sodass sich ein verlängerter Signalpfad von Messsignal-Emitter zu einem Messsignal-Empfänger des optischen Sensors 571 erstreckt.
  • Eine weitere alternative Ausführung einer Analyseanordnung 6 zeigen die 6a und 6b. Die Analyseanordnung 6 kommt ohne Ventilkäfig aus, kann jedoch alternativ auch mit einem Ventilkäfig ausgeführt sein, welcher das Stellglied umgibt und führt (nicht dargestellt). Am Eingang 621 des Stellventils 600 ist ein Umgebungssensor zum Erfassen wenigstens einer Strömungseigenschaft des Prozessfluids vorgesehen. Bei der Analyseanordnung 6 ist die Analysekammer 640 in einem Innenhohlraum des Ventilkolbens 630 gebildet. Die Analysekammer 640 ist in axialer Richtung beidseitig durch Tellerabschnitte 631, 636 begrenzt. In radialer Richtung ist die Analysekammer 640 durch eine Hülsenwand 634 begrenzt. Der Ventilkolben 630 setzt sich aus den Tellerabschnitten 631, 636 und der Hülsenwand 634 zusammen. An der Hülsenwand 634 in der zweiten Stellrichtung (oben) ist außenseitig die Gegendichtfläche 632 vorgesehen, mit welcher der Ventilkolben 632 in der in 6a dargestellten zu-Stellung mit der Dichtfläche 623 des Ventilsitz 603 abdichtend kooperieren kann. An dem oberen Tellerabschnitt 636 ist eine Stellstange 635 fest angebunden, über die der Stellkolben 630 mit dem Stellaktor (nicht näher dargestellt) verbunden ist.
  • Innerhalb des Stellkolbens 630 ist am Rande der Analysekammer 640 ein optischer Sensor 671 als Analysemittel 650 angeordnet, der mit einer Reflektorfläche 639 am gegenüberliegenden unteren Tellerabschnitt kooperiert. Der Sensor 671 kann beispielsweise einen Ultraschall-Transducer formen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Analysekanal 660 aus der Analysekammer 640 hinaus, insbesondere aus dem Stellventilgehäuse 601 hinaus zu einem nicht näher dargestellten externen Analysemittel und/oder externen Analysekammer führen (nicht näher dargestellt).
  • 6b zeigt eine auf-Stellung des Stellventils 600. In der abgebildeten auf-Stellung kann eine Prozessfluidströmung von dem Eingang 621 zum Ausgang 629 durch den Durchgang 625 Stellventilgehäuses 601 fließen. Zusätzlich muss die Prozessfluidströmung durch wenigstens eine von mehreren Durchgangsöffnungen 638 an dem unteren Tellerabschnitt 631 in den zu der Analysekammer 640 korrespondierenden Aufnahmeraum 640* und aus dem Aufnahmeraum 640* durch Durchgangsöffnung 638 in der umfänglichen Hülsenwand 634 fließen. Es ist denkbar, dass eine Analyse in dem Aufnahmeraum 640* mit dem wenigsten einen Analysemittel 650 zumindest eingeschränkt durchführbar ist.
