Quetschventile Eines für alles

09.03.2015

Durchflussoptimiert und kompakt? Das muss beim Steuern und Abfüllen von Flüssigkeiten kein Gegensatz sein. Das zeigt das Quetschventil-Portfolio von Festo, das sich durch kompaktes Design, Modularität und Wartungsfreundlichkeit auszeichnet. Die Einsatzmöglichkeiten sind nicht auf das Steuern von Flüssigkeiten beschränkt. Ob für die Handhabung von Sand und Glasstaub oder als Greifer für hygienische Schläuche – das Quetschventil hat bereits in vielen Anwendungen seine Stärken unter Beweis gestellt.

Ein Schlossherr muss sich zu helfen wissen. Zahlreiche Türen und ebenso viele unterschiedliche Schlösser: Da ist man zwangsläufig beim Rundgang mit einem dicken Schlüsselbund unterwegs. Der Passende ist immer dabei, und so steht keiner beim Schlossrundgang vor verschlossenen Türen.

Das funktioniert auch beim Steuern von Flüssigkeiten und anderen fließenden Medien. Vorausgesetzt, man findet eine Ventilart, die in einer großen Variantenbreite zur Verfügung steht. Darauf zielt Festo bei seinem modular aufgebauten Produktportfolio der Quetschventile VZQA ab: Durch die Kombinationsmöglichkeit unterschiedlichster Baugrößen, Materialien und Anschlussformen deckt es ein breites Anwendungsspektrum ab.

Der Strömungswiderstand der Quetschventile ist sehr gering. Der volle Durchgang und die totraumarme Ausgestaltung sorgen dafür und verhindern die Bildung von Ablagerungen. Ein Verstopfen der Ventile ist ausgeschlossen. Mit diesen Eigenschaften lassen sich verschiedenste Medienströme aus Granulaten, feststoffhaltigen Flüssigkeiten, hochviskosen und abrasiven Medien optimal steuern.

Aus hygienischen beziehungsweise wartungsrelevanten Gründen muss man Dichtungskartuschen regelmäßig austauschen. Für die Anwender ist es wichtig, dass das schnell und einfach funktioniert. Mit dem neuartigen Dichtungskartuschen-Konzept von Festo ist dieser Austausch schnell und einfach ohne Spezialwerkzeug direkt an der Anlage durchzuführen. Je nach Einsatzbedingungen kann ein Austausch erst nach ungefähr einer Million Schaltspielen notwendig werden.

Dies und die einfache Montage machen das VZQA sehr wirtschaftlich. Aufgrund seiner schlanken Bauform ist die Integration des Quetschventils in die Rohrleitung einfach, und der zu berücksichtigende Platz für den Antrieb bei herkömmlichen Prozessventilen wie beispielsweise Membranventilen entfällt.

Für die erweiterten Anforderungen der Prozessindustrien sind einzelne Ventilreihen in der Normally-Closed (NC)-Ausführung erforderlich. Bei Ausfall sämtlicher Hilfsenergien in der Anlage fährt das Ventil ohne zusätzlichen Antrieb in den geschlossenen Zustand. Das VZQA NC ist das erste Quetschventil mit integriertem Antrieb. Zu seinen Vorteilen zählen die einfache Reinigbarkeit und die kompakte Bauform. In der Aluminiumausführung ist erstmals die Positionsabfrage über einen Magnetring im Kolben möglich.

Wie man die Produktivität durch integrierte Motion- und Fluidcontrol-Lösungen steigern kann, zeigt eine Applikation eines italienischen Herstellers von Füllern und Verpackungsmaschinen für Kosmetika. Bereits in der Vergangenheit bezog der Hersteller die wichtigsten Komponenten für Motioncontrol von Festo: etwa den Rundschalttisch mit zwölf Stationen für die Positionierung von Flaschen zur Dosierung, pneumatische Schlitten für die Vertikalbewegung bei der Positionierung der Dosierungsventile und eine Einheit für das Verschließen der Flaschen.

Abrasive Kugeln im Nagellack

Bei der Entwicklung neuer Maschinen für das Einfüllen von Kosmetika war die Expertise von Festo im Bereich der Fluidcontrol für die genaue Befüllung von Behältnissen mit Nagellack und Glaskügelchen gefordert. Aufgrund des überaus abrasiven und granularen Charakters des Befüllmaterials fiel die Wahl auf das Quetschventil. Das VZQA ist leicht zu installieren und zu warten. Dadurch ermöglicht es eine präzise Befüllung der Granulate über einen langen Zeitraum, ohne dass es zu Anbackungen oder Verstopfungen kommt.

Die realisierte Lösung durch die integrierte Motion- und Fluidcontrolsteuerung hat die Engineering- und Beschaffungsprozesse des Kunden erheblich vereinfacht. Dies war nur möglich, da das Angebot für eine der wichtigsten Zielgruppen von Festo, die OEMs im Bereich Fertigungsautomatisierung, durch Medienventile erweitert wurde.

