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Polymere Dichtungstechnik

Stets frisch o'zapft – Dichtungssimulation hält Bier keimfrei

| Redakteur: Peter Königsreuther

Was für ein erfreulicher Anblick!...Doch bei aller Effektivität beim Abfüllen des drittbeliebtesten Getränks der Welt, ist penibel auf Hygiene zu achten. Sonst wird aus jedem am Weg des Bieres beteiligten Behälter oder Rohrsystem ein „Schneller Brüter“ und das goldene Nass ein Thema für die Kläranlage. Trelleborg Sealing Solutions zeigt, wie man mit ausgeklügeltem Know-how für die Dichtungsentwicklung, den Hals höchsten voll von frischem Bier hat.
Was für ein erfreulicher Anblick!...Doch bei aller Effektivität beim Abfüllen des drittbeliebtesten Getränks der Welt, ist penibel auf Hygiene zu achten. Sonst wird aus jedem am Weg des Bieres beteiligten Behälter oder Rohrsystem ein „Schneller Brüter“ und das goldene Nass ein Thema für die Kläranlage. Trelleborg Sealing Solutions zeigt, wie man mit ausgeklügeltem Know-how für die Dichtungsentwicklung, den Hals höchsten voll von frischem Bier hat. (Bild: Trelleborg)

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Der Welt liebstes Freizeitgetränk – nach Wasser und Tee allerdings – ist das „kühle Blonde“. Damit beim Abfüllen des Gerstensaftes alles hygienisch und verlustfrei läuft, simuliert man jetzt vorab das Dichtungsverhalten.

Millionen Liter Bier werden jedes Jahr weltweit gebraut, merkt Trelleborg Sealing Solutions, ein Dichtungsspezialist, an. Von der Maischpfanne über den Braukessel und Kühler bis zum Speichertank, komme man quasi ohne effektive Dichtungen nicht aus. Das Typenspektrum aus hochwertigen Polymeren reicht vom einfachem O-Ringe bis zum komplexen Formteil oder zur Formdichtungen – die Produkte von Trelleborg Sealing Solutions, heißt es weiter, gewährleisten dabei, dass das Bier auch sicher und hygienisch in die Flaschen, Dosen oder Fässer gelangt. Um die Prozesssicherheit seiner Produkte zu optimieren, nutzt Trelleborg die Finite-Elemente-Analyse (FEA), um das Verhalten von Formteilen unter Einbau- und Anwendungsbedingungen praxisnah zu simulieren. Denn so ließe sich bereits vor der Prototypenfertigung die Funktion einer Dichtung material- und zeiteffizient verbessern.

Keime am besten gleich im selbigen ersticken

Nicht zuletzt müssen die Abfüllanlagen quasi perfekt konstruiert sein, was auch die Dichtungsfunktion betrifft, wie Trelleborg weiter ausführt. Das stelle so seine Hürden auf, denn an einer einzigen Abfüll- und Verpackungslinie könnten bis zu 100.000 Behälter pro Stunde abgefertigt werden. Dabei muss es auch noch stets hygienisch zugehen. „In den meisten Fällen werden Dichtungen speziell für Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung konzipiert“, erklärt Martin Krüger, Area Sales Manager Industrial bei der Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH in Stuttgart. Das A und O sei es, „Toträume“ in und unter einer Dichtung oder in deren Umgebung zu vermeiden, weil dort die Gefahr bestehe, dass sich Bakterien oder andere Mikroorganismen ansammeln und von dort aus ihr schädliches Eigenleben in wuchernder Weise weiterentwickelten. Im schlimmsten Fall kommt es laut Krüger zur sogenannten Spontanifektion des Bieres, wodurch das kühle Nass ein Fall fürs Entsorgungsteam werde. Vom Produktionsausfall und dem Lieferengpass ganz zu schweigen. (Anmerkung der Redaktion: vor allem in Bayern, mit durstigem Blick auf die anstehende Biergartensaison!)

