Von der Raumfahrt in die Getränkedose

KTW Technology GmbH entwickelt schnell schaltendes Kugelventil für ein Kometenlandegerät,  das nun in der Getränkeindustrie zum Dosieren von Geschmackskonzentraten und Getränken eingesetzt wird. Das Ventil wird auf der Space Tech Expo in Bremen vom 19. bis 21. November 2019 (Stand 5022) vorgestellt. 

Wehr. Im Jahr 1993 lief die Planung der Rosetta-Mission an. Das Ziel der Mission war ursprünglich,  den Kometen Wirtanen anzufliegen und dort ein Landegerät abzusetzen, um auf der  Kometenoberfläche Daten zu sammeln, die für das Verständnis der Entstehung unseres  Sonnensystems sowie möglicherweise auch von Leben auf unserem Planeten Erde von 

entscheidender Bedeutung sind. Angestoßen durch die Konzipierung des Landegeräts begann am  Institut für Raumsimulation des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) die  Entwicklung von schnell schaltenden Ventilen zur Dosierung des Gasstroms in den vorgesehenen  Kaltgassteuerdüsen. 

Auch wenn letztlich ein anderes Steuerungskonzept für das Kometenlandegerät realisiert wurde, das  keine schnell schaltenden Ventile vorsah, so haben die damals am Ventil begonnenen  Entwicklungsarbeiten seine Technik wesentlich vorangebracht. Inzwischen erfolgten für  unterschiedliche Anwendungen Weiterentwicklungen des Ventils. In diesem Zusammenhang ist  insbesondere das magnetisch betätigte Kugelventil zu nennen. 

Dabei handelt es sich um ein sehr einfach aufgebautes Ventil für flüssige und gasförmige Medien.  Zum Öffnen des Ventils wird eine magnetisierbare Kugel durch ein Magnetfeld aus dem Ventilsitz  bewegt. Für das Schließen reicht die durch die Druckdifferenz zwischen Ventileingang und -ausgang  bedingte Strömung, die die Ventilkugel zurück auf den Ventilsitz treibt. Die Ventilkugel ist das einzige  bewegliche Bauteil. Sie wird nicht durch Federn oder dergleichen in den Ventilsitz gepresst, woraus  sich der sehr geringe Verschleiß des Ventils ergibt. Die flüssigen oder gasförmigen Medien stehen nur  mit dem Ventilsitz sowie mit der Kugel und einem Führungsrohr in Kontakt. Das Ventil kann deshalb  problemlos korrosionsbeständig oder lebensmittelecht ausgeführt werden. 

Der Verwertungspartner 

Um die breite Nutzung von Raumfahrttechnologien zu fördern, wird im Auftrag der Europäische  Weltraumorganisation ESA bei Wissenschaft und Industrie eine europaweite Initiative für den  Technologietransfer aus der Raumfahrt durchgeführt. Im Rahmen dieser Aktivitäten wurde von der  EurA AG, die als Broker der Initiative in Deutschland agiert, der Kontakt zur KTW Systems GmbH mit  Sitz in Wehr aufgebaut, die für das Ventil beim DLR eine Lizenz mit dem Ziel der Umsetzung diverser  Ventilanwendungen in irdischen Anwendungen erwarb. Seitdem wurden in enger Zusammenarbeit  Sonderlösungen für das Kugelventil entwickelt. Diese werdenin Kürze in den Markt eingeführt. 

Eine Besonderheit des Ventils sind die geringen Schaltzeiten. Bei kleineren Sitzdurchmessern, ca. 1 – 2 mm, liegen die Schaltzeiten bei etwa zwei Millisekunden. Durch die Ansteuerung mit  Pulsweitenmodulation kann das Ventil als Regelventil mit einer linearen Regelcharakteristik eingesetzt  werden. Das Ventil ist ferner geeignet für tiefkalte oder sehr zähflüssige Medien wie Klebstoffe, Lacke  oder Fette. Alle mit den Medien in Berührung kommenden Teile werden aus funktionsrelevanten  Werkstoffen hergestellt und können im Bedarfsfall beschichtet werden. Auch der Einsatz keramischer  Werkstoffe bei aggressiven Medien ist möglich. 

