Gefährlicher Gegner Wasser

Dichtungstechnik im Kontext mit CIP-/SIP-Prozessen und WFI-Wasser

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16.10.2010 In der modernen Lebensmittelindustrie steigen die Anforderungen durch stetig verbesserte Produktionsverfahren kontinuierlich. Alle Werkstoffe, die im Produktionsprozess mit dem zu produzierenden Lebensmittel in Kontakt kommen, müssen entsprechende Normen/Zulassungen erfüllen – zum Beispiel FDA, USP oder Verordnung (EG) 1935/2004. Dass diese Zulassungen alleine nicht ausreichen, zeigt die Praxis.

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Entscheider-Facts Für Anwender


  • In der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie muss der Einsatz von modernen Elastomer-Dichtungswerkstoffen professionell begleitet werden.
  • Die Freigaben nach Lebensmittelrichtlinien, wie FDA oder USP Class VI reichen heutzutage häufig alleine nicht mehr aus.
  • Diese Werkstoffe müssen darüber hinaus auch den in einem Produktionsprozess üblichen Wechselwirkungen genügen. Häufig ein schwieriger Spagat, der nur wenigen Dichtungswerkstoffen gelingt.
  • Herstellerkompetenz, erfahrende Anwendungsberatung und externe, unabhängige Tests bieten optimale Voraussetzungen für ein sicheres und zufriedenstellendes Dichtergebnis.

Neben der generellen Medienbeständigkeit, wie beispielsweise Einsatz in fetthaltigen Medien oder auch den für elastomere Dichtungswerkstoffe kritischen Aromastoffen und ätherischen Ölen, müssen die Dichtungen auch im heutzutage angewandten CIP- oder SIP-Verfahren einsetzbar sein. Die Wechselwirkungen zwischen den abzudichtenden Medien und den teilweise sehr aggressiven Desinfektions- bzw. Reinigungsmitteln oder dem im Sterilisationsprozess eingesetzten Heißwasserdampf mit einer Einsatztemperatur von bis zu 149°C stellen eine enorme Materialbelastung dar. Deshalb versagen hier auf Dauer viele elastomere Dichtungen. Häufigere Wartungsintervalle, vermehrte Instandsetzungsarbeiten oder sogar Produktionsstopps sind dann die kostspielige Folge.

Steigende Anforderungen in der Produktion

Die Anforderungen an elastomere Dichtungen in der Lebensmittel- und pharmazeutischen-Industrie werden zunehmend komplexer. Durch die zunehmende Reduzierung oder gar den Wegfall von Konservierungsstoffen müssen die Reinigungsprozesse bei den im Produktionsprozess auftretenden Verschmutzungen in den Rohrleitungen, Ventilen, Pumpen, etc., mit immer verbesserten Reinigungsmitteln im CIP-Verfahren beseitigt werden. Gleichzeitig ist auch festzustellen, dass die Produktionszyklen zugunsten einer erhöhten Produktivität verkürzt werden. Deshalb muss der Reinigungsprozess ebenfalls verkürzt werden und dies wird mittels noch aggressiverer CIP-Medien durchgeführt. Für die Produktion eine gute Lösung, für die Dichtungshersteller eine große Herausforderung.

In der Pharmaindustrie und Biotechnologie werden vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) sowie WFI-Wasser (Water For Injection) zunehmend zur Standard-anforderung. Beim WFI-Wasser handelt es sich um Reinstwasser, d.h., dass das Wasser völlig entmineralisiert ist. WFI beansprucht und beschädigt Materialien, indem es versucht, von den Kontaktwerkstoffen die Mineralien zu entziehen und diese somit stark schädigt. So kann WFI beispielsweise selbst Beton in kurzer Zeit porös und unbrauchbar machen. VE-Wasser ist eine Vorstufe des WFI und wird in den Produktionen ebenfalls eingesetzt, ist aber nicht ganz so aggressiv wie WFI. Beide Medien beanspruchen elastomere Werkstoffe enorm, und nur wenige Dichtungswerkstoffe sind dagegen im langfristigen Einsatz beständig und verfügen gleichzeitig über die notwendigen Zulassungen nach FDA und USP Class VI. Deshalb verlangen Anwender oder Konstrukteure zunehmend Nachweise über bestimmte Beständigkeiten der von Ihnen eingesetzten Dichtungswerkstoffe.

Dichtungslösungen für weites Einsatzspektrum

So wurden gleich zwei neue Werkstoffe für diese Anwendungsbereiche entwickelt, die die Anforderungen und Wünsche der Industrie erfüllen. Hierbei handelt es sich um den EPDM-Werkstoff AP 302 und den FEPM-Werkstoff Vi 602. Beide Werkstoffe sind für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie entwickelt worden und verfügen über die Freigaben nach FDA 21 CFR § 177.2600 und USP Class VI, Chapter 88. Beim USP Test wurden die Werkstoffe außerdem in der höchsten Klasse bis 121C° erfolgreich getestet und nicht, wie häufig im Markt üblich, nur bis 70°C. Darüber hinaus erfüllt das EPDM-Compound die Kriterien nach 3-A Sanitary Standard Class II. Zudem sind beide Werkstoffe in Praxistests mit WFI-Wasser erfolgreich getestet und für CIP Medien zertifiziert. Beide Werkstoffe sind deshalb als absolut verlässlich einzustufen, so auch im Einsatz mit SIP-Prozessen und für ein außergewöhnlich weites Einsatzspektrum in kritischen Bereichen geeignet.

