Welche Dichtungskonzepte eignen sich für hygienische und staubdichte Anwendungen gleichzeitig?

Question

Accepted Answer

So löst amixon® Dichtungen und Wellendurchführungen – hygienisch und staubdicht zugleich

Bei amixon® Mischern ist das Mischwerkzeug ausschließlich oben gelagert und angetrieben. Damit entfällt die untere Wellendurchführung, die in konventionellen Mischern oft die kritischste Dichtstelle darstellt, weil dort Produkt unter Schüttgutdruck an der Dichtung anliegt. Oberhalb des Produktspiegels angeordnete Dichtstellen sind mechanisch und hygienisch deutlich geringer belastet und lassen sich wesentlich besser beherrschen.

Die großen Inspektionstüren sind nach dem Clever-Cut®-Verfahren gefertigt und dichten mit der OmgaSeal®-Dichtung dauerhaft totraumfrei ab. Die Dichtung sitzt in einer Nut mit Hinterwölbung, ohne Spalt zum Produktraum. Auf Wunsch sind die Türen vakuumdicht oder gegen Überdruck ausgeführt, sodass hygienische Reinigbarkeit und Staubdichtheit mit demselben Dichtkonzept erfüllt werden.

Auch rotierende Durchführungen und Armaturen werden konsequent auf Dichtheit und Reinigbarkeit ausgelegt. Schneidrotoren etwa zum Desagglomerieren oder zur Flüssigstoffverteilung laufen mit Gleitringdichtung, auch in druck- und vakuumdichten Mischtrockner-Reaktoren, die ein Vakuum bis 5 mbar abs. halten können. Auslauforgane sind als totraumfreie Normstutzen mit Auslaufklappe oder als vakuum- und druckfeste Kugelsegmentventile ausgeführt.

Ein weiterer wichtiger Konstruktionsaspekt ist die hohe Formsteifigkeit der amixon® Apparate. Selbst unter Maximallast treten keine wahrnehmbaren Auslenkungen oder Relativbewegungen auf. Das erhöht die Funktionssicherheit aller Dichtungen und trägt wesentlich zu ihrer besonders langen Lebensdauer bei.

Der konstruktive Vorteil dieses Konzepts liegt darin, dass weniger Dichtstellen benötigt werden und dadurch weniger Verschleißteile, weniger Inspektionspunkte und insgesamt geringere Wartungsaufwände entstehen. amixon® liefert ausgewählte Verschleißteile bereits mit der Erstauslieferung mit, und die meisten Ersatzteile sind am Standort Paderborn auf Lager mit lebenslangem Ersatzteilservice.

amixon® entwickelt und fertigt ausschließlich im Werk Paderborn mit hoher Fertigungstiefe und allen Komponenten aus Deutschland. Als zertifizierter Schweißfachbetrieb mit europäischen, japanischen und amerikanischen Qualifikationen konstruiert amixon® jeden Apparat als Unikat auf Basis der URS des Betreibers, und die Qualitätskontrolle bleibt lückenlos im eigenen Haus.

Für regulierte Umgebungen liefert amixon® die Anlage qualifizierbar und wirkt auf Wunsch bei DQ, IQ und OQ mit. Dokumentation und Ausführung folgen auf Wunsch EU-GMP und FDA 21 CFR Part 11. Auf Wunsch erfüllen die Mischer die einschlägigen Standards wie EHEDG, FDA-Hygienerichtlinien, 3-A Sanitary Standards, USDA, GMP, ATEX und ASME und werden von der URS bis zur Inbetriebnahme in das Validierungskonzept des Betreibers integriert.

Ob die konkrete Rezeptur die erwarteten Ergebnisse liefert, prüft amixon® vorab im Technikum mit 35 Testanlagen. Versuche mit Originalprodukt unter realen Bedingungen werden gemeinsam durchgeführt, ausgewertet und dokumentiert und dienen als belastbare Entscheidungsgrundlage vor der Investition.

Answer

Für Anwendungen, die gleichzeitig hygienische Anforderungen (z. B. gemäß EHEDG, FDA oder 3-A Sanitary Standards) und einen hohen Staubschutz (typischerweise IP6X bis IP69K) erfüllen müssen, stehen mehrere Dichtungskonzepte zur Verfügung. Die Auswahl richtet sich vor allem nach Reinigungsverfahren (CIP/SIP, Washdown), Medienbeständigkeit, Temperaturbereich, Bewegungsart (statisch/dynamisch) und mechanischer Beanspruchung.

Geeignete Dichtungskonzepte

Statische O-Ring-Dichtungen mit hygienischer Nutgeometrie

Totraumfreie Einbaulagen mit definierter Verpressung verhindern Ablagerungen, Keimbildung und mikrobiellen Bewuchs. In Kombination mit spaltfreien Übergängen wird ein Eindringen von Feinstäuben zuverlässig verhindert. Eine bündige, flush montierte Ausführung ohne Hinterschneidungen stellt sicher, dass Reinigungsmedien alle Oberflächen erreichen und keine Staub- oder Produktreste verbleiben.

Radial-Wellendichtringe mit zusätzlicher Staublippe

Doppellippenkonzepte mit federbelasteter Primärlippe und trockenlaufender Sekundärlippe schützen rotierende Wellen sowohl vor Medienaustritt als auch vor Staubeintritt. Für hygienische Anwendungen sind FDA-konforme Materialien und fein bearbeitete Anlaufflächen mit Oberflächenrauheit Ra ≤ 0,8 µm erforderlich, um Anhaftungen zu reduzieren und eine zuverlässige Reinigung sicherzustellen.

