Unterschiedliche Füllmengen und komplexe Medien verlangen nach zunehmend flexiblen Abfüllkonzepten.

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Füllventile für nahezu alle Prozesse Abfüllkonzepte der Zukunft

05.09.2018

In der Abfülltechnik wird der Ruf nach höherer Flexibilität und Produktivität immer lauter. Bei oft sinkenden Chargengrößen, unterschiedlichen Füllmengen, kurzen Zykluszeiten bis in den Millisekunden-Bereich und immer mehr schwierig zu füllenden Medien werden innovative Abfüllkonzepte immer wichtiger. PD-Technologie soll die Basis für neuartige, hygienische und aseptische Füllventile von morgen bilden.

Physiologisch und gesundheitlich relevante Inhaltsstoffe sind oft sehr sensibel und verlangen zudem sehr schonende Prozesse. Sowohl hochreine oder kaltaseptische Abfülltechnologien für die menschliche und tierische Ernährung als auch aseptische Technologien für die pharmazeutische und biotechnologische Abfüllung sind essenziell.

Um eine entsprechende Abgrenzung zu Marktbegleitern zu erreichen, gehen immer mehr Produzenten dazu über, individuelle Behälterformen und Verschlusssysteme einzusetzen. Damit erhöhen sich allerdings auch die Anforderungen im Abfüll- und Verpackungsbereich. In der Folge steigt der Bedarf nach neuen, universell einsetzbaren Abfülltechniken.

Allen Anforderungen gerecht

Außerdem werden die Anforderungen an Hygiene- und Betriebssicherheit in der Pharmazie, Biotechnologie sowie Lebensmittel- und Getränkeindustrie durch gesetzliche Anforderungen (AMG, LBFG, FDA, Verordnung (EG) Nr. 1935/2004, HACCP und so weiter) immer höher. Um den Forderungen des Gesetzgebers und den damit verbundenen Kundenwünschen gerecht zu werden, entwickelte Gemü die PD-Technologie (Plug Diaphragm). Sie kombiniert den Vorteil der bewährten Membranventiltechnologie – welche schon immer eine hermetische Trennung von Fluid zu Antriebseinheit garantierte – mit weiteren Kundenanforderungen.

Gemü hat, durch das über Jahre hinweg erworbene Know-how im Bereich der Abfüllprozesse, eine komplett neue, innovative Füllventil-Plattform basierend auf der PD-Technologie geschaffen. Hierzu gehören die pneumatisch betätigten Füllventile Gemü-F40 sowie die flexibel einsetzbaren, hochpräzisen, elektromotorischen Füllventile der Baureihe Gemü-F60.

Diese neuen, elektromotorisch betätigten Füllventile zeigen nicht nur gute Resultate in Geschwindigkeit und Präzision, sondern sind durch die Möglichkeit zur Integration in Bus-Systeme auch für zukünftige Aufgaben in der Abfülltechnik bestens gerüstet.

Fortschritt durch Erfahrung

Abfüllanlagen bestehen neben den komplexen Komponenten zur Bereitstellung und Förderung der Behältnisse auch aus Leitungen und Armaturen zur Förderung der abzufüllenden Medien. Die sogenannten Hilfsventile dienen meist zur stufenweisen Regulierung der Füllgeschwindigkeit, aber auch zur Regelung der Hilfsmedien, wie beispielsweise der CO2-Steuerung, der Behälterentgasung beziehungsweise mehreren CO2-Spülungen mit und ohne Vakuumierung sowie CIP- und SIP-Prozessen. Für die eigentliche Abfüllung hauptverantwortlich sind die Produkt- beziehungsweise Medienventile.

Bei den Medienventilen handelt es sich heute meist um spezielle Sitzventile oder im aseptischen Bereich um Membranventile beziehungsweise um verschiedene Kombinationen dieser Ventiltypen. Ein Membranventil ist die erste Wahl, wenn ein aseptisches Ventil benötigt wird, da es einfach zu reinigen und für CIP- und SIP-Prozesse geeignet ist.

Mit Membranventilen werden oft Grobregelanwendungen wie schnelles und langsames Abfüllen realisiert. Oft mit Bypass-Bohrungen oder zweistufigen Antrieben. Wenn allerdings sehr fein dosiert werden soll oder ein großer Regelbereich abgedeckt werden muss, stoßen Membranventile an ihre Grenzen, da hier keine Möglichkeit besteht, eine definierte Querschnittsfläche freizugeben.