Damit steht eine Werkstoffkombination zur Verfügung, die zusammen die meisten Anwendungen in diesen Branchen abdecken kann. Lediglich in wenigen Ausnahmesituationen können vereinzelte Anforderungen nicht erfüllt werden. AP 302 ist speziell für den Einsatz mit flüssigen oder schwach fetthaltigen Medien konzipiert worden. Der Einsatztemperaturbereich reicht von -40 bis 150°C. Sollte der Fettanteil der eingesetzten Medien über 30% liegen, so empfiehlt sich der Einsatz von Vi 602. Dieser weist darüber hinaus eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Aromastoffen und ätherischen Ölen auf und kann in einem Temperaturbereich von -10 bis 230°C eingesetzt werden.

Beständigkeit ist immer temperaturabhängig

Generell muss der Konstrukteur oder Anwender berücksichtigen, dass die Beständigkeit der elastomeren Dichtungswerkstoffe von den tatsächlichen Einsatztemperaturen abhängig sind. So kann eine positive Beständigkeit gegenüber einem abzudichtenden Medium in einem niedrigeren Temperaturbereich durchaus gegeben sein, bei deutlich höheren Temperaturen hingegen nicht. Deshalb ist es sehr schwer, eine vorbehaltlose pauschale Aussage über die Einsatzmöglichkeiten von Werkstoffen zu geben. Hier können vorab nur unterschiedlichste Werkstoffprüfungen und Tests für eine Grundsicherheit sorgen sowie erfahrene Anwendungstechniker beratend weiterhelfen, um eine für den Einsatzzweck optimale Dichtungslösung zu finden.

Sicherheit durch unabhängige Tests und kompetente Beratung

So wurden beispielsweise Werkstoffe in enger Zusammenarbeit mit einem CIP-Medienhersteller getestet, um Testergebnisse mit einer hohen Aussagekraft zu erzielen. Hierzu wurden die Dichtungsringe in verschiedenen Einlagerungsversuchen getestet. Diese Tests gehören für den Anwender und Konstrukteur zu den Kernaussagen, denn die Ergebnisse dieser Versuche verraten dem Fachmann die grundsätzliche Eignung eines Werkstoffs. Sehr häufig sind diese Tests absolut ausreichend, und der Dichtungswerkstoff kann ohne weitere aufwendige Tests direkt eingesetzt werden. Wenn der Werkstoff jedoch in Grenzbereichen oder mit erheblichen Abweichungen gegenüber den Testparametern, eingesetzt wird, dann ist eine kompetente Beratung durch Anwendungstechniker von großem Vorteil. So können diese Fachleute – allesamt qualifizierte Ingenieure – durch Ihre umfangreiche Erfahrung den Konstrukteuren und Anwendern meistens häufig schon ohne weiterreichende und kostenintensive Tests fundierte Empfehlungen aussprechen. Durch die Vielzahl an durchgeführten Projekten wächst der Erfahrungsfundus täglich und passt sich somit den Anforderungen an die Märkte an. Und nicht selten sind die Berater den Anforderungen auch schon einen Schritt voraus.

Feldversuch unter Realbedingungen

Einlagerungstests oder auch Tests in speziellen Prüfanlagen sind nicht immer ausreichend, da diese die Praxisbedingungen nur simulieren können. Dabei ist es unabhängig, ob es sich bei den neu einzusetzenden Dichtungswerkstoffen um einen Einsatz in Neukonstruktionen oder in Bestandsanlagen handelt und der im Austausch zur Verlängerung der Wartungsintervalle oder zur Kostenreduzierung bei gleichen Laufleistungen führen soll. Da beinahe alle Produktionsanlagen in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie individuell aufgebaut sind, können nur entsprechende Feldversuche unter Realbedingungen beim Anwender eine abschließende Sicherheit geben. In der Praxis erfolgt der Einbau von Prüfmustern in bestehende Produktionsanlagen oder Prototypen, und die Dichtungen werden unter realen Bedingungen, auch über einen üblichen Einsatzzeitraum, getestet. Erst in diesem Praxistest zeigt dann ein neuer Werkstoff das tatsächliche Potenzial für diese individuelle Anwendung.

Neben den Freigaben nach FDA und USP Class VI streben Dichtungshersteller deshalb zunehmend Kooperationen mit Unternehmen entsprechender Branchen an, um ihre Werkstoffe unter realistischen Produktionsbedingungen testen zu lassen. So konnten die beiden Werkstoffe AP 302 und Vi 602 zum Beispiel auf die Beständigkeit gegenüber VE-Wasser und WFI erfolgreich getestet werden. Die CIP-Beständigkeit wiederum wurde in Kooperation mit dem Hersteller von CIP-Medien nachgewiesen und entsprechend zertifiziert.

Mit diesen Tests haben auch andere Anwender eine größere Sicherheit, da diese Werkstoffe, die sich im ersten Schritt in unabhängigen Labors und danach unter Praxisbedingungen erfolgreich bewährt haben, in der Regel auch vielversprechende Werkstoffe für eigene Anwendungsgebiete sind.

 

Heftausgabe: Oktober 2010
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Michael Krüger , Leiter Anwendungstechnik C. Otto Gehrckens

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Michael Krüger , Leiter Anwendungstechnik C. Otto Gehrckens
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