Dichten will gelernt sein

Michael Krüger

In der modernen Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie steigen die Anforderungen durch stetig verbesserte Produktionsverfahren kontinuierlich. Alle Materialien, die z. B. im Produktionsprozess mit dem zu produzierenden Lebensmittel in Kontakt kommen, müssen entsprechende Normen/Zulassungen erfüllen (z. B. FDA, USP, Verordnung (EG) 1935/2004). Dass diese Zulassungen alleine nicht ausreichen, zeigt die Praxis.

Neben der generellen Medienbeständigkeit, wie z. B. Einsatz in fetthaltigen Medien oder auch den für elastomere Dichtungswerkstoffe kritischen Aromastoffen und ätherischen Ölen, müssen die Dichtungen auch im heutzutage angewandten CIP- oder SIP-Verfahren einsetzbar sein. Die Wechselwirkungen zwischen den abzudichtenden Medien und den teilweise sehr aggressiven Desinfektions-/Reinigungsmitteln oder dem im Sterilisationsprozess eingesetzten Heißwasserdampf mit einer Einsatztemperatur von bis zu +149 °C stellen eine enorme Materialbelastung dar. Deshalb versagen hier auf Dauer viele Elastomerdichtungen. Häufigere Wartungsintervalle, vermehrte Instandsetzungsarbeiten oder gar Produktionsstopps sind die kostspielige Folge.

Durch die zunehmende Reduzierung oder gar den Wegfall von Konservierungsstoffen müssen die Reinigungsprozesse bei den im Produktionsprozess auftretenden Verschmutzungen in den Rohrleitungen, Ventilen, Pumpen, etc. mit immer besseren Reinigungsmitteln im CIP-Verfahren erfolgen. Gleichzeitig ist auch festzustellen, dass die Produktionszyklen zugunsten einer erhöhten Produktivität verkürzt werden. Deshalb muss der Reinigungsprozess ebenfalls verkürzt werden. Dies wird mithilfe immer aggressiverer CIP-Medien erreicht. Für die Produktion eine gute Lösung, für die Dichtungshersteller eine große Herausforderung.

In der Pharmaindustrie und Biotechnologie werden vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) sowie WFI-Wasser (Water-for-Injection) zunehmend zum Standard. WFI-Wasser beansprucht und beschädigt Materialien, indem es von den Kontaktwerkstoffen die Mineralien herauslöst. So kann WFI-Wasser beispielsweise Beton in kurzer Zeit porös und unbrauchbar machen. VE-Wasser ist eine Vorstufe des WFI-Wassers und wird in den Produktionen ebenfalls eingesetzt, ist aber nicht ganz so aggressiv wie WFI-Wasser. Beide Medien beanspruchen elastomere Werkstoffe enorm und nur wenige Dichtungswerkstoffe sind dagegen im langfristigen Einsatz beständig und verfügen gleichzeitig über die notwendigen Zulassungen nach FDA und USP Class VI. Deshalb verlangen die Anwender oder Konstrukteure zunehmend Nachweise über bestimmte Beständigkeiten der von ihnen eingesetzten Dichtungswerkstoffe.

Der unabhängige Hersteller C. Otto Gehr-ckens (COG) hat gleich zwei Werkstoffe für diese Anwendungsbereiche entwickelt. Hierbei handelt es sich um den EPDM-Werkstoff AP 302 und den FEPM-Werkstoff Vi 602. Beide Werkstoffe sind für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie entwickelt worden und verfügen über die Freigaben nach FDA 21 CFR § 177.2600 und USP Class VI, Chapter 88. Beim USP-Test wurden die Werkstoffe zudem in der höchsten Klasse bis +121 °C erfolgreich getestet und nicht, wie häufig im Markt üblich, nur bis +70 °C. Zudem sind beide Werkstoffe in Praxistests mit WFI-Wasser erfolgreich getestet und von Ecolab, einem der führenden Hersteller von CIP-Medien, entsprechend zertifiziert worden. Beide Werkstoffe sind daher absolut verlässlich, auch im Einsatz mit SIP-Prozessen und für ein außergewöhnlich weites Einsatzspektrum in kritischen Bereichen geeignet.

