Verwendung mikroben- und hydrolysebeständiger Pneumatikschläuche zur Vereinfachung von Automatisierung und Robotik in der Lebensmittelverarbeitung

Der Einsatz von Pneumatikschläuchen in der Lebensmittelautomation und -robotik ist mit erheblichen Herausforderungen in Bezug auf Hygiene, Haltbarkeit, Leistung und Wartung verbunden. Mikroben- und hydrolysebeständige Pneumatikschläuche, die auch knickfest sind, können die Installation von Automatisierungsanlagen und Robotern vereinfachen und beschleunigen und die langfristige Zuverlässigkeit verbessern.

Zu den weiteren wünschenswerten Merkmalen von Pneumatikschläuchen in der Lebensmittelverarbeitung gehören die hervorragende Flexibilität, die Eignung für den Einsatz in Energieketten, Steckanschlüsse, die die Installation und Demontage für Neukonfiguration und Wartung erleichtern, sowie die Verfügbarkeit in verschiedenen Farben, einschließlich transparenter Schläuche zur Überwachung der Systembedingungen.

Die Schläuche müssen sehr widerstandsfähig gegen chemische Desinfektionsmittel und Hochdruck- und Hochtemperaturspülungen sein, die in der Lebensmittelverarbeitung verwendet werden, und sie müssen alle entsprechenden FDA-Anforderungen erfüllen.

Dieser Artikel beschreibt, wie PUN-H-Pneumatikschläuche von Festo die zahlreichen Anforderungen an Automatisierungsanlagen und Robotik in der Lebensmittelindustrie erfüllen.

Die aus modifiziertem Polyurethan hergestellten PUN-H-Pneumatikschläuche sind äußerst vielseitig und können kleine Biegeradien tolerieren, wodurch sie sich ideal für kompakte Installationen eignen. Polyurethan ist von Natur aus hydrolysebeständig und ist von der FDA für die Verwendung in der Lebensmittelproduktion zertifiziert.

Aufgrund seiner Flexibilität eignet sich PUN-H für bewegliche Teile, wie z. B. Energieketten, sowie für allgemeine pneumatische Anwendungen in der Biotech-, Pharma- und Kosmetikindustrie, aber auch für Standardanwendungen in der Automobil-, Elektronik- und Chemieindustrie.

Schläuche der Serie PUN-H sind in einer Vielzahl von Farben sowie in einer transparenten Version erhältlich (Abbildung 1). Zu den Standardfarben gehören Blau, Blau/Schwarz, Gelb, Grün, Natur, Rot, Silber und Schwarz. Sie werden auch in transparenten Versionen angeboten, darunter blau, gelb, grün und schwarz.

Abbildung 1: Pneumatikschläuche der Serie PUN-H von Festo sind in verschiedenen Farben und in transparenten Optionen erhältlich. (Bildquelle: Festo)

Schwarze Schläuche der Serie PUN-H sind UV-beständig und für Außenanwendungen geeignet. Die transparenten Schläuche geben den Maschinenführern einen unmittelbaren Einblick in die Qualität der Druckluft. Verunreinigungen wie Partikel, Wasser oder Öl sind leicht zu erkennen. Kondenswasser zeigt zum Beispiel an, dass sich Feuchtigkeit im System befindet. Feuchtigkeit ist in den meisten Sicherheitsstandards für die Lebensmittelverarbeitung nicht zulässig. Sie kann auch die Lebensdauer der pneumatischen Komponenten verkürzen.

PUN-H-Schläuche sind für den Transport von Druckluft, Vakuum und Wasser ausgelegt. Sie haben einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +60°C. Ihr Betriebsdruckbereich variiert mit der Temperatur. Die maximale Druckstufe von 1,0 MPa (10 bar / 145 psi) gilt für Temperaturen zwischen -35°C und +30°C. Im Hochtemperaturbereich von +30°C bis +60°C sinkt die maximale Druckangabe auf 0,6 MPa (6 bar / 87 psi).

Sie sind in neun Größen mit Außendurchmessern (OD) von 2 bis 16 mm erhältlich und werden auf Rollen geliefert, die je nach Außendurchmesser der Schläuche unterschiedlich lang sind. Das Modell PUN-H-3X0,5-BL-500 zum Beispiel hat einen Außendurchmesser von 3 mm und wird in einer Standardlänge von 500 Metern geliefert. Das Modell PUN-H-12X2-SW-200 hat einen Außendurchmesser von 12 mm und wird in einer Standardlänge von 200 Metern geliefert. DigiKey kann Schläuche nach Maß auf kürzere Längen zuschneiden.

Die Verwendung eines modifizierten Polyurethanmaterials ist die Ursache für die hohe Flexibilität und Elastizität der PUN-H-Schläuche. Es kann stärker als andere Materialien gebogen werden, ohne dass es faltet oder sich dauerhaft verformt.