Kontaminationsrisiko vermeiden

Sitzventile mit entsprechenden Regelkegeln könnten hier Abhilfe schaffen, sind aber im Standard alles andere als hygienisch oder gar aseptisch. Denn durch den sogenannten Lifteffekt an der Spindel wird Medium in die Dichtpackung transportiert und bei der Reinigung der Anlage nicht mehr entfernt.

Dadurch können sich in diesem Bereich Schmutzpartikel anreichern und/oder Bakterien vermehren. Beim Schließen des Ventils können aus der Umgebung des Ventilantriebs über die Spindel Verschmutzungen in das Medium eingebracht werden. Das Kontaminationsrisiko ist hoch.

Um dies zu vermeiden, werden oft Faltenbälge aus PTFE oder in Edelstahlausführung als Antriebsabdichtung eingesetzt. Je nach Abstand und Tiefe der Falten ist eine ausreichende Reinigung - besonders in strömungsarmen Bereichen des Faltenbalgs – praktisch unmöglich.

Insbesondere bei faserigen oder pulpehaltigen Medien können bei Faltenbalg-Ventilen Reinigungsprobleme auftreten. Des Weiteren ist ein Faltenbalg in seiner Lebensdauer eher begrenzt, da durch den einseitigen Druck des Mediums eine ungleiche Belastung auftritt. Zur Vermeidung der Nachteile der verschiedenen Füllventilvarianten entwickelte Gemü auf Basis der eigenen PD-Technologie eine komplett neuartige Füllventil-Plattform. Für die pneumatischen und elektromotorischen Varianten standen dabei folgende Aspekte im Vordergrund:

  • lange Lebensdauer – über 10 Mio. Schaltwechsel,

  • hermetische Trennung des Antriebs vom Medienstrom,

  • PD-Membrane aus PTFE-Material – dadurch hohe Beständigkeit,

  • Dichtungswerkstoff FDA-konform und USP Class VI,

  • gute Durchflusswerte, hohe Kvs-Werte,

  • temperaturunabhängige Abdichtung (kein Nachziehen der Dichtung erforderlich),

  • anpassbare Regelkegel-Geometrie,

  • totraumarm,

  • optimale Reinigungsfähigkeit,

  • kein „Lift-Effekt“,

  • leichte und schnelle Wartung (Quick-Lock-Verbindung, Patrone mit allen Ersatzteilen, nur ein Montagewerkzeug),

  • Design nach 3A- und EHEDG-Richtlinien,

  • kompaktes Design.

F40: Pneumatisch betätigte Ausführung

Bei der neuen pneumatischen Füllventilserie F40 konnten alle diese Forderungen umgesetzt werden, sodass diese Ventile einen Wendepunkt in der Abfülltechnik darstellen. Die pneumatischen Ventile können je nach Ausführung mit allen Gemü-Automatisierungskomponenten, wie Hubbegrenzung, Stellungsrückmelder oder Regler ausgestattet werden.

Alle heutigen Anforderungen der Hygiene- und Betriebssicherheit in der Pharmazie, Biotechnologie sowie Lebensmittel- und Getränkeindustrie, welche auf verschiedenen gesetzlichen Anforderungen, wie AMG, LBFG, FDA, Verordnung (EG) Nr. 1935/2004, 3A- und EHEDG-Guidelines beruhen, wurden bei der Konstruktion berücksichtigt.

Gemü F40 ist prädestiniert für alle Abfüllprozesse als On/Off-Ventil im hygienischen Bereich bis hin zu aseptischen Anlagen, wenn zwei oder mehr feste Abfüllgeschwindigkeiten benötigt werden. Es ist infolge des reinen PTFE-Dichtungssystems bestens geeignet und völlig unbedenklich für öl- und fetthaltige Medien und optimal für die Medienversorgung aller Art von Abfüllanlagen (Vakuum, flüssig und gasförmig).

