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New valves on the block

Innovatives Konzept für modulare Ventiltechnik
New valves on the block

Beim fluidischen Verbinden von Ventilen und Sensoren ist es von Vorteil, eine möglichst einfache, schnelle und leckagefreie Verrohrung zu realisieren. Darüber hinaus sollte die Lösung kostengünstig sein und möglichst wenig Bauraum benötigen. Ein innovatives Ventilgehäusekonzept, das eine konventionelle Verrohrung teilweise überflüssig macht, kann dabei helfen, diesem Anforderungsprofil besser und einfacher gerecht zu werden.

Exklusiv in kem Der Autor Dr. Egon Hüfner ist Segment Manager Cooling Systems bei der Christian Bürkert GmbH & Co. KG in Ingelfingen

Die Verarbeitung und Kontrolle von Medienströmen wie Gasen oder Flüssigkeiten mithilfe von Ventilen ist Teil vieler grundlegender Prozesse in den Produktionsanlagen fast jedes Industriebereichs. Je nach Komplexität der Aufgabenstellung ist für die Verrohrung bzw. fluidische Verbindung der unterschiedlichen Ventile und Sensoren miteinander nicht selten ein hoher Planungs- und Installationsaufwand erforderlich, der sich erhöht, je mehr Ventile in einem System verbaut sind.
Üblicherweise werden Ventile und Sensoren über Rohrleitungskomponenten zusammengeführt, die mithilfe von Verbindungstechniken wie Gewinden, Flanschen, Kleben oder Schweißen verbunden werden. Hierbei entsteht jedoch ein hoher Installationsaufwand und auch der nicht unerhebliche Platzbedarf für die Rohrleitungsführung ist nachteilig. Bei der Montage müssen sämtliche Rohrleitungen abgelängt, gebogen oder mit 90°-Bögen oder T-Stücken verschraubt werden. Jede einzelne Schraubverbindung wird abgedichtet und stellt in der fertigen Anlage eine potenzielle Schwachstelle für Leckagen dar.
Ventilgehäusekonzept für bedarfsgerechte Lösungen
Beim fluidischen Verbinden von Ventilen und Sensoren in der Prozessindustrie stehen Anlagenplaner vor der Herausforderung, eine möglichst einfache, schnelle und leckagefreie Verrohrung zu realisieren. Darüber hinaus sollte die Lösung kostengünstig sein und möglichst wenig Bauraum benötigen. Ein innovatives Ventilgehäusekonzept, das eine konventionelle Verrohrung teilweise überflüssig macht, kann dabei helfen, diesem Anforderungsprofil in der Praxis besser und einfacher gerecht werden zu können.
Bisherige, für eine konventionelle Verrohrung ausgelegte Ventillösungen sind so konzipiert, dass der Zulauf zum Ventil und der Ablauf aus dem Ventil auf einer Ebene liegen. Im Inneren des Ventils wird der Flüssigkeitsstrom über einen Ventilsitz geleitet. Dazu ist es technisch erforderlich, den Medienstrom gleich dreimal umzuleiten: Im Zulauf zum Ventilsitz erfolgt eine Umleitung um 90°, im Ventilsitz selbst wird um 180° und schließlich im Auslauf um weitere 90° umgeleitet. Durch diese Konstruktion entstehen im Ventil zwangsläufig hohe Strömungsverluste, die sich negativ auf den kv-Wert auswirken – ein Faktor, der bei der Auswahl und Dimensionierung eines Ventils ausschlaggebend ist.
Vorteile durch Trennung der Ebenen
Zulauf- und die Ablaufebene sind in dem neuartigen, modular aufgebauten Grundgehäuse dagegen getrennt. Da der Fluidstrom dadurch nur noch um 180° umgelenkt werden muss, erhöht sich der Durchflusskoeffizient. Durch die Trennung beider Ebenen ergeben sich weitere konstruktive Vorteile. Einlauf- und Auslaufebene können jetzt direkt und ohne zusätzlichen Verrohrungsaufwand mit weiteren Ventilgehäusen verbunden werden. Die fluidische Verbindung wird durch entsprechende spanende Bearbeitung der Verbindungsstellen erreicht, auf eine Rohrverbindung zwischen den Einzelventilen kann verzichtet werden. Je nach Applikation und gewünschtem Durchfluss sind dabei unterschiedliche Lösungsansätze möglich.
Kurze fluidische Wege durch Zugstangenverbindung
Bei diesem Lösungsansatz werden die anreihbaren, modularen Ventilgrundgehäuse über Zugstangen fest miteinander verschraubt. Auf der Zulauf- und Auslaufebene sind je bis zu vier Anschlüsse möglich, die der Applikation entsprechend unterschiedlich ausgeführt sein können. Durch das Zusammenfügen mehrerer Grundgehäuse wird die eigentliche fluidische Verbindung erreicht. Als Abdichtung zwischen den Gehäusen dienen temperaturbeständige Graphitringe, die für Temperaturen bis zu 200 °C eingesetzt werden können.
Im Vergleich zu konventionellen Rohrverbindungen bietet diese Lösung mehrere Vorteile. Durch den Verzicht auf Rohrleitungen zwischen den Ventilen werden möglichst kurze fluidische Wege mit geringsten Strömungsverlusten bei minimalem eingeschlossenen Flüssigkeitsvolumen erreicht. Gleichzeitig wird nur ein Minimum an Bauraum benötigt. Zum Aufbau einer leistungsfähigen und kompakten Systemlösung ist eine Kombination der Gehäuse mit Edelstahlantrieben mit Auf/Zu-Sitz oder Regelkegel möglich. Sensoren zur Messung von Durchfluss, Temperatur oder Druck lassen sich genauso integrieren wie Filter oder Rückschlagventile.
Robuste Ventillösung durch verschweißte Grundgehäuse
In diesem Fall werden mehrere Gehäuse durch ein Orbitalschweißverfahren (WIG) zu einem Block zusammengefügt. Die Maße der Grundgehäuse sind dabei so abgestimmt, dass bei der Montage handelsübliche Orbitalschweißzangen eingesetzt werden können. Pro Zulauf- und Ablaufebene sind je zwei Anschlüsse möglich, die je nach Anforderung der Applikation unterschiedlich ausgeführt sein können. Sämtliche Anschlüsse (G-, NPT-, RC-Gewinde usw.) erfolgen durch Verschweißen.
Die so entstehende Ventillösung ist durch die verschweißten Grundgehäuse extrem robust und kompakt. Die Gehäuse lassen sich mit allen Antrieben aus dem Bürkert-Standardprogramm kombinieren, die wiederum gemeinsam mit einem Positionsrückmelder oder Positioner verwendet werden können. Sensoren für die Messung von Durchfluss, Temperatur oder Druck können auch hier problemlos integriert werden. Hinsichtlich der Anschlussgewinde und Anschlusstechnik ist diese Lösung äußerst variabel und kann flexibel an die Anforderungen der jeweiligen Applikation angepasst werden.
Das innovative Ventilgehäusekonzept ist besonders geeignet für OEMs sowie Anlagenbauer und Integratoren, denen für die Lösung fluidischer Funktionen nur ein begrenzter Einbauraum zur Verfügung steht. Der minimierte Aufwand für die Verrohrung spart nicht nur Platz und Material, sondern auch Kosten für eine aufwendige Planung und Installation. Durch die reduzierte Anzahl an Rohrverbindungen entstehen zudem weniger potenzielle Schwachstellen. Die Funktionssicherheit wird durch ein geringeres Leckagerisiko erhöht.
Anwendung in der CIP-Reinigung
Aber auch Endanwender in der Industrie können direkt von den Vorteilen der innovativen Lösung profitieren. Das Konzept wurde unter der Prämisse der „Mass Customization“ entwickelt und ermöglicht auch die kostengünstige Fertigung anwenderspezifischer Lösungen in kleinen Stückzahlen. Als Beispiel für eine derartige Applikation kann die Clean-in-place-Reinigung von Behältern und Rohrleitungen in der Getränkeindustrie dienen.
Hierbei können abwechselnd zwei Prozesse unabhängig voneinander gereinigt und desinfiziert werden. Dies geschieht durch drei Reinigungsmedien (Lauge, Säure, Dampf), die in entsprechender Reihenfolge in den zu reinigenden Prozess geführt werden. In Kombination mit Steuerköpfen und optionaler Busanbindung lassen sich solche Systeme einfach in Prozessleitsysteme integrieren. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass die kompakte Bauweise nur minimalen Bauraum benötigt.
Bürkert, Tel.: 07940 10-91470
E-Mail: egon.huefner@
burkert.com
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