Eine komplette Reihe von PPS-Ventilen für die Handhabung von Lebensmittel-Flüssigkeiten und mehr.
Index:
- 2012: Reduzierung des Bleigehalts in Messingprodukten
- Ein neues Abenteuer für ODE-Magnetventile
- Branchenanforderungen
- Auswahl des Technopolymers für neue Magnetventile
- Design und Entwicklung
- Eine komplette Reihe von Technopolymer-Ventilen
2012: Reduzierung des Bleigehalts in Messingprodukten
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Wachsende Bedenken hinsichtlich des Auslaugens giftiger Substanzen in Lebensmittel und Trinkwasser haben im Laufe der Zeit zu einer Reihe von Beschränkungen hinsichtlich der Beschaffenheit vieler Materialien geführt, die im Lebensmittel- und Getränkesektor verwendet werden.
Darunter befindet sich Messing, das 2012 aufgrund des Vorhandenseins von Blei in einigen seiner Standardformulierungen in den Fokus von Überwachungsorganen geriet. Die
Das Hauptproblem ist die allmähliche Freisetzung dieses Schwermetalls in das Wasser aufgrund der kontinuierlichen Waschwirkung, insbesondere in der Anfangsphase der Verwendung von Messingprodukten. Dieses Phänomen, das zu einer Bleikontamination in Konzentrationen führen kann, die weit über den von der WHO empfohlenen Grenzwerten liegen, wurde von mehreren internationalen Instituten untersucht und unterliegt ausdrücklichen Beschränkungen (siehe z. B. die Proposition 65 List der OEHHA).
Die unmittelbarste Alternative zu OT58 ist die Verwendung von Legierungen mit sehr niedrigem oder gar keinem Bleigehalt, insbesondere um jegliche Veränderung der organoleptischen Eigenschaften des Wassers und, was am wichtigsten ist, Gesundheitsgefahren zu verhindern. Bleiarme Messinglegierungen werden somit zur neuen Referenz für Anwendungen, die typischerweise OT58 im Sanitär- und Thermosanitärbereich vorbehalten sind. Es ist der richtige Zeitpunkt, um innovative Lösungen zu erkunden.
Ein neues Abenteuer für ODE-Magnetventile
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Die Notwendigkeit, die Freisetzung von Blei und Nickel in Lebensmittelanwendungen zu verhindern, veranlasst viele traditionelle OT58-Anwender, neue Materialauswahl für die Herstellung von Komponenten und Zubehör in Betracht zu ziehen.
Zu den Unternehmen, die nicht zögern, neue Lösungen zu erforschen, gehört Italiens ODE (www.ode.it), ein Unternehmen mit Sitz in Colico (LC), das in der Entwicklung und Herstellung von Magnetventilen, Spulen und Fluidsystemen tätig ist, die insbesondere in der automatischen Getränkeausgabe (Vending) und in Kaffeemaschinen eingesetzt werden.
Für ODE, das in den 1960er Jahren gegründet wurde und traditionell Messing treu ist, stellt der Übergang zu neuen Materialien viel mehr als eine technische und ingenieurtechnische Herausforderung dar. Es ist in erster Linie ein kultureller und praktischer Sprung nach vorn in einem Nischensektor, in dem Zuverlässigkeit und Reputation von großer Bedeutung sind, da die Beziehung zu den Kunden direkt ist und die Erwartungen an Qualität und technischen Support extrem hoch sind.
Branchenanforderungen
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Die typischen Designanforderungen, die an Ventile gestellt werden, sind in der Tat sehr streng und lassen keine Abweichungen zu.
In erster Linie der kontinuierliche Kontakt mit Trinkwasser und anderen flüssigen Lebensmitteln. Das Material muss mit dieser Verwendung kompatibel und von akkreditierten internationalen Stellen zertifiziert sein. Es darf keine Substanz freisetzen, die eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellt oder die organoleptischen Eigenschaften und die Beschaffenheit des Getränks verändern könnte.
