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Polysoude 5. Internationales „High Purity Industry Symposium“ - Fachwelt erneut beeindruckt

Redakteur: Jürgen Schreier

La Baule (js) – Konzept aufgegangen, Teilnehmer wie Veranstalter hoch zufrieden, gerne jederzeit wieder: Das ist das Fazit des 5. Internationalen „High Purity Industry Symposium“ vom 13. bis 15. Juni 2007 im französischen La Baule an der Atlantikküste.

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Tiefe Einblicke: Dünnwandig-rostfrei – Anlagen, Rohrleitungssysteme sowie Fügetechnik für Lebensmittel-, Getränke-, Kosmetik-, Pharmaindustrie standen im Brennpunkt des 5. Internationalen „High Purity Industry Symposium“. Bild: Krones
Tiefe Einblicke: Dünnwandig-rostfrei – Anlagen, Rohrleitungssysteme sowie Fügetechnik für Lebensmittel-, Getränke-, Kosmetik-, Pharmaindustrie standen im Brennpunkt des 5. Internationalen „High Purity Industry Symposium“. Bild: Krones
( Archiv: Vogel Business Media )

Nur sieben Monate nach der ebenso erfolgreichen Veranstaltung für den holländisch/flämischen Sprachraum folgten erneut 80 Fachleute der Einladung des Veranstalters Polysoude, Nantes, zum deutschsprachigen Symposium. Die Teilnehmer – Anlagenkonstrukteure, -bauer und -betreiber aus der Lebensmittel-, Getränke-, Kosmetik und Pharma-Industrie sowie der Bio- und Feinchemie – kamen aus Deutschland, Österreich, der Schweiz, den Niederlanden sowie der Slowakei.

Dem eigenen Anspruch folgend hatte der Marktführer mit Anlagen und Komponenten zum automatisierten Orbital-Rohrschweißen wieder ein Programm mit acht qualifizierten Vorträgen und vier spannenden Workshops zu bieten. Ganz gleich aus welcher Sicht die Vortragenden aus Deutschland, Österreich und der Schweiz die Belange des Anlagenbaus in den einzelnen Branchen auch beleuchteten, die Vorträge den Bogen auch spannten, eine stetig wiederkehrende Erkenntnis hat sich eingeprägt: Die Schweißtechnik ist die Querschnittstechnologie für alle schlechthin; das automatisierte Orbitalschweißen sollte immer das Mittel der Wahl sein, wenn die Fügeaufgabe „dünnwandig-rostfrei“ lautet.

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Immer mehr Normen und Verfahrensanweisungen schreiben es ausdrücklich vor. Dabei reichen die Gründe von Qualität und Artgleichheit der Verbindung über deren ausgezeichnete Oberflächenbeschaffenheit und Korrosionsbeständigkeit bis hin zur Reinigung des Rohr-/Anlagensystems. Mehr als einmal machten dabei in Vorträgen wie in Diskussionen die in allen „High Purity Branchen“ inzwischen zum Begriff gewordenen fünf Kriterien für eine gute Schweißnaht die Runde: „Sicher, hygienisch, aseptisch, steril, partikelfrei“.

Auch die Inhalte der Workshops spiegeln die Aussage des Zitats wider: Edelstahl und Rouging – Qualitätssicherung im Spannungsfeld zwischen Engineering/Planer, Anlagenbauer und deren Zulieferer sowie Betreiber – Anlagenreinigung und Kontrolle der Wirksamkeit – ASME BPE: Weshalb sind aus diesem Standard abgeleitete Grenzwerte auch für die Lebensmittel- und Getränke-Industrie sinnvoll?

Was das automatisierte Orbitalschweißen leisten kann, wie es funktioniert und wie Technik und Anlagen die fünf Kriterien erfüllen, erfuhren die Teilnehmer während der abschließenden Exkursion zur Ideenschmiede und Produktionsstätte von Polysoude im nahegelegenen Nantes. Dabei gestattete das Unternehmen seinen Gästen auch schon einen Blick auf eine Innovation: Im Herbst wird die brandneue mobile Orbital-Schweißstromquelle P4 am Markt eingeführt. Dank automatischer Programmerstellung einfach zu bedienen, wird das Fügen von Rohren mit ihr noch komfortabler, sicherer und wirtschaftlicher, die Qualität der Verbindungen weiter erhöht.