  • Am Eingang 621 des Stellventils 600 ist ein Umgebungssensor 680 zu bestimmen wenigstens einer Strömungseigenschaft der Prozessfluidströmung vorgesehen, mit dessen Hilfe insbesondere in der auf-Stellung einer Analyse mithilfe des Analysemittels 650 unter Berücksichtigung der vorliegenden Strömungseigenschaften durchführbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Umgebungssensor 680 dazu vorgesehen sein, um festzustellen, ob sich das Stellventil 600 in der zu-Stellung gemäß 6a befindet, sodass die Analysekammer 640 keine Durchströmung erfährt. Der Umgebungssensor 680 kann einen UR-Sensor umformen
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 2, 3, 4, 5, 6
    Analyseanordnung
    100, 200, 300, 400, 500, 600
    Stellventil
    101, 201, 301, 401, 501, 601
    Stellventilgehäuse
    103, 203, 303, 403, 503, 603
    Ventilsitz
    105, 205, 305
    Stellaktor
    107
    Steuerungs- und/oder Analyseelektronik
    110,210,310
    Ventilkäfig
    111, 211, 311
    Hülsenkörper
    112, 212, 312
    Haltesteg
    113, 213, 313
    Halteflansch
    114, 214, 314
    Kragenabschnitt
    115, 215, 315
    Deckelabschnitt
    116, 216, 316
    Zylinderinnenwand
    117, 217, 317
    Innenraum
    120, 220, 320, 420, 520, 620
    Inneres
    121, 221, 321, 421, 521, 621
    Eingang
    122, 222, 322, 422, 522, 622
    Gehäusekanalwand
    123, 223, 323, 423, 523, 623
    Dichtfläche
    125, 225, 325, 425, 525, 625
    Durchgang
    128, 228, 328, 428, 528, 628
    Gehäusekanalwand
    129, 229, 329, 429, 529, 629
    Ausgang
    130, 230, 330, 430, 530, 630
    Hubkolben
    131, 231, 331, 431, 531, 631
    vollzylindrischer Tellerabschnitt
    136, 236, 636
    vollzylindrischer Tellerabschnitt
    132, 232, 332, 432, 532, 632
    Gegendichtfläche
    133,233,333,433,533,633
    Körper
    141, 241, 341
    Testvolumen
    135, 235, 335, 435, 535, 635
    Stellstange
    137, 237, 337
    Ringdichtung
    138, 238, 338, 638
    Öffnung / fluidische Verbindung (Aufnahmestellung)
    140, 240, 340, 440, 540, 640
    Analysekammer
    140*, 240*, 340*, 640*
    Aufnahmeraum (Aufnahmestellung)
    150, 250, 350, 450, 550, 650
    Analysemittel
    360
    Analysekanal
    362
    Rückschlagventil
    354
    externes Analysemittel
    344
    externe Analysekammer
    366
    Pumpe
    351
    Filter
    361
    Injektor
    371, 471, 571, 671
    optischer Sensor
    439, 539, 639
    Reflektor
    480, 580, 680
    Umgebungssensor
    634
    Hülsenwand
    S
    Stellachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2959197 A1 [0004]
    • DE 102005051279 B4 [0006]

Claims (48)

  1. Ventilkäfig (110, 210, 310) zum Führen eines Stellglieds, wie eines Hubkolbens (130, 230, 330), in einem Stellventil zum Einstellen einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, wobei das Stellventil über einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Analysemittel (150, 250, 350) für das Prozessfluid derart an dem Ventilkäfig angeordnet ist, dass das Analysemittel mit Prozessfluid interagieren kann.
  2. Ventilkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkäfig einen Hülsenkörper umfasst, der einen Innenraum zum Aufnehmen des Stellglieds definiert, wobei insbesondere der Hülsenkörper formangepasst an das Stellglied ist, wobei das Analysemittel dazu ausgelegt und eingerichtet ist, mit dem Prozessfluid im Innenraum des Hülsenkörpers zu Interagieren.
  3. Ventilkäfig (110, 210, 310), insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, zum Führen eines Stellglieds, wie eines Hubkolbens (130, 230, 330), in einem Stellventil zum Einstellen einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, wobei das Stellventil ein Prozessfluid führendes Stellventilgehäuses aufweist und über einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkäfig wenigstens einen Analysekanal, insbesondere mit einem Rückschlagventil, zum Leiten von Prozessfluid aus einem Innenraum des Ventilkäfigs zu wenigstens einem Analysemittel, insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses, aufweist.
  4. Ventilkäfig nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkäfig eine Pumpe zum Fördern des Prozessfluids aus dem Innenraum des Ventilkäfigs, insbesondere aus dem Stellventilgehäuse, hinaus zu dem Analysemittel aufweist.
  5. Ventilkäfig nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkäfig wenigstens einen radialen Haltesteg zur Befestigung an dem Stellventils aufweist, wobei insbesondere das wenigstens eine Analysemittel und/oder der wenigstens eine Analysekanal in dem Haltesteg aufgenommen ist.