Die inhärente Flexibilität von PUN-H erleichtert die Installation in engen Räumen und reduziert die Maschinen- und Installationsgrößen. Das Material ist hydrolysebeständig, verhindert Rissbildung und gewährleistet Langlebigkeit und zuverlässigen Betrieb. Die mikrobielle Beständigkeit des FDA-gelisteten, lebensmittelgeeigneten modifizierten Polyurethans in Verbindung mit seiner hervorragenden Beständigkeit gegen Reinigungsmittel macht es zu einem idealen Material für Lebensmittelverarbeitungs- und -verpackungssysteme, bei denen es zu häufigem Kontakt mit Wasser kommen kann.

Überlegungen zur Installation

Als Faustregel für die Installation von Pneumatikschläuchen gilt, dass der Schlauch nur so lang wie nötig und so kurz wie möglich sein sollte, damit er nicht gedehnt werden kann. Außerdem können zu große oder zu kleine Schlauchdurchmesser sowie zu kleine Biegeradien zu geringeren Durchflussraten führen.

Verschiedene Größen von Schläuchen können unterschiedliche Durchflussmengen und unterschiedliche Biegeradien unterstützen. Um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Systems zu gewährleisten, ist es wichtig, die Schlauchgröße auf die jeweilige Anwendung und die Installationsanforderungen abzustimmen.

Beim Biegen von Schläuchen der Serie PUN-H gibt es zwei kritische Faktoren: den strömungsrelevanten Biegeradius (Rd) und den minimalen Biegeradius (Rmin). Diese Unterscheidung ist wichtig für die Konstruktion von Maschinen mit PUN-H-Schäuchen. Rmin bezieht sich auf die strukturelle Integrität des Schlauchs, und Rd entspricht den Durchflussraten, die er unterstützen kann.

Festo hat spezifische Tests für Rd und Rmin entwickelt (Abbildung 2):

• Um Rd zu messen, wird der Schlauch gebogen, bis eine Abflachung des Außendurchmessers (A.D.) von 5% entsteht. Die Durchflussmenge wird nicht verringert, bis der Rd-Wert erreicht ist.
• Zur Messung von Rmin wird der Schlauch mit einer beweglichen Platte so lange gebogen, bis sich ein Knick bildet, der dem Rmin-Wert entspricht, was zu einer erheblichen Verringerung des Durchflusses führt.

Abbildung 2: Schlauchbewegungen zur Bestimmung von Rd (links) und Rmin (rechts) (Bildquelle: Festo)

Verbindungen herstellen

Die QS-Steckverbindungen (Anschlüsse) für PUN-H-Pneumatikschläuche verfügen über eine Innenspannzange mit Greifzähnen, die den Schlauch festklemmen, um die Verbindung zu sichern. Durch Drücken des Schnelltrennmechanismus wird der Greifmechanismus gelöst, so dass der Schlauch eingeführt oder entfernt werden kann.

Sowohl die Verbindung als auch der Schlauch können mehrfach wiederverwendet werden. Einige Verbindungsmodelle haben Steckverbindungen auf der einen Seite und Gewindeanschlüsse auf der anderen Seite.

QS-Verbindungen sind in verschiedenen Geometrien erhältlich, darunter gerade, T-förmige, Y-förmige und abgewinkelte Versionen, um den spezifischen Systemanforderungen gerecht zu werden. Einige Beispiele sind:

• QS-6, gerade Steckverbindung (Abbildung 3)
• QST-1/8-4, T-Steckverbindung
• QSYL-1/4-10, Y-Steckverbindung
• QSML-M5-6, rechtwinklige Steckverbindung

Abbildung 3: Gerade Steckverbindung QS-6 für PUN-H-Schläuche. (Bildquelle: Festo)

Nicht nur für Neuinstallationen

PUN-H-Schläuche von Festo können eine entscheidende Komponente bei der Nachrüstung und Aufrüstung bestehender pneumatischer Systeme sein, die zur Herstellung, Verarbeitung, Verpackung und Lagerung von Lebensmitteln, Medikamenten, Nahrungsergänzungsmitteln und anderen Produkten eingesetzt werden. Diese Aufrüstungen können erforderlich sein, um die Anforderungen des FSMA (Food Safety Modernization Act) der FDA (Food and Drug Administration) und die aktuellen cGMP-Vorschriften (current Good Manufacturing Practice) der FDA zu erfüllen.

