Dichtungen und Schmierstoffe für hygienische Prozesse richtig abstimmen

Zunächst einmal müssen Dichtungen und Schmierstoffe – wie auch alle anderen Komponenten einer Anlage – für den Lebensmittelkontakt konzipiert sein. Inhaltsstoffe und Zusammensetzung sind von der US-amerikanischen FDA (Food & Drug Administration) beziehungsweise der europäischen EG 1935/2004 vorgegeben. Darüber hinaus gibt es weitere branchenspezifische Vorgaben wie die USP Class VI (United States Pharmacopeia) oder 3-A Sanitary Standards für Dichtungswerkstoffe, die es zu erfüllen gilt. Schmierstoffe fallen im Gegensatz zu den elastomeren Dichtungen nicht unter die EU Bedarfsgegenstände Verordnung 1935/2004, aber unter den Zuständigkeitsbereich der FDA. Schmierstoffe der Kategorie H1 sind FDA 21 CFR Sec 178.3570-konform. Außerdem sollte deren hygienische Produktion nach der internationalen Norm ISO 21469 zertifiziert und nachgewiesen sein. Das Zertifizierungs-unternehmen NSF (National Sanitation Foundation) prüft mit deren umfassendem, nachvollziehbaren NSF ISO 21469-Programm die Produktionsprozesse der H1 Schmierstoffhersteller.

Aus diesem Pool an generell geeigneten Materialien, müssen nun die Passenden für den konkreten Anwendungsfall herausgefiltert werden. Im ersten Schritt bestimmt das herzustellende Produkt, welches Dichtungsmaterial und welche Schmierstoffe zum Einsatz kommen. Aber auch die anderen Prozessmedien und -bedingungen, inklusive der Reinigungsmittel mit den gewünschten CIP-/ SIP-Parametern, müssen in Betracht gezogen werden. Und, last but not least, müssen Dichtungsmaterial und Schmierstoff miteinander kompatibel sein, um eine optimale Lebensdauer und das längst mögliche Wartungsintervall im Betrieb zu erreichen.

Brauereien: Hohe thermische und chemische Belastungen

Im Braubetrieb herrschen bei der Produktion und Reinigung zum Teil hohe Temperaturen. Es wird mit Dampf sterilisiert sowie mit Säure bei etwa +80 °C gereinigt. Zusätzlich zu diesen thermischen und chemischen Belastungen müssen Dichtung und Schmierstoff dem hohen CO2-Gehalt und den Salzablagerungen (Bierstein) gewachsen sein. In der Regel kommen in diesen Anwendungen Dichtungen aus EPDM zum Einsatz. Selbst in Kontakt mit klebriger Bierwürze lassen sich Klappendichtungen aus 75 EPDM 253356 gut schalten. Das Material zeichnet sich durch hervorragende Reinigungseigenschaften aus. Sowohl in sauren oder alkalischen CIP-Medien als auch bei der Sterilisation unter Dampf ist die Leistung sehr gut. Ebenso können Desinfektionsmittel oder oxidierende Medien unter den vorgegebenen Bedingungen verwendet werden. Einschränkungen sind vor allem bei Mischgetränken durch den Kontakt mit Zitrussäften und Aromen zu berücksichtigen. EPDM quillt unter dem Einfluss ätherischer Öle. Die Quellung in den eng ausgelegten Nuten schädigt im Extremfall die Dichtung. Das kann den Hygienestatus insofern betreffen, dass Partikel in das Produkt gelangen, kann aber auch schlicht und ergreifend zu einem Ausfall des Anlagenteils führen.

Zur Schmierung der EPDM-Dichtungen kommt Paraliq GTE 703 zum Einsatz, ein Spezialschmierstoff auf Silikonölbasis mit PTFE. Dieser Schmierstoff ist sehr gut gegen die genannten Prozessmedien resistent und kann problemlos bis zu einer Anwendungstemperatur von +150 °C verwendet werden. Klüberfood NH1 87-703 Hygienic basiert auf dem gleichen Produktkonzept, enthält jedoch zusätzlich noch einen antimikrobiellen Schutz. Damit empfiehlt sich dieser Schmierstoff für Anwendungen, in denen ein Wachstum von Hefen und Keimen unerwünscht ist. Das Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität hat bestätigt, dass beide Produkte die Schaumbildung und die Geschmacksentwicklung von Bier nicht beeinträchtigen, was sie für den Einsatz in Schankarmaturen, Fassfüllorganen und Füller-Einlaufarmaturen qualifiziert.

