blaue Ringe auf schwarzem Hintergrund

(Bild: Angst+Pfister)

Dichtungen sind unscheinbar, aber in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie entscheidend. Sie beeinflussen die Wirtschaftlichkeit der Produktion spürbar. Materialkosten sind meist nebensächlich. Um Dichtungen «smart» einzusetzen, muss man den Blick öffnen: Welche Eigenschaften haben sie? Woraus sind sie gemischt? Was macht die Beschaffung effizient? Wie werden sie eingesetzt? Wenn das Knowhow vom Gummiproduzenten bis zum Anlagenbetreiber zusammenkommt, entfaltet die Ingenieurskunst der Dichtungsexperten ihre Wirkung: Sie macht sich bezahlt.

Nehmen wir eine mittelgroße Molkerei: Sie setzt 2.000 bis 3.000 Ventile ein. Jedes braucht fünf bis zehn O-Ringe als Dichtungen. Leckt nur eine, muss eine ganze Produktionsstrasse angehalten werden. Stillstand kostet: Setzt die Molkerei im Dauerbetrieb jährlich 365 Mio. Euro um, kostet ein einstündiger Produktionsstopp 41.000 Euro. Womöglich muss sie auch eine Produktionscharge entsorgen.

Individuell abgestimmte Beständigkeit

Entscheidend ist die Lebensdauer von Dichtungen: Welches Material hält den spezifischen Prozessbedingungen stand? Diese werden immer fordernder. Gleichzeitig schränken Zulassungen die Materialwahl ein. Wie bringt man immer extremere Bedingungen und schärfere Regulierungen unter einen Hut – und hält trotzdem die Kosten gering? Der Blick auf günstiges Material führt oft in die Kostenfalle. So können bei vermeintlich preiswerten Dichtungen die Gesamtbetriebskosten deutlich steigen. Gerade hochwertige Elastomere erweisen sich oft als wirtschaftlichere Lösung aufgrund niedrigerer Wartungskosten.

Insbesondere Reinigung und Reibung lassen Dichtungen altern. Irgendwann muss jede ersetzt werden. Die 3.000 Ventile unserer Molkerei verursachen Aufwand. Anlagenbetreiber wollen darum lange Wartungsintervalle und niedrige Stillstandszeiten. Bei den hocheffizienten Clean-in-Place- und Sterilization-in-Place-Prozessen (CIP/SIP) werden immer aggressivere Medien bei immer höheren Temperaturen eingesetzt – bis zu 160 °C und teilweise mehr. Das greift die Dichtungen an und führt zu kürzeren Wartungsintervallen. Bei CIP/SIP-Prozessen kommen in der Regel nur noch EPDM oder FKM als Materialien infrage. Noch ist es meist EPDM – mit steigenden Anforderungen bezüglich Temperaturbeständigkeit wird FKM jedoch mehr und mehr zum Elastomer der Wahl.

Sterilisiert wird heute bei meist bei 140 bis 160 °C. EPDM stößt da bereits an Grenzen. Die Lebensdauer wird rasch deutlich verkürzt – wie bei unserer Molkerei: Sie reagierte auf eine Aromaverschleppung bei einem neuen Joghurt, erhöhte die Konzentration des Reinigungsmittels und erhitzte den Sterilisationsdampf von 150 auf 160 °C. Die Folge: Die EPDM-O-Ringe mussten nun alle vier Wochen ausgetauscht werden. Um zu wissen, wie Materialien auf Temperaturen, Aromen, Reinigungsmedien oder Reibung reagieren, muss man sie zuvor auf Herz und Nieren testen. Dazu hilft es, wenn der Dichtungslieferant über eigene Testinfrastruktur verfügt.

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Gerade wenn es um sehr aggressive CIP-Medien geht, überzeugen Hochleistungselastomere wie PERTEC FKM CIP in den harten Testverfahren mit einer deutlich besseren chemischen Beständigkeit. (Bild: Angst+Pfister)

Normierte Testverfahren für CIP-Medien

CIP-Medien unterscheiden sich beim pH-Wert. Um das beständigste Elastomer zu bestimmen, helfen Testverfahren. Dabei verwendet man stark überdosierte Medien mit einer Konzentration von 50 %. So strapaziert man die Elastomere, um Leistung zu garantieren. Die O-Ringe werden für drei, sieben und 14 Tage bei definierten Temperaturen in die Medien getaucht. Sie lassen die Gummi-Mischungen aufquellen. Davor und danach werden gemessen: Härte, Dichte, Bruchfestigkeit, Dehnung, Volumen und Masse. Sie sagen aus, wie leistungsfähig der Gummi bleibt.

