Ein Engineering-Partner für Spezialfälle
Published by Angst+Pfister on February 2021
Manchmal sehen gute und wirtschaftliche Lösungen anders aus als zunächst gedacht. Die Angst+Pfister-Ingenieure suchen im Dialog mit ihren Kunden Design-Ansätze, die mehrere Fliegen mit einer Klappe schlagen – im besten Fall günstiger als bisher. So verhilft eine neue Silikonabdeckung bei Vibrations-Dosierwaagen den Kunden von Coperion zu effizienteren Reinigungszyklen und vermindert so folgeschwere Hygienerisiken.
Das deutsche Unternehmen Coperion ist weltweit tätig und produziert auch in der Schweiz. Coperion stellt Extruder für die Kunststoff- und Nahrungsmittelindustrie her sowie Komplettlösungen für das Materialhandling. Das Tochterunternehmen Coperion K-Tron wiederum ist auf Dosier- und Förderlösungen spezialisiert. Nebst der Kunststoff- und Lebensmittelindustrie werden sie auch in der Pharmabranche angewandt. Zur Produktpalette gehören auch sogenannte Vibrations-Dosierwaagen.
«Diese Waagen übernehmen das hochgenaue und schonende Dosieren von freifliessendem Schüttgut – beispielsweise für Extruder», erklärt der Coperion-Ingenieur Urs Helfenstein.
Lösungen gemeinsam neu denken
Coperion gelangte an Angst+Pfister, um ein Formteil herzustellen, das den Antrieb der Dosierwaage abdecken soll – und hatte schon konkrete Vorstellungen und eine Skizze des Teils: Es sollte aus Silikon bestehen und auf der Bodenseite mit einer Metallplatte fixiert werden, um die Schnittstelle dicht abzuschliessen. Bei dieser Silikonabdeckung waren durchsichtige oder zumindest «halbtransparente» – und damit dünne – Wände gefragt. Durch den Silikon hindurch sollte nämlich ein Schild mit Seriennummer und Baujahr lesbar bleiben, damit die Abdeckungen bei Wartungsarbeiten nicht aufwendig entfernt und wieder montiert werden müssen. Dabei gilt: Je dicker der Silikon, desto milchiger wird er. Also durften die Wände der Abdeckung nur etwa zwei Millimeter dick sein. Die eingearbeitete Metallplatte war auch gedacht, damit die dünne Schutzabdeckung sich durch die Vibration nicht aufschwingt und wie ein Pudding wackelt, wenn die Vibration das Schüttgut vorwärts bewegt. So sollte das Silikonteil also gleich zwei typische Technologien aus dem Hause Angst+Pfister in sich vereinen: einerseits Dichtungstechnik, andererseits Schwingungstechnik.
Mit einer Länge von über fünfzig Zentimetern, seiner komplexen Geometrie, der geforderten Transparenz und spezieller Zulassungsanforderungen der amerikanischen Lebens- und Arzneimittelbehörde (United States Food and Drug Administration) standen die Angst+Pfister-Ingenieure vor einer Knacknuss. «Was uns bei der Machbarkeitsprüfung am meisten Kopfschmerzen bereitete, war die integrierte Metallplatte mit ihrem Gummi-Metall- Verbund», erzählt Marcello Gisler, Product Application Engineer der Angst+Pfister- Dichtungstechnik. Alles andere waren für ihn lösbare Herausforderungen. Zwar gibt es kaum Produzenten für solch grosse und komplexe Silikon-Formteile. Denn dafür werden riesige Werkzeuge und entsprechende Maschinen benötigt.
«Aber in unserem grossen Netzwerk mit erstklassigen Partnern wurden wir fündig», so Marcello Gisler. Nicht nur gross, sondern auch qualitativ sehr hochwertig musste das Formteil sein: Einerseits durfte die Gummimischung keine Bläschen beinhalten, damit sie ihre Transparenz nicht verliert. Andererseits mussten die Oberflächen strengen Hygieneanforderungen standhalten. Die Abdeckung sollte auch verhindern, dass Schmutz und Spritzwasser eindringt, damit die Geräte gut gereinigt werden können.
«Aus unserer Sicht war die Herausforderung, ein schwingendes Gerät mit möglichst geringer Dämpfung zu entwickeln, das Schmutzansammlungen verhindert und sich einfach reinigen lässt», erinnert sich Urs Helfenstein.
