Hygienic Design in der Prozessautomation: Grundlagen, Normen und Auswahlkriterien für lebensmitteltaugliche Automatisierungskomponenten

Dichtungswerkstoffe stellen eine besondere Herausforderung dar. EPDM, FKM (Viton) und Silikon sind weit verbreitet, weisen jedoch unterschiedliche Beständigkeiten gegenüber Temperaturen und Chemikalien auf. Bei der Auswahl müssen Betriebstemperatur, CIP-Temperatur (Cleaning-in-Place), verwendete Reinigungsmittel und Kontaktzeit berücksichtigt werden. Die EHEDG-Richtlinie Nr. 32 gibt konkrete Empfehlungen zur Qualifizierung von Elastomeren in hygienetauglichen Anwendungen.

Schutzarten, Reinigungsverfahren und ihre Auswirkungen auf die Sensorik

Automatisierungskomponenten in der Nassverarbeitung — also in Bereichen, die regelmäßig mit Wasser, Reinigungsschaum oder Dampf gereinigt werden — müssen mindestens die Schutzart IP69K nach DIN EN 60529 erfüllen. Diese Klasse bescheinigt den Schutz gegen Hochdruckwasserstrahl mit 80 bar bei 80 °C aus einem definierten Abstand und Winkel. Für Trockenverarbeitungsbereiche, etwa in der Mehlverarbeitung, kann IP54 oder IP65 ausreichend sein, sofern keine Nassreinigung stattfindet.

CIP- und SIP-Verfahren (Sterilization-in-Place) stellen besondere Belastungen dar. Temperaturen von bis zu 140 °C beim SIP sowie stark alkalische oder saure Medien erfordern, dass alle verbauten Sensoren — Druckmessumformer, Temperaturfühler, Füllstandssensoren, Durchflussmessgeräte — entsprechend qualifiziert sind. Zu bevorzugen sind dabei Sensoren mit vollverschweißten Prozessanschlüssen ohne Toträume, zertifiziert nach EHEDG Typ EL Class I für inline-reinigte Komponenten. Die Einbaulage spielt ebenfalls eine Rolle: Sensoren sollten so montiert werden, dass keine Produktreste in Totvolumina eingeschlossen werden können.

Steuerungsarchitektur und Hygienic Design: Schaltschränke, Kabelführung und Feldebene

Auch die nicht-produktberührenden Komponenten der Automatisierungsebene — Schaltschränke, Feldverteiler, Kabelkanäle — müssen nach hygienischen Gesichtspunkten ausgelegt sein. Freistehende Schaltschränke in Nassverarbeitungsbereichen werden auf Sockelrahmen mit ausreichendem Abstand zum Boden montiert, um eine vollständige Reinigung der Umgebung zu ermöglichen. Gehäuse aus Edelstahl mit abgeschrägten Dachflächen verhindern das Ansammeln von Produktresten oder Reinigungsmittelrückständen auf horizontalen Flächen.

Kabelführungen werden bevorzugt als geschlossene Edelstahlwannen mit Gefälle oder als zugelassene Kunststoffkanäle mit glatten Innenoberflächen ausgeführt. Offene Kabelpritschen aus verzinktem Stahl sind in Nassverarbeitungsbereichen grundsätzlich ungeeignet. Für die Feldebene bieten dezentrale I/O-Systeme mit kompakten, gekapselten Modulen Vorteile gegenüber klassischen Klemmkästen, da sich Verdrahtungsaufwand und damit auch potenzielle Schwachstellen reduzieren lassen. Feldbussysteme wie PROFINET oder EtherNet/IP sind dabei gegenüber älteren Signalleitungsarchitekturen im Vorteil, weil sie mit deutlich weniger physikalischen Verbindungspunkten auskommen.

Zertifizierung, Dokumentation und praktische Auswahlkriterien

Beim Einkauf von Automatisierungskomponenten für lebensmittelverarbeitende Anlagen ist die Vorlage eines EHEDG-Zertifikats oder einer 3-A-Zertifizierung ein verlässliches, wenn auch nicht abschließendes Auswahlkriterium. Die EHEDG unterscheidet zwischen Typprüfungen für spezifische Baureihen und allgemeinen Designbewertungen. Beide Verfahren werden von akkreditierten Prüfinstituten durchgeführt und dokumentieren die Reinigbarkeit sowie die Werkstoffeignung. Wichtig ist, dass Zertifikate immer auf die konkrete Baugröße und Werkstoffkombination bezogen sind — eine Übertragung auf ähnliche, aber nicht identische Varianten ist nicht zulässig.

Für die interne Qualifizierung empfiehlt sich die systematische Bewertung jeder Komponente anhand eines Hygienic-Design-Kriterienkatalogs, der Werkstoff, Oberflächenrauheit, Spaltgeometrie, Reinigbarkeit, Schutzart und Medienbeständigkeit abdeckt. Diese Bewertung sollte bereits in der Planungsphase, spätestens jedoch in der Detailengineering-Phase einer Anlage erfolgen, da nachträgliche Änderungen an installierten Systemen erheblich teurer sind. Eine vollständige Dokumentation aller verbauten Komponenten mit Materialnachweis (Werkstoffzertifikat nach EN 10204 Typ 3.1 für produktberührende Teile) ist sowohl für interne Audits als auch für behördliche Überprüfungen unverzichtbar.

Praxis und Ausblick: Integration von Hygienic Design in moderne Automatisierungskonzepte

Mit zunehmender Digitalisierung der Produktion wächst die Zahl der eingesetzten Sensoren, Aktuatoren und vernetzten Komponenten in lebensmittelverarbeitenden Anlagen kontinuierlich. Industrie-4.0-Konzepte wie Condition Monitoring, digitale Zwillinge und vorausschauende Wartung erfordern zusätzliche Messpunkte — jeder davon ein potenzieller hygienischer Schwachpunkt, wenn er nicht sorgfältig ausgewählt und eingebaut wird. Die frühzeitige Einbindung von Hygienikexperten und die konsequente Anwendung von Hygienic-Design-Prinzipien bereits im Konzeptstadium sind deshalb kein optionaler Aufwand, sondern eine wirtschaftliche Notwendigkeit.

Gleichzeitig treiben Hersteller von Automatisierungstechnik die Entwicklung hygienetauglicher Komponenten voran: kompaktere Bauformen, standardisierte hygienische Steckverbinder nach VDMA-Einheitsblatt 24979, sowie integrierte Reinigungsüberwachung durch Sensorik zur Restfeuchtemessung zeigen, wie sich technische Innovation und Hygienekonformität verbinden lassen. Für Planer und Betreiber gilt: Hygienic Design ist kein Kompromiss zulasten der Automatisierungstiefe, sondern die Grundlage, auf der leistungsfähige, sichere und effizient betreibbare Produktionsanlagen in der Lebensmittelindustrie entstehen.