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Fachartikel

Lückenlose Werkstoffbasis für alle lebensmitteltechnischen Anwendungen

LEBENSMITTELTECHNIK WERKSTOFFE –
Die industrielle Herstellung und Verarbeitung von Lebensmitteln stellt hohe und genau definierte Anforderungen an die dort eingesetzten Anlagen und deren Komponenten. Olivenöl, Kakao, Nüsse, Milch, tiefgekühlter Fisch oder Fleisch erfordern neben unterschiedlichen Verfahren der Zerkleinerung, der Mischung, des Transports usw. auch jeweils spezifische Reinigungsverfahren. Dichtungen und Kunststoffbauteile, die hier eingesetzt werden, müssen mit verschiedensten chemischen Verbindungen und Temperaturen von -50 °C bis 150 °C verschleißarm und anwendungssicher funktionieren. Darüber hinaus sind gesetzlich geforderte Standards einzuhalten. Um all dies leisten zu können, werden nur drei Werkstoffgruppen benötigt.


Thermoplastische Elastomere, Elastomere und Thermoplaste decken alle am Markt üblichen Anforderungen an Dichtungswerkstoffe in der Lebensmittelindustrie ab. Das ist das Ergebnis mehr als zwanzigjähriger Erfahrung und stetiger Weiterentwicklung auf diesem Gebiet. Für diese Werkstoffbasis liegen Tests der physikalischen Eigenschaften und der chemischen Widerstandsfähigkeit vor.

Hart im Nehmen: Thermoplaste
Vom Tiefkühlbereich mit Temperaturen ab – 200 °C, die nur in Sonderfällen erforderlich sind, bis hinauf zu 260 °C stehen ThermoPlaste zur Verfügung, die sich auch für die Verarbeitung von Rohstoffen wie Olivenöl, Zucker, Nüssen oder Kakaobutter eignen. Sämtliche dieser Thermoplaste lassen sich sowohl mit den gebräuchlichen CIP-Chemikalien als auch mit bis zu 100 °C heißem, destilliertem Wasser oder teilweise auch mit Dampf reinigen. Darüber hinaus verfügen sie über die neuesten EU-Zulassungen EC 1935/2004, EC 10/2011 (EC 2002/72) und sind FDA-konform.

Pneumatikzylinder im Easy-Clean-Design mit Dichtabstreifer Profil A11-ECD
Pneumatikzylinder im Easy-Clean-Design mit Dichtabstreifer Profil A11-ECD.( Bild: SKF )
Zum Einsatz kommen diese harten und nichteigenelastischen Werkstoffe hauptsächlich bei der Fertigung von Buchsen und anderen kunststofftechnischen Bauteilen, die hohen mechanischen Beanspruchungen unterliegen. Mit SKF Ecopaek steht ein Polymer (PEEK) mit hoher Zugfestigkeit, Steifigkeit, hoher Wärmeformbeständigkeit sowie guten Gleit- und Reibungseigenschaften zur Verfügung. Im Hinblick auf Festigkeit und Steifigkeit übertrifft dieser Werkstoff, insbesondere bei hohen Temperaturen, die meisten technischen Kunststoffe. Prozesstemperaturen bis ca. 85 °C sind auch für Ecowear kein Problem.

Dank seiner hohen Abriebfestigkeit und Kriechstabilität eignet sich Ecowear besonders gut für die Abdichtung schmierungsfreier Systeme wie Homogenisatoren und von Systemen mit hohen Betriebsdrücken. Bauteile und Gehäuse lassen sich mit Ecotal realisieren, einem POM-Werkstoff, der auch bei wechselnder Beanspruchung ermüdungsfest bleibt und bis zu einer Temperatur von 100 oc sicher eingesetzt werden kann.