Acht Vorträge – acht Highlights

Unter dem Titel „Engineering für Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharma-Industrie (Hygiene ist planbar)“ gab Dipl.-Ing. Martin Eßmann, Geschäftsführer der Planttech Engineering GmbH, Einblicke in die Grundlagen, Risikoanalyse sowie Planung und Ausführung von Reinstwasser-Systemen. Er berichtete, was schon der Anlagendesigner gegen mikrobiologisches Wachstum tun kann, wie laminare oder turbulente Strömungen Keime oder Partikel anlagern beziehungsweise abtransportieren.

Dabei zog ein sonst eher abstrakter Begriff die Aufmerksamkeit der Teilnehmer auf sich: Die Reynoldszahl „Re“ die das dimensionslose Verhältnis der Trägheits- zu den Reibungskräften beschreibt. Auch die größten Risiken und Fehlerpotenziale in der Anlagenplanung sprach Eßmann an und nannte qualifizierte Maßnahmen zu deren Vermeidung. Danach gefragt, sah auch er – wie alle Vortragenden – wenn, dann nur marginale Unterschiede in der Planung für die Lebensmittel- und für die Pharma-Industrie.

An der Oberfläche

„Oberflächenbeschaffenheit von Rohrleitungssystemen in der Lebensmittel- und Pharma-Industrie“, das Thema von Dipl.-Ing. Florian André, Henkel Beiz- und Elektropoliertechnik GmbH & Co KG, Österreich, beleuchtete die medienberührten Oberflächen von Anlagenkomponenten aus austenitischen Edelstahllegierungen 316L, 904L etc. in sensiblen Lebensmittel- und Pharmabereichen. Hier müssen die Oberflächen neben besonderen konstruktiven Bauteilausbildungen auch den besonderen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit sowie der uneingeschränkten Reinigungs- und Hygienefähigkeit genügen.

So werden langfristig problemfreie Produktionsbedingungen gesichert und der Bedarf an Reinigungschemikalien minimiert. Von daher müssen diese Edelstahloberflächen exakt definierte Eigenschaften aufweisen, wodurch die Reproduzierbarkeit beim Herstellen von Bauteilen gewährleistet ist. Die verschiedenen technischen Ausführungen von austenitischen Edelstahloberflächen (Kaltwalzen, Kaltziehen, mechanisch Schleifen/Hohnen, Strahlen, chemisch Beizen, elektrochemisch Polieren) erlauben die detaillierte Definition der Oberflächen, klare Unterscheidungen ihrer Funktion in Abhängigkeit von ihrer Herstellungsart und gestatten eine Prognose des Bauteilverhaltens in der langfristigen Produktion. Dass die Rohrkomponenten automatisiert orbital zu schweißen sind, hat Andre seinem Vortrag vorangestellt.

Rund ums Rohr

Dr. Rudolf Morach, Ciba Spezialitätenchemie AG, Schweiz, bereicherte nun schon zum dritten Mal das „High Purity Industry Symposium“ diesmal mit seinem Vortrag „Richtlinien für Rohrleitungssysteme in der Pharma-Industrie“. Er gab Einblicke in Hintergründe, aus denen weltweit Richtlinien entstanden sind, deren aktuelle Zwecke, Geltungsbereiche und Positionierung während eines Projektablaufs (Design Qualification, DQ, Installation Qualification, IQ und Operational Qualification, OQ).

