Der Einsatz von Dichtungen im Anlagenbau der Lebensmittel- und Getränkeindustrie gehört zu den anspruchsvollsten Einsatzgebieten in der Dichtungstechnik. Neben den Werkstoff-Zulassungen / Normen, wie z. B. FDA, EU Verordnung 1935/2004, gibt es Konstruktionsvorschriften für die Anlagentechnik und ihre Komponenten. Diese können sowohl Einbauräume als auch die Bauteile-Geometrien betreffen. Hierzu zählen z. B. die Norm DIN 11864 für „Aseptische Verbindungen“ und DIN 11853 für „Hygienische Verbindungen“.

Eine Vielfalt nationaler und internationaler Normen, Empfehlungen und Richtlinien reglementiert die mögliche Werkstoffauswahl für O-Ringe. In den USA gibt die National Sterilation Foundation (NSF) einschlägige Standards heraus. Seit ihrer Gründung beschäftigt sich in den USA die 3-A Sanitary Standard Incorporated mit Werkstoffen in der Anwendung von hygienischen Anlagen der Molkerei- und Lebensmittelindustrie. Weitere US-Institutionen sind die United States Pharmacopeia (USP) und die 1906 gegründete Food and Drug Administration (FDA). Empfehlungen des Bundesamtes für Risikobewertung (BfR) definieren Richtlinien zu Kunststoffen im Lebensmittelverkehr in Deutschland.

Anwendungsberatung für hohe Anforderungen in der Lebensmittelindustrie

Abgesehen von ihren Werkstoff-Zertifizierungen müssen die Dichtungswerkstoffe ihren Hauptzweck erfüllen, d.h. sicher abdichten. Neben der allgemeinen Beständigkeit gegenüber den abzudichtenden Medien sind auch Wechselwirkungen im Reinigungs- oder Sterilisationsprozess, Einsatztemperaturen und mechanische Eigenschaften zu berücksichtigen. COG bietet dafür die unverbindliche Beratung mit seinen Ingenieuren der Anwendungstechnik an. Sie sind versiert in der Werkstoffauswahl durch jahrelange Erfahrung mit unterschiedlichsten Problemstellungen. Ist ein passender Werkstoff auf Anhieb nicht zu finden, stellt die COG-Anwendungstechnik im Bedarfsfall entsprechende Recherchen an und berät bei anstehenden Materialtests. In der Lebensmittelindustrie steigen die Anforderungen durch immer effizientere Produktionsverfahren kontinuierlich. Neben der generellen Medienbeständigkeit, wie z. B. Einsatz in fetthaltigen Medien oder auch Aromastoffen und ätherischen Ölen, müssen viele elastomere Dichtungen auch in den gängigen CIP- oder SIP-Verfahren (CIP = Cleaning in place; SIP = Sterilisation in place) einsetzbar sein. Die Wechselwirkungen zwischen den abzudichtenden Medien und den teilweise sehr aggressiven Desinfektions- und Reinigungsmitteln oder dem im Sterilisationsprozess eingesetzten Heißwasserdampf mit seinen Einsatztemperaturen von bis zu 149 °C stellen enorme Materialbelastungen dar. Deshalb versagen hier auf Dauer viele elastomere Dichtungen. Häufigere Wartungsintervalle, vermehrte Instandsetzungsarbeiten oder gar Produktionsstopps sind die kostspielige Folge.

Hochleistungs- Dichtungswerkstoffe

COG hat in Kooperation mit Ecolab, einem der führenden Hersteller von CIP-Medien, zwei Hochleistungs- Dichtungswerkstoffe für die Lebensmittel- und Pharmazeutische Industrie ausführlichen Materialtests unterzogen. Hierbei hat Ecolab den EPDM Werkstoff AP 302 und den FKM Werkstoff Vi 780 erfolgreich auf die notwendigen Schutzeigenschaften gegenüber diversen CIP Medien getestet. Auch beim Einsatz von SIP-Verfahren sind diese beiden Werkstoffe problemlos einsetzbar. Darüber hinaus sind beide Werkstoffe auch erfolgreich in dem in der pharmazeutischen Industrie immer häufiger eingesetzten aggressiven Water for Injection (WFI – Wasser) bei 90 °C getestet worden. Der EPDM Werkstoff „AP 302“ und der FKM Werkstoff „Vi 780“ sind speziell für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie und deren außergewöhnlich weite Einsatzspektren in kritischen Bereichen konzipiert. Sie verfügen über die Freigaben nach FDA 21 CFR § 177.2600 und USP Class VI, Chapter 88. Beim USP Test wurden beide Werkstoffe zudem in der höchsten Klasse bis 121 °C erfolgreich zertifiziert. Der Compound „AP 302“ ist für den Einsatz mit flüssigen oder schwach fetthaltigen Medien hervorragend geeignet und überzeugt mit einer Härte von nur 70 Shore bei einem gleichzeitig sehr geringen Druckverformungsrest von 15 % (22 h / 100 °C). Sollte der Fettanteil der eingesetzten Medien über 30 % liegen, so empfiehlt sich der Einsatz des Dichtungswerkstoffs „Vi 780“. Dieser weist zudem eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Aromastoffen und ätherischen Ölen auf.

