Variable Blockabfertigung

Der Autor: Dr. Egon Hüfner Segment Management Cooling Systems, Bürkert

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 Ventilgehäusekonzept, das eine konventionelle Verrohrung teilweise überflüssig macht, kann dabei helfen, diesem Anforderungsprofil in der Praxis besser und einfacher gerecht werden zu können. Anwendungen wie z. B. das Dosieren von unterschiedlichen Chemikalien oder das Zuführen von Reinigungsmitteln für den CIP-Prozess lassen sich hiermit sehr kompakt und kostengünstig realisieren.

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.

Die Zulauf- und die Ablaufebene sind in dem modular aufgebauten Grundgehäuse von Bürkert 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. Einlaufebene 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.

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 Grafitringe, 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 sehr 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.

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 besonders 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 -technik ist diese Lösung äußerst variabel und kann flexibel an die Anforderungen der jeweiligen Applikation angepasst werden.

Dieses 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.

Aber auch Endanwender in der Industrie können direkt von den Vorteilen dieser Lösung profitieren. Das Konzept ermöglicht die kostengünstige Fertigung kundenspezifischer Lösungen in kleinen Stückzahlen. Als Beispiel für eine derartige Applikation kann die Cleaning-in- Place-Reinigung von Behältern und Rohrleitungen 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 Lösungen einfach in Prozessleitsysteme integrieren. Auch hier gilt: Die kompakte Bauweise benötigt nur minimalen Bauraum.

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