Auch erläuterte Morach die Anforderungen, die global anerkannte Regelwerke und Richtlinien vorgeben, wie sie Qualität sichern und den Anlagenbau bestimmen. Im Detail beschrieb er Vor- und Nachteile der angewandten Regelwerke sowie welche Werke wie und wann bei Ciba herangezogen werden. Dabei qualifizierte er die Regeln von EHEDG, ISPE, ASME BPE, ISO, nach Inhalten, Spezifikation von Werkstoffen (metallisch und aus Kunststoff – hierbei ging er selbst auf Details wie Dichtungsmaterialien ein), Fügeverfahren, Oberflächen, Prüfungen und Bewertungen.

Weitere Vorschrifteninhalte waren die Fertigungsmethoden vom Materialhandling über das Schweißen, Reinigen und Nachbehandeln, Druck- und Dichtheitsprüfung bis hin zur normgerechten Dokumentation. Letztlich erhielt der interessierte Teilnehmer auch noch Tipps und Empfehlungen zur Reinigung der Rohrleitungssysteme.

Auch für den schweißtechnischen Anteil in einem Rohrleitungssystem war die Aussage klar: Wann immer möglich orbital schweißen.

Wo sitzt die Mikrobe?

Der selbständige Berater und vereidigte Sachverständige, Dr. Herbert Bendlin, betrachtete die „Mikrobiologie in Wasser führenden Systemen“. Auch wenn er eingangs die Mikrobiologie als wenig exakte Wissenschaft beschrieb, waren seine Ausführungen sehr präzise: „Was ist Mikrobiologie?“, „Welche Größen erreichen die Mikroorganismen (Bakterien, Schimmelpilze, Hefen, Viren)?“, „Wo und warum fühlen sich Mikroorganismen besonders wohl?“.

Nach diesem „Grundlehrgang“ stellte Bendlin den praktischen Zusammenhang zwischen Topografie der Materialoberfläche und den daraus resultierenden Nistmöglichkeiten für Mikroorganismen vor. Er erläuterte den Mittenrauwert „Ra“, beschrieb die Vorteile des Elektropolierens in diesem Zusammenhang sowie die Biofilmbildung an der Rohrinnenwand bei laminarer wie bei turbulenter Strömung des Mediums. Schlussfolgerung: Selbst ursprünglich sehr gute Oberflächen können durch fehlerhafte Bearbeitung des Materials oder schlechter Planung der Anlage zum Brut- und Tummelplatz von Mikroorganismen werden. Durch ungeeignete Komponenten (zum Beispiel Kugelventile), nicht homogene Schweißnähte, tote Stichleitungen, falsche/unzureichende Strömungsgeschwindigkeit, ungeeignetes Dichtungsmaterial, schlechte/ungenügende Reinigungsmöglichkeiten des Systems. Zu allen Punkten bot er praktische Lösungen.

Reinigungsgerechte Schweißnaht

Auf den Punkt, was das Schweißen von Apparaten und Rohrleitungen in der Lebensmittel- und Getränke-Industrie betrifft, kam Dipl.-Ing. Jürgen Hofmann, Mitglied des Executive Committee der EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group). Mit seinem Vortrag „Reinigungsgerechte Schweißnaht“ stellte er die EHEDG-Guideline Nr. 35 vor. Diese brandneue Richtlinie für das Fügen der Edelstahlrohre, in denen später Nahrungsmittel und Getränke fließen, legt das automatisierte WIG-Orbitalschweißen zu Grunde. Nur mit diesem Hightech-Verfahren hergestellte Rohrverbindungen kommen der Forderung nach der „idealen“ Schweißnaht wirklich nah. Damit reduziert sich die Gefahr von Produktablagerungen im Produktionssystem erheblich; die Schweißnaht lässt sich nahezu ebenso gut reinigen wie die glatte Rohrinnenfläche.

