Verfahrenstechnik 3/2025

MEMBRANVENTILE MIT

MEMBRANVENTILE MIT ROHRUMFORMGEHÄUSEEFFIZIENZ BIS INDIE KOMPONENTEDie Rohrumformgehäusehaben eine geringerethermische Masseals Schmiede- undGussvarianten, ein Vorteil,der umso deutlicher wird,je größer dieNennweite istDie Verbesserung der CO 2-Bilanz hat in der Prozessindustrie an Bedeutunggewonnen. Dabei geht es nicht immer nur um Energieeinsparungen im großen Stil.Auch die in den Anlagen zahlreich verbauten Komponenten müssen ihren Beitragleisten. Membranventile mit leichten Rohrumformgehäusen sind hier eine praxisundumweltgerechte Alternative.Die meist üblichen Membranventile mit herkömmlichenSchmiede- oder Gussgehäusen verbrauchen nicht nurbei der Herstellung relativ viel Energie, sondern auch imBetrieb: Bei SIP-Prozessen werden große Mengen teurenReinstdampfes benötigt, um die massereichen Ventilkörper aufSterilisationstemperatur zu bringen. Gleichzeitig verkürzt sichdie Zeit, in der produziert werden kann, da sich die Gehäuse nurlangsam erhitzen und abkühlen.Die Fluidikexperten von Bürkert Fluid Control Systems beschäftigensich schon seit vielen Jahren intensiv mit der Optimierungder Gehäusetechnik für Membranventile. Heute ist der patentierteTube Valve Body bereits in der dritten Generation aufdem Markt und dank der Anwendungserfahrung der Fluidikexpertengenau an seinen Einsatzbereich in Pharma-, Food- undKosmetikindustrie angepasst. Ohne Schweißnähte im Membran-Medienbereich und mit hoher Oberflächenqualität sind dieMembranventile vom Typ 2103 mit Element-Aktor und SteuerbeziehungsweiseRückmeldekopf mittlerweile technisch denherkömmlichen Schmiedegehäusen mehr als ebenbürtig. Sie erfüllendie anspruchsvollen Regularien der Branche und könnenvor allem wesentlich dazu beitragen, die Betriebskosten zu sen-ken, die verfügbare Produktionszeit zu erhöhen und den CO 2-Fußabdruck zu verbessern. Letzteres hat eine von Trusted Footprintnach internationalen Standards durchgeführte CO 2-Bilanzierungbewiesen, die sowohl das Verhalten im SIP-Prozess alsauch die ökologischen Auswirkungen im Produktions- und Herstellungsprozessberücksichtigt.CO 2-EMISSIONEN HALBIERTIm ersten Schritt der CO 2-Bilanzierung wurde der Herstellungsprozesseines 1,5-Zoll-Ventils im Rohrumformgehäuse mit demeines 1,5-Zoll-Ventils mit Schmiedeventilkörper miteinanderüber die gesamte Wertschöpfungskette verglichen, angefangenvon der Beschaffung der Rohmaterialien, über die Verarbeitungbis hin zur Anlieferung ins Lager des Herstellers. Die Erfassungund Berechnung der verursachten Treibhausgasemissionen – alsoKohlenstoffdioxid, Methan, Distickstoffmonoxid und Flourkohlenwasserstoffe– wurde in Anlehnung an die internationalanerkannten Standards der ISO 14067-1 und des Treibhausgasprotokolls(GHC) durchgeführt und als CO 2-Äquivalente dokumentiert.20 VERFAHRENSTECHNIK 2025/03 www.verfahrenstechnik.de