F60: Elektromotorisch betätigte Variante

Erweitert wird Füllventil-Plattform durch die Entwicklung verschiedener Füllventile mit elektrischen Antrieben. Die elektromotorisch betriebene F60-Familie bietet Kommunikationsmöglichkeiten zu verschiedenen Sensoren und Steuerungen, welche es möglich machen, den Produktfluss beliebig stufenlos zu steuern oder zu regeln.

Dies ermöglicht es den Anlagenbauern und späteren Anlagenbetreibern, die Abfüllprozesse mit dem gleichen Füller optimal an die Abfüllprodukte und Behälterformen anzupassen. Die elektromotorischen Ventile Gemü-F60 überzeugen durch viele, bis dato nicht für möglich gehaltene, Funktionen, so zum Beispiel:

  • hohe Lebenserwartung des Ventils inklusive Motor (über 10 Mio. Schaltwechsel),

  • verschiedene Antriebsgeschwindigkeiten (bis zu 300 mm/s) sind realisierbar,

  • extrem hohe Positioniergenauigkeiten (rechnerisch bis zu +/- 10 µm Hub),

  • sehr hohe Abfüllgenauigkeit,

  • frei programmierbare Abfüllgeschwindigkeiten über die Abfüllzeit zur Anpassung an verschiedenste Medien, Behältergeometrien und so weiter,

  • extrem kurze Abfüllzyklen mit programmierbaren Abfüllkurven,

  • reproduzierbare Abfüllzyklen unter 300 ms sind damit in Echtzeit möglich,

  • beliebige Abfüllkurven sind realisierbar,

  • für alle Regelfunktionen einsetzbar,

  • kann in nahezu jedem Bus-System betrieben werden,

  • Motor-Design und Adaptionen nach 3A- und EHEDG-Richtlinien.

Mit den F60-Füllventilen ist eine produkt- und gebindeformabhängige Programmierung der Füllgeschwindigkeit und Abfüllmenge in jedes Gebinde (Glas- und PET-Flaschen, Kartons, Pounches, Behälterglas, Vials, Spritzen, Kartuschen, Fässer, KEGs und so weiter) möglich. Hierzu ist es notwendig, mit entsprechenden Sensoren (MID, Wägezellen oder kapazitiven Sonden) über leistungsfähige Controller, Bus-Systeme und Steuerungen zu kommunizieren, um neben einer Stellungsregelung zudem auch eine Prozessregelung abbilden zu können.

Die pneumatisch betätigten Ventile Gemü F40 und elektromotorisch betätigten Gemü F60 verfügen über die PD-Technologie und sind damit sowohl für hygienische als auch aseptische Anwendungen bestens geeignet. Nicht nur alle medienberührenden Elemente bestehen aus Edelstahl oder beständigen Hochleistungskunststoffen (PTFE), sondern auch der pneumatische Antrieb des Füllventils F40 und die Adaption sowie der Antrieb des Typs F60.

Die Verwendung von hochwertigem Edelstahl im Außenbereich der Füllventile und die Kabelabdichtungen mit der Schutzklasse IP69K erlauben die Reinigung und Desinfektion der außenliegenden Oberflächen mit allen gängigen Reinigungs- und Desinfektionsmitteln unter Verwendung aller üblichen Sprüh- und Strahlverfahren.

Zusammenfassung

Mit der neu entwickelten Füllventil-Plattform bietet Gemü für nahezu alle Prozesse der Pharmazie, Biotechnologie sowie Lebensmittel- und Getränkeindustrie die Möglichkeit, hygienische und aseptische Abfüllanwendungen zu realisieren. Für pneumatische Anwendungen steht die Baureihe F40 zur Verfügung. Das Portfolio wird durch die elektromotorischen Variante F60 ergänzt.

Beide Füllventilvarianten setzen neue Maßstäbe und Trends in puncto Schnelligkeit, Lebensdauer, Wartungsfreundlichkeit, Hygiene und Präzision. Weitere Ergänzungen zum Beispiel in Form von Hilfsventilen und Antrieben sind in Planung.

Bildergalerie

  • Füllventil Gemü F40 mit pneumatischem Antrieb

    Bild: Gemü Gebrüder Müller Apparatebau

  • Füllventil Gemü F60 mit elektromotorischem Antrieb bis 300 mm/s Hubgeschwindigkeit

    Bild: Gemü Gebrüder Müller Apparatebau

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