Die zweite wichtige Spezifikation betrifft die Temperatur der Flüssigkeiten, die sich in den Innenkammern der Ventile befinden. Verkaufsautomaten verarbeiten typischerweise Wasser mit 95 °C für die Zubereitung von Heißgetränken. Bei diesen Temperaturen muss die Robustheit und Integrität des Ventilkörpers gewährleistet sein. Jegliche Flüssigkeitsleckage durch Dichtungen oder Druckverluste aufgrund lokaler Verformungen müssen unbedingt verhindert und vermieden werden.
Aus mechanischer Sicht sind die Beanspruchungen aufgrund des auf die Flüssigkeiten ausgeübten Drucks erheblich. Obwohl der Infusionsprozess typischerweise 16 bar erfordert, testet ODE seine Geräte bei über 80 bar. Die Beanspruchung wird sowohl statisch als auch im pulsierenden Modus über einen längeren Zeitraum ausgeübt, wodurch die tatsächlichen Betriebsbedingungen der Magnetventile simuliert werden.
Als Element, das zu einem elektromechanischen Gerät gehört, muss der Ventilkörper flammwidrig sein und über eine entsprechende UL-Flammhemmungszertifizierung verfügen.
Schließlich sind die Lebenserwartung und die Wartungshäufigkeit von grundlegender Bedeutung, die in beiden Fällen mit klassischen Messingelementen vergleichbar oder besser sein sollten.
Auswahl des Technopolymers für neue Magnetventile
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Angesichts einer solch komplexen Kombination technischer Anforderungen und des Risikoszenarios, das jeder Pionierarbeit innewohnt, entschied sich das Designteam von ODE für eine glasfaserverstärkte Polyphenylensulfid (PPS)-Verbindung, LARTON G/40 von LATI.
Die Entscheidung, PPS für die innovative Generation von Technopolymer-Ventilen zu verwenden, wurde in Absprache mit den Technikern von LATI nach einer sorgfältigen Analyse möglicher Alternativen getroffen, die alle aus verschiedenen Gründen abgelehnt wurden: PP und POM aufgrund thermischer Einschränkungen, PA aufgrund der Hygroskopizität des Harzes, Polyester aufgrund von Hydrolyseproblemen, PPA aufgrund von dimensionalen Einschränkungen, PEEK aufgrund von wirtschaftlichen Einschränkungen.
Die Wahl wird durch unzählige erfolgreiche Anwendungen von PPS-basierten Verbindungen in verschiedenen Industriesektoren und unter extremen Arbeitsbedingungen unterstützt.
Das interessanteste Merkmal von PPS ist sicherlich seine bemerkenswerte Beständigkeit gegen hohe Temperaturen, die nur von PEEK und sehr wenigen anderen Polymeren übertroffen wird, die leistungsfähiger, aber auch deutlich teurer und aus Verarbeitungssicht komplexer sind.
Seine besondere chemisch-physikalische Beschaffenheit und makromolekulare Struktur machen dieses Polymer besonders geeignet für das Spritzgießen von sehr komplexen Geometrien mit dünnen Wänden. Die Differentialschrumpfung ist minimal, was eine dimensionale Präzision ermöglicht, die anderen thermoplastischen Harzen oft verwehrt bleibt.
PPS ist äußerst beständig gegen chemische Angriffe durch organische und anorganische Stoffe, selbst bei hohen Temperaturen, und außerdem nicht hygroskopisch, sodass seine Haupteigenschaften nach längerer Einwirkung von Wasser oder Dampf nicht beeinträchtigt werden.
Dank seiner inhärenten Flammwidrigkeit benötigt PPS keine flammhemmenden Additive, die nicht nur seine mechanischen Eigenschaften, sondern vor allem seine Eignung für den Kontakt mit Trinkwasser irreparabel beeinträchtigen könnten.
LARTON G/40 ist eine Verbindung, die dank ihrer strukturellen Leistung zu erbringen, die für die extremsten Metallersatzoperationen geeignet ist 40 % kurzen und dünnen Glasfasern, eine Kombination optimiert die Verstärkungs-Matrix-Grenzfläche und ermöglicht die vollständige Ausnutzung des Verstärkungssystems. Der Elastizitätsmodul von LARTON G/40 übersteigt 17 GPa mit einer Bruchspannung von fast 200 MPa, Werte, die deutlich höher sind als die von reinen Polymeren und mehr als zufriedenstellend, wenn sie mit entsprechend gestalteten Geometrien kombiniert werden.