  6. Hubkolben (130, 230, 630) für ein Stellventil zum Einstellen einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, wobei das Stellventil über einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids verfügt, und wobei der Hubkolben eine an eine Dichtfläche, wie ein Ventilsitz, des Stellventils angepasste Gegendichtfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolben wenigstens eine Analysekammer (140, 240, 640) zum Aufnehmen des Prozessfluids zumindest teilweise begrenzt.
  7. Hubkolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Analysemittel (650) für das Prozessfluid derart an dem Hubkolben angeordnet ist, dass es mit Prozessfluid, insbesondere innerhalb der Analysekammer aufgenommenem Prozessfluid, interagieren kann.
  8. Hubkolben nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolben einen insbesondere zylindrischen Körper aufweist, der die insbesondere ausschließlich radial offene Analysekammer in axialer Hubrichtung begrenzt.
  9. Hubkolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper die Analysekammer (140, 240) in axialer Hubrichtung beidseitig prozessfluiddicht umgibt.
  10. Hubkolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysekammer (640) an einer ersten Seite in axialer Hubrichtung von dem Körper prozessfluiddicht verschlossen und an einer zweiten Seite in axialer Hubrichtung offen ist, wobei insbesondere der Körper an der zweiten Seite eine Wand mit wenigstens einer Durchgangsöffnung umfasst.
  11. Hubkolben nach einem der Ansprüche 6 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolben wenigstens einen Analysekanal, insbesondere mit einem Rückschlagventil, zum Leiten von Prozessfluid aus der Analysekammer zu wenigstens einem Analysemittel, insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses, aufweist.
  12. Hubkolben nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolben eine Pumpe zum Fördern des Prozessfluids aus der Analysekammer, insbesondere dem Stellventilgehäuse, hinaus zu dem Analysemittel aufweist.
  13. Stellventil (100, 200, 300, 400, 500, 600) für eine Prozessfluidströmung, insbesondere eine Wasserströmung, von bis zu wenigstens 1 L/h in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, mit einem Stellventilgehäuse und einem relativ zum Stellventilgehäuse verlagerbaren Stellglied, wie ein Hubkolben (130, 230, 330, 430, 530, 630), insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied und das Stellventilgehäuse dergestalt aufeinander abgestimmt sind, dass das Stellglied in wenigstens einer Betriebsstellung eine Analysestellung einnimmt, in der das Stellglied zusammen mit dem Stellventil eine Analysekammer zum Aufnehmen von Prozessfluid begrenzt, an der wenigstens ein Analysemittel (150, 250, 350, 450, 550, 650) zum Interagieren mit dem Prozessfluid angeordnet ist.
  14. Stellventil (100, 200, 300, 400, 500, 600), insbesondere nach Anspruch 13, für eine Prozessfluidströmung, insbesondere eine Wasserströmung, von bis zu wenigstens 1 L/h in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, mit einem Stellventilgehäuse und einem relativ zum Stellventilgehäuse verlagerbaren Stellglied, wie ein Hubkolben (130, 230, 330,430, 530, 630), insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied und das Stellventilgehäuse dergestalt aufeinander abgestimmt sind, dass das Stellglied in wenigstens einer Betriebsstellung eine Analysestellung einnimmt, in der das Stellglied zusammen mit dem Stellventil eine Analysekammer zum Aufnehmen von Prozessfluid begrenzt, wobei das Stellventil wenigstens einen Analysekanal aufweist, insbesondere mit einem Rückschlagventil, zum Leiten von Prozessfluid aus der Analysekammer zu wenigstens einem Analysemittel, insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses, aufweist.
  15. Stellventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil eine Pumpe zum Fördern von Prozessfluid aus der Analysekammer, insbesondere aus dem Stellventilgehäuse, hinaus zu dem Analysemittel aufweist.
  16. Stellventil nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied in dem Stellventil als Betriebsstellungen eine Schließstellung und wenigstens eine Durchflussstellung einnehmen kann, wobei die Schließstellung oder die Durchflussstellung, der Analysestellung entspricht.
