Dicht auch bei Mangelschmierung

Diamantbeschichtete Doppeldichtung für Fermenter-Rührwerke

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07.05.2019 Die Pharmaindustrie stellt spezielle Anforderungen an die Beschaffenheit von Dichtungen. Cleaning-in-place (CIP) und Sterilization-in-place (SIP) für produktberührte Teile sowie zertifizierte Werkstoffe sind grundlegende Maßgabe für die Konstruktion einer Dichtung.

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Durch die hohen Ansprüche der Pharmaindustrie an Materialsicherheit und Verträglichkeit ist die Auswahl von Werkstoffen und Schmiermitteln für Dichtungen oft eingeschränkt. Dies kann zu Mangelschmierung und unnötig hohen Leckageraten führen.
  • Gleitringdichtungen mit einer mikrokristallinen Diamant-Beschichtung sind vor Verschleiß durch feststoffbeladene Medien und partiellen Trockenlauf geschützt und dichten auch bei nicht optimalem Schmiermittel zuverlässig ab.
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Mit der glatten, totraumfreien Oberflächen-kontur ist die Gleitringdichtung MR-D CIP- und SIP-fähig. (Bilder: Eagle Burgmann)

Für einen biotechnologischen Prozess eines Pharmaunternehmens löste der Dichtungshersteller Eagle Burgmann einen besonders kniffligen Fall.

Das Unternehmen stellt in einem Fermenter Biokulturen her. Das Rührwerk des Fermenters wird von unten angetrieben, die rotierende Rührwelle ist gegen den Behälterboden abgedichtet. Die Dichtung ist über einen Flansch mit dem Behälter verschraubt und verhindert Produktleckage über den Wellendurchtritt. Aufgrund des Untenantriebs stehen das abzudichtende Produkt und die volle Produkttemperatur direkt an der Dichtung an.

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In die Entwicklung der Dichtungslösung flossen Erfahrungen mit Gleitringen in Multiphasenpumpen ein.
1 Gleitring produktseitig, mit Diamond Face beschichtet, 2 Gegenring produktseitig, mit Diamond Face beschichtet, 3 Gleitring atmosphärenseitig,
4 Gegenring atmos-phärenseitig, 5 Eingang Sperrflüssigkeit, 6 Ausgang Sperrflüssigkeit.
Gelbe Flächen: rotierende Teile der Dichtung, blaue Flächen: stationäre Teile der Dichtung, graue Flächen: Welle und Gehäuseteile.

Raue Bedingungen, eingeschränkte Materialien

Für diese Anwendung setzte der Dichtungshersteller zunächst die flüssigkeitsgeschmierte Doppeldichtung MR-D im Sterildesign HSMR333 ein, da sie sich besonders gut für Oben-, Seiten- und Untenantriebe von Rührwerken eignet. Die glatte, totraumfreie Oberflächenkontur des Designs kommt hohen Hygienestandards entgegen. Der Pharmaproduzent hatte ausschließlich Siliziumkarbid als Werkstoff für die produktberührenden Gleitringe freigegeben, daher konnten die Gleitflächen nur in Hart-Hart-Paarung ausgeführt werden. Da diese Paarung eine optimal geschmierte Dichtflächen erfordert, befinden sich auf den Gleitflächen präzise gefertigte Nuten, über die sich die dichtende und schützende Schmierflüssigkeit optimal verteilt.

Eine weitere Herausforderung an die Entwicklung von Dichtungslösungen für die Pharmaindustrie und insbesondere für die Produktion von Biopharmazeutika ist die überschaubare Anzahl der zugelassenen Hilfsstoffe als Sperrmedium. Für das Abdichten der Welle des Rührwerks kam im Fall des Fermenters lediglich ein Dampfkondensat, also hochreines Wasser in Frage.

Als die Dichtung eine Weile im Einsatz war, führte das Zusammenspiel der schlechten Schmiereigenschaften des Dampfkondensats mit den Gleitringen in Hart-Hart-Paarung regelmäßig zu Schäden an den Schmiernuten. Daher war auch damit zu rechnen, dass Partikel des Siliziumkarbids in den Behälter mit den Biokulturen gelangen konnten und die Dichtung mit dem Produkt kontaminiert wurde. Die beschädigten Nuten erhöhten außerdem die Leckagerate. Ein erschwerender und prozessbedingt nur aufwendig zu beseitigender Unsicherheitsfaktor war zudem die Entlüftung der Dichtung.

Heftausgabe: Mai 2019
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Über den Autor

Ulrike Ballnath, Communication Manager, Eagle Burgmann Germany
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