Martin Krüger, Area Sales Manager Industrial bei der Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH in Stuttgart, erklärt: „In der Regel werden Dichtungen speziell für Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung konzipiert. Wir nutzen dazu die Finite-Elemente-Analyse. Diese Simulaton bietet die Chance, in kürzester Zeit zu einer absolut einsatztauglichen Dichtung zu kommen, die lange durchhält.“
Martin Krüger, Area Sales Manager Industrial bei der Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH in Stuttgart, erklärt: „In der Regel werden Dichtungen speziell für Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung konzipiert. Wir nutzen dazu die Finite-Elemente-Analyse. Diese Simulaton bietet die Chance, in kürzester Zeit zu einer absolut einsatztauglichen Dichtung zu kommen, die lange durchhält.“ (Bild: Trelleborg)

Auch für Craft-Beer-Brauer ein Problemlöser

Mithilfe der FEA wird nach Aussage von Krüger dazu simuliert, wo sich Flüssigkeiten sammeln und wie diese „Attraktoren des Zusammenflusses“ vermieden werden können, um die Toträume und damit die Fälle von Spontaninfektion in Getränken zu reduzieren und außerdem die Zahl der Reinigungszyklen zu verringern. Letzteres entlaste die Dichtungen und verlängere ihre Lebensdauer.

Ein wachsender Trend in der Getränkeindustrie ist laut Krüger auch der Genuss von Craft Beer. Und auch bei diesem getränketechnischen Hype hilft die FEA bei der Dichtungsentwicklung natürlich weiter. Rund 17.700 (94 %) aller Brauereien weltweit ließen sich heute der Kategorie Craft-Beer-Hersteller zuordnen. Oft handelt es sich um Mikrobrauereien, die besonders kompakte Brau- und Abfüllanlagen benötigen. Die Dichtungssystem dafür müssen, wie Krüger erklärt, an die knapp bemessenen Einbauräume angepasst werden. Mit der FEA lässt sich das Verhalten von Dichtungen auch unter solch restriktiven Installations- und Anwendungsbedingungen simulieren.

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„In einem frühen Stadium kann man so prüfen, ob Formteile und Dichtungen die Leistungserwartungen erfüllen“, sagt Krüger. Das erspart zeitraubende Versuche und Testphasen. Hinzu komme, dass Dichtungskomponenten einzeln in Brau- und Abfüllanlagen integriert und an den Flüssigkeitsdurchsatz, die jeweilige Geometrie oder die Kostenerwartungen angepasst werden könnten.

Flourpolymerdichtungen trotzen Biermischgetränken

Ein weiteres Modephänomen ist die steigende Nachfrage nach Biermischgetränken. Um diesem Trend zu genügen, braucht es eingebaute Systeme, welche die flüssigen Bestandteile direkt in der Rohrleitung mischen, damit sie als homogenes Endprodukt abgefüllt werden können, so Krüger. Dichtungstypen für solche Prozesslinien müssten gegen verschiedene vorkommende Bakterien und Hefekulturen im Bier und folglich auch gegen Säuren in Limonaden und Fruchtsäften resistent sein. Unter solchen Bedingungen sei es äußerst schwierig, die Dichtungskompatibilität zu gewährleisten.

Dennoch erreicht man das Ziel zum Beispiel mit Dichtungen aus einem Perfluorelastomer (FFKM) wie Isolast von Trelleborg. Denn mit einem Terpolymer aus Monomeren, in dem alle Wasserstoffatome durch Fluor ersetzt werden, erhöht sich die chemische Beständigkeit des Werkstoffs durch den Mangel an Wasserstoff, lässt der Experte wissen. Die vernetzten Molekülketten kombinieren dabei die Elastizität und Dichtkraft eines Elastomers mit der chemischen Beständigkeit und thermischen Stabilität von Polytetrafluorethylen (PTFE).

Produktwechselspiel ohne Geschmacksverirrungen

Wichtig ist auch die universelle Kompatibilität von FFKM, weil Brauereien zunehmend kürzere Produktionsläufe wählen. Zwar würden Craft Beer und Biermischgetränke meist in kleineren Mengen produziert, aber ein und dieselbe Abfüllanlage genutzt, um verschiedene Arten von Bieren und Mischgetränken zu verarbeiten. Deshalb erfordern diese Systeme ein höheres Maß an Flexibilität. Das ist ein weiterer Grund, warum die entsprechenden Dichtungen gegen verschiedene Bestandteile von Bieren und Biermischgetränken resistent sein müssen, sagt Krüger.

Darüber hinaus sei vor jedem neuen Produktionslauf eine gründliche Reinigung und Sterilisation der Anlage erforderlich.Allerdings kann häufiges Reinigen mit aggressiven Mitteln eine Standarddichtung schnell zerstören. Und eine wirksame und langanhaltende chemische Beständigkeit, wie sie FFKM mit sich bringt, ist nicht zuletzt auch von großer Bedeutung, wenn es darum geht, die Übertragung von Geschmacks- oder Aromastoffen von einem Getränk zum anderen zu vermeiden, informiert der Trelleborg-Manager.

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