Kabel ist nicht gleich Kabel – schon beim Mantel gibt es Unterschiede zwischen PUR und PVC. Genauso wie beim Steckergehäuse bei Edelstahl, Zink-Druckguss oder Kunststoff. Jeder Werkstoff hat seine Vor- und Nachteile und so kommt es bei der Auswahl der richtigen Materialien für Verbindungslösungen immer auf die Anwendung an. Wie so oft ist dabei auch hier jede Lösung nur so stark wie ihr schwächstes Glied – und das ist häufig ein ungeeigneter Werkstoff. Das gilt besonders für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, in der es beim Verarbeiten und Verpacken von verderblichen Nahrungsmitteln auf hundertprozentige Hygiene ankommt. Hier sind auch bei Steckern, Kabeldurchführungen, Dichtungen und bei weiterem Zubehör Materialien gefragt, auf denen Bakterien keinen Halt finden und die nicht aufweichen, wenn sie mit heißem Dampf und aggressiven Reinigungsmitteln traktiert werden.
Der Kabelmantel bietet Schutz
Hohe Anforderungen gelten beim Mantel, denn dieser ist unmittelbar den Umwelteinflüssen ausgesetzt: Abrieb, Chemikalien, Reinigungsmittel, UV-Licht, extreme Temperaturen und vieles mehr. Das eine Material, das alle Anforderungen abdeckt, gibt es leider nicht. Der Werkstoff muss vielmehr genau zum Anwendungszweck ausgewählt werden. Für den Maschinenbau gibt es heute bewährte Leitungen mit Mänteln aus Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyurethan (PUR). Letzteres ist das Arbeitspferd bei Mantelmaterialien. Seine chemischen Bindungen gehören zu den festesten, die es gibt. Allerdings ist die Verarbeitung von PUR schwierig, sowohl bei der Herstellung des Kabels als auch bei der Konfektionierung, da sich der Mantel schlecht schneiden lässt. Außerdem ist das Material brennbar und teuer. Kompromisse, die die hohe Widerstandsfähigkeit von PUR mit der einfachen Verarbeitung von PVC vereint, sind zum Beispiel die Leitungstypen Ölflex 408P und Ölflex 409P, die einen PUR-Außenmantel sowie eine zwickelfüllende Funktionsschicht aus PVC haben.
Die Lebensmittelindustrie ist dabei besonders an der Beständigkeit gegen biologische Einflüsse wie Mikroben oder Pilze interessiert. In Käsereien dauert es mitunter nur Monate, bis die Bakterien, die den Käse reifen lassen, ein herkömmliches Kabel zersetzen und es zu Kurzschlüssen kommt. Dementsprechend gibt es Mantelmaterialien aus einem speziellen thermoplastischen Elastomer (TPE) wie bei den Robust-Leitungen von Lapp, auf denen Mikroben kaum Halt finden und die sich leicht reinigen lassen. Die glatte Oberfläche des Spezial-TPE basiert auf einer ausgeklügelten Mischung von Additiven, die mikroskopische Lücken im Material füllen und die auch bei heftiger Reinigung mit dem Dampfstrahler in der Kunststoffmatrix gebunden bleiben. Die Kombination aus festen Stoffen mit flexiblen Polymerketten dazwischen verleiht dem Gemisch gummiähnliche Eigenschaften, wobei die Verarbeitung so einfach wie bei Thermoplast ist. Manche andere Hersteller bieten für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie PUR-Leitungen an, die mechanisch sehr beständig sind. Andererseits ist PUR hydrophil, zieht also Wasser an, während das Spezial-TPE hydrophob ist.
Edelstahl ist nicht gleich Edelstahl
Bei Verschraubungen und Steckverbindern scheint der Fall klar, dass Edelstahl in der Lebensmittelindustrie das Material der Wahl ist, weil es Chemikalien sowie Reinigungsmitteln widersteht. Zudem rostet es nicht und es gibt keine Beschichtung, die irgendwann abblättern könnte. Ganz so einfach ist die Sache allerdings nicht, da Edelstahl nicht gleich Edelstahl ist. Gängiger V2A-Edelstahl ist beispielsweise relativ günstig, dafür aber doch nicht so chemisch beständig, weshalb etwa in chloridhaltigen Medien Flecken auf dem Metall entstehen können. Und gerade die Lebensmittelindustrie setzt gerne hypochlorige Säure ein, die sich zu Salzsäure zersetzt und organische Substanzen abtötet. V2A-Edelstahl ist dementsprechend in diesem Bereich ungeeignet. Dagegen gibt es mit V4A eine widerstandsfähigere Legierung, die unter anderem auch für teure Schweizer Armbanduhren verwendet wird. Sie ist extrem hart und widersteht Schlägen sowie der Reinigung mit harten Bürsten – wodurch der Nachteil wieder in der aufwändigeren Bearbeitung liegt. Dies liegt bei V4A besonders an den Legierungselementen Chrom, Nickel und Molybdän. Bei unbehandelter Oberfläche ist das Metall rauer, die Reibung ist höher und es ist nicht möglich, eine Schraube in ein Gewinde zu drehen – sie würde steckenbleiben. Lapp unterzieht seine Produkte aus V4A-Edelstahl, zum Beispiel die EHEDG-zertifizierte Kabelverschraubung Skintop Hygienic, deshalb einer speziellen Oberflächenbehandlung, die die Reibung verringert.