Alternativen finden, die sich rechnen
«Unsere Idee war, die Metallplatte wegzulassen – aus Kostengründungen und wegen der wesentlich einfacheren Herstellung. Stattdessen sollte die Abdeckung mit Silikonzapfen am darunterliegenden Blech befestigt werden. Gleichzeitig schlugen wir einen Silikon vor, der so transparent ist, dass das Schild dahinter trotz der dicken Wände noch lesbar bleibt», erzählt Tugba Bilgic Tune, Engineer Sealing Technology bei Angst+Pfister. Der Kunde führte daraufhin die notwendigen Schwingungssimulationen für dieses Design durch und platzierte die Silikonzapfen – mit zufriedenstellendem Ergebnis: auf das metallene Einlegeteil konnte tatsächlich verzichtet werden. Als Werkstoff für dieses Design wählten die Ingenieure einen transluzenten Silikon-Kautschuk (VMQ) mit Shore-A-Härte 50. Dieser hat eine FDA- Zulassung nach der Richtlinie 21 CFR (Code of Federal Regulations) Part 177.266 a) bis f) für Elastomer-Artikel. Das heisst, er entspricht einer Positivliste und besteht Migrationstests. Dank diesem Material mit der guten Transparenz konnten Marcello Gisler und Tugba Bilgic Tune die Wandstärken des Silikons erhöhen und somit auf die Metallplatte verzichten.
Coperion testete das Design zunächst mit einem Prototypen, der im Vakuumgussverfahren angefertigt wurde. Der Kunde gab dann grünes Licht für die neue Idee – denn ohne Metallplatte konnte die Abdeckung deutlich günstiger hergestellt werden. «Damit sind wir sehr zufrieden», sagt Urs Helfenstein. Im Dialog habe man gemeinsam sinnvolle Lösungen gefunden.
Design nach Hygiene-Richtlinien
Auch in Sachen Hygiene und Reinigung brachten sich Tugba Bilgic Tune und Marcello Gisler mit einer überzeugenden Lösung ein. «Die Abdeckung wird mit einer Vorspannung auf die Waage gepresst, damit sie die innenliegende Elektronik hermetisch abriegelt», erzählt Tugba Bilgic Tune. So habe man ein geschlossenes System geschaffen. Die Silikonabdeckung verhindert, dass Schmutz in Ritzen gelangen kann. So wird der Aufwand für die Reinigung auf ein Minimum reduziert. Coperion konnte mit Tests nachweisen, dass keine Flüssigkeit ins Gerät eindringt und es so die strengen Hygiene-Design-Anforderungen der Lebensmittel- und Pharmaindustrie erfüllt.
«Die Abdeckung umschliesst den ganzen Antrieb ohne Spalten oder Übergange», stellt Urs Helfenstein fest. Für Kunden bedeute dies effizientere Reinigungszyklen und geringere Hygienerisiken, die hohe Folgekosten haben könnten. «Coperion und Angst+Pfister sind beide Mitglieder bei EHEDG und verfügen über das notwendige Knowhow für hochhygienische Anwendungen», so Marcello Gisler. EHEDG ist eine europäische Branchenvereinigung, die sich der Hygiene in der Lebensmittelindustrie verschrieben hat.
Die Silikonabdeckung konnte Angst+Pfister schlussendlich in drei Dimensionen liefern – zwischen 30 und 54 Zentimeter. «Wir sind froh über die gute und wirtschaftliche Lösung unserer Problemstellung» – so das Fazit von Urs Helfenstein.
Fazit
Durch den Verzicht auf die Metallplatte und die Verwendung von durchsichtigen Silikonstopfen konnten die Kosten gesenkt und gleichzeitig die Funktionalität und die Einhaltung der FDA-Vorschriften gewährleistet werden. Das neue Design ermöglichte nicht nur eine erhebliche Kostenreduzierung, sondern verbesserte auch die Effizienz des Reinigungszyklus, was für Branchen mit strengen Hygienestandards wie Lebensmittel und Pharmazeutika entscheidend ist.
Die Zusammenarbeit zwischen Coperion und Angst+Pfister zeigt das Engagement, durch offene Kommunikation und gemeinsames Fachwissen praktische und umsetzbare Lösungen zu finden.
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