Das FSMA ist ein umfassendes Regelwerk ohne eine einzige Frist für die Einhaltung. Die Verordnungen haben gestaffelte Fristen, von denen einige bereits verstrichen sind, während andere erst 2028 in Kraft treten. Die cGMP-Leitlinien hingegen werden im Sinne einer kontinuierlichen Verbesserung laufend aktualisiert, um sie an neue Technologien, wissenschaftliche Fortschritte und die sich verändernden Belange der öffentlichen Gesundheit anzupassen. In beiden Fällen können Schläuche der Serie PUN-H ein kosteneffizienter Teil von konformen Lösungen sein.

Zwei Schläuche können besser sein als einer

Zwei Schläuche werden in Anwendungen wie doppelt wirkenden Pneumatikzylindern und Greifern in Roboter- und Automatisierungsprozessen verwendet, die sowohl Vorwärts- (Ausfahren) als auch Rückwärtsbewegungen (Einfahren) erfordern. Einer der Schläuche liefert Druckluft, der andere bläst die Luft ab, um die Bewegung bei Anwendungen wie Teilehandhabung, Sortierung und Verpackung zu steuern.

Wenn ein Schlauchpaar benötigt wird, können Entwickler die Schläuche der Serie PUN-H-DUO von Festo nutzen. DUO-Schläuche weisen dieselbe hohe Flexibilität, Hydrolysebeständigkeit und lebensmitteltauglichen Eigenschaften auf wie herkömmliche PUN-H-Schläuche und eignen sich daher für den Einsatz in der Lebensmittelverarbeitung, Biotechnologie, Pharmazie, Kosmetik und anderen Branchen. Die Verwendung verbundener Schlauchpaare vereinfacht die Verlegung und macht Kabelbinder überflüssig. Die Schläuche lassen sich leicht teilen, was das Anbringen von Verbindungsstücken vereinfacht.

Die Schläuche der Serie PUN-H-DUO sind mit einem Außendurchmesser von 4, 6, 8 und 10 mm erhältlich, was einem Innendurchmesser von 2,6, 4,0, 5,7 bzw. 7,0 mm entspricht. Das Modell PUN-H-10X1,5-DUO zum Beispiel hat zwei Schläuche mit 10 mm Außendurchmesser und wird als 50-Meter-Rolle geliefert (Abbildung 4).

Abbildung 4: Dieser PUN-H-DUO hat zwei Schläuche mit 10 mm Außendurchmesser und wird als 50-Meter-Rolle geliefert (Bildquelle: Festo)

Wenn der Kontakt mit Lebensmitteln eine Rolle spielt

PUN-H-Schläuche von Festo sind für den Einsatz in lebensmittelverarbeitenden Betrieben geeignet, sollten aber nicht verwendet werden, wenn ein Kontakt mit Lebensmitteln zu erwarten ist. Wenn ein Kontakt zu erwarten ist, können Maschinenentwickler auf Schläuche der Serie PUN-H-F zurückgreifen, wie z. B. das Modell PUN-H-F-10X1,5-BL, gepaart mit einem lebensmitteltauglichen Steckanschluss wie dem Modell NPQR-DK-M7-Q4.

Schläuche der Serie PUN-H-F bieten die gleiche Mikroben- und Hydrolysebeständigkeit wie normale PUN-H-Schläuche und sind außerdem knickbeständig. Sie werden aus FDA-gelisteten Materialien hergestellt, die nach FDA 21 CFR 177.2600 zertifiziert sind, und sind vollständig lebensmitteltauglich, d. h. es erfüllt sowohl die FDA-Vorschriften als auch die EU-Vorschriften (EG) 1935/2004. Die Anschlüsse der Serie NPQR sind aus Edelstahl gefertigt, entsprechen der Verordnung (EG) 1935/2004 und sind nach NSF 169 zertifiziert (Abbildung 5).

Abbildung 5: Beispiele für PUN-H-F-Schläuche mit NPQR-Anschlüssen. (Bildquelle: Festo)

Wie die Standardschläuche PUN-H lassen sich auch die Schläuche der Serie PUN-H-F mit Hilfe der NPQR-Verschraubungen leicht ein- und ausbauen, was die Installation und Wartung beschleunigt. Der unverlierbare, gekammerte O-Ring in den Anschlüssen verhindert Leckagen.

Fazit

Die knickfesten Schläuche der Serie PUN-H sind einfach zu installieren und werden in verschiedenen Größen und Farben angeboten. Aufgrund ihrer Hydrolyse- und Mikrobenbeständigkeit eignet es sich gut für die Automatisierung und Robotik in der Lebensmittelverarbeitung und anderen Branchen. Für Anwendungen, die zwei Schläuche benötigen, bietet Festo den PUN-H-DUO an, der die Konstruktion und Installation der Maschine vereinfacht. Entwickler können auf PUN-H-F-Schläuche zurückgreifen, wenn ein Kontakt mit Lebensmitteln zu erwarten ist.

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