Trends in der Lebensmittelproduktion

Trends der Lebensmittelproduktion verschärfen das Anforderungsprofil an elastomere Dichtungen zu einer immer komplexeren Herausforderung. „Clean Labelling“ bezeichnet einen Trend zu Verpackungen oder Etiketten frei von Inhaltstoff- und Zusatzstoffangaben bei Lebensmitteln. Durch die Verringerung oder durch den kompletten Verzicht auf Konservierungsstoffe in Lebensmitteln und Getränken müssen die Reinigungsschritte mit immer besseren Reinigungsmitteln im CIP-Verfahren arbeiten, um Verschmutzungen in Rohrleitungen, Ventilen, Pumpen usw. zuverlässig zu beseitigen. Die Produktionszyklen für Lebensmittel selbst werden durch kleinere Chargen im Sinne von mehr Flexibilität und Produktivität der Anlagen immer kürzer. Das gilt auch für die Reinigungsprozesse. Letztere arbeiten dann mit noch aggressiveren CIP-Medien, welche die Dichtungswerkstoffe stärker strapazieren. Die Einbausituation von O-Ringen und damit deren Abmessungen und Materialauswahl beeinflusst auch der Trend des „Hygienic Designs“. Er beeinflusst die Konstruktion, Oberflächenbehandlung und Materialauswahl von Maschinen, Anlagen und Komponenten hin zu einer möglichst reinigungsgerechten Gestaltung. Konkret vermeidet die Konstruktion Toträume, in denen sich Schmutz ansammeln kann, welcher durch die Reinigungsprozesse (z. B. CIP oder SIP) nicht mehr effizient genug entfernt werden kann. Glatt polierte Oberflächen mit geringen Rauigkeitswerten bieten Mikroorganismen keine Anhaftungsmöglichkeiten mehr.

Aseptik-Rohrverschraubung und „Hygienische Verbindungen“

Die Norm DIN 11864 mit dem Titel „Armaturen aus nichtrostendem Stahl für Lebensmittel und Chemie“ ist in drei Teile untergliedert:

- Aseptik-Rohrverschraubung,

- Aseptik-Flanschverbindung,

- Aseptik-Klemmverbindung.

Diese Norm erhält den Zusatz „Aseptik“ als Hinweis darauf, dass die hier eingesetzten Werkstoffe nicht nur für den Lebensmittelbereich einsetzbar sind, sondern auch für die Pharmazie. Es handelt sich hier um sehr hochwertige Werkstoffe. Mit dem Begriff „Werkstoff“ sind in dieser Norm ausschließlich nur die Edelstähle gemeint und keine Elastomere! Darüber hinaus findet die Norm DIN 11853 für „Hygienische Verbindungen“ ebenfalls unter dem Thema Hygienic Design Bedeutung. Empfohlene Dichtungen, welche im modernen Hygienic Design zum Einsatz kommen, sind überwiegend O-Ringe.

Fazit

Die Auswahl der richtigen Dichtungen erfordert Know-how und manchmal Recherche bis hin zu weiterführenden Materialtests. Hier lohnt sich der Dialog mit der COG-Anwendungsberatung, wenn es um die Frage geht, welcher O-Ring bei aggressiven Reinigungsmitteln und extremsten Druck- und Temperaturschwankungen bis hin zu Heißdampf auf Dauer bestehen kann. Mangelnde Sorgfalt bei der Auswahl von O-Ringen übersieht die kleine Ursache und ihrer großen Wirkungsmöglichkeit: Wenn die Produktion still steht, weil O-Ring-Partikel in den befüllten Apfelsaftflaschen schweben, wurde am falschen Ende gespart.

Das Unternehmen:

COG als unabhängiger Hersteller mit Stammsitz in Pinneberg bei Hamburg wird heute in der fünften Generation der Inhaberfamilie geführt. In der Produktion profitiert das 1867 gegründete Unternehmen von einem eigenen Werkzeugbau. Werkzeuge für über 22.000 Abmessungen erzeugen ein breites Spektrum von O-Ringen. Sie erreichen im Kompressionsverfahren bis zu 1.440 mm Außendurchmesse bzw. 3.000 mm im Endlosvulkanisationsverfahren. Das Unternehmen unterhält eine eigene Mischerei und Mischungsentwicklung. Für seine Kunden betreibt COG Europas größtes O-Ring-Lager mit über 45.000 abrufbaren Positionen, eine Anwendungsberatung und ein Seminarprogramm.