Hygienic Design für die Produktkontaktzone

Die Anforderungen an Maschinen und Anlagen in der Lebensmittelindustrie gehen weit über den Standard des klassischen Maschinenbaus hinaus. Alle Oberflächen müssen eben und ohne Spalten oder Zwischenräume gestaltet sein. Sogenannte Schmutznester sind zu vermeiden, um ein Anhaften von Lebensmitteln zu verhindern. Gesäubert werden die Anlagen oft mit Hochdruck- und Dampfreinigern, die mit aggressiven Reinigungsmitteln auf saurer oder alkalischer Basis arbeiten.

Lebensmittel und deren Verpackungen dürfen generell nicht durch den Kontakt mit Anlagen- und Maschinenteilen verunreinigt werden. Unterschieden werden bei der Produktion drei Zonen: Produktkontaktzone, Spritzzone und produktfreie Zone. Jede Zone stellt spezifische Anforderungen an die Sensorik und Aktorik – und an die jeweiligen Kabel und Steckverbinder.

Jedes Bauteil einer Anlage kann hier mit dem zu verarbeitenden Lebensmittel in Berührung kommen, und das Lebensmittel selbst kann danach zurück in den Verarbeitungsprozess gelangen. In dieser Zone sind die Hygiene- anforderungen besonders hoch. Steckverbinder und andere Bauteile dürfen hier keine Schmutznester aufweisen. Eine Lösung bieten die M12-Steckverbinder von Phoenix Contact im Hygienic Design (HD). Die Entwicklung des Designs erfolgte in Anlehnung an die Design-Vorgaben der European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG).

Diese speziell für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie konzipierten Varianten des M12-Steckverbinders haben besonders glatte Oberflächen und bestehen aus FDA-konformen Materialien: V4A-Edelstahl (1.4404) für die Metallteile (Schraube, Mutter und Schirmhülse) sowie Polypropylen-basierte Umspritzkunststoffe (PP) und Leitungsmaterialien. Auch die Dichtungsmaterialien der O-Ringe sind FDA-konform. Weil PP als Grundmaterial für die Umspritzung und für den Leitungsmantel verwendet wird, ist die Medienbeständigkeit extrem hoch. Die Nachteile PVC-basierter Lösungen spielen keine Rolle mehr. Mit PP gibt es kein Verhärten und Verfärben des Materials, alle dichtenden und optischen Eigenschaften bleiben langfristig erhalten. Mit den Schutzklassen IP65, IP68 (2 m/24 h) und IP69K erfüllen die M12-HD-Steckverbinder auch die hohen Reinigungsanforderungen.

Um die Anforderungen der EHEDG und gleichzeitig die Dichtigkeitsanforderungen zu erfüllen, wurde für das Hygienic Design ein neuartiges Dichtkonzept umgesetzt. Die Steckverbinder bilden mit ihrem Gegenstück eine geschlossene und glatte Oberfläche, die leicht zu reinigen ist. Für eine fliegende Kupplung im Feld wurde eine Profildichtung geschaffen, die Stecker und Buchse ebenfalls bündig abdichtet. Schmutznester gehören somit der Vergangenheit an. Die Beschriftung der Leitungen per Laser ermöglicht eine dauerhaft beständige Nachverfolgung. Außerdem werden keine Additive benötigt, um die Beschriftung durchzuführen.

Auch in der Spritzzone können Bauteile mit dem Lebensmittel in Kontakt kommen. Anders als in der Produktkontaktzone gelangt das Lebensmittel nach dem Kontakt mit den Bauteilen jedoch nicht mehr zurück in den Prozess. Daher müssen auch die Steckverbindungen nicht den Richtlinien des Hygienic Design genügen. Die Steckverbinder, die Phoenix Contact im sogenannten Wash-Down-Design anbietet, wurden speziell für die Applikation Spritzzone konzipiert. Glatte Konturen am Griffkörper minimieren Lebensmittelanhaftungen am Steckverbinder. Bei der Auswahl der Materialien wurde auch auf PP-basierte Kunststoffe zurückgegriffen, die sowohl für die Umspritzung als auch für die Verschraubung des Steckverbinders eingesetzt werden.

Die genannten Vorteile hinsichtlich der Medienbeständigkeit gelten somit auch für die Wash-Down-Varianten. Die für eine Hochdruckreinigung erforderlichen Schutzarten IP65/68/69k werden ebenfalls erfüllt.

Andere marktübliche Wash-Down-Steckverbinder setzen größtenteils auf Edelstahl – V2A oder V4A – als Verschraubungsmaterial. Durch den Verzicht auf Edelstahl im Wash-Down-Design von Phoenix Contact bekommt der Anlagenbauer einen Steckverbinder, der die Anforderungen der Lebensmittel- und Getränkeindustrie für die Spritzzone erfüllt und der auch bei den Kosten im Bereich eines Standard-M12-Steckverbinders liegt.

In dieser Zone sind die Produkte nicht verschwunden, sondern meist schon verpackt und nicht mehr direkten Berührungen durch Anlagenteile ausgesetzt. Hier sind die Anforderungen mit denen im klassischen Industrieumfeld vergleichbar. Die Reinigung der Verpackungsanlagen erfordert keine aggressiven Reiniger und erfolgt meist nicht mit Hochdruckgeräten. Jedoch können Kartonagen und Umverpackungen sowie eventuell austretende trockene Lebensmittel die Umgebungsluft mit Staub belasten. Damit die Steckverbinder staubdicht sind, ist hier ebenfalls eine hohe IP-Schutzart erforderlich.

In dieser Umgebung sind Standard-M12-Steckverbinder sinnvoll. Der Anlagenbauer kann je nach Anwendungsfall etwa zwischen robotor- oder schleppkettentauglichen Leitungen wählen und bewegliche Anlagenteile, wie Robotergreifarme oder Förderstrecken, anwendungsgerecht verkabeln. Das Produktprogramm umfasst geschirmte wie ungeschirmte Leitungen und Steckverbinder. Als Standardleitung setzt Phoenix Contact im Bereich der Sensor-/Aktor-Verkabelung auf halogenfreie Leitungen aus Polyurethan (PUR). Diese Leitung eignet sich für Einsatzbereiche in Verpackungsanlagen der produktfreien Zone – bedingt durch gute Schleppkettenwerte, gute Öl- und Hydrolysebeständigkeit, Halogenfreiheit sowie eine Flammwidrigkeit nach UL FT2.

Zum Anschluss von Sensoren und Aktoren in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie bietet Phoenix Contact ein durchgängiges System. Neben den konfektionierten Leitungen im Hygienic- und Wash-Down-Design enthält es konfektionierbare Steckverbinder, Wanddurchführungen und passive Verteilerboxen im Wash-Down-Design. Die gesamte Steckverbinderfamilie wurde für die Reinigungsabläufe in diesen Applikationen konzipiert und ist gegen alle handelsüblichen Reinigungsmittel beständig.