Da die „absolut ideale Schweißnaht“ aus praktischen Gründen aber nicht vollständig erreichbar ist, definiert die Guideline Nr. 35 sowohl quantitative wie geometrische Werte für die Qualität reinigungsgerechter Schweißungen: Spaltgrößen, Kantenversatz, äußere und innere Konkavität sowie Konvexität, unzulässige Bindefehler, Schweißnahtbreite und -ausbildung. Darüber hinaus verbietet die Richtline Risse und Kavitäten, das „Wandern“ des Lichtbogens sowie Einschlüsse. Sie gibt aber zugleich auch Ratschläge, wie all diese Einflüsse zu vermeiden sind, welche noch akzeptablen Anlauffarben der Naht durch welches Formiergas erzielbar sind.

Hofmann beschrieb in seinem Vortrag auch schon die fachmännische Nahtvorbereitung, referierte über standardisierte Arbeitsanweisungen und das Heften – auch dies muss schon unter dem Schutz von Formiergas geschehen. Selbst das Ausrichten der Bauteile und die Reinigung der Schweißnahtenden werden in der Richtlinie zur „reinigungsgerechten Schweißnaht“ beschrieben.

Hygienekriterien bei Durchflussmengenmessern

Hervorragende Einblicke, wie mit dem automatisierten Orbitalschweißen Anlagenkomponenten höchster Qualität entstehen, gab Dr. Wilhelm Staudt, Endress + Hauser Flowtec AG, Schweiz. Präzise beschrieb er in seinem Vortrag „Hygienekriterien bei der Konzeption von Durchflussmengenmessern in der Lebensmittel-, Pharma- und Biochemie-Industrie“ die Konstruktions- und Fertigungsmethoden, welche den Durchfluss-Messgeräten des Unternehmens letztlich zu weltweiter Geltung verholfen haben. Vom Design, den festgeschriebenen Standards, dem Material, der geforderten Oberflächengüte und wie sie erreicht wird bis hin zum Herstellungsprozess reichten seine Ausführungen, die selbst den zulässigen Ferritgehalt in der Schweißnaht auf das Prozent genau beschrieben.

Toleranz im Blick

Einer, dessen tägliches Brot das perfekte Edelstahlrohr für die Lebensmittel- und Pharma-Industrie ist, ist Rolf-Dieter Schulze, H. Butting GmbH & Co. KG. Entsprechend tiefgründig waren die Ausführungen des Mitglieds im DIN-Ausschuss „Lebensmittel und Pharma“. In seinem Vortrag „Nicht rostende geschweißte Rohrleitungen in der Lebensmittel- und Pharma-Industrie“ informierte er über Werkstoffe, Anforderungen, Normen und Toleranzen sowie über die Qualität von Prozessen – vom Walzwerk bis zur Auslieferung der fertigen Rohre: Vom ersten Schritt, der Auswahl des „geeigneten“ Werkstoffs, den Materialanalysen für die „V2A“- und „V4A“-Rohre, deren Loch- und Spannungsriss-Korrosionsbeständigkeit, den definierten Rautiefen der Rohrinnenflächen bis hin zur Richtlinie für Maße und Grenzabmaße nach DIN 11850.

Diese Norm hat in ihrem Entwurf von 2006 die bisher gültige Fassung von 1999 wesentlich verändert. Auszug in Sachen „Beschreibung Schweißnahtausführung“: Die Schweißnaht ist wanddickengleich eingeebnet und geglättet auszuführen. Überlappungen zwischen Schweißgut und Grundmaterial sind unzulässig. Sie darf weder Durchtropfung, nicht durchgeschweißte Wurzelspalten, Überlappung und Kantenversatz, offene Poren, Schlackenreste und Walzspuren aufweisen. Die angegebenen Mittenrauwerte sind in Längsrichtung gemessen. Bei den Ausführungen BC und BD ist zusätzlich anzugeben, ob das Rohr blank geglüht oder matt gebeizt ist. In diesem Zusammenhang wies er auf Unabwägbarkeiten mit dem Laser geschweißter Rohre hin.

Schulzes Fazit nach 45-minütigem Vortrag: „Die Bitterkeit schlechter Materialauswahl und unsachgemäßer Verarbeitung wirkt häufig noch lange nach, wenn die Süße der niedrigen Einkaufspreise schon längst vergangen ist“.

