Antriebstechnik PFAS- und BPA-freie Bauteile nach Hygienic Design

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Die Regularien zu PFAS und BPA für Lebensmittelmaschinen werden strenger. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Hygienic Design. Igus entwickelte deshalb neue Werkstoffe und eine hygienegerecht ausgelegte Linearführung, die als weltweit erstes System ihrer Art eine EHEDG-Zertifizierung erhalten hat.

Eine wichtige Frage, die sich Konstrukteurinnen und Konstrukteure in der Lebensmittelindustrie stellen, ist die Wahl des Materials. Für einen Greifer in einer Verpackungsanlage einfach einen Kunststoff wählen, Hauptsache er ist robust genug? Das reicht längst nicht mehr. Denn die regulatorischen Anforderungen steigen. Zu berücksichtigen sind insbesondere die sogenannten per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS). Zu dieser Chemikaliengruppe zählen mehr als 10.000 künstlich hergestellte Stoffe, die in unserem Alltag allgegenwärtig sind. Sie kommen nicht nur in Beschichtungen von Pfannen und Regenmänteln vor, sondern auch in Kunststoffbauteilen von Lebensmittelmaschinen, etwa in Gleitlagern der Förderbänder.

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PFAS als Risiko für die Lebensmittelindustrie 

PFAS sorgen für Robustheit und Verschleißfestigkeit sowie eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Witterungseinflüssen, Chemikalien und Extremtemperaturen. Aber ihre lange Verweildauer in der Umwelt wird zunehmend als Problem erkannt, weshalb Behörden wie die ECHA an einem Verbot arbeiten. „Wir hören von vielen Maschinenbauern, dass ihre Kunden aus der Lebensmittelindustrie sicherheitshalber einen vollständigen Verzicht auf PFAS fordern“, berichtet Bastian Mehr, Branchenmanager Lebensmittel- und Verpackungstechnik bei Igus. 

Das Kölner Unternehmen produziert seit Jahrzehnten Kunststoffbauteile für die Lebensmitteltechnik. Dazu gehören unter anderem Gleitlager, die ohne zusätzliche Schmiermittel auskommen. Sie sind speziell für die Lebensmittelindustrie in der Regel blau gefärbt, um ihre Detektierbarkeit zu erhöhen. „Die Umstellung setzt viele Konstrukteure unter Druck, weil es derzeit in der Industrie kaum Alternativen gibt“, beobachtet Bastian Mehr. 

Vorsicht, PFAS!

Verpackungshersteller müssen neue Grenzwerte beachten

Der Ausgang des Verbotsverfahrens ist aktuell noch unklar. Doch Igus hat sich schon zu Beginn der europaweiten Diskussion um ein mögliches Verbot der PFAS-Stoffgruppe entschieden, verstärkt in die Forschung und Entwicklung alternativer Materialien zu investieren. Dabei stehen dem Unternehmen eine hauseigene Materialentwicklung, eine interne Compoundierung, ein Technikum für verfahrenstechnische Versuche sowie ein 5.500 Quadratmeter großes Versuchslabor zur Verfügung, in dem die PFAS-freien Bauteile getestet werden.

Neues Gleitlagermaterial ohne PTFE

Zu den neuesten Entwicklungen des Zulieferers zählt der Werkstoff Iglidur A181-PF, der speziell für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie entwickelt wurde. Aus dem Material lassen sich unter anderem Gleitlager für Förderanlagen sowie für Abfüll- und Verpackungsmaschinen fertigen. Der blaue Hochleistungskunststoff erfüllt wie sein Vorgänger sowohl die Anforderungen der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) als auch die Vorgaben der EU-Verordnung 10/2011. Neu daran ist, dass das Material ohne Polytetrafluorethylen (PTFE) auskommt. PTFE ist eine Chemikalie, die zur PFAS-Gruppe gehört und Igus bislang für den Selbstschmiereffekt genutzt hat. Die Gleitlager benötigen dadurch keine externen Schmierstoffe. Stattdessen sind mikroskopