Tod dem Totraum

Autor Jürgen Stein Technische Beratung, Novonox Inox Components

Erhöhungen und Vertiefungen am Schraubenkopf stellen Toträume dar, die regelrecht als Keimzellen für alle Arten von Verunreinigungen dienen. Diese Gefahr wird umso größer, je weniger die Schraubstelle einsehbar oder „greifbar“ ist. Doch nicht nur der Schraubenkopf an sich lässt sich nach geltenden Hygienenormen nur sehr schwer oder gar nicht rein halten. Insbesondere die Auflagefläche des Schraubenbundes und selbstverständlich das Gewinde stellen mögliche Gefahrenquellen für eventuelle Toträume dar. Auch wenn die Schraube unter dem maximalen Anzugsmoment mit dem Maschinenkörper verschraubt wird, ist eine vollflächige, ebene Auflage nicht sichergestellt.

Im Gegenteil: Es bilden sich Spaltmaße, die als Kapillarräume wirken und sämtliche Flüssigkeiten regelrecht ansaugen. Ein idealer Nährboden für Bakterien und Keime. Einmal angesaugt, ist ein Entfernen der Flüssigkeit aus dem Spalt von außen nicht möglich. In aller Regel wandert die Flüssigkeit weiter den Schraubenschaft entlang und kann eventuell direkt mit dem zu verarbeitenden Produkt in Berührung kommen. Die Verkeimung der Anlage ist nur eine Frage der Zeit.

Herkömmliche Schrauben weisen Ausbrüche, Randaufwürfe, Absätze, Kanten und eine Vielzahl anderer Stellen auf, die ideale Toträume darstellen. Beim Reinigen der Anlage im CIP-Verfahren müsste jede Schraubstelle nach dem Reinigen geöffnet und mit hoher Temperatur getrocknet werden. Erst dann darf sie wieder eingebaut werden.

So vorteilhaft einerseits Schraubverbindungen im Anlagenbau der Prozesstechnik sind, so schlecht lassen sie sich reinigen und bergen die Gefahr, das zu verarbeitende Produkt mit Keimen oder produktfremden Stoffen zu konta-minieren. Auch sind viele Anlagenbauer dazu übergegangen und haben in Eigeninitiative leicht reinigbare Spezialschrauben explizit hergestellt. Doch das Problem mit der Unterwanderung des Schraubenkopfes ist immer noch latent vorhanden. Von einer sicheren, EHEDG-konformen, totraumfreien Abdichtung sind auch diese Verschraubungen weit entfernt.

Freudenberg Sealing Technologies Process Seals und Novonox Inox Components haben sich diesem Problem angenommen. Von Freudenberg wurde eine aseptische Unterlegscheibe entwickelt, die Hygienic Usit. Passend zu diesen Unterlegscheiben entwickelte Novonox das darauf abgestimmte Schraubsystem. Mit dem hygienischen Usitring lassen sich erstmals Schraubenköpfe gemäß Hygienic Design abdichten. Der umlaufende Gummiwulst der Dichtscheibe passt sich optimal dem Schrauben- bzw. Mutternkopf an und dichtet den Auflagebereich hermetisch ab. Der Dichtwulst aus 70 EPDM 291 ist auf eine Edelstahlscheibe aus 1.4404 aufvulkanisiert. Der Werkstoff ist FDA-konform und entspricht ebenfalls den Anforderungen der europäischen Verordnung EU (VO) 1935/2004. Er ist auch ADIfree (Animal Derived Ingredients free) und somit frei von TSE (Transmissible Spongiform Encephalopathy). Die Prüfung der Biokompatibilität nach USP Class VI (bis +121 °C) stuft ihn für den Einsatz in pharmazeutischen Anlagen und Komponenten als geeignet ein.

Die Dicke der Edelstahlscheibe dient als mechanischer Anschlag, damit der Dichtwulst nur in einem definierten Bereich verformt werden kann. Sind Schraube und Scheibe auf Block angezogen, wird keine weitere Kraft auf den Gummidichtwulst übertragen. Die Verformung der Dichtung bleibt somit immer im optimalen Bereich. Die Lebensdauer der Dichtung wird daher nicht über das mehr oder weniger feinfühlige Anziehen der Schraube bestimmt.

