Mehr als nur produktiv

Verbesserte Hygiene von Knetmischern

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02.10.2020 Industrielles Mischen kann naturgemäß je nach Aufgabenstellung mit dem Aufbringen hoher Energie und starker Scherkräfte verbunden sein. Dabei sind die Anforderungen an die Hygiene, an die Vermeidung von mikrobiologischen Ablagerungen und an ein leichtes, aber vollständiges Reinigen zwischen den einzelnen Chargen in den letzten Jahren gestiegen.

Entscheider-Facts

  • Hygieneanforderungen an Industriemischer sind in den letzten Jahren deutlich gestiegen.
  • Konstruktive Merkmale wie leichter Zugang erleichtern und beschleunigen die Reinigung der Mischwerkzeuge.
  • Kurze Reinigungszeiten und ein hoher Automatisierungsgrad verkürzen Stillstandszeiten beim Rezepturwechsel und steigern die Produktivität.
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Die Anforderungen an eine hygienische Mischanlage sind umfangreich: hohe Mischleistung, präzise Steuerung und schnelle Reinigung sind unerlässlich. (Bilder: Winkworth)

Die gestiegenen Anforderungen haben Auswirkungen auf das Innere der Mischkammer, auf die Gestaltung des Mischtrogs und der Mischwerkzeuge, auf die Vermeidung von Überlauf und Produktresten bei Befüllung und Entleerung und nicht zuletzt auf das Verteilen der Inhaltsstoffe über die produktberührten Oberflächen und den Schutz von Personal und angrenzenden Maschinen.

Die Priorität bei der Konstruktion jeder Mischmaschine beginnt mit der Anforderung: deren Bestandteile, Eigenschaften, wie sie interagieren, bestimmen die Mischergeometrie und wesentliche Betriebsmerkmale. Sobald diese Merkmale bestimmt sind, muss sich die Aufmerksamkeit auf die anderen Faktoren richten, die die Leistung beeinflussen können. Diese Merkmale variieren von Anwendung zu Anwendung – Befüllung und Entleerung sind Schlüsselfaktoren, die Mengensteuerung, die Reihenfolge der zugeführten zu vermischenden Komponenten sowie deren Form und Konsistenz müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

Vermeiden von Querkontaminationen

Produktivität ist immer ein Schlüsselfaktor – Menge und Anteil der Ingredienzien, Mischzykluszeiten sowie Sequenzen aller notwendigen Zusätze bestimmen die Durchlaufzeiten des Mischers und dessen Auswahl. Die tatsächliche Mischzeit selbst variiert je nach den zu mischenden Komponenten und den Anforderungen an das Endprodukt.

Sobald diese Bedürfnisse berücksichtigt sind und die Entleerungszykluszeit bekannt ist, muss, um den gesamten Produktionszyklus klar definieren zu können, die Dauer zwischen dem Abschluss einer Chargenart und dem davon unabhängigen Mischen der Folgecharge, d.h. die nichtproduktive Zeit berücksichtigt werden. Dies ist besonders wichtig für eine querkontaminationsfreie Mischung in einer hygienisch kritischen Umgebung, bei der der Reinigungsprozess ansonsten umfangreich sein kann.

Ein weiterer Faktor, der dabei berücksichtigt werden muss, ist die Häufigkeit des Wechsels von einer Rezeptur zur Nächsten, insbesondere dort, wo Rezepturen nicht miteinander interagieren dürfen, d. h. wo die Vermeidung einer Querkontamination erwünscht oder sogar unerlässlich ist. Unter diesen Umständen wird die Sicherstellung, dass die Füll- und Entladesysteme frei von der vorherigen Charge sind und nachfolgende Chargen nicht kontaminiert werden, sogar zum entscheidenden Faktor für eine effiziente Produktivität.

Beim Mischen geht es daher nicht nur um die unmittelbare Produktivität, sondern auch um die Folgen für das hergestellte Endprodukt, beispielsweise bei Produkten im Bereich der Ostomie, bei denen Querkontaminationen nicht nur zu einer unbefriedigenden Leistung des Produktes, sondern sogar zu Infektionen führen können oder bei Nahrungsmittel-Ergänzungsstoffen, wo eben noch nützliche Stoffe aus vorherigen Chargen große Gesundheitsrisiken in der Folgecharge auslösen können. Oder bei Hotmelts, wo zuvor noch gewünschte Füllstoffe in der Folgecharge die Qualität des Produktes bei Verbleib massiv beeinträchtigen können. Die Entwicklung eines Mischers für hygienisch sensible Anwendungen rechtfertigt daher einen Ansatz, der die Risiken auf höchstem Niveau und umfassend minimiert.

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Einfacher Zugang zum Inneren der Maschine erleichtert die Reinigung und verkürzt Stillstandszeiten.

Design-Merkmale für hygienesensibles Mischen

Die Anforderungen an eine geeignete Mischanlage sind umfangreich: Leistungsstärke mit hohen Scherkräften, was aufgrund der Komponenten des Mix unerlässlich ist, absolute Zuverlässigkeit und kompakte Bauweise, die vollständig in die Peripherie integriert werden kann. Ein hoher Automatisierungsgrad, der die vollständige Kontrolle des gesamten Mischprozesses über das gesamte kritische Rezepturmanagement abdeckt. Präzision und Steuerung der Geschwindigkeiten der Misch- oder Knetelemente und der Entladungsschnecken, vollständige Integration der Füllsysteme wie Ventil öffnen, schließen, Vakuum absaugen und das jeweilige Vakuumniveau für die gesamte Mischdauer – variierbar für jede Stufe, mit Temperaturregelung und zonenweiser Ausführung während des Mischens, wobei Mischtrog, Kammer und Endplatten getrennt wahlweise elektrisch oder mit Thermoöl beheizt werden können, und, besonders wichtig, auch während der Entleerung, die sowohl über einen individuell gestaltbaren Auslass am Boden als auch im Rahmen einer kippbaren Ausführung des Mischers möglich ist.

Die unproduktive Zeit durch die Reinigung muss dabei zugleich minimiert werden. Für die Reinigung werden die Maschinen nach EHEDG-Standards als Mindestanforderung mit Erweiterung aufgrund der Klebrigkeit der Produkte konzipiert. Die Berücksichtigung von ergonomisch gutem und zugleich sicherem Reinigungsverhalten ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung. Die menschlichen Risiken durch Reichweite, Berührung, Sichtlinie, Heben, Ziehen, Pressen, Reiben, Aufprall und Gefahren beim Stolpern werden berücksichtigt. Das Innere der Maschine wird dabei vollständig ausfahrbar gestaltet, um einen vollen Zugriff auf die Misch- bzw. Knetelemente zu gewährleisten. Gleichzeitig wird die Schraube des bei Bedarf integrierten Extruders so konzipiert, dass ein 360 ° Zugang zur Schraube selbst zugesichert ist. Zusätzlich benötigen die Kammer-innenflächen einen unmittelbaren und vollständigen Zugang. Um dieser Herausforderung zu begegnen, erfolgt die Motorantriebsanordnung für die drei unabhängig voneinander arbeitenden Antriebe und die zugehörigen Antriebswellen so, dass diese vollständig aus der Kammer herausziehbar sind. Die gesamte ausziehbare Antriebseinheit wird auf Präzisionsschieberstangen montiert, um eine reibungslose und langlebige Lösung zu gewährleisten.

Die Verbesserung des Zugangs zur Kammer erfordert einen unkonventionellen Ansatz. Die Lösung des Herstellers besteht darin, eine Kammer zu konzipieren, bei der die nicht angetriebene Endstrukturplatte unterstützt werden kann, um sich von der Kammer wegzudrehen und um dadurch einen leichten Zugang zur Kammer und zur Innenfläche auf der Endplatte zu ermöglichen. Obwohl relativ einfach im Konzept, stellt die Bereitstellung einer robusten Lagerunterstützung für eine Hochleistungsmaschine, bei der Kneterklingen mit ihren jeweiligen multidirektionalen mechanischen Kräften verwendet werden aufgrund der Art der Klingengeometrie eine Herausforderung dar. Diese technische Herausforderung wird überwunden, indem eine Kassetten-Typanordnung für die Schwerlastlager zusammen mit einem integrierten Schlüsseleingriffssystem entworfen wurde, das optisch referenziert und auf die jeweilige Position gesteuert wird. Darüber hinaus werden hoch-integrierte lebensmittelsichere Polymere in kritischen Grenzflächen eingesetzt, um jegliches Risiko für eine Metall-auf-Metall-Berührung zu beseitigen.

All diese Vorgänge verlaufen vollautomatisiert, indem elektrische, hydraulische, pneumatische und optische Steuersensoren mit Sicherheitsmagneten, Näherungssystemen, Schutzeinrichtungen sowie optischen Sensoren zur Positionierung und Überprüfung der jeweils angesprochenen Sicherheitssysteme integriert werden.

Knetmischer für Medizinprodukte

Als Ergebnis eines intensiven 3-Jahres-Designprogramms entwarf und baute der britische Hersteller von industriellen Knet- und Mischmaschinen Winkworth einen hochspezialisierten, hygienischen Z-Kneter zum Mischen und auch zur anschließenden integrierten Extrusion bei Bedarf. Eine solche Maschine wurde an einen führenden Hersteller von Medizinprodukten geliefert – die Anwendung ist ein Hautbarrierekleber für Ostomie Pflegebeutel – medizinische Geräte, die täglich sicher an der Haut des Patienten haften müssen, ohne Beeinträchtigungen zu verursachen. Die Z-Kneter sind eine etabliete Lösung für die Verarbeitung von zähen Materialien wie Silikon, Dichtungsmassen, Hydrocolloiden, Klebstoffen, Hotmelts, Spachtelmassen, Gummimassen, Kaugummi und deren Grundmassen, Keramikmassen, Metallpulvern, Zuckermassen sowie zur Herstellung von Bremsbelägen. Der Hersteller stellt sowohl Laboranlagen in einem Bereich von 0,1 –
10 l als auch Produktionsanlagen in einem Bereich von 20 – 6.000 l her.

Autoren:

 

 

 

 

 

 

 

Grant Jamieson, CEO, Winkworth

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dr. Michael Kaiser, Deutschlandvertrieb, Winkworth

 

 

Heftausgabe: Pharma+Food Oktober 2020

Über den Autor

Grant Jamieson, CEO, Winkworth Dr. Michael Kaiser, Deutschlandvertrieb, Winkworth
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