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Ventile für Problemfälle rüsten

Optimierungspotenzial durch konstruktive Verbesserungen
Ventile für Problemfälle rüsten

Krones_Sitzventil
Eine Schutzvorrichtung an der Antriebslaterne und der Rückmeldung erhöht bei der Evoguard-Ventilreihe die Sicherheit der Mitarbeiter Bilder: Krones
Ventile sind für automatische Produktionsprozesse zur Wegeführung und zum Absperren von Produktströmen unabdingbar. Damit es nicht zu ungeplanten Produktionsstillständen kommt, müssen sie zuverlässig funktionieren und allen Ereignissen im Herstellungsprozess robust begegnen. Mit konstruktiven Verbesserungen lassen sich Schäden an Ventilen vermeiden, wie das Beispiel der Evoguard-Baureihe zeigt.

Zu den Faktoren, die die Lebensdauer von Ventilen beeinflussen, gehören bewegliche Teile beim Öffnen und Schließen der Absperrorgane, Einsatzgrenzen von Abdichtungswerkstoffen sowie hohe Temperaturen im Produktions- und Reinigungsprozess. Hinzu kommen Unwägbarkeiten wie Druckschläge oder Fehler im Umgang mit den einzelnen Bauteilen beim Ein- und Ausbau von Verschleißteilen. Mit der grundlegenden Neukonstruktion der Ventilbaureihe Evoguard nahm Krones die Erfahrungen aus dem Betrieb von aseptischen und nicht-aseptischen Produktionsanlagen auf. Das Sortiment weist nun für viele Problemfälle Verbesserungen in der Ventilkonzeption auf. Zum einen betrifft dies Themen, die zur sicheren und kontaminationsfreien Führung des Produkts beitragen. Zum anderen wurden Aufgabenstellungen berücksichtigt, die für den Mitarbeiter Vereinfachungen und höhere Sicherheit bieten.

Schwachstelle Ventildichtung

Zahlreiche Schadensfälle beim Einsatz von Ventilen stehen mit der Dichtung in Verbindung. Beim Scheibenventil etwa treten Volumenänderungen auf, die durch Temperatursteigerungen verursacht werden. Diese Quellungen der Dichtungen ragen nach innen in den Produktraum, sodass beim Öffnen und Schließen des Ventiltellers kleine Partikel abgerieben und im Produkt oder Reinigungsmedium mitgerissen werden. Folge: Die Ventile schließen nicht mehr richtig, wodurch Flüssigkeiten und Produktkontaminationen nicht mehr sicher getrennt werden können. So positioniert sich etwa die Klappe nicht mehr korrekt in 90°-Stellung, das Schließsignal des Rückmelders unterbleibt und die Anlage geht auf Störung.

Durch die konstruktive Integration von zwei Dehnrillen in das Dichtungsdesign kann sich die Temperaturveränderung zielgerichtet in den Einbauraum der Dichtung im Gehäuse ausdehnen. Abrieb und Beschädigungen im produktführenden Bereich lassen sich so vermeiden. Um zudem Verschleißerscheinungen aufgrund der Ventilklappenbewegung zu verhindern, wurde bei den Evoguard-Scheibenventilen eine pressglatte Oberfläche im Produktraum vorgesehen und damit der Trenngrad außerhalb des Produktbereichs verlagert. Eine Einlaufschräge der Dichtung unterstützt die Schaltmechanismen des Klappentellers, sodass alle Schaltvorgänge materialschonend ablaufen.

Schwachpunkt Ventilschaft

Bei Sitzventilen führen Laufspuren am Ventilteller und Ventilschaft oft dazu, dass Schmutz in den Produktbereich eingeschleppt wird und es zu Undichtigkeiten kommt. Abhilfe schafft die Integration einer zweiten Schaftdichtung. Dadurch wird Schmutz abgestreift und Schäden am Ventilschaft durch Laufspuren werden verhindert.

Bei einteiligen Ventiltellern wird oft die Sitzdichtung herausgerissen, wenn der Ventilteller auf- oder zubewegt wird. Dort ist die Montage der Dichtung meist nicht einfach und in der Praxis wird oft mit Fett oder Spülmittel nachgeholfen. Die Konstruktion eines zweiteiligen verschraubten Ventiltellers mit definiertem Einbauraum für die Dichtung sorgt hier für wesentlich präzisere Einbaubedingungen und damit auch für eine zuverlässige Positionierung der Dichtung. Dies schützt vor dem Herausreißen und Hinterwandern der Dichtung. Ähnliches lässt sich auch beim Doppelsitzventil beobachten: Die Beschädigung der Radialdichtung und Laufspuren am Ventilteller können durch einen definierten Einbauraum für die Dichtung und das Dichtungsdesign mit Stützring verhindert werden. Zudem wird durch identische Dichtungen ausgeschlossen, dass Produktwege aufgrund der Verwechslung von Axial- und Radialdichtung nicht korrekt abgeschlossen werden.