Mit diesem Doppelpack bietet COG eine Werkstoffkombination an, die zusammen die meisten Anwendungen in diesen Branchen abdecken kann. Lediglich in wenigen Ausnahmesituationen können vereinzelte Anforderungen nicht erfüllt werden. Der EPDM-Compound AP 302 ist speziell für den Einsatz mit flüssigen oder schwach fetthaltigen Medien konzipiert worden. Der Einsatztemperaturbereich reicht von -40 bis +150 °C. Sollte der Fettanteil der eingesetzten Medien über 30 % liegen, so empfiehlt sich der Einsatz des FEPM-Werkstoffs Vi 602. Dieser weist darüber hinaus eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Aromastoffen und ätherischen Ölen auf und kann in einem Temperaturbereich von -10 bis +230 °C eingesetzt werden.

Generell muss der Konstrukteur oder Anwender berücksichtigen, dass die Beständigkeiten der elastomeren Dichtungswerkstoffe von den tatsächlichen Einsatztemperaturen abhängig sind. So kann eine positive Beständigkeit gegenüber einem abzudichtenden Medium in einem niedrigeren Temperaturbereich durchaus gegeben sein, bei deutlich höheren Temperaturen hingegen nicht. Deshalb ist es sehr schwer, eine vorbehaltlose pauschale Aussage über die Einsatzmöglichkeiten von Werkstoffen zu geben. Hier können vorab nur unterschiedlichste Werkstoffprüfungen und Tests für eine Grundsicherheit sorgen sowie erfahrene Anwendungstechniker beratend weiterhelfen, um eine für den Einsatzzweck optimale Dichtungslösung zu finden.

COG hat beispielsweise seine Werkstoffe in enger Zusammenarbeit mit dem CIP-Medienhersteller Ecolab testen lassen, um Testergebnisse mit einer hohen Aussagekraft zu erzielen. Hierzu wurden die Dichtungsringe in verschiedenen Einlagerungsversuchen getestet. Diese Tests gehören für den Anwender und Konstrukteur zu den Kernaussagen, denn die Ergebnisse dieser Versuche verraten dem Fachmann die grundsätzliche Eignung eines Werkstoffs. Sehr häufig sind diese Tests absolut ausreichend und der Dichtungswerkstoff kann ohne weitere aufwendige Tests direkt eingesetzt werden. Wenn der Werkstoff jedoch in Grenzbereichen oder mit erheblichen Abweichungen gegenüber den Testparametern eingesetzt wird, dann ist eine kompetente Beratung durch Ingenieure in der COG-Anwendungstechnik von großem Vorteil. So können die Fachleute aufgrund ihrer umfangreichen Erfahrung den Konstrukteuren und Anwendern meistens häufig schon ohne weiterreichende und kostenintensive Tests fundierte Empfehlungen aussprechen. Durch die Vielzahl an durchgeführten Projekten wächst der Erfahrungsfundus täglich und passt sich somit den Anforderungen an die Märkte an. Und nicht selten sind die Berater den Anforderungen auch schon einen Schritt voraus.

Einlagerungstests oder auch Tests in speziellen Prüfanlagen sind nicht immer ausreichend, da diese die Praxisbedingungen bestenfalls nur simulieren können. Dabei ist es unabhängig, ob es sich bei den neu einzusetzenden Dichtungswerkstoffen um einen Einsatz in Neukonstruktionen oder in Bestandsanlagen handelt und der im Austausch zur Verlängerung der Wartungsintervalle oder zur Kostenreduzierung bei gleichen Laufleistungen führen soll. Da beinahe alle Produktionsanlagen in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie individuell aufgebaut sind, können nur entsprechende Feldversuche unter Realbedingungen beim Kunden eine abschließende Sicherheit geben. In der Praxis erfolgt der Einbau von Prüfmustern in bestehende Produktionsanlagen oder Prototypen und die Dichtungen werden unter realen Bedingungen, auch über einen üblichen Einsatzzeitraum, getestet. Erst in diesem Praxistest zeigt dann ein neuer Werkstoff das tatsächliche Potenzial für diese individuelle Anwendung.

Neben den Freigaben nach FDA und USP Class VI streben Dichtungshersteller deshalb zunehmend Kooperationen mit Unternehmen entsprechender Branchen an, um die Werkstoffe unter realistischen Produktionsbedingungen testen zu lassen. So konnten die beiden Werkstoffe AP 302 und Vi 602 z. B. in Zusammenarbeit zwischen COG und einem namhaften Kunden der Pharmaindustrie auf die Beständigkeit gegenüber VE- und WFI-Wasser erfolgreich getestet werden.

Online-Info www.cav.de/0510458