Olivenöl-Abfüllanlage, Bild: iStockphoto.com/efesantik

Abfüllanlage für Olivenöl: Nicht nur in der Lebensmittelindustrie, auch auf dem Sektor der Pharmazie steigen die Anforderungen an die Dichtungen. Um die Taktzeiten zu drücken, greifen die Hersteller zu aggressiven CIP-Medien. (Bild: iStockphoto.com/efesantik)

Heutzutage ist es mit einer generellen Medienbeständigkeit bei Dichtungen nicht mehr getan. Diese ermöglicht zwar zum Beispiel den Einsatz in fetthaltigen Medien oder auch in den, für elastomere Dichtungswerkstoffe kritischen, Aromastoffen und ätherischen Ölen. Daneben müssen die Dichtungen aber auch im CIP- und SIP-Verfahren einsetzbar sein (CIP: Cleaning in place; SIP: Sterilisation in place). Die Wechselwirkungen zwischen den abzudichtenden Medien und den teilweise sehr aggressiven Desinfektions- und Reinigungsmitteln oder dem im Sterilisationsprozess eingesetzten Heißwasserdampf mit einer Einsatztemperatur von bis zu 149 Grad Celsius stellen eine enorme Materialbelastung dar. Deshalb versagen hier auf Dauer viele elastomere Dichtungen.

Die Anforderungen an elastomere Dichtungen in der Lebensmittelindustrie und der pharmazeutischen Industrie werden komplexer. Durch die kontinuierliche Reduzierung oder gar den Wegfall von Konservierungsstoffen müssen die im Produktionsprozess auftretenden Verschmutzungen in den Rohrleitungen, Ventilen, Pumpen und anderen Komponenten mit immer stärkeren Reinigungsmitteln im CIP-Verfahren beseitigt werden. Gleichzeitig werden die Produktionszyklen zugunsten einer erhöhten Produktivität verkürzt. Deshalb muss der Reinigungsprozess ebenfalls beschleunigt werden. Dies erreichen die Unternehmen über noch aggressivere CIP-Medien, was die Dichtungshersteller vor eine große Herausforderung stellt. Denn diese Verfahren beanspruchen Elastomerwerkstoffe enorm und nur wenige sind dagegen im langfristigen Einsatz beständig und verfügen gleichzeitig über die notwendigen Zulassungen nach FDA und USP Class VI.

Die Anforderungen in der Pharmaindustrie und Biotechnologie sind noch höher anzusetzen. Hier werden beispielsweise vollentsalztes Wasser, kurz VE-Wasser, sowie Highly Purified Water oder gar WFI (Water-for-Injection) zunehmend zur Standardanforderung. Für die elastomeren Dichtungen in diesen Anlagen stellt der Kontakt mit Reinstwasser – und hier insbesondere mit der reinsten Form, dem WFI, eine Extremsituation dar. Bei WFI handelt es sich um vollends entmineralisiertes Wasser. Es beansprucht und beschädigt Materialien, indem es versucht, den Kontaktwerkstoffen die Mineralien zu entziehen. Auch hier gibt es nur wenige Dichtungswerkstoffe, die im langfristigen Einsatz beständig sind und gleichzeitig über die Freigaben nach FDA und USP Class VI verfügen. Deshalb verlangen die Anwender und Konstrukteure immer öfter Nachweise über die Eignung in den eingesetzten Anwendungen sowie Bescheinigungen oder konkrete Aussagen über bestimmte Beständigkeiten der Werkstoffe.

Einsatzspektrum erweitern

In der Lebensmittelindustrie werden sehr häufig EPDM-Dichtungswerkstoffe eingesetzt, da diese gegenüber Heißwasser oder Wasserdampf relativ beständig sind. Ein Nachteil ist ihre geringe Resistenz gegenüber Fetten. Bei höheren Fettgehalten werden deswegen FKM-Werkstoffe bevorzugt. Diese wiederum haben jedoch Schwächen beim Einsatz mit Heißwasser oder Wasserdampf – ein schwieriger Balanceakt für Anwender und Konstrukteure.

Der Hersteller C. Otto Gehrckens, kurz COG, hat für den Lebensmittel- und Pharmabereich die Produktlinie Hygienicseal entwickelt, für die er ausschließlich spezielle Hochleistungswerkstoffe für die besonderen Anforderungen dieser Branchen verwendet. Die Produktlinie enthält drei Werkstoffe: die EPDM-Werkstoffe AP 302 und AP 306 sowie den FKM-Werkstoff Vi 780. Alle drei 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 Grad Celsius erfolgreich getestet und nicht, wie häufig im Markt üblich, nur bis 70 Grad Celsius.

Dichtringe aus Vi 780, Bild: COG
Der Dichtungswerkstoff Vi 780 ist geeignet für WFI-Wasser sowie SIP- und CIP-Prozesse. Bild: COG

Darüber hinaus erfüllen AP 302 und Vi 780 auch die Kriterien nach 3-A Sanitary Standard Class II und der FKM Vi 780 sogar nach Class I. Zudem sind alle Werkstoffe WFI-Wasser-geeignet und verlässlich im Einsatz mit SIP- und CIP-Prozessen. Somit eignen sie sich für ein weites Einsatzspektrum. Der AP 306 rundet das EPDM-Produktprogramm des Herstellers nach oben hin ab. Er weist niedrige Migrationswerte und geringe Quellwerte auf und hat den Test auf Zytotoxizität bestanden (nach ISO 10993 Teil 5).

Mit dieser Werkstoffkombination bietet der Hersteller eine Lösung an, welche die meisten Anwendungen in diesen Branchen abdeckt. Der EPDM-Compound AP 302 ist speziell für den Einsatz mit flüssigen oder schwach fetthaltigen Medien konzipiert worden. Er ist von -40 Grad Celsius bis 150 Grad Celsius einsetzbar. Sollte der Fettanteil der eingesetzten Medien über 30 Prozent liegen, so empfiehlt sich der FKM-Dichtungswerkstoff Vi 780. Er ist gegenüber Aromastoffen und ätherischen Ölen sowie, für FKM-Werkstoffe untypisch, gegen Heißwasserdampf- und Heißwasser gut beständig. Die Volumenquellung fällt dabei so gering aus, dass der Compound in die engen Einbauräume der Sterilverschraubungen eingebaut werden kann, die dem Hygienic Design entsprechen.

Beständigkeiten und Temperatur

Generell muss ein Konstrukteur oder Anwender berücksichtigen, dass die Beständigkeiten der elastomeren Dichtungswerkstoffe von den 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. Eine vorbehaltlose, pauschale Aussage über die Einsatzmöglichkeiten von Werkstoffen ist nicht immer möglich. Hier können vorab Tests für eine Grundsicherheit sorgen, sowie erfahrene Anwendungstechniker beratend weiterhelfen, um die optimale Dichtungslösung zu finden.