Neuentwicklung Pneumatikventil

Ausgangslage Die Hostettler & Co. AG in Belp entwickelt und fertigt Maschinen und Anlagen für Käsereien und Molkereien. Eine moderne Dorfkäserei verfügt über rund 30 Presszylinder, die jeweils über ein handbetätigtes 4/3-Wegeventil gesteuert werden. Diese Ventile wurden bisher bei einem externen Hersteller bezogen.

Die Qualität dieser Ventile liess zuletzt nach, während die Ansprüche der Kunden stiegen. Die Ventile bestehen vollständig aus Aluminium. Die Reinigungsmittel der CIP-Reinigung greifen die Front an, sodass nach wenigen Jahren alle Ventile ersetzt werden müssen. Zudem sind die metallischen Dichtflächen auf Nachschmierung angewiesen, was den heutigen Anforderungen an die Lebensmittelsicherheit nicht mehr entspricht. Reklamationen beim Hersteller blieben ohne befriedigendes Ergebnis. Daher wurde entschieden, eine eigene Lösung zu erarbeiten.

Das Vorgehen Nach dem Vergleich von vier Lösungsansätzen fiel die Wahl auf eine Neuentwicklung auf Basis des bewährten Drehschieberprinzips. Die Alternativen, etwa die Anpassung eines Standardventils, wären zwar machbar gewesen, hätten aber ein Provisorium bedeutet. Bedienung, drei Schaltstellungen, Befestigung und Einbaumasse wurden bewusst beibehalten, damit das neue Ventil ohne Änderungen an bestehenden Käsepressen eingesetzt werden kann.

Die wesentlichen Neuerungen betreffen die Werkstoffe und die Abdichtung. Statt grossflächig Metall auf Metall dichten speziell entwickelte Elastomer-Dichtungen, die auch ohne Schmierung funktionieren. Front, Welle und Schieber bestehen aus Edelstahl, das hintere Gehäuse aus farbig eloxiertem Aluminium, was dem Ventil zugleich ein eigenes Erscheinungsbild verleiht. Das Ventil ist vollständig zerlegbar, sodass Verschleissteile bei einer Revision einzeln ersetzt werden können.

Prototypen und Tests Die ersten Prototypen bestätigten das Grundprinzip, zeigten aber auch typische Kinderkrankheiten: raue Dichtungen, eine undichte Verschlusslösung in der Hilfsbohrung, verkantende Passungen und eine kaum spürbare Rastung. Diese Punkte wurden gezielt behoben, unter anderem durch gegossene Dichtungen, einen mechanischen Expander statt Gewindedichtmasse, grösseres Passungsspiel und eine überarbeitete Rastung.

Ein automatisierter Dauertest mit 10'000 Schaltzyklen, fast dem Doppelten des rechnerischen Bedarfs von sieben Jahren Betrieb, zeigte keine relevanten Verschleisserscheinungen, und die Dichtheit blieb vollständig erhalten. Den endgültigen Nachweis der Lebensdauer kann allerdings erst der Praxiseinsatz liefern.

Prüfanlage Parallel zum Ventil entstand eine halbautomatische Prüfanlage. Bisher wurde die Dichtheit von Hand beurteilt, indem Luftblasen in einem Wasserbad beobachtet wurden. Das ist aufwendig und subjektiv und liefert keinen Messwert. Bei der neuen Anlage wird das Ventil direkt eingespannt und die Leckage in jeder Schaltstellung mit einem Durchflusssensor gemessen. Das Ergebnis wird über die Displayfarbe sofort angezeigt, sodass nur geprüfte Ventile ausgeliefert werden.

Wirtschaftlichkeit und Ausblick Die Eigenentwicklung ist auch wirtschaftlich sinnvoll: Bei einem erwarteten Bedarf von rund 240 Ventilen pro Jahr liegen die Herstellkosten bei externer Fertigung der Einzelteile und Montage im eigenen Haus unter dem bisherigen Einkaufspreis, und die Entwicklungskosten amortisieren sich in wenigen Jahren. Mindestens ebenso wichtig sind die indirekten Vorteile: weniger Reklamationen, höhere Betriebssicherheit der Käsepressen und mehr Unabhängigkeit vom bisherigen Lieferanten.

Damit ist die Grundlage für ein eigenes Handventil geschaffen. Die Serienfertigung und der Langzeitnachweis im Praxiseinsatz sind die nächsten Schritte.

Impressionen aus der Arbeit

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Mit dem Abschluss der Diplomarbeit geht ein intensives, lehrreiches und spannendes Projekt zu Ende. Ein reales Entwicklungsprojekt von der ersten Idee bis zum geprüften Prototyp mit grosser Eigenverantwortung umzusetzen, war eine Herausforderung, die mir fachlich und persönlich viel gebracht hat. Besonders die Konstruktion und die Arbeit an den Prototypen haben mir grosse Freude bereitet, die Zeit verging wie im Flug. Dass nicht immer alles nach Plan lief, gehörte dazu und war am Ende oft das Lehrreichste.

Ich bin zufrieden und ein wenig stolz auf das Ergebnis. Es bestätigt mir, dass ich in der Technik am richtigen Ort bin und mich für die richtige Weiterbildung entschieden habe.

Mein Dank gilt der Hostettler & Co. AG für das Vertrauen, allen Fachpersonen für ihre Unterstützung und meinem privaten Umfeld für die Geduld während dieser intensiven Zeit.