Bei der Abfüllung von Trinkwasser ist Geschwindigkeit und Präzision gefordert. Ein international ausgerichteter Konzern hatte in seinen Anlagen zur Abfüllung von Trinkwasser in Plastikflaschen das Problem, dass beim Füllvorgang die erforderlichen Qualitätsparameter Füllhöhe und -menge nicht eingehalten wurden. Im Durchschnitt wurden die Flaschen überfüllt. Dies führte zu Verlusten an fertigem Produkt und zu zusätzlichen Stillständen und Kosten für die Reinigung der Anlage. Die vordefinierten maximalen Abweichungen bei den erreichten Füllmengen wurden ebenfalls nicht erreicht.

Die Ingenieure von Festo haben für dieses Problem eine Speziallösung erarbeitet. Zwei Quetschventile arbeiten im Tandem hintereinander. Befüllt wird von oben. In das obere Quetschventil ist ein zusätzliches Edelstahlrohr eingebaut. Beide Ventile sind beim Beginn des Füllvorgangs voll geöffnet, dadurch wird ein großer Durchfluss erreicht. Nach einer konfigurierbaren Dauer schließt das obere Ventil, durch das Edelstahlrohr kann aber nach wie vor noch Wasser in die Flasche bei jetzt reduziertem Volumenstrom eingebracht werden. Ein Level-Sensor meldet, wenn der gewünschte Füllstand erreicht ist. Dann beendet die Installation den Füllvorgang, indem es das untere Ventil schließt.

Diverse Tests haben gezeigt, dass durch diese Lösung die Six-Sigma-Anforderungen an die maximalen Streuungen der abzufüllenden Mengen erreicht werden können. In der Nachkontrolle werden geringere Qualitätsabweichungen festgestellt; weitere Produktivitätssteigerungen resultieren unter anderem aus dem geringeren Reinigungsbedarf der Anlage und einer längeren Betriebsdauer.

Quetschventile als Greifer in der 
Pharmafertigung

Bei der Fertigung von Infusionsbeuteln ist einer der Fertigungsschritte das thermische Verschweißen der Anschlussschläuche an den eigentlichen Infusionsbeutel. Nach dem Extrudieren der Schläuche aus Rohmaterial erzeugt man im Schlauch einen Überdruck mittels Luft, um Quetschungen der Schläuche beim Aufrollen auf Rollen zu vermeiden. Die Enden werden vor dem Aufrollen thermisch verschweißt. Im eigentlichen Produktionsschritt verschweißt die Maschine über mehrere Fertigungsschritte die zugeführten Folien zu einem Infusionsbeutel inklusive der beiden erforderlichen Infusionsschläuche.

Bisher führten Greifer die Schläuche in der Maschine zu. Die Linearbewegung wurde dabei durch elektrische Achsen erzeugt. Eine Reserve für die zu verarbeitenden Schläuche wurde durch eine Abwärtsbewegung einer Schiene erzeugt, die die Schläuche nach unten zieht und dadurch das Abrollen der Rolle erzwingt. Diese Zuführungseinrichtung, die Greifer- und die Abrollfunktion durch die Abwärtsbewegung beschädigten oftmals die Oberflächen der Schläuche. Die neue Lösung sieht vor, das Quetschventil VZQA als Greifer zu nehmen und damit die Wahrscheinlichkeit einer Verletzung der Schlauchoberflächen signifikant zu verringern. Das Quetschventil kann mit einer EPDM-Membran ausgerüstet werden. Der Ansteuerluftdruck auf die Membran des Quetschventils ist bis zu einem maximalen Druck von 0,7 bar geregelt. Ein Druck größer 1 bar würde zur mechanischen Verletzung der Schläuche führen.

Die Linearbewegung des Greifers ist nach wie vor mit denselben elektrischen Achsen realisiert wie bisher. Die Schläuche werden durch die Membran des Ventils materialschonend eingespannt und in die Maschine eingebracht, gleichzeitig wird genug Kraft beziehungsweise Zug erzeugt, um das Material von der Rolle abzurollen.

Bei dieser Art und Weise der Schlauchzuführung kann man auf eine Reserve verzichten. Auch die Abwärtsbewegung kann entfallen. Der Aufroller ist jetzt vertikal montiert, die Reibung bei der Rotationsbewegung bremst die Bewegungsgeschwindigkeit des Aufrollers. Die Synchronisation arbeitet perfekt, ohne Druck auf den Schläuchen zu erzeugen. Führungen in der Nähe des VZQA stellen sicher, dass keine Reibung der Membran an den Schläuchen bei der Rückwärtsbewegung, das heißt, wenn die Membran geöffnet ist, entstehen kann.

Die Anwendungsbeispiele zeigen in Summe, welche Vorteile Quetschventile durch ihre kompakte Bauform und Modularität bieten. Und welches Potenzial auch für Anwendungen der diskreten Fertigung bestehen, die weit entfernt sind von den eigentlichen Applikationen, für die das Quetschventil ursprünglich entwickelt wurde.

Bildergalerie

  • Spezialanwendung: Bei der Abfüllung verbessern Quetschventile die Füllmengenkontrolle.

    Bild: Festo

  • In dieser Füllmaschine dosieren Prozessventile VZQA sogar Mikrokugeln aus Glas, zugleich mit Nagellack. Trotz der abrasiven Eigenschaften des Materials arbeitet die Maschine präzise, ohne dass es zu Verstopfungen kommt.

    Bild: Festo

  • Quetschventile können auch als materialschonende Greifer verwendet werden.

    Bild: Festo

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