Nachhaltigkeit, möglichst geringe Betriebskosten und hohe Anlagenverfügbarkeit sind zentrale Themen in der Prozessindustrie. Alle in den Anlagen verbauten und an den Prozessen beteiligten Komponenten müssen dazu beitragen. Das gilt auch für die unzähligen Membranventile, die vor allem in sterilen und pharmazeutischen Anwendungen im Einsatz sind und strenge Hygieneanforderungen und -normen erfüllen müssen. Bürkert Fluid Control Systems beschäftiget sich deshalb schon seit vielen Jahren intensiv mit der Optimierung der Gehäusetechnik für entsprechende Membranventile. Heute sind die Rohrumformgehäuse (Tube Valve Body) bereits in der 3. Generation auf dem Markt. Ohne Schweißnähte im Membran-Medienbereich und mit hoher Oberflächenqualität sind die Membranventile vom Typ 2103 mit Elemenz-Aktor und Steuer- bzw. Rückmeldekopf mittlerweile technisch den herkömmlichen Schmiedegehäusen mehr als ebenbürtig. Sie erfüllen die anspruchsvollen Regularien der Branche und können vor allem wesentlich dazu beitragen, die Betriebskosten zu senken und die verfügbare Produktionszeit zu erhöhen.
Ein Stück Rohr als Gehäuse
Die Grundlage dafür liefert ein spezielles Fertigungsverfahren: Die Membranventilgehäuse werden im Rohrumformverfahren, auch bekannt unter dem Begriff Hydroforming, hergestellt. Das heißt, ein metallisches Rohr wird in einem geschlossenen Werkzeug mit Innendruck in mehreren Schritten inklusive Wärmebehandlung zum Ventilgehäuse geformt. Für die Hydroform-Gehäuse der Ventile können die gleichen Rohrmaterialien verwendet werden, die in der Anlage eingesetzt sind. Montage oder Schweißoperationen wie bei einer Halbschalenbauweise sind nicht mehr notwendig. Das spart die sonst üblichen Montage- oder Schweißoperationen und die Gehäuse wiegen kaum mehr als ein Rohr gleicher Länge.
Auch die große Präzision und Wiederholgenauigkeit bei der Fertigung sprechen für das Verfahren. Die daraus resultierende hohe Produktqualität ist ein entscheidendes Kriterium; schließlich ist die zuverlässige Funktion der Membranventile im späteren Betrieb ausschlaggebend für die Prozesssicherheit in der Anwendung.
Robustes Leichtgewicht
Das Hydroform-Gehäuse ist zudem ausgesprochen robust. Sein Design entspricht den Anforderungen der ASME-BPE 2014 und es hält schnellen Temperaturwechseln zwischen heißem Dampf und kaltem Wasser sowie langzeitigen Vibrationen stand. Zudem berührt das Medium nur die Membran und den pharmatauglichen Rohrabschnitt, aus dem das Gehäuse geformt wird. Dieser ist identisch mit den anderen, in den Anlagen eingesetzten Rohrelementen und erfüllt die jeweiligen geltenden Normen. Im Gegensatz zu Gussgehäusen entstehen bei der Fertigung keine Lunker oder andere Unreinheiten. Bei der Montage im Rohrsystem wird zudem die hygienischste aller Verbindungen möglich: eine Rohr-zu-Rohr-Verschweißung. Hier kann sich nichts festsetzen und die Reinigung ist genauso einfach wie die des Gesamtrohrsystems.
Die Rohrumformgehäuse haben dadurch auch eine erheblich geringere thermische Masse als Schmiede- und Gussvarianten, ein Vorteil, der umso deutlicher wird, je größer die Nennweite ist. Bei einem 2″-Ventil beispielsweise kann die Gewichtsreduktion bis zu 75 % betragen. Die Gehäuse heizen sich dadurch schneller auf und kühlen auch schneller wieder ab. Bei einer Temperaturdifferenz von 100 K pro SIP-Zyklus können sich Einsparungen von über 50 % ergeben.
Schneller Reinigen
Gleichzeitig steigt die Produktivität der Anlage, da sich durch den schnellen Aufheiz- und Abkühlprozess die Nebenzeiten für die Reinigung verkürzen. Je öfter gereinigt werden muss, desto mehr profitiert der Anwender davon. Das geringere Gewicht der Membranventile hat aber noch einen weiteren Effekt: Da die Ventile durch die vergleichsweise geringe thermische Masse sich bei den CIP-/SIP-Prozessen schneller aufheizen und abkühlen, reduziert sich auch der thermische Stress für die temperaturempfindlichen Membranen. Je nach Anwendung kann ihre Lebensdauer dadurch mehr als verdoppelt werden. Schlussendlich haben die Membranventile im Rohrumformgehäuse auch für die Anlagenbauer einen nicht zu unterschätzenden Nutzen. Anders als bei Schmiede- oder Gussgehäusen müssen sie in den meisten Fällen keine zusätzlichen Abstützungen für die Ventile vorsehen.
Bürkert Fluid Control Systems, Ingelfingen
Autor: Alexander Equit
Produktexperte hygienische Ventiltechnik,
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