Design und Entwicklung
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Die ersten Machbarkeitsprüfungen werden von ODE in Zusammenarbeit mit LATI durch FEM-Analysen durchgeführt, um den Spannungszustand zu bewerten, dem das Material jedes Ventilkörpers bei der Anwendung des Prüfdrucks bei Raumtemperatur ausgesetzt ist. Die 80 bar, die auf die Innenflächen von Zwei- und Drei-Wege-Modulen verteilt sind, führen zu lokalen Von-Mises-Spannungsspitzen unterhalb der Sicherheitsgrenze, die nach Einführung eines zusammengesetzten Sicherheitsfaktors von 1,8 auf 95 MPa festgelegt wurde. Die resultierenden Verformungen werden einer sorgfältigen Bewertung unterzogen, um Leckagen durch Dichtungen zu verhindern; Berechnungen zeigen, dass die Verschiebungen unter Last auf wenige Hundertstel Millimeter begrenzt sind.
Als Standardverfahren werden an den ersten Prototypen Labortests durchgeführt – einschließlich bis zu 900 aufeinanderfolgenden Betriebsstunden -, die für die Feinabstimmung der Ventilkörpergeometrie, der Formen und des Produktionsprozesses unerlässlich sind. Sobald die Tests erfolgreich abgeschlossen sind, wird die Genehmigung für den Formenbau erteilt.
ODE führt somit als Erster auf dem Markt sein in Italien hergestelltes PPS-Ventilsystem ein, das das Unternehmen schnell zu einem Marktführer in seinem Sektor machen wird
Eine komplette Reihe von Technopolymer-Ventilen
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Seit den ersten Vorschlägen für 21JP und 31JP sind mehrere Jahre vergangen, und der Katalog von ODE für den Markt für Lebensmittel-Magnetventile umfasst heute viele Dutzend verschiedener Lösungen in PPS, PSU, POM und anderen Technopolymeren.
Die Eigenschaften von verstärktem PPS ermöglichen die Handhabung von heißem, lebensmittelechtem Wasser bei 95 °C sowohl für Standard-Ventilkörper als auch für NSF61-zertifizierte Elemente, die beispielsweise in freistehenden Getränkeautomaten oder in Maschinen des OCS-Sektors verwendet werden.
Materialprüfungen zeigen mehrere zusätzliche Stärken. Erstens eine geringere Neigung zur Kalkablagerung im Vergleich zu traditionellen Elementen, was der Zuverlässigkeit und Lebenserwartung der Geräte auf dem Markt zugute kommt. PPS-Ventilkörper ermöglichen auch eine erhebliche Gewichtsreduzierung im Vergleich zu Metall, da die Dichte von LARTON G/40 1,67 g/cm³ beträgt, verglichen mit Messing mit 8,73 g/cm³. Es ermöglicht auch eine reduzierte Wärmeableitung und einen geringeren Energieverbrauch aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit des Polymers im Vergleich zu Messing.
All diese Aspekte ermöglichen es ODE-Ventilen, sich erfolgreich im HoReCa-Sektor (Hotellerie Restaurant Catering) zu etablieren, wo die Getränkeausgabe höchsten Qualitätsstandards entsprechen muss, einschließlich einer präzisen Kontrolle von Heißwasserfluss, Druck und Temperatur.
Moderne ODE-Ventile aus PPS können auch andere Flüssigkeiten sicher transportieren, wie z. B. Dampf bei 140 °C, Inertgase, Druckluft und flüssige Lebensmittel. Die Technopolymer-Systeme von ODE finden somit erfolgreiche Anwendung in Sektoren jenseits des Vending, einschließlich Pneumatik und industrieller Automatisierung , Medizin und Sterilisation.
Insbesondere im Lebensmittel- und Getränkesektor wird der Erfolg von Technopolymer-Magnetventilen durch die Einhaltung internationaler Lebensmittelzertifizierungen gefestigt.
Eine vollständig in Italien hergestellte Erfolgsgeschichte, die stark von der Synergie führender Unternehmen in ihren jeweiligen Sektoren getragen wird.
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