Mehr als nur Gummi
Die zweite Werkstoffgruppe bilden Elastomere. SKF bietet hier verschiedene Varianten unter der Hauptbezeichnung Ecorubber an. Diese Gummiwerkstoffe, deren Einsatzbereich von -50 °C (Ecorubber-3 85A-b-FG) bis zu 200 °C (Ecorubber-2 85A-b-FG, auch in weiß verfügbar) reicht, kommen überall dort zum Einsatz, wo hohe Temperaturen und chemische Prozesse den Einsatz von Polyurethanen ausschließen. Die weißen Werkstoffvarianten bieten zusätzlich de Vorteil, dass Anhaftungen leicht mit bloße Augenschein erkennbar sind und dunkl Abriebspuren vermieden werden.

Die Beinah-Alleskönner
Besonders vielseitig im Einsatz ist die dritt und letzte Werkstoffgruppe der Thermopla tischen Elastomere (TPU). Verfügbar in de Varianten rot, opak und blau bieten dies TPCJ im Bereich von -50 °C bis 110 °C hohe
Profil-in-unterschiedlichen-Werkstoffen-nach-Anwendungsanforderung
Profil-in-unterschiedlichen-Werkstoffen-nach-Anwendungsanforderung


Abrieb- und Verschleißfestigkeit bei außerordentlicher Chemikalienbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber Hydrolyse. Aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften eignen sich die H-ECOPUR-Werkstoffe nicht nur für Anwendungen mit hoher Abrasion wie etwa durch nusshaltige Schokolade oder Milchprodukte mit Fruchtkernanteil, sondern auch für Hochdruckanwendungen. Ihr günstiges Abriebverhalten empfiehlt diese Werkstoffe besonders gut für die Fertigung von multifunktionalen All-in-One-Bauteilen. Bei diesen Dichtungslösungen sind die Dichtlippen oder -wulste direkt an den Grundkörper angesetzt, wodurch keine zusätzlichen Nuten zum Einschnappen der Einzeldichtungen mehr benötigt werden.

Dadurch werden Nutspalten beseitigt und die Reinigung erleichtert. Veranschaulichen lässt sich dies am Beispiel eines in eine Nut eingeschnappten O-Rings, gegenüber einem direkt angeformten Dichtwulst z.B. am Ventilkörper. Spezielle ECOPUR-Typen und fluorierte Elastomere sind resistent gegenüber öl- und wasserhaltigen Lebensmitteln. Der kürzlich neu vorgestellte ECOPUR 95A-bl-FG-Werkstoff ist „vegan” (ADI-free) und erfüllt neben der FDA-Konformität auch die strengen Anforderungen der EU-Richtlinie EC 1935/2004. Seine blaue Farbe, entsprechend dem in der Lebensmittelindustrie verwendeten Farbton, erleichtert ebenfalls die Detektion anhaftender Lebensmittelrückstände.

Der neue PU-Dichtungswerkstoff
Allerlei Know-how steckt in dem neuen Polyurethan-Compound für den Einsatz in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. SKF Economos bietet erstmals einen hochwertigen Dichtungswerkstoff auf PU-Basis an, der die strengen Anforderungen der EU-Richtlinie EC 1935/2004 erfüllt. Der blaue Dichtungswerkstoff ECOPUR 95A-bl FG ist darüber hinaus auch FDA-konform. Mit dem Material können Abstreifer, Rotations-, Kolben- und Stangendichtungen für die Fleischverarbeitung sowie sehr widerstandsfähige Dichtelemente für die Getränke-, Milch- und Schokoladenindustrie nach anwendungsspezifischen Vorgaben gefertigt werden. Wie schon die bewährte FDA-konforme Variante H-ECOPUR verfügt auch ECOPUR 95A-bl FG über eine hohe Verschleiß- und Reißfestigkeit sowie über einen niedrigen Druckverformungsrest.

Darüber hinaus deckt der neue Werkstoff das Temperaturspektrum von -50°C bis +110°C ab. Im Prozess machen sich diese hervorragenden mechanischen Eigenschaften durch verlängerte Standzeiten bemerkbar: ein zusätzlicher Vorteil für Anlagenhersteller und Anwender in der Food and Beverage Industrie. PU-Dichtungswerkstoffe von SKF Economos verfügen darüber hinaus über eine gute Resistenz gegenüber Reinigungsmedien wie beispielsweise 3% Natronlauge bis 85°C. Neben den genannten PU-Werkstoffen bietet der Dichtungsspezialist ein breites Spektrum zusätzlicher Werkstoffe für lebensmitteltechnische Anwendungen an, darunter Elastomere, PTFE und Compounds sowie Thermoplaste und verschiedene weitere Spezialmaterialien. Zu den lieferbaren Konformitäten gehören unter anderem FDA Ş 177.2600, CFR 21, USA, EC 1935/2004, EC 10/2011 (EC 2002/72) oder BfRXXI/4. (XXXIX/1) BGA. Aufgrund des SKF-Seal-Jet-Fertigungsverfahrens lassen sich Dichtungslösungen aus dafür geeigneten Werkstoffen spanend oder auch als auch gespritzte Großserien herstellen.
3D-Druck und CNC-Drehtechnik - SKF Economos Deutschland GmbH
3D-Druck und CNC-Drehtechnik – SKF Economos Deutschland GmbH


Dichtelemente, die für die Konstruktion bzw. die Erprobung von Maschinen erforderlich sind, müssen oft in kürzest möglicher Zeit zur Verfügung stehen. Auf diese Anforderung antwortet das Dreistufen-Modell der „Sealing solutions from SKF“. Basis hierfür ist ein deutschlandweites Netz von Niederlassungen bzw. Vertriebsmitarbeitern, das kurze Wege sowie eine große Kundennähe sicherstellt.

In der ersten Stufe erfolgt die kundennahe Produktentwicklung in den Niederlassungen für Vor- und Kleinserien. Hierfür steht entsprechendes Fachpersonal zur Produktauslegung und zur schnellen Umsetzung zur Verfügung. Durch die CNC-basierte Drehtechnologie mit integrierter Dichtungssoftware und SKF SEAL-JET-Maschinen können kostspielige Prototypenwerkzeuge und Wartezeiten auf Mustermengen aus Spritzgießwerkzeugen eingespart werden.

Die zweite Stufe für höhere Mengen oder besondere technische Anforderungen wird zentral am Hauptsitz in Bietigheim umgesetzt. Dort werden wirtschaftlich sinnvolle Mengen von ca. 500 bis 40.000 Teilen profilbezogen auf teilautomatisierten CNC-Maschinen gefertigt. Parallel und ergänzend erhalten die Kunden auch produkttechnische Unterstützung in Form einer übergreifenden Anwendungstechnik.

Die dritte Stufe wird mit der konzerneigenen Werkstoffentwicklung am Standort Judenburg in Österreich umgesetzt. Hier erfolgen die Polymerisation und die Granulierung der Rohstoffe zur Weiterverarbeitung für die Halbzeugfertigung. „Rohstoffnah“ werden außerdem Spritzteile und Großdichtungen gefertigt.
Zwei Jahre nach Projektbeginn sind einige Normelemente der Produktfamilie Hygienic Design von Ganter zertifiziert und mit dem HD-Symbol gekennzeichnet.
Zwei Jahre nach Projektbeginn sind einige Normelemente der Produktfamilie Hygienic Design von Ganter zertifiziert und mit dem HD-Symbol gekennzeichnet.


Partnered Engineering unterstützt den Weg zur marktgerechten Innovation

Strategiegetriebene Innovationen, beispielsweise um neue, attraktive Märkte zu erschließen, erfordern oft die Verbindung eigener und fremder Kompetenzen. Wie dies gelingen kann, zeigt die enge Zusammenarbeit eines Normelementeherstellers und eines Dichtungsspezialisten.

Normelemente wie Griffe, Hebel, Knöpfe und Stellfüße gehören seit Jahrzehnten zum Angebot des Herstellers Otto Ganter. Im Jahr 2015 entschloss sich der Hersteller, sein Produktportfolio um Elemente zu erweitern, die sich auch und besonders für hygienekritische Bereiche eignen. Typische Einsatzbereiche sind die Herstellung oder Verarbeitung von Lebensmitteln, die Produktion von Medikamenten, medizintechnischen Produkten, Farben, Lacken und andere hochreine Fertigungen. Mit dieser strategischen Entscheidung, auf neue, dem Unternehmen bislang unbekannte Märkte zu gehen, stellten sich auch neue konstruktive Herausforderungen.

Beginnend mit einem Stellfuß, der bislang für normale Industriemaschinen angeboten wurde, wollte der Hersteller erstmals eine Variante im sogenannten Hygienic Design entwickeln. Hygienic Design bringt seinen Anwendern interessante Vorteile: So verringert sich der Zeit- und Materialbedarf für regelmäßige Reinigungen stark und setzt Produktionszeit frei. Der Bedarf an Frischwasser, Energie und Reinigungsmitteln sinkt ebenso wie die Abwassermenge. Insgesamt lassen sich damit die Gesamtkosten reduzieren und Ressourcen schonen.

Durch die Kombination verschiedener Fertigungsverfahren ist eine Vielzahl von elastomeren
Formteilen und Dichtungs elementen in kurzer Zeit ohne Form werkzeuge realisierbar

Durch die Kombination verschiedener Fertigungsverfahren ist eine Vielzahl von elastomeren Formteilen und Dichtungs elementen in kurzer Zeit ohne Form werkzeuge realisierbar

Die neuen Kolbendichtungen aus X-Ecopur PS für
Hydraulikzylinder mit metrischen Abmessungen (MPV)...( Bild: SKF )

Dichtungsprofil R06-axial dichtender V-Ring für Rotationsanwendungen

Dichtabstreifer im Hygienic Design aus ECOPUR 95A-bIFG, EU-konform

Dichtabstreifer im Hygienic Design aus ECOPUR 95A-bIFG, EU-konform



Partnered Engineering

Ganter und SKF Economos arbeiteten von Anfang an Hand in Hand und tauschten fortwährend ihre Ideen, Informationen und Ergebnisse aus. So entstand Schritt für Schritt die marktreife Lösung. Zunächst präsentierte Ganter seinem Entwicklungspartner einen Prototyp des neuen Stellfußes. SKF Economos glich die erforderlichen Anwendungsparameter mit seiner umfangreichen, selbstentwickelten Werkstoffbasis ab und beriet seinen Partner zu den EU-Regularien. Über die erforderliche Resistenz gegenüber den in der Praxis verwendeten CIP- Reinigungschemikalien und die gewünschten physikalischen Eigenschaften ließ sich so schnell Klarheit gewinnen.

Das von Ganter gemeinsam mit einem FDA- konformen HNBR-Werkstoff gewählte Ecopur-95A-bl FG ist nicht nur FDA-konform, sondern erfüllt auch die strengeren Anforderungen der EU-Richtlinie EC 1935/2004. Das blaue Material ist gegenüber Wasser und CIP-Lösungen bis circa 60 Grad Celsius beständig und verfügt über eine hohe Langzeit-Formstabilität – Eigenschaften, die es zum idealen Bestandteil von Hygienic-Design-Lösungen machen. Beide Werkstoffe lassen sich an den CNC-Maschinen des Dichtungs- herstellers spanend bearbeiten oder spritzgießen.Um die Bandbreite seiner Fertigungsmöglichkeiten zu benennen, spricht SKF Economos von einem Machined-to moulded-Konzept, das sein selbst entwickeltes Seal-Jet- Verfahren ermöglicht. Die charakteristischen Vorteile bestehen in der schnellen und kostengünstigen Verfügbarkeit von einsatzfähigen Prototypen und der Skalierbarkeit von Losgröße eins bis zu beliebigen Serienmengen sowie auch Überführung in das Spritzgießverfahren. Ideale Voraussetzungen für Zertifizierungsverfahren.

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