Sicherung von Schweißverbindungen

„Qualitätskriterien zur Sicherung von Schweißverbindungen (hochrein, dünnwandig)“, der Abschlussvortrag von Ing. Franz Hofmeister, Magna Steyr, Österreich, passte vordergründig so gar nicht zum Thema „Pharma + Food“. Mit der Fülle der Praxisbeispiele, deren schweißtechnische Lösungen, der Werkstoffauswahl bis zur Prüfung bewies der Verantwortliche für Qualitätssicherung und Schweißaufsicht bei der Magna-Sparte Space Technology sehr wohl, wie viel „High Purity“ auch in anderen Branchen steckt und was man gegenseitig voneinander lernen kann.

So sind die Anforderungen an die Schweißnaht eines Rohrsystems für die Raumfahrt mit Sicherheit nicht geringer als in der Lebensmittel- oder Pharma-Industrie: Der geringste Fehler, die geringste unzulässige Verunreinigung im System und eine millionenschwere Mission im All scheitert, Fluggerät samt Inhalt sind für immer verloren.

Entsprechend hoch liegt die Messlatte für jeden einzelnen Verfahrensschritt wie für die Produktionsbedingungen. Diese übertreffen die einschlägigen Normen der „High Purity Branchen“ in vielerlei Hinsicht und sind somit Vorreiter dieser Industriezweige. Von Beginn der Raumfahrt bis heute hat Polysoude die schweißtechnischen Entwicklungen in der Raumfahrttechnik aktiv mit geprägt – für NASA, ESA, MBB-ERNO, DASA, EADS, wie auch für Magna Steyr.

Innovative Fügetechnik – vom Reinraum bis zum Kraftwerk der Zukunft

Immer mehr Normen und Regelwerke für die „High Purity“-Industrien schreiben das automatisierte Orbitalschweißen ausdrücklich vor. Zudem wären viele Innovationen, die der Apparatebau für diese Branchen hervorbringt, ohne das rundum sichere und saubere Fügen mit der Orbitaltechnik nicht denkbar.

Diese Tatsache wird auch von speziellen Lösungen in weiteren Domänen des Orbitalschweißens belegt – in der Luft- und Raumfahrttechnik, der Öl- und Gas-Exploration sowie im Kraftwerksbau. Letzterer erfährt zurzeit weltweit einen spürbaren Aufschwung; dies gilt für konventionell wie für atomar betriebene Projekte. Auch dabei kommt dem Orbitalschweißen eine besondere Rolle zu: Ohne diese Technik wären die geforderten sicheren und reproduzierbaren Qualitäten der Verbindungen in den kilometerlangen Rohrsystemen nicht denkbar. Dies gilt am einfachen Kessel- wie beim gewaltig dimensionierten Hochdruckrohr. Hier betragen die Wandstärken der Rohre bis zu 200 Millimeter.

Für die Kraftwerksgeneration der Zukunft hat die Materialforschung neue warmfeste Werkstoffe hervorgebracht (zum Beispiel den in Europa entwickelten Stahl E911 [9%Cr, 1%Mo, 1%W], auch als P92 bekannt). Polysoude hat bereits die Fügetechnik für diese Werkstoffe entwickelt: Orbital-Engspaltschweißen mit Heißdrahtzusatz und spezieller Brennertechnik/-steuerung. Erste Anlagen fügen damit P92 in der Forschung wie in der Praxis.

Technische Lösungen für das Kraftwerk der Zukunft sollen 2008 zentrales Thema eines weiteren Symposiums in La Baule sein. Im Spätherbst dieses Jahres will Polysoude dazu Entscheider aus Energiewirtschaft und Kraftwerksbau einladen.

Interessenten bietet Polysoude die CD-ROM mit allen Vorträgen des diesjährgen Symposiums kostenlos an. Anfragen per Fax, E-Mail oder Telefon an: Andrea Husson, Polysoude S.A.S., Tel. (++33) 240681174, Fax: (++33) 240681188, a.husson@polysoude.com

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