  17. Stellventil nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied und das Stellventil dergestalt aufeinander abgestimmt sind, dass das Stellglied in wenigstens einer Betriebsstellung eine Aufnahmestellung, die sich von der Analysestellung unterscheidet, einnimmt, in der das Stellglied zusammen mit dem Stellventil eine fluidische Verbindung zwischen einem fluiddurchströmten Bereich des Stellventils und einem Aufnahmeraum in dem Stellglied und/oder dem Stellventilgehäuse bildet, wobei insbesondere die Aufnahmestellung der Schließstellung und/oder der wenigstens einen Durchflussstellung des Stellventils entspricht.
  18. Stellventil nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Analysemittel an einer die Analysekammer begrenzenden Wand angeordnet ist.
  19. Stellventil nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventilgehäuse einen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gebildeten, Ventilkäfig (110, 210, 310) zum Führen des Stellglieds umfasst, wobei die Analysekammer durch das Stellglied, insbesondere den Hubkolben, und den Ventilkäfig gemeinsam begrenzt ist.
  20. Stellventil nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysekammer (440, 540) durch das Stellglied, insbesondere den Hubkolben (430, 530) und eine Gehäusekanalwand am Eingang oder Ausgang des Stellventils (400, 500) begrenzt ist.
  21. Stellventil nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied als Hubkolben dazu eingerichtet ist, das Prozessfluid als Verdrängerkolben (330), beispielsweise durch einen Filter und/oder einen Analysekanal, aus der Analysekammer heraus zu drängen.
  22. Stellventil nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil eine Spülung zum kontrollierten Entfernen von Fluid aus der Analysekammer, insbesondere ohne Kontamination des Prozessfluids außerhalb der Analysekammer, umfasst.
  23. Analyseanordnung zum Bestimmen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft eines Prozessfluids, insbesondere einer biologischen Verunreinigung des Prozessfluids, wie Bakterien oder Viren, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, umfassend wenigstens ein Analysemittel zum Interagieren mit dem Prozessfluid und ein Stellglied, wie ein Hubkolben (130, 230, 330,430, 530, 630), insbesondere nach Anspruch 6 bis 12, einen Ventilkäfig (110, 210, 310) insbesondere nach Anspruch 1 bis 5, und/oder ein Stellventil (100, 200, 300, 400, 500, 600) insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 22 .
  24. Analyseanordnung (1, 2, 3, 4, 5, 6) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Analysemittel (350) einen Filter (351) zum Isolieren von Partikeln in dem Prozessfluid umfasst, insbesondere einen Filter zum Zurückhalten von Partikeln größer einer durch den Filter definierten Maximalgröße.
  25. Analyseanordnung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Analysemittel einen Injektor (361) zum Zuführen einer Reagenz in das Prozessfluid zum Verstärken einer Eigenschaft des Prozessfluids umfasst, insbesondere zum Verstärken einer Eigenschaft betreffend eine biologische Verunreinigung, wie Bakterien oder Viren, in dem Prozessfluid, wobei insbesondere die Reagenz ein Färbemittel, wie Virenfärbeproteine und/oder Ethiumbromid, umfasst.
  26. Analyseanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, das wenigstens eine Analysemittel ein Temperiermittel zum Erwärmen und/oder Abkühlen des Prozessfluids in der Analysekammer umfasst, insbesondere zum Induzieren eines Phasenübergangs zumindest eines Teils des Prozessfluids.
  27. Analyseanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Analysemittel wenigstens einen Sensor zum Erkennen einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft des Prozessfluids, insbesondere einer biologischen Verunreinigung des Prozessfluids, wie Bakterien oder Viren, umfasst.
  28. Analyseanordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (371, 471, 571, 671) als optischer Sensor, beispielsweise Infrarotsensor, ausgeführt ist, und/oder ausgelegt und eingerichtet ist zum Erfassen von Fluoreszenzemissions-, Fluoreszenzpolarisations- oder Fluoreszenzresonanz-Energieübertragung, für Fluoreszenzmessungen, und/oder zur Fluoreszenzkorrelations-Spektroskopie.
  29. Analyseanordnung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Analysemittel (471, 571, 671) einen in die Analysekammer gerichteten Ultraschallsensor umfasst.
  30. Analyseanordnung nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied, insbesondere der Hubkolben (430, 530, 630), eine mit dem Analysemittel zusammenwirkende Reflektorfläche umfasst.