Druckguss als Alternative
Darüber hinaus ist Edelstahl nicht überall geeignet: Für Rechtecksteckverbinder kommt das Metall nicht infrage, weil sie aus dem vollen Block gefräst werden müssten. Beim Epic Ultra von Lapp besteht das Gehäuse des Steckers deshalb aus vernickeltem Zink-Druckguss. Dieses Material ist korrosionsbeständig und dementsprechend beispielsweise für Einsätze im Salznebel auf Ölbohrplattformen oder in der Lebensmittelindustrie geeignet. Bolzen und Bügel werden dagegen dennoch aus Edelstahl hergestellt, da hier die Beschichtung zu schnell abgerieben werden würde. Sie widersprechen zudem den Prinzipien des Hygienic Design, da sich in den Ecken und Kanten Partikel festsetzen können. Andere Verriegelungsmethoden sind allerdings nicht sicher genug oder nicht mit dem Standard kompatibel. Lapp empfiehlt deshalb, solche Steckverbinder nicht in der Produktzone zu verwenden, sondern nur in Bereichen, die nicht unmittelbar mit Lebensmitteln in Kontakt kommen. Manche Anwender weichen auch auf Kunststoffgehäuse aus, die zum Teil widerstandsfähig gegen Säuren und Laugen sind. Doch auch Kunststoffgehäuse können teuer sein, besonders wenn spezielles, aufwändiges Material erforderlich ist. In Anwendungen, in denen die elektromagnetische Verträglichkeit wichtig ist, ist Kunststoff ohnehin ungeeignet. Er müsste zum Schutz vor Störungen mit Metall beschichtet werden. In der Praxis sind die Ergebnisse hinsichtlich Abschirmung bei solchen Lösungen unbefriedigend.
Kautschuk oder Silikon
Wo Metall auf Metall stößt – etwa ein Steckverbinder auf einen Schaltschrank – sitzt in der Regel eine Dichtung. Sie muss in Bezug auf Temperatur- und Medienbeständigkeit vergleichbare Eigenschaften wie jene Materialien haben, aus denen die anderen Komponenten bestehen. Fluorkarbon-Kautschuk (FKM) ist beständig gegen Witterung, Alterung und Ozon sowie gegen Chemikalien und hält Temperaturen bis 200 °C aus. Allerdings ist es teuer und bei Minustemperaturen nur bis -20 °C geeignet. Wenn die Bedingungen moderat sind, ist Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) eine gute Alternative. Für Kühlhäuser oder andere sehr kalte Umgebungen ist aber Silikon besser geeignet. Darüber hinaus ist das Design der Dichtung ebenso wichtig wie das Material, da sich keine Rückstände in Ritzen oder Zwischenräumen festsetzen können sollen. Die Dichtungen der Skintop Hygienic passen sich deshalb der Form der Hutmutter an und schließen mit dieser bündig ab.
Anwender haben es also nicht immer leicht, die richtigen Produkte zu finden. Und viele ordern beispielsweise Edelstahl-Komponenten nur, um auf der sicheren Seite zu sein. Oder die Ansprüche werden zurückgeschraubt und verbesserte Standardprodukte eingesetzt, woraufhin diese häufig ausgetauscht werden müssen. Hier gibt es keinen Königsweg, nur ein sorgfältiges Abwägen aller Vor- und Nachteile. Die Experten von Lapp kennen ihre Produkte genau und sollten immer konsultiert werden, bevor sich ein Anwender für eine – möglicherweise ungeeignete – Variante entscheidet. ik
Weitere Informationen zu Lapp-Komponenten für die Lebensmittelindustrie:
http://hier.pro/2HLSJ
Hannover Messe 2018: Halle 11, Stand C03