KOMPONENTEN UND SYSTEME0101 Zum Einsatz kommt das Rohrumformgehäusebei der Gestaltung leichterer Anlagen undnachhaltigerer Prozesse in der Pharma-, FoodundKosmetikindustrie02 Das Rohrumformgehäuse in Kombination mitunterschiedlichen Antrieben und Membranen02GEWICHTSEINSPARUNGENVERBESSERN DIE CO 2-BILANZDas Ergebnis ist beachtlich: Während der Produktion werden beiden Rohrventilkörpern rund 50 Prozent weniger CO 2-Äquivalentefreigesetzt. Gleiches gilt auch für den Transport. Ursache fürbeides ist hauptsächlich das geringere Gewicht. Der Rohrventilköper,der untersucht wurde, wiegt lediglich 0,807 kg und ist damitfast 80 Prozent leichter als der 3.607 kg schwere Schmiedeventilkörper.Das deutlich geringere Gewicht macht sich dannauch im Betrieb positiv bemerkbar. Die Rohrumformgehäuse habeneine erheblich geringere thermische Masse als SchmiedeundGussvarianten, ein Vorteil, der umso deutlicher wird, je größerdie Nennweite ist. Bei einem 2-Zoll-Ventil beispielsweisekann die Gewichtsreduktion bis zu 75 Prozent betragen. Die Gehäuseheizen sich dadurch schneller auf und kühlen auch schnellerwieder ab, was sich positiv auf die Betriebskosten auswirkt.Bei einer Temperaturdifferenz von 100 K pro SIP-Zyklus könnensich Einsparungen von über 50 Prozent ergeben. Multipliziertman diesen Wert mit der Anzahl der SIP-Prozesse pro Jahr, ergebensich je nach Anlage beachtliche Kosteneinsparungen. DieProduktion wird nachhaltiger; der CO 2-Fußabdruck des Herstellungsprozessesreduziert sich. Geht man von einer typischen Applikationmit 100 Ventilen aus, spart das 875 kg CO 2pro Jahr, dasist immerhin so viel wie 70 Bäume aufnehmen können (bei12,5 kg CO 2pro Baum).LEICHTES HYDROFORM-GEHÄUSEDie Grundlage dafür liefert ein spezielles Fertigungsverfahren:Die Membranventilgehäuse werden im Rohrumformverfahren,auch bekannt unter dem Begriff Hydroforming, hergestellt. Dasheißt, ein metallisches Rohr wird in einem geschlossenen Werkzeugmit Innendruck in mehreren Schritten inklusive Wärmebehandlungzum Ventilgehäuse geformt. Die Vorteile des Verfahrensliegen auf der Hand. So können beispielsweise für die Hydroform-Gehäuse der Ventile die gleichen Rohrmaterialien verwendet werden,die in der Anlage eingesetzt und dafür zugelassen sind. Außerdemsind Montage oder Schweißoperationen wie bei einerHalbschalenbauweise nicht mehr notwendig und die Gehäusewiegen kaum mehr als ein Stück Rohr gleicher Länge.Auch die große Präzision und Wiederholgenauigkeit bei derFertigung sprechen für das Verfahren. Die daraus resultierendehohe Produktqualität ist ein entscheidendes Kriterium; schließlichist die zuverlässige Funktion der Membranventile im späterenBetrieb ausschlaggebend für die Prozesssicherheit in der Anwendung.Dazu gehört auch die durchgängige Dokumentationwährend des Fertigungsprozesses und die Zertifizierung für denjeweiligen Einsatzbereich.HYGIENEKONFORM UND ROBUSTDas Hydroform-Gehäuse ist zudem ausgesprochen robust. SeinDesign entspricht den Anforderungen der ASME-BPE 2014 undhält schnellen Temperaturwechseln zwischen heißem Dampfund kaltem Wasser sowie langzeitigen Vibrationen stand. Zudemberührt das Medium nur die Membrane und den pharmatauglichenRohrabschnitt, aus dem das Gehäuse geformt wird. Dieserist identisch mit den anderen in den Anlagen eingesetzten Rohrelementenund erfüllt die jeweiligen geltenden Normen. Im Gegensatzzu Gussgehäusen entstehen zudem bei der Fertigung keineLunker oder andere Unreinheiten, die immer ein Kontaminationsrisikooder Fertigungsausschuss bedeuten. Hinzu kommtnoch eine weitere positive Eigenschaft: Bei der Montage im Rohrsystemwird die hygienischste aller Verbindungen möglich, nämlicheine direkte Rohr-zu-Rohr-Verschweißung. Hier kann sichnichts festsetzen und die Reinigung ist genauso einfach wie diedes Gesamtrohrsystems.Bilder: Bürkert Fluid Control Systemswww.buerkert.deAUTORMichael Wiedmann, ProduktmanagerMembranventile bei Bürkert Fluid ControlSystems, Ingelfingenwww.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 2025/03 21