Pharma: Türdichtungen an Autoklaven und Dampfsterilisatoren

Bei Autoklaven und Dampfsterilisatoren im pharmazeutischen sowie medizinischen Bereich ist die Schmierung und Abdichtung im Zusammenhang mit der Türdichtung dieser Geräte ein Thema. Für solche Anwendungsfälle empfehlen sich PFPE/PTFE-Schmierstoffe wie Barrierta L 55/2, da sie Hochtemperatur- und Medienstabilität mit guter Verträglichkeit gegenüber Elastomeren kombinieren. Die Wahl des Schmierstoffes kann das Wartungsintervall beträchtlich verändern, wie ein konkreter Fall belegt: Durch das Auswählen eines Schmierstoffs mit höherer Medienbeständigkeit konnte das Wartungsintervall für das Nachschmieren der Dichtung von 200 auf 600 bis 800 Sterilisierzyklen verlängert werden.

Schmierstoffkonzepte auf Mineralöl- oder Synthetikölbasis können unter Medien- und Temperatureinfluss (Anwendungstemperaturen bis zu +135 °C) nach einiger Zeit Verfärbungen zeigen. Das sieht nicht nur unhygienisch aus, sondern weist auf einen chemischen Abbau der Inhaltsstoffe hin, was mit einem Nachlassen der Schmierstoff-Performance einhergeht. Das weiße Barrierta L 55/2 hingegen behält seine Farbe unter den genannten Anwendungsparametern: die Funktionsfähigkeit wird nicht beeinträchtigt.

Gleiches gilt für die Auswahl des Dichtungswerkstoffes: Ein teureres hochfluoriertes Elastomer kann sich durch längere Standzeiten und damit einer höheren Produktivität bezahlt machen. Das blaue Fluoroprene XP ist bis zu Temperaturen von +200 °C einsetzbar und weist eine breite chemische Resistenz auf. Diese sorgt dafür, dass das Material nicht nur in der Pharmazie einsetzbar ist. Auch Anwendungen mit sehr fetthaltigen Produkten (Milchindustrie) und mit Aromen (Getränkeindustrie) sind ohne Einschränkungen bei der Reinigung möglich.

Dreiklang aus Produkt, Dichtung und Schmierstoff

Der Grundsatz aus der Chemie „Gleiches löst sich in Gleichem“ ist bei diesem tribologischen System gar nicht so einfach in die Praxis umzusetzen. Geht man von einem polaren Produkt aus, was in der Prozessindustrie mit den wässrigen Systemen die Regel ist, wählt man – der oben genannten chemischen Regel folgend – ein unpolares Dichtungsmaterial wie EPDM. Dieses ist nicht nur in der üblichen schwarzen Farbe, sondern auch als weiße Variante erhältlich. Nun bleibt noch der Schmierstoff, der weder mit dem wässrigen Produkt noch mit der Dichtung interagieren soll. Die Praxis zeigt, dass ein im Hinblick auf die Polarität neutrales Glied wie das Silikonöl-basierte Paraliq GTE 703 zur Schmierung die beste Wahl ist.

Bei Anwendungen mit hohen Temperaturen und aggressiven Medien verwendet man möglichst inerte Produkte. Dies ist auf der Schmierstoff-Seite Barrierta L 55/2 und auf der Elastomer-Seite Fluoroprene XP 40 oder Simriz (FFKM). Bei beiden handelt es sich um perfluorierte beziehungsweise hoch fluorierte Systeme, die sich chemisch nur schwer angreifen lassen. In manchen Anwendungen muss man auf diese High-End Produkte zurückgreifen, weil Prozessmedien und -parameter für günstigere Produkte zu aggressiv oder die herzustellenden Produkte zu empfindlich und hochwertig sind.

Klüber Lubrication und Process Seals haben diverse Beständigkeitstests durchgeführt, um die Verträglichkeit ihrer Produkte miteinander zu verifizieren. Dazu wurden bei einer Temperatur von +100 °C Dichtungsmaterialien in Schmierfetten über 1000 Stunden eingelagert. Abbildung 2 veranschaulicht grafisch die Volumenänderung, die im Anschluss an den Elastomeren gemessen wurde. Sowohl das schwarze EPDM 291 als auch das weiße EPDM 253815 sind mit Paraliq GTE 703 verträglich. Fluoroprene XP 40 zeigt quasi keine Veränderungen; während in Barrierta L 55/2 ein minimaler Volumenschwund von 0,1 Prozent zu verzeichnen ist. Der Grenzwert für Volumenänderungen von Dichtungen in hygienisch ausgelegten und totraumfreien Nuten liegt bei 5 Prozent. Diese Grenze wird bei weitem unterschritten, so dass die gezeigten Kombinationen von den Anlagenbetreibern bedenkenlos verwendet werden können.

Autoren

Christine Riebesell, Anwendungsingenieurin Freudenberg Process Seals;
Helga Thomas, Marktmanagerin Pharma- und Chemieindustrie, Klüber Lubrication;
Jürgen Fett-Schudnagis, Marktmanager Gummi- und Kunststoffindustrie,
Klüber Lubrication