Mit der Sicherstellung der maximalen Verformung des elastomeren Teils der Dichtung konnte auch die Anlagefläche an der Schraube exakt bestimmt werden. Gleich mit welchem Anzugsmoment die Schrauben oder Muttern angezogen werden, es ist sichergestellt, dass der Dichtwulst des Usitrings genau bündig mit der Bundfläche des Schraubenkopfes abschließt. Außerdem entsteht über die trapezförmige Form der Dichtlippe und den Radius am Schraubenbund eine entsprechend breite Dichtfläche.

Die Dichtung wird am Schraubenschaft mit einer Toleranz von nur 0,1 mm zentriert. Die Einbaulage des Usitrings zu der Schraube und zur Schraubstelle ist daher annähernd zu 100 % reproduzierbar. Mehrmaliges Anziehen und wieder Lösen unter Beibehaltung der Dichteigenschaften stellt somit an die Schraubstelle keine Herausforderung dar. Die Gefahr der Quetschungen am Dichtwulst ist ausgeschlossen. Die Dichtflächen werden nicht überbeansprucht und passen sich jedes Mal aufs Neue der Schraube optimal an.

So konnte eine Dichtstelle hergestellt werden, die hermetisch dicht abschließt und leicht zu reinigen ist. Eine Dichtstelle also, die an einer Schraubverbindung im Hygienic Design, den strengen Anforderungen der EHEDG entspricht.

Um die leichte Reinigung der Schraub- und Dichtstelle durchgängig sicherzustellen, beträgt die von der EHEDG vorgeschriebene Oberflächenrauheit Ra maximal 0,8 µm. Denn, je glatter und homogener die Oberfläche des Schraubenkopfes ist, desto weniger Verunreinigungen durch das Produkt oder Fremdstoffe können sich festsetzen.

Von Novonox wurde daher ein eigenes Polierverfahren entwickelt, das speziell auf den Schraubenwerkstoff 1.4404 abgestimmt ist. Mit diesem Polierverfahren werden Rauheitswerte von 0,04 bis maximal 0,4 µm erreicht und somit die Vorgaben mehr als erfüllt. Ein hochglänzendes Ergebnis, das dafür sorgt, dass eventuell anhaftende Verunreinigungen spielend leicht entfernt werden können.

Doch nur wenn diese hohe Oberflächengüte so lang als möglich erhalten bleibt, ist auch die leichte Reinigung der Schraubenköpfe gewährleistet. Damit die Schrauben nicht schon beim ersten Anziehen mit herkömmlichen Werkzeugen beschädigt werden, hat Novonox ein spezielles Werkzeugsystem entwickelt. In eine Stecknuss wird ein Kunststoffeinsatz eingedrückt. Damit dieser im rauen Montagealltag nicht verloren geht, wird er in der Nuss über ein Klemmsystem gehalten. Der Einsatz wurde möglichst dünnwandig gehalten, damit die Stecknuss nicht überproportionale Dimensionen erhält.

Versuche haben gezeigt, dass trotz einer Wandstärke von max. 1,5 mm der Einsatz so stabil und langlebig ist, dass bei sach- und fachgerechter Verwendung, selbst bei Schlüsselweite 24 mm, weit über 1000 Wechselzyklen realisiert werden können. Selbstverständlich bleibt die polierte Fläche unbeschädigt und der Kontakt der Stecknuss mit dem Edelstahlkopf ist bei bestimmungsgemäßer Verwendung ausgeschlossen.

Sollte der Einsatz verschlissen sein, kann dieser durch den Vierkantantrieb wieder herausgedrückt werden. Weiter wurde bei dem Einsatz darauf geachtet, dass dieser die FDA-Zulassung besitzt. Die Stecknuss wird von Hazet mit der nötigen Klemmvorrichtung und anderen Modifikationen hergestellt. Derzeit wird dieses System auch für die Verwendung von Ring- und Gabelschlüsseln ausgebaut.

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