Das Kugelventil im Einsatz 

Eine der ersten Applikationen, bei der das Ventil erfolgreich eingesetzt wird, ist im Bereich der  Getränkeindustrie angesiedelt. In der Getränkeindustrie werden Mischgetränke (z.B. Energydrinks)  nach der Rezeptur einschließlich des Aromakonzentrats abgefüllt und in derselben Abfüllstation  verschlossen. Das Aromakonzentrat kann in der Rohrleitung ausfallen und verhindert den Wechsel zu  anderen Aromen, was zu Produktionslinien mit einer strengen Begrenzung der Produktvielfalt führt,  die in der jeweiligen Abfülllinie abgefüllt werden können. Ein Ventil, das in der Lage ist, sehr schnell  und genau kleine Mengen Konzentrat (d.h. Milliliter) zu dosieren, würde in einer Dosierstation ein 

flexibles Produktionsverfahren der Massenabfüllung jeder Kombination von Aroma und Gebinde  ermöglichen. Daraus resultieren ein Höchstmaß an Freiheit im Planungsprozess, die volle Auslastung 

der Anlagenkapazitäten und eine schnelle Reaktion auf Kundenwünsche hinsichtlich der Kombination  von Aroma und Verpackung. Mit Hilfe der Raumfahrtechnologie können Kleinstmengen von 10 ml in  weniger als 0,7 Sekunden bei einem Druck von 4 bar tropffrei exakt dosiert werden. Hier befindet sich  die KTW bereits mit 2 Global Playern von Abfüllmaschinen in Verhandlungen. 

Das identifizierte Magnetventil bietet eine schnelle Reaktionszeit weniger Millisekunden, eine präzise  Dosierung und ein minimales Totvolumen. Darüber hinaus ist es cip-fähig, kann mit  lebensmittelechten Kontaktflächen ausgestattet werden und hat eine beispiellose Lebensdauer. In  einer Aromakonzentrat-Dosierstation wird eine Mindestanzahl dieser magnetisierten Kugelhähne die  oben genannte Änderung der Produktionsstrategie ermöglichen. Das Ergebnis in der Produktion ist 

eine flexible und einfache Produktionsplanung und eine maximale Gesamtanlageneffizienz (OEE), die  Investitionen vermeidet oder verschiebt und das eingesetzte Kapital reduziert. Für die  Getränkeindustrie ist das Ventil aus der Raumfahrt die Lösung für eine flexible, kostenoptimierte  Produktion.  

An anderer Stelle kommt das schnellschaltende Magnetventil zukünftig bei der signifikanten  Reduzierung von Schadstoffen (NOx, Staub) und zur Treibstoffeinsparung von Dieselmotoren zum  Einsatz. Mit Hilfe des Ventils ist eine frei steuerbare Einspritzung von feinst verdüstem Wasser in den  Ansaugtrakt von Verbrennungsmotoren möglich. Die Anwendung befindet sich derzeit in der  Entwicklung. 

Auch in der Landwirtschaft wird das Ventil zu finden sein, und zwar dort, wo Pflanzenschutzmittel wie  Herbizide, Fungizide oder Insektizide gezielt versprüht werden. Denn vor dem Hintergrund der weiter  wachsenden Sensibilität in Umwelt- und Ernährungsfragen verspricht man sich durch den Einsatz des  Ventils eine Minimierung der ausgebrachten Mittel und damit einen wesentlichen Beitrag zur  Begrenzung der Belastung der Umwelt mit den vorher genannten Stoffen. 

Dies sind nur einige Anwendungsbeispiele. Weitere Kunden mit Interesse am Magnetventil für die  Abfülltechnik, Automobilindustrie, Druckindustrie, Medizintechnik, Luftfahrt oder Sortiertechnik stehen  bereits vor der Tür. 

große Abb.: Die Rosetta-Tochtersonde Philae sollte Abb.: schnellschaltendes Magnetventil ursprünglich auf dem Kometen Wirtanen landen. Neues 

Missionsziel der etwa zehnjährigen Reise ist der Komet 

Tschurjumow-Gerasimenko. 

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