Compounds für hohe Temperaturen

In allen Ventilausführungen konnte durch leistungsstarke und neu entwickelte Compounds eine höhere Temperaturresistenz erreicht werden. Waren vor zehn Jahren im Dampfbereich noch Temperaturen von bis zu 160 °C üblich, muss in heute konstruierten Anlagen das Temperaturspektrum auf bis zu 210 °C erweitert werden – und damit die Dichtung eine wesentlich höhere Leistungsfähigkeit aufweisen. Mithilfe der FEM (Finite-Elemente-Methode) hat Krones bei der Dichtungskonzeption die Rahmenbedingungen simuliert und Belastungsgrenzen sowie Ausdehnung bei definierten Temperaturbedingungen und festgelegten Einbauräumen nachvollzogen. Eine Gegenüberstellung zur üblichen Dichtung erbrachte klare Vorteile für die neu gewählte Dichtungsauslegung.

Noch höher sind die Anforderungen im Aseptikbetrieb. Sichere Trennung von Produkt und Umgebung lautet hier die seit Jahren verfolgte Strategie. Mit der Integration von Balgelementen als Abdichtung am Ventilteller kann zwar die gewünschte Abtrennung hergestellt werden. Jedoch wird gerade durch dieses Element eine nicht zu vernachlässigende Fehlerquelle integriert. Defekte Bälge und eine damit mögliche Hinterwanderung können für schwer zu detektierende Kontaminationen verantwortlich sein und im Produktionsbetrieb Produktivitätseinbußen verursachen.

Eine Untersuchung der Belastungen des Edelstahlbalgs unter Strömung (p = 7 bar) zeigt ganz klar – bei unterschiedlichen Prozessparametern und Hubstellungen – welche Schwingungen in der Faltenbalgkonstruktion auftreten. Damit wird schnell deutlich, warum ein Faltenbalg nach sehr kurzer Einsatzzeit bricht. Abhilfe schafft im Evoguard-Programm ein integrierter Stützkörper, der für eine Führung des Faltenbalgs sorgt und die Schwingungen der einzelnen Falten beherrscht. Zudem werden so auch Beschädigungen des Faltenbalgs bei der Demontage durch Überlastung verhindert.

Unfallrisiko minimieren

Der Mitarbeiter kommt nicht nur beim Austausch der Dichtungen ins Spiel, sondern auch bei der Wartung der Ventile und Antriebe. Für Sicherheit sorgen die EU-Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) und die EU- Druckgeräterichtlinie (97/23/EG), die Anlagenbetreiber und damit auch Ventilhersteller beim Design ihrer Anlagen und Komponenten berücksichtigen müssen.

Mit einer verschweißten Ausführung des Antriebs minimiert Krones einerseits den Wartungsaufwand, andererseits auch die Unfallgefahr durch das Öffnen von Antrieben. Dazu wurde auf eine leichte Handhabung der Antriebe geachtet, was sich im Gewicht von 25  kg bei Nennweiten bis DN 100 zeigt. Zudem trägt die Abdeckung bewegter Teile, etwa der Antriebslaternen und der Rückmeldungen, zur Unfallverhütung im Produktionsbetrieb bei. Mit einer Entwurfsprüfung durch den TÜV Süd, die eine Druckprüfung, Sicherheitsprüfung sowie Festigkeitsprüfung umfasst, wurde die Evoguard-Ventilserie allen Prüfungen unterzogen, die die Sicherheit im Betrieb detailgenau dokumentieren.

Neben den Sicherheitsbelangen sind auch Erleichterung für den Wartungs- und Instandhaltungsbetrieb integriert worden, zum Beispiel der einfache und schnelle Dichtungswechsel im Produktraum ohne Sonderwerkzeuge und, wie erwähnt, der Ausschluss der Verwechslungsgefahr beim Austausch von Dichtungen.

Krones AG, Neutraubling


Autor Willi Wiedenmann

Sales and Product Management Evoguard,

Krones

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