Die Neigung macht’s The slope is the secret

Holger Schmid

In den sensiblen Bereichen der Pharma- und Lebensmittelindustrie sind alle produktberührenden Komponenten nach Hygienerichtlinien zu entwickeln. Verordnungen und Normen legen für diese Bereiche ganz konkrete Anforderungen fest. Dies bedeutet, dass die Anlagen und Ausrüstungen für den jeweiligen Verwendungszweck entsprechend konstruiert sein müssen. Außerdem sollten sie so angeordnet und konzipiert sein, dass Wartungs- und Reinigungsarbeiten einfach und sicher ausführbar sind. Dies gilt auch für die Wägetechnik.

Mettler Toledo bietet seit über 60 Jahren wägetechnische Lösungen für zahlreiche Industrien und Laboratorien an. Das Unternehmen hat in den letzten Jahren kontinuierlich an der Entwicklung modernster und zukunftsfähiger Waagen mit Ex- und IP-Schutz gearbeitet. Um die Einhaltung von Hygienevorschriften zu sichern, erfüllen die eingesetzten Waagen und Terminals IP-Schutzgrade, garantieren Staub- und Wasserschutz, und Design und Materialien sind auf leichte Reinig- und Desinfizierbarkeit getrimmt. Dies gilt auch für die Wägezelle aus Edelstahl, die hermetisch gekapselt über IP-Schutz verfügt. Das Sortiment ist vielseitig und anpassbar. Je nach Bedarf können die Geräte aus einem Baukasten so zusammengesetzt werden, wie die individuelle Anwendung es erfordert. Zudem werden die Anwender geschult und erhalten Reinigungs- und Bedienanweisungen.

Ein hoher IP-Schutzgrad allein impliziert noch kein hygienisches Design, stellt aber eine notwendige Voraussetzung hierfür dar. Hygienisches Design manifestiert sich maßgeblich in der Wahl der Materialien, die für das Produkt verwendet werden, sowie in der eigentlichen konstruktiven Umsetzung der Produktgestaltung. Hinsichtlich der Produktoberflächen gilt es darauf zu achten, dass diese leicht zu reinigen sind und keine Gefahrenquellen für das herzustellende Produkt darstellen. Hierzu müssen die Kontaktflächen aus nicht absorbierenden Materialien bestehen sowie ein besonders günstiger Rauigkeitswert unter 0,8 µm eingehalten werden. Darüber hinaus gilt es, konstruktiv die Anzahl horizontaler Flächen, versteckter Kanten sowie Spalten und Vertiefungen zu minimieren. Das sorgt bei einer Reinigung dafür, dass Wasser und Reinigungsmittel selbstständig wieder abfließen können und sich nicht auf dem Gerät ansammeln. Generell konstruiert Mettler Toledo die Waagen für diese Anforderungen sehr offen und ohne versteckte Gewinde. Horizontale Flächen sind minimiert und Verstrebungen verlaufen schräg.

Die Oberflächen des Gerätes müssen korrosionsbeständig beschaffen und mechanisch stabil sein; sie dürfen nicht toxisch wirken und müssen den zu verwendenden Reinigungs- und Desinfektionsmitteln und der Anwendung im Produktionsprozess standhalten. Austenitischer Edelstahl erfüllt diese Anforderungen sehr gut. Diese Ansprüche erfüllen auch die Bereiche der Waage, die mit dem Fertigungsprodukt nicht direkt in Kontakt kommen. Dies ist zum Beispiel die Rückseite eines Bedienterminals.

Für die eingesetzten Kunststoffe und Elastomere gilt, dass sie leicht zu reinigen sind und gegebenenfalls eine entsprechende Zulassung besitzen. Gängige Kunststoffe sind Polyester, Polycarbonat und PVC. Ein typisches Elastomer ist EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk). Bei den Schweißnähten ist darauf zu achten, dass sie durchgehend, geradlinig und fehlerfrei sind, sodass sich kein Schmutz oder keine Fremdpartikel festsetzen können. In der konkreten konstruktiven Umsetzung bedeutet dies den Einsatz von Edelstahl AISI 300. Eine besonders glatte und reinigungsfreundliche Oberfläche wird durch Elektropolitur erreicht. Gleiches gilt für die Schweißnähte, die in der Regel abschließend elektropoliert werden. Dies macht sie nicht nur von außen unsichtbar, sondern minimiert etwaige Poren und Stufen. Zudem sollten die gerundeten Kanten einen Radius >6 mm aufweisen.