Um die SIP-Beständigkeit zu prüfen, werden Druckverformungstests in 180 und 210 °C heißem Dampf aus destilliertem Wasser durchgeführt. In Autoklaven wird der Gummi während 24 Stunden um 25 % zusammengepresst. Ausgekühlt wird festgestellt, wie weit die Dichtung wieder Originalgröße annimmt. Wie kräftig ist sie noch? Bei dynamischen Anwendungen benötigt das Material auch mechanische Beständigkeit. So wird auch die Abriebfestigkeit getestet. Dank besonderer Herstellungsverfahren zeigen sich FKM-Hochleistungselastomere von Angst+Pfister bei Tests außerordentlich gleitfreudig. In Zusammenarbeit mit einem Hersteller von Abfüllanlagen führt Angst+Pfister Aroma-Migrationstests durch. Jeder einzelne Aromastoff – wie etwa Zitrone oder Menthol – verleiht jeder spezifischen Mischung einen anderen Diffusionskoeffizienten. Je höher er ist, desto mehr Geschmack bleibt im Elastomer und kann bei der nächsten Produktionscharge freigesetzt werden. Dank solcher Tests können wir bei Hochleistungselastomeren die Diffusionskoeffizienten für rund 20 der häufigsten Aromastoffe belegen. In der Regel gilt: FKM-Dichtungen schlagen VMQ- oder EPDM-Dichtungen. Allerdings muss immer berücksichtigt werden, welche Produkte und Aromen auf der Anlage verarbeitet werden. Bei der Aromadiffusion gibt es selbst innerhalb einer Elastomerfamilie große Unterschiede.

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Hochleistungselastomere wie Pertec FKM CIP reduzieren die Aromaübertragung im Vergleich mit Standard-FKM- und EPDM-Produkten. In Tests weisen sie deutliche tiefere Diffusionskoeffizienten aus. (Bild: Angst+Pfister)

Am Ball bei Zulassungen

Bei den Unternehmen ist ein Umdenken zu mehr Compliance im Gange – es wird stärker kontrolliert und sanktioniert. Früher reichte es, wenn Elastomere FDA-konform waren – den Anforderungen der US-amerikanischen Food and Drug Administration genügten. Mittlerweile haben zahlreiche Länder eigene Regulierungen erlassen. Sie beinhalten Positivlisten oder Migrationstests für Gummimischungen, die in Kontakt mit Lebensmitteln oder Trinkwasser geraten: Welche Bestandteile dürfen in die Mischung? Was darf nicht austreten? Das schränkt die Materialwahl ein – gesucht wird jeweils der grösste gemeinsame Nenner. Bei Trinkwasseranwendungen werden zudem Mikroben-Wachstumstests verlangt.

Bei Elastomeren fehlt eine gesetzliche Harmonisierung – im Vergleich zur europäischen Kunststoff-Verordnung 10/2011 (1935/2004). Bedeutende Länder treiben das zwar voran, es dauert aber noch einige Jahre. Bis dahin bestimmt etwa bei Migrationstests jedes Land: Wie lange muss ein Elastomer bei welcher Temperatur in welches Lösungsmittel gelegt werden? Das freut externe Prüflabore; die Zertifikate für einen Werkstoff schlagen mit hohen Beträgen zu Buche. Viele Tests müssen periodisch wiederholt werden. Bei manchen Anwendungen muss gar die Produktion auditiert werden. Auch deshalb ist es von Vorteil, wenn der Dichtungshersteller Zulassungen für mehrere Märkte vorweisen kann.

Gesamtbetriebskosten im Blick

Rufen wir uns die mittelgrosse Molkerei in Erinnerung: Bei diesem Fallbeispiel erhöhten neue Dichtungen aus Pertec FKM CIP die Wartungsintervalle von einem auf 18 Monate. Das Elastomer ist ein Alleskönner, der überlegene chemische Beständigkeit mit hoher Abriebfestigkeit, geringer Aromaübertragung und umfangreichen Zulassungen kombiniert. Eine Pertec-FKM-CIP-Dichtung ist rund zehnmal teurer als ein EPDM-O-Ring: Über sechs Jahre betrachtet muss die hochwertige Dichtung allerdings nur viermal ausgetauscht werden, das EPDM-Produkt 72-mal. Langfristig wird selbst bei den Materialkosten gespart. Sie stehen allerdings noch in keinem Verhältnis zu Umsatzeinbussen wegen Wartungsarbeiten oder Produktionsstopps. Da Pertec viele Eigenschaften in einem Produkt vereint, wird auch die Logistik vereinfacht. Die Gesamtbetriebskosten sinken massiv.
Achema, Halle 8 - J76

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Fallbeispiel Molkerei: Vergleich der Materialkosten für Dichtungen über sechs Jahre. Nicht eingerechnet sind die massiven Kosten für Produktionsstopps sowie beispielsweise Beschaffungs- und Lagerkosten. (Bild: Angst+Pfister)

Entscheider-Facts

  • Bei der Auswahl von Dichtungen in Hygieneprozessen ist die Lebensdauer das entscheidende Kriterium.
  • Auch deutlich teureres Material kann im Anlagenbetrieb auf Dauer sehr viel Geld sparen helfen.
  • Eine FKM CIP-Dichtung ermöglichte es in einer Molkerei, die Wartungsintervalle von 1 auf 18 Monate zu verlängern.

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