  31. Analyseanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Analysemittel einen pH Wert-Sensor, einen elektrischen Leitfähigkeitssensor und/oder einen magnetempfindlichen Sensor umfasst.
  32. Analyseanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor als chemischer Sensor, insbesondere zum Bestimmen einer Konzentration einer spezifischen biologischen Substanz, ausgelegt und eingerichtet ist, beispielsweise als Enzym-Feldeffekttransistor (ENFET).
  33. Analyseanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 32, gekennzeichnet durch wenigstens einen Umgebungssensor (480, 580, 680) zum Erfassen einer Strömungseigenschaft des Prozessfluids, wie eine Durchflussrate oder dergleichen.
  34. Analyseanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 33, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist ein, insbesondere nach Anspruch 7 bis 14 ausgelegtes, Stellventil zu schließen, wenn die chemische oder biologische Eigenschaft des Prozessfluids einen Grenzwert überschreitet.
  35. Verwendung einer Analyseanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 34 zur Überwachung einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessfluidströmung hinsichtlich einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft, insbesondere ein biologischen Verunreinigung, wie Bakterien oder Viren, untersucht wird.
  36. Verfahren zur Überwachung einer Prozessfluidströmung, insbesondere einer Wasserströmung, in einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, beispielsweise einer Brauerei, hinsichtlich einer chemischen und/oder biologischen Eigenschaft, insbesondere ein biologischen Verunreinigung, wie Bakterien oder Viren, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Stellventil zum Einstellen der Prozessfluidströmung von bis zu wenigstens 1 L/h ein Testvolumen von der übrigen Prozessfluidströmung vereinzelt wird, um an dem Testvolumen die Eigenschaft zu analysieren.
  37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Testvolumen zum Vereinzeln in eine Analysekammer des Stellventils geleitet wird, die von dem Prozessfluid führenden Inneren des Stellventilgehäuses in wenigstens einer Betriebsstellung des Stellventils, insbesondere prozessfluiddicht, getrennt gehalten wird.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysekammer durch ein bewegliches Stellglied gemeinsam mit dem Stellventilgehäuse, insbesondere einem Ventilkäfig, gebildet wird.
  39. Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysekammer in wenigstens einer Schließstellung und/oder wenigstens einer Durchflussstellung des Stellventils prozessfluiddicht von dem Prozessfluid führenden Inneren des Stellventilgehäuses getrennt gehalten wird.
  40. Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysekammer in wenigstens einer Betriebsstellung mit dem Prozessfluid führenden Innenraum des Stellventils fluidisch verbunden wird, um das Testvolumen in die Analysekammer einzuleiten.
  41. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die zu überwachende chemische und/oder biologische Eigenschaft der Prozessfluidströmung in dem Testvolumen innerhalb der Analysekammer verstärkt wird.
  42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verstärken der Eigenschaft eine Reagenz in die Analysekammer gegeben wird
  43. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass Prozessfluid durch ein Filter zum Isolieren von Partikeln in dem Testvolumen geführt wird, insbesondere einen Filter zum Zurückhalten von Partikeln größer einer durch den Filter definierten Maximalgröße, wobei das Prozessfluid aus dem Testvolumen abgeführt wird oder dem Testvolumen zugeführt wird.
  44. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Testvolumen analysierte Eigenschaft mit einem zulässigen Wertebereich verglichen wird.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Strömungseigenschaft des Prozessfluids, wie eine Temperatur, ein Druck, eine Durchflussrate bestimmt wird, um den zulässigen Wertebereich zu bestimmen.
  46. Verfahren nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung der analysierten Eigenschaft gegenüber dem zulässigen Wertebereich das Stellventil zum Einnehmen einer Notbetriebsstellung veranlasst wird, wie einer Not-Auf oder einer Not-Zu Stellung.
  47. Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass das Testvolumen des Prozessfluids innerhalb der Analysekammer analysiert wird.
  48. Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass Prozessfluid zumindest teilweise aus dem Testvolumen durch einen Analysekanal aus der Analysekammer, insbesondere aus dem Stellventilgehäuse, abgeführt wird, und das zumindest teilweise abgeführte Prozessfluid analysiert wird.
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