Für Ventilkonstruktionen existieren exakte Richtwerte, die als Maß für wichtige Faktoren wie Toträume und Reinigbarkeit dienen. Besonders vorteilhafte Lösungen wie Mehrwege-Ventilblöcke erfordern beim Bestimmen dieser Werte jedoch besondere Aufmerksamkeit.

Mehrwege-Ventilkörper aus Edelstahl sind mittlerweile eine etablierte Lösung für Hygiene-Prozesse. (Bild: Gemü)

Auch heute noch werden im Rohrleitungsbau einfache Feinguss- oder Durchgangsventilkörper mit Rohrfittings zusammengeschweißt. Diese haben jedoch durch die relativ großen Toträume einen erheblichen Nachteil – speziell was die Reinigbarkeit betrifft. Deshalb wurde 1993 bei Gemü der erste einfache Mehrwege-Ventilkörper, das T-Ventil, selbstentleerend und ganz ohne Schweißnähte entwickelt. Heute stellen die Mehrwege-Ventilblöcke die fortschrittlichste Lösung dar, um den hohen und komplexen Anforderungen im Anlagenbau der pharmazeutischen, biotechnologischen und chemischen Industrie sowie der Lebensmittelindustrie gerecht zu werden. Dabei zählt die Reinheit in Prozessen und die damit verbundene bestmögliche Reinigbarkeit von Ventilen zu den herausforderndsten Themen – und das nicht nur bei pharmazeutischen Anwendungen.

Der Ventilblock M 600 von Gemü hat im Vergleich zu einer Standard-Schweißkonstruktion ...

... geringere Toträume und ist leichter zu reinigen.

Anlagenbetreiber beziehen sich im Normalfall auf die FDA/GMP-Richtlinien oder den ASME/BPE-Standard. Alle Regelwerke definieren für Ventilkonfigurationen exakte geometrische Bezugspunkte. Diese Regeln beschreiben den maximal zulässigen, nicht durchströmten Rohrabschnitt in einer Ventilkonfiguration zwischen Ventil 1 und Ventil 2. Sie werden entweder als 3D-Regel (3xØID) oder 6D-Regel (6xØID) bezeichnet: Der Längenabstand von der Unterkante (3D-Regel) oder der Mittelachse (6D-Regel) des Innendurchmessers des Hauptventils bis zur Mitte des Dichtstegs des angeschweißten zweiten Ventilkörpers darf maximal das 3-fache bzw. das 6-fache des Innendurchmessers des angeschweißten Ventilkörpers betragen; das Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D-Verhältnis) ist somit die entscheidende Größe.

Veranschaulichung von 3D-Regel (links) und 6D-Regel (rechts) zur Konfiguration zweier Ventile.

Wenn viele dieser Einzelventile in einer Rohrleitung verschweißt sind, entstehen in der Regel auch relativ große Toträume. Nicht so bei einem Mehrwege-Ventilblock: „Im Gegensatz zu aufwendigen Schweißkonfigurationen, wird der Gemü M-Block für die Pharma-Anwendung komplett aus einem Edelstahl-Vollmaterial-block gefertigt“, erklärt Matthias Wolpert, strategischer Produktmanager der Business Unit Pharma, Food & Biotech bei Gemü. „Dadurch bietet er ein kompaktes multifunktionales und entleerungsoptimiertes Design, deutlich reduzierte Toträume, ein verringertes Hold-Up-Volumen sowie einen verbesserten Know-how-Schutz für Anlagenbetreiber.“ Zusätzlich steigt auch die Produktsicherheit, da im Ventilblock auf Schweißnähte komplett verzichtet werden kann.

Neben allen gängigen Anschlussnormen können auch spezielle Prozessanschlüsse wie Tri-Clamps oder hygienegerechte Dichtkonturen direkt in den M-Block-Ventilkörper eingearbeitet werden. Dabei sind der individuellen Gestaltung der Ventile kaum Grenzen gesetzt. In den 25 Jahren seit der Markteinführung des M-Block-Ventils hat der Anbieter mehr als 1.200 unterschiedliche Bauformen mit über 25.000 kundenspezifischen Lösungen in unterschiedlichen Edelstahllegierungen realisiert. Auch Lösungen aus Kunststoff sind im Standard möglich und aufgrund ihrer Materialeigenschaften für verschiedene Anwendungen geschätzt.

Die gängigen Formeln aus den oben beschriebenen 3D-/6D-Regeln lassen sich bei Mehrwege-Ventilblöcken aufgrund deren abweichender Geometrien und Querschnitte (D-förmig anstatt kreisrund) nicht oder nur bedingt zur Berechnung des Totraums anwenden. Dennoch ist auch hier das L/D-Verhältnis entscheidend, denn es bietet einen Richtwert zur Beurteilung der Reinigungsfähigkeit von Mehrwege-Ventilblöcken. „Somit wird L/D zu unserer Formel und zu unserem Maßstab für optimale Reinigbarkeit bei Mehrwege-Ventilblöcken“, betont Wolpert. Damit das nicht nur auf dem Papier gut funktioniert, sondern auch in der Praxis einen aussagekräftigen Vergleichswert ergibt, haben die Experten um Wolpert ein Rechenmodell entwickelt, um das L/D-Verhältnis auch bei Mehrwege-Ventilblöcken zu bestimmen. Es hilft damit, die optimale Reinigbarkeit bei Mehrwege-Ventilblöcken messbar und damit für Anlagenbauer verlässlich planbar zu machen – und das nicht nur bei sterilen Prozessen.

Der theoretische Durchmesser einer D-förmigen Ventil-lasche (rot) ergibt einen Kreis mit derselben Fläche.

Die technische Zeichnung des Ventilkörpers gibt Länge und Neigungswinkel wieder.

Der theoretische Durchmesser lässt sich für gängige Neigungswinkel und Membrangrößen aus der Tabelle ablesen. (Bild: Gemü)

Das L/D-Verhältnis von Mehrwege-Ventilblöcken lässt sich mit der Methodik von Gemü leicht und in wenigen Schritten ermitteln:

Ich bin einverstanden, von Pharma-Food per E-Mail über Zeitschriften, Online-Angebote, Produkte, Veranstaltungen und Downloads aus dem Industrie-Medien-Netzwerks informiert zu werden. Ich bin ferner mit der Auswertung meiner Nutzung des Newsletters zur Optimierung des Produktangebots einverstanden. Diese Einwilligung kann ich jederzeit mit Wirkung für die Zukunft widerrufen, indem ich mich vom Newsletter abmelde. Die Datenschutzhinweise habe ich gelesen und zur Kenntnis genommen.

Mit der Registrierung akzeptiere ich die Nutzungsbedingungen der Portale im Industrie-Medien-Netzwerks. Die Datenschutzerklärung habe ich zur Kenntnis genommen.

GEMÜ Gebr. Müller Apparatebau GmbH & Co. KG

Fritz-Müller-Straße 6-8 74653 Ingelfingen Germany

Testo SE & Co. KGaA

QAL GmbH Gesellschaft für Qualitätssicherung in der Agrar- und Lebensmittelwirtschaft