Pneumatikkomponenten im Spannungsfeld zwischen Funktionalität und hygienischem Design

Auf die richtige Balance kommt es an

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Die Verwendung von pneumatischen Systemen stellt auch in der Lebensmittelindustrie eine weitverbreitete Möglichkeit zur Automatisierung von einfachen bis komplexen industriellen Arbeitsprozessen dar. Die gezielte, effiziente Kombination von pneumatischen Zylindern und Ventilen bildet das Rückgrat jeder Applikation auf diesem Gebiet.

Jeanette Andersson, Ernst-Georg Tesch

Pneumatikkomponenten bieten in Verbindung mit Greifern, Vakkuumeinheiten und zahlreiche Lösungen für die Anforderungen der Handhabungs- und Steuerungstechnik. Die Anbindung an Feldbussysteme ermöglicht zudem eine wirtschaftliche Prozeßsteuerung.
Einsatzbedingungen für die Pneumatik
Gemäß dem CEN Standard EN 1672-2 sind drei unterschiedliche Umgebungen für den Herstellungsprozeß in der Nahrungsmittel-industrie definiert:
• Nahrungsmittelbereich: Die Umgebung besteht aus Oberflächen, die in Kontakt mit Nahrungsmitteln stehen bzw. stehen können.
• Spritzbereich: Oberflächen, auf die Lebensmittel gelangen können, aber nicht wieder in den Produktionsablauf zurückkehren.
• Nicht-Nahrungsmittelbereich: Andere, oben nicht genannte Oberflächen.
Zwar ist es eher selten, daß Lebensmittelerzeugnisse in direkten Kontakt mit pneumatischen Komponenten geraten, aber dennoch muß die Geräteentwicklung diesem Umstand Rechnung tragen: Die Oberflächen müssen resistent sein gegen die Inhaltsstoffe von Nahrungsmitteln aller Art. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß alle Außenteile zwecks Kontrolle und Reinigung leicht zugänglich sind.
Aufgrund seiner breitgefächerten Einsatzgebiete (z.B. bei Bewegung, Arretierung und Dosierung von Produkten) kommen Zylinder von allen Pneumatikkomponenten am ehesten mit Nahrungsmitteln in Kontakt. Sie sollten über ein rundes Profil für den Ablauf von Reinigungsmitteln verfügen und eine glatte Oberfläche aus Edelstahl oder geeignetem Kunststoff besitzen, die eine Korrosion ausschließt. In einigen Fällen bietet
anodisiertes Aluminium eine Materialalternative. Komponenten, die nur mit einer Beschichtung versehen sind, sollten nicht direkt oberhalb von offenen Produktionsorten montiert werden.
Ein weiterer Faktor, der beachtet werden muß, ist der Hitzeschutz. Für höhere Temperaturen bis 120 °C sind spezielle Zylindervarianten erhältlich. In diesem Fall werden Dichtungen aus Viton für die Pneumatikkomponenten eingesetzt. Außerdem ist dieser Werkstoff aufgrund seiner Resistenz gegenüber vielen Säuren besonders geeignet für die Verwendung im Lebensmittelbereich.
Auch die Sensoren müssen den besonderen Einsatzbedingungen entsprechen. Hier hat sich die Schutzklasse IP 67 bewährt. Standardzylinder mit auf dem Profil montierten Sensoren stellen oft ein hygienisches Risiko dar, denn an der Montagestelle bleiben nicht selten Spalten, die der Bildung von Bakteriennestern Vorschub leisten. Deswegen wurden Zylinder nach den Normen ISO und VDMA entwickelt, bei denen die Sensoren in das Profil integriert sind und somit diesen Risiken keine Angriffsflächen mehr bieten (Abb. 1).
Im Gegensatz zu den Zylindern sind Ventile meist in geschlossenen Schaltschränken aus Edelstahl installiert, um eine einfache Reinigung zu ermöglichen. Allerdings zeigt sich heute ein Trend hin zur Plazierung von Ventileinheiten direkt an der Maschine (Abb. 2). So werden Leitungslängen und Anwendungen optimiert. Dies stellt nicht nur erhöhte Anforderungen an die elektrische Schutzklasse, sondern auch an das hygienische Design und die Materialbeständigkeit der eingesetzten Pneumatikventile. Kompakt bauende Kunststoffventile sind hier die anwendungsgerechte Lösung.
Die verstärkte Entwicklung von immer kompakteren Maschinen hat zu einem gestiegenen Risiko von Verunreinigungen in und an den Maschinen geführt. Für diese Problemstellungen können die Maschinenhersteller auf Pneumatikzylinder und -ventile zurückgreifen, die entweder fettfrei oder mit lebensmittelgerechten Fetten betrieben werden können.
Individuelle Lösungen für jeden Anwendungsfall
Um den Anwendern dabei zu helfen, die besten, d.h. die für seinen individuellen Einsatzfall passenden Komponenten zu bestimmen, hat dieser Anbieter seine Produkte nach hygienischem Design, Korrosionsbeständigkeit und elektrischer Schutzklasse klassifiziert. Grundlage dieser Zuordnung sind die Kriterien des EN-Standards 1672-2. Für die Einsatzfälle der Pneumatik ist vor allem die Unterscheidung zwischen nasser und trockener Umgebung relevant. Dadurch ergibt sich für die Ausführung und Beschaffenheit der Pneumatikelemente folgender Ansatz (Tab.). Ein Beispiel, wie höchste Anforderungen im Nahrungsmittelbereich (gemäß CEN Standard EN1672-2) bei der Konstruktion von Zylindern umgesetzt wurden, ist der Rextreme-Zylinder (Abb. 3). Er verfügt über eine glatte Oberfläche aus säurefestem Edelstahl ohne Spalten oder scharfe Kanten. Die Entwicklung einer patentierten Dämpfungsschraube ermöglicht die nachträgliche Änderung der Dämpfung auch vor Ort in hygienisch hoch sensibler Umgebung. Speziell gestaltete Befestigungsaufnahmen sorgen für ein Höchstmaß an hygienischer Sicherheit. Der ab Werk enthaltene Schmierstoff ist lebensmittelgerecht und überdauert die gesamte Produktlebenszeit. Innerhalb der Klassifikation erfüllt der Rextreme-Zylinder die Kriterien „hohe Korrosionsbeständigkeit, hygienisches Design, nicht toxisches und nicht absorbierendes Material“. Deswegen kann dieser Zylinder z.B. für Lebenmittel mit dem Produktrisiko „hoch sensibel“ eingesetzt werden. Das Kriterium „elektrische Schutzklasse“ entfällt wegen der ausschließlich pneumatischen Ansteuerung.
Im Spritzbereich, in den Nahrungsmittel gelangen können, jedoch nicht in den Produktionsprozeß zurückfließen, kann der Anwender z.B. den neuentwickelten Mecstreme-Zylinder einsetzen. Konstruktiv eng an den Rextreme angelehnt, bietet er eine Oberfläche aus rostfreiem Stahl und ein ähnlich gestaltetes Profil mit einer Standarddämpfungsschraube.
Im Nicht-Nahrungsmittelbereich mit seinen geringeren Anforderungen wächst naturgemäß die Anzahl der in Frage kommenden Pneumatikkomponenten. Für den Anwender resultiert daraus der Vorteil, daß er auf die komplette Modularität der Pneumatik zurückgreifen kann, d.h. er kann preisgünstige Standardelemente in vielen Varianten kombinieren. Bei den Ventilen ermöglicht beispielsweise die Serie 590 Online wegen ihrer Vielseitigkeit (Höhen- und Seitenverkettung möglich, Weichstartventilversion, Modularkonzept, hohe elektrische Schutzklasse IP 67) viele Anwendungsmöglichkeiten. Aber auch in diesem Einsatzgebiet ist die Intensität der Reinigungsvorgänge zu beachten. Die Pneumatikelemente müssen so ausgeführt sein, daß sich das Reinigungsmittel nicht in oder auf den Bauteilen sammelt. Bei der in Abbildung 4 zu sehenden Verpackungsmaschine für Mineralwasserflaschen wurde deswegen ein Euromec-Zylinder gewählt. Die Schrägen an Deckel und Boden und das besonders geformte Profilrohr gewährleisten einen rückstandsfreien Wasserablauf.
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