Um eine hohe Langlebigkeit auch unter widrigsten Umständen zu garantieren, wird ein hoher IP-Schutzgrad (IP69k zum Reinigen mit einem Hochdruck-Dampfstrahler) angestrebt. Sämtliche Oberflächen sind geneigt bzw. so konstruiert, dass Flüssigkeiten selbsttätig abfließen können. Insbesondere bei Bedienterminals stellt sich die Herausforderung, die verbaute Elektronik wirksam zu schützen, aber gleichermaßen das hygienische Design nicht zu unterlaufen. Man kann die Bedienfolie in gleichen Abmessungen wie das Terminalgehäuse verwenden, sodass der Rand der Folie in den Seitenbereich des Gehäuses übergeht. Wenn sie flächig aufgeklebt ist, wird ein Ablösen verhindert. Grundlegender Vorteil dieser Methode ist, dass der Übergang zur Tastaturfolie leicht zugänglich ist. Wenn sich hier Schmutz ansammelt, lässt er sich einfach und gründlich entfernen. Um das Gehäuse abzudichten und die innen liegende Elektronik wirksam zu schützen, werden generell Sechskant-Schrauben verwendet, die sich durch eine besonders gute Reinigbarkeit auszeichnen und über keine Vertiefungen verfügen. Die Datenschnittstellen sind nach unten gerichtet, IP-geschützt und mit Sechskantmuttern gesichert. Die generell schräg nach unten verlaufende Linienführung bedingt auch, dass der Waagenanschluss und die Stromversorgung nach unten angeordnet sind.

Um die Unbedenklichkeit von elektronischen Messgeräten, die für hygienisch sensitive Bereiche entwickelt werden, zu garantieren, lässt Mettler Toledo sie von neutralen, externen Akkreditierungsstellen wie dem Lehrstuhl für Maschinen- und Apparatekunde der Technischen Universität München begutachten und ihre Reinigbarkeit verifizieren.

In sensitive areas of the pharmaceutical and food industries, all components that come into contact with the products must be developed according to special guidelines for hygiene. Directives and standards stipulate very concrete requirements for these areas. Consequently, plant and equipment must be constructed for the specific purpose for which it will be used. In addition, it must be designed and laid out in such a way that servicing and cleaning work can be performed easily and safely. This also applies to weighing systems. For more than 60 years, Mettler Toledo has offered weighing solutions for countless industries and laboratories. In recent years, the company has constantly devoted itself to developing state-of-the-art and future-proof balances and scales with Ex and IP protection. To ensure conformity to hygiene regulations, the weighing instruments and terminals that are used have the appropriate IP rating to guarantee protection against dust and water, and their design and materials are chosen for easy cleaning and disinfection. The same is true for the stainless steel load cell, which is hermetically encapsulated for IP protection. The product assortment is versatile and adaptable. The instruments can be assembled from a selection of modules according to the requirements of the individual application. In addition, the users receive training and instructions for both operation and cleaning.

Although a high IP protection level alone is not a synonym for hygienic design, it is a necessary prerequisite. Hygienic design is determined mainly by the choice of materials used for the product, as well as the constructional implementation of the product design. Care must be taken to ensure that the product surfaces are easy to clean and do not present a potential hazard for the product that will be manufactured. To achieve this, the contact surfaces must be made of non-absorbent materials and have an especially beneficial roughness coefficient below 0.8 µm. The number of horizontal surfaces, as well as hidden edges, gaps, and depressions in the construction, must be minimised. This ensures that water and cleansing agents used for cleaning can flow off of their own accord and do not accumulate on the instrument. For such requirements, Mettler Toledo generally gives its scales and balances a very open structure without hidden threaded holes. Horizontal surfaces are kept to a minimum, and reinforcing elements run diagonally.

The surfaces of the instrument must be corrosion-resistant and mechanically stable. They must not react toxically, and must also withstand the cleansing and disinfecting agents used in the production process. Austenitic stainless steel fulfils these requirements very well. Those areas of the weighing instrument that do not come into direct contact with the product being manufactured also fulfil these requirements. An example is the rear surface of an operating terminal.

The plastics and elastomers that are used must be easy to clean and may also require corresponding approvals. Commonly used plastics are polyester, polycarbonate and PVC. A typical elastomer is EPDM (ethylene propylene diene M-class rubber). Care must be taken to ensure that welded seams are continuous, straight, and free of faults, so as to prevent the attachment of soiling or foreign particles. Specifically, this means using AISI 300 stainless steel for the construction. A particularly smooth and cleaning-friendly surface is attained by electropolishing. This applies equally to the welding seams, which are usually given an electropolished finish. The polished finish not only makes them externally invisible, but also minimises the occurrence of pores and steps. All rounded edges should have a minimum radius of 6 mm.

To guarantee a long service life even under harshest conditions, a high IP protection level (IP69k for high pressure steam cleaning) is striven for. All surfaces slope, and are constructed so that liquids can flow off them automatically. A particular challenge presented by operating terminals is to effectively protect the built-in electronics without jeopardising the hygienic design. An operator overlay with the same dimensions as the terminal housing can be used, so that the edge of the overlay runs into the side area of the housing. Adhesive bonding of the complete surface prevents detachment of the overlay. The advantage of this method is that the join to the keypad overlay is readily accessible. If soiling accumulates here, it can be easily and thoroughly removed. To effectively seal the housing and internal electronics, hexagonal screws are normally used, which have especially good cleanability and no recesses. The data interfaces face down, are IP protected, and secured with hexagonal nuts. The consistently downward sloping lines ensure that the weighing instrument connection and power supply also face down.

To guarantee the safety of electronic measuring instruments designed for hygienically sensitive areas, Mettler Toledo has their cleanability verified by neutral external accreditation bodies such as the Department of Mechanical and Apparatus Engineering of Munich Technical University.

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