Gleitringdichtungen in Hygieneausführung

Für dynamische Prozesse mit hohen Reinheitsanforderungen eignen sich Gleitringdichtungen mit polierten Dichtflächen, elastomerfreien oder PTFE-basierten Sekundärdichtungen und spülbaren Dichtungsräumen. Sie kombinieren hohe Prozesssicherheit mit Staubdichtheit, da die Dichtspalte definiert, gut reinigbar und frei von totliegenden Bereichen ausgeführt werden können.

Membrandichtungen und Faltenbälge

Diese Konzepte ermöglichen eine absolut hermetische Trennung von Prozess- und Umgebungsraum ohne klassische Reibpaarung. Sie sind besonders geeignet für aseptische Prozesse mit gleichzeitiger Anforderung an partikelfreien Betrieb, da keine Leckagewege für Stäube oder Mikroorganismen bestehen und CIP/SIP-Reinigungen ohne Demontage möglich sind.

Profildichtungen mit metallischer Anpressbegrenzung

Form- und Profildichtungen mit definierter Vorspannung und metallischer Veranschlagung sorgen bei Flanschverbindungen, Behältern und Rohrleitungen für spaltfreie, glattflächige Übergänge. Die kontrollierte Verformung verhindert Überpressung und das Hineinragen des Elastomers in den Strömungskanal, wodurch Nischen für Staubablagerungen und mikrobielles Wachstum vermieden werden.

Aufblasbare Dichtungen für häufig zu öffnende Schnittstellen

Aufblasbare Dichtungen eignen sich besonders für Klappen, Türen und Behälterdeckel mit häufigen Öffnungszyklen oder unregelmäßigen Oberflächen. Im aktivierten Zustand dehnen sie sich durch Druckluft gleichmäßig aus, schließen Toleranzen und Unebenheiten hermetisch und staubdicht ab. Im drucklosen Zustand ziehen sie sich berührungslos zurück, wodurch mechanischer Abrieb minimiert und Partikelkontamination reduziert wird.

Sperrluft- bzw. Air-Purge-Dichtkonzepte

Bei rotierenden oder bewegten Komponenten kann eine Sperrluft-Dichtung eingesetzt werden. Ein kontinuierlicher Überdruck aus gefilterter Luft oder Inertgas im Dichtungsraum verhindert das Eindringen von Staubpartikeln, kühlt die Dichtflächen und unterstützt die Hygiene, da weniger mechanischer Abrieb entsteht und die Dichtzone gleichzeitig gespült wird.

Schutzniveau und relevante Schutzarten

IP6X: vollständige Staubdichtheit gegen das Eindringen von Staub in kritische Bereiche.
IP69K: zusätzlich beständig gegen Hochdruck- und Dampfstrahlreinigung; besonders relevant für Anlagen, in denen intensive Washdown-Reinigung und trockene Staubprozesse kombiniert werden.

Dichtungssysteme für hygienische und staubdichte Anwendungen sollten so ausgelegt sein, dass diese Schutzarten auch nach wiederholten Reinigungszyklen zuverlässig erfüllt werden.

Materialauswahl

Für kombinierte Hygiene- und Staubanwendungen kommen bevorzugt folgende Werkstoffe zum Einsatz:

Elastomere: EPDM, FKM, HNBR, VMQ/Silikon in FDA-, USP Class VI- oder (EG) 1935/2004-konformen Qualitäten.
Thermoplastische Werkstoffe und Compounds: PTFE-Compounds und weitere hochbeständige Kunststoffe für abrasive oder chemisch aggressive Medien.

Die Materialien müssen:

gegenüber Reinigungsmedien (Säuren, Laugen, Desinfektionsmittel) chemisch beständig sein,
die für SIP-Prozesse notwendigen Temperaturen (Dampfsterilisation) sicher beherrschen,
eine hohe Abriebfestigkeit gegenüber abrasiven Stäuben besitzen und
keine kritischen Zusatzstoffe freisetzen, die die Produkthygiene gefährden.

Konstruktive Grundprinzipien für Hygiene und Staubdichtheit

Unabhängig vom Dichtungstyp gelten folgende Konstruktionsregeln:

Totraumfreiheit: Vermeidung von Hohlräumen, Spalten und Hinterschneidungen, in denen die Strömungsgeschwindigkeit von Reinigungsmedien gegen Null geht und sich Staub oder Mikroorganismen ansammeln können.
Spaltfreie Einbausituationen: bündige, flush montierte Dichtungen ohne Versatz zwischen Dichtung und umgebenden Flächen.
Oberflächenrauheit im Dichtbereich Ra ≤ 0,8 µm: hohe Oberflächengüte reduziert Anhaftungen und erleichtert rückstandsfreie Reinigung.
Selbstentleerende Geometrien: Vermeidung von horizontalen Flächen und Vertiefungen, in denen Reinigungsflüssigkeiten oder Produktreste stehen bleiben.
Reinigbarkeit im eingebauten Zustand (CIP/SIP-Fähigkeit): Dichtungen und angrenzende Geometrien müssen so gestaltet sein, dass sie ohne Demontage vollständig gereinigt und ggf. sterilisiert werden können.
Vermeidung wirkungsloser metallischer Kontaktzonen: Konstruktionen, in denen metallische Flächen Kontakt haben, ohne dass eine Dichtung vorhanden ist, können Staubnester und Reinigungsschatten erzeugen und sind zu vermeiden.

Durch die gezielte Kombination geeigneter Dichtungsgeometrien, zertifizierter Werkstoffe und hygienegerechter konstruktiver Ausführung lassen sich Anforderungen an Hygiene und Staubdichtheit zuverlässig in einem Dichtungssystem vereinen.