Viele Spezialprozesse sind mit hohen Betriebskosten verbunden. Dies gilt insbesondere für das hochpräzise Mikrodosieren mit piezoelektrischen Dosierventilen. Bis vor Kurzem waren Ingenieure bereits froh, überhaupt ein System zu finden, das ihre Mikropunkte präzise dosieren konnte, sodass die Betriebskosten oftmals eine untergeordnete Rolle spielten. Sobald die Systeme jedoch in Betrieb sind, werden die laufenden Kosten häufig als notwendiges Übel akzeptiert.
Der piezoelektrische Aktuator ist der Grund dafür, dass die Wartung dieser Systeme kostspielig ist. Da sich Piezoelemente nur um wenige Mikrometer bewegen, werden mechanische Verstärker eingesetzt, um ihren Hub so weit zu vergrößern, dass das Material dosiert werden kann. Folglich weisen diese Systeme viele winzige Teile und Flüssigkeitswege mit kleinem Durchmesser auf. Im Gegensatz dazu wird der Perfecdos PDos X1 als elektropneumatischer Dosierkopf angetrieben und besitzt einen ausreichend großen Hub, um das Material direkt zu Jetten. Zusätzliche Komponenten zur Hubverstärkung sind nicht erforderlich. Dieser Artikel erläutert, warum diese beiden Aktuatortechnologien zu so unterschiedlichen Betriebskosten führen.
Verschleißteile
Die Dichtung, die das Dosierventil vom Fluidbereich trennt, ist bei beiden Technologien ein Verschleißteil. Piezoelektrische Dosierventile verwenden speziell entwickelte Dichtungen, die in der Regel aus Hochleistungswerkstoffen bestehen und bis zu 100 Euro pro Stück kosten können. Darüber hinaus sind sie oftmals mit langen Lieferzeiten verbunden, weshalb Anwender ausreichend Ersatzteile bevorraten müssen, um diese Zeiträume zu überbrücken.
Im Vergleich dazu verwendet das Perfecdos-System zwei Standard-O-Ringe. In den meisten Anwendungen ist NBR ein geeigneter Werkstoff, sodass die Kosten lediglich im Cent-Bereich liegen. In seltenen Fällen können spezielle Materialien erforderlich sein, dennoch handelt es sich bei O-Ringen um standardisierte Industriekomponenten mit vergleichsweise geringen Kosten. Zudem sind sie leicht verfügbar, sodass keine umfangreiche Lagerhaltung erforderlich ist.
Ersatzteile – Nicht-Verschleißteile
Piezoelektrische Dosierventile bestehen aus zahlreichen kleinen Bauteilen, die für Wartungs- und Reinigungsarbeiten demontiert werden müssen. Diese Komponenten sind zwar nicht als Verschleißteile ausgelegt, verbiegen oder brechen jedoch leicht und gehen bei Wartungsarbeiten häufig verloren. Diese Teile müssen nicht nur häufig ausgetauscht werden, sondern sind zudem teuer.
Der Perfecdos hingegen nutzt einen robusten elektropneumatischen Antrieb. Der Ventilstößel besitzt einen Durchmesser von 2 mm und ist so ausgelegt, dass er weder bricht noch sich verbiegt. Dadurch stellen die zuvor genannten O-Ringe die einzigen regelmäßig auszutauschenden Komponenten dar.
Vorbeugende Wartung und Reinigung
Die Komplexität piezoelektrischer Systeme erfordert hochqualifizierte Techniker mit umfassender Ausbildung und teurem Werkzeug. Die kleinen Fluidkanäle verstopfen vergleichsweise schnell und müssen daher häufiger gereinigt werden. Hierfür muss der Dosierkopf zerlegt werden. Die kleinen Bauteile lassen sich nur schwer greifen und müssen mit Sorgfalt behandelt werden. Die Reinigung dauert typischerweise 30 bis 45 Minuten pro Ventil. Da viele Anlagen mehrere Ventile umfassen, können die Ausfallzeiten schnell mehrere Stunden betragen.
Im Gegensatz dazu verfügt der Perfecdos-Kopf über größere Fluidkanäle, die deutlich weniger anfällig für Verstopfungen sind und der Mechanismus ist wesentlich einfacher aufgebaut. Falls eine Reinigung erforderlich wird, müssen weniger Bauteile demontiert werden, die zudem robust sind, sodass der Kopf mit Standardwerkzeugen in etwa 5 Minuten gewartet werden kann.
Ungeplante Wartung
Bei allen piezoelektrischen Dosierventilen kann Material aus dem medienberührten Bereich in den Aktuator gelangen, wenn die Dichtung zwischen beiden Bereichen ihre Dichtfunktion verliert. Dies ist eine häufige Störung, wenn das Gerät nicht regelmäßig gewartet wird. In der Regel ist mindestens eine ungeplante Reinigung erforderlich und beim Einsatz von Klebstoffen wird das System oftmals dauerhaft beschädigt.
Das Perfecdos-Ventil ist so konstruiert, dass der Aktuator nicht bricht oder sich mit Material füllt, wenn Sie den O-Ring nicht rechtzeitig warten. Stattdessen entweicht das Material über einen Abfluss. Wechseln Sie einfach die beiden O-Ringe aus und nehmen Sie die Produktion wieder auf.
Einstellung
Beim hochpräzisen Mikrodosieren mit Tropfendurchmessern bis zu 200 µm und einer Genauigkeit von 99 % müssen Dosierventile nach Wartungsarbeiten neu eingestellt werden, um die ursprüngliche Prozessleistung beizubehalten. Bevor piezoelektrische Systeme eingestellt werden können, müssen sie mithilfe komplexer Elektronik kalibriert werden. Dies ist nicht nur zeitaufwendig, sondern kann bei fehlerhafter Kalibrierung auch zu Funktionsstörungen führen.
Die gewünschte Tropfengröße wird beim Perfecdos-System mit einem einfachen Mikrometerschraubknopf eingestellt. Stellen Sie einfach den Drehknopf richtig ein, und das System arbeitet präzise und wiederholgenau. Bei mehreren Ventilen liefern alle Einheiten identische Ergebnisse.
Sicherheit
Piezoelektrische Einheiten benötigen mindestens 120 V. In feuchten oder anspruchsvollen Produktionsbereichen müssen zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden.
Das perfecdos-System arbeitet mit Niederspannung (24 V), sodass keine zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen erforderlich sind.
Redundante Systeme
Wie bereits erwähnt, ist die Wartung und Reinigung piezoelektrischer Systeme zeitaufwendig, und Ersatzteile sowie geschultes Fachpersonal sind nicht immer verfügbar. Zudem können ganze Geräte durch auslaufende Klebstoffe oder Fehlkalibrierungen zerstört werden. Daher erwerben Unternehmen häufig redundante Systeme, um Produktionsausfälle zu vermeiden. Die Kosten für redundante Systeme werden selten als Teil der ursprünglichen Kapitalinvestition einkalkuliert.
Der elektropneumatische Dosierkopf von Perfecdos erfordert deutlich seltener routinemäßige Wartungen und notwendige Eingriffe lassen sich schnell durchführen. Darüber hinaus führt eine fehlerhafte Wartung nicht zur Zerstörung einer Einheit. Daher besteht keine Notwendigkeit, redundante Einheiten in Bereitschaft zu halten.
Materialwechsel oder Anpassung der Produktion
Die Lebenszyklen bestimmter Produktgruppen sind relativ kurz, und die Materialien können sich während der Lebensdauer eines Produkts ändern. Piezoelektrische Systeme sind relativ unflexibel. Sie werden in der Regel für eine bestimmte Anwendung ausgewählt und ausgelegt. Unterschiedliche Viskositäten erfordern oftmals unterschiedliche Aktuatoren. Dadurch wird die Möglichkeit eingeschränkt, die Systeme für andere Produkte oder geänderte Materialien weiterzuverwenden. Die Gesamtbetriebskosten amortisieren sich daher häufig nur über relativ kurze Zeiträume.
Das Perfecdos-System verwendet dagegen einen einzigen, flexibel einsetzbaren Dosierkopf. Durch verschiedene Einstellmöglichkeiten und optionale Komponenten können unterschiedliche Tropfengrößen erzeugt und zahlreiche Materialien verarbeitet werden, die von einem piezoelektrischen System häufig nicht zuverlässig gehandhabt werden können. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit erheblich, dass Ingenieure Materialien innerhalb desselben Produktlebenszyklus wechseln oder das System nach dessen Ende des Produktlebenszyklus anderweitig einsetzen können.
Fazit
Der elektropneumatische Dosierkopf im Perfecdos-System ist wesentlich einfacher aufgebaut und robuster als ein piezoelektrisches System. Im Vergleich zu anderen JET-Ventilen erfordert er weniger Wartung, weniger Schulungsaufwand sowie weniger und kostengünstigere Verbrauchsmaterialien.
Auch Einrichtung und Justierung sind einfacher und sicherer. In vielen Anwendungen können die geringeren Betriebskosten allein bereits den Austausch bestehender piezoelektrischer Dosierventile wirtschaftlich rechtfertigen.