Das Zusammenführen, Verteilen oder Mischen von Flüssigkeitsströmen mit Hilfe von Ventilen gehört zu den unverzichtbaren Basisprozessen in den Produktionsanlagen fast jedes Industriebereichs. Die Verrohrung bzw. fluidische Verbindung der unterschiedlichen Ventile und Sensoren miteinander ist in aller Regel mit einem sehr hohen Planungs- und Installationsaufwand verbunden. Dieser ist umso höher, je mehr Ventile in einem System verbaut sind. Insbesondere treten derartige Aufgabenstellungen beim Mischen von unterschiedlichen Flüssigkeiten, beispielsweise in der Getränke- oder Lebensmittelproduktion, oder bei der Kühlung von Anlagen mit Hilfe mehrerer Kühlkreisläufe auf. Klassischerweise werden Ventile und Sensoren über Rohrleitungskomponenten zusammengeführt, die mit Hilfe üblicher Verbindungstechniken wie Gewinden, Flansch, Kleben oder Schweißen verbunden werden. Nachteilig sind dabei der hohe Installationsaufwand sowie der nicht unerhebliche Platzbedarf für die Rohrleitungsführung. Bei der Montage müssen sämtliche Rohrleitungen abgelängt, gebogen und mit 90°-Bögen oder T-Stücken verschraubt werden. Jede einzelne Schraubverbindung muss abgedichtet werden und stellt in der fertigen Anlage eine potenzielle Schwachstelle für Leckagen dar. Neben dem hohen Zeit- und Materialaufwand für die Installation besteht bei konventioneller Bauweise damit immer latent das Risiko undichter Verbindungsstellen, insbesondere bei wechselnder Temperaturbeanspruchung. 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. Bedingt 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 berücksichtigt werden muss. In dem neuartigen, modular aufgebauten Grundgehäuse sind die Zulaufebene und die Ablaufebene dagegen getrennt. Da der Fluidstrom nun nur noch um 180° umgelenkt werden muss, erhöht sich der Durchflusskoeffizient. Durch die Trennung beider Ebenen ergeben sich weitere konstruktive Vorteile: Einlaufebene und Auslaufebene können jetzt direkt und ohne zusätzlichen Verrohrungsaufwand mit weiteren Ventilgehäusen verbunden werden. Die Anschlüsse der Grundgehäuse können nach anwenderspezifischen Anforderungen ausgelegt werden. Eine Rohrverbindung zwischen den Einzelventilen ist nicht mehr erforderlich, die fluidische Verbindung wird durch einfaches Zusammenfügen der Grundgehäuse hergestellt. Je nach erforderlichem Durchfluss und Applikation sind dabei unterschiedliche Lösungsansätze möglich, von denen im Folgenden zwei beispielhaft vorgestellt werden.
Mit Zugstangen verschraubte Modulargehäuse
Die anreihbaren, modularen Ventilgrundgehäuse werden bei diesem Lösungsansatz über Zugstangen fest miteinander verschraubt. Auf der Zulauf- und Auslaufebene sind je bis zu vier Anschlüsse möglich, die entsprechend der Applikation unterschiedlich ausgeführt sein können. Die eigentliche fluidische Verbindung wird durch das Zusammenfügen mehrerer Grundgehäuse erreicht. Als Abdichtung zwischen den Gehäusen dienen temperaturbeständige Graphitringe. 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 extrem kompakten Systemlösung können die Gehäuse zudem mit Edelstahlantrieben mit Auf/Zu-Sitz oder Regelkegel kombiniert werden. Sensoren zur Messung von Durchfluss, Temperatur oder Druck lassen sich genauso integrieren wie Filter oder Rückschlagventile.
Direkt verschweißte anreihbare Modulargehäuse
Bei diesem Lösungsansatz 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. Darüber hinaus lassen sich auch hier Sensoren für die Messung von Durchfluss, Temperatur oder Druck integrieren. Hinsichtlich der Anschlussgewinde und Anschlusstechnik ist diese Lösung äußerst variabel und kann flexibel an die Anforderungen der jeweiligen Applikation angepasst werden.
Funktionssicher bei geringerem Platzbedarf
Zielgruppe für das neue Ventilgehäusekonzept sind OEMs sowie Anlagenbauer und Integratoren, denen für die Lösung fluidischer Funktionen nur ein begrenzter Einbauraum zur Verfügung steht. Durch den deutlich reduzierten Aufwand für die Verrohrung werden nicht nur Platz, sondern auch Kosten für eine aufwändige Planung und Installation sowie Material eingespart. Weniger Rohrverbindungen bedeuten zudem weniger potenzielle Schwachstellen und eine erhöhte Funktionssicherheit durch ein geringeres Leckagerisiko. 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 kundenspezifischer Lösungen in kleinen Stückzahlen. Als Beispiel für eine derartige Applikation kann eine Lösung zur Wechseltemperierung von Spritzgießwerkzeugen dienen. Das Spritzgießwerkzeug wird an den Anschlüssen A1 und P1 angeschlossen, während die Anschlüsse A2 und P2 mit dem Temperiergerät zum Kühlen verbunden werden. Die Anschlüsse A3 und P3 stehen für ein weiteres Temperiergerät zum Heizen zur Verfügung. Die Vorteile dieser Lösung:
- ▶
- Die extrem kompakte Bauweise benötigt nur minimalen Bauraum.
- ▶
- Zwischen Ventilblock und Spritzgießwerkzeug ist nur ein geringes Volumen eingeschlossen.
- ▶
- Der Austausch von Temperierflüssigkeit zwischen den beiden Temperiergeräten ist sehr gering.
Konventionelle Rohrverbindung unnötig
Das innovative, modulare Grundgehäuse für Ventile ermöglicht den Verzicht auf konventionelle Rohrleitungsverbindungen zwischen einzelnen Ventilen. Die fluidischen Verbindungen werden durch das direkte Zusammenfügen der Grundgehäuse, das auf unterschiedliche Arten durchgeführt werden kann, hergestellt. Anlagenbauern bietet sich damit eine Möglichkeit, schnell und einfach extrem kompakte und robuste Ventilsysteme mit hoher Funktionssicherheit zu realisieren. Der modulare Aufbau der Ventilgehäuse ermöglicht zudem eine wirtschaftliche Fertigung kleiner Stückzahlen. Durch die Trennung der Einlauf- und Auslaufebenen überzeugt die neu entwickelte Ventillösung darüber hinaus durch einen optimierten kv-Wert, da der Fluidstrom im Vergleich zu konventionellen Ventilen weniger umgelenkt werden muss.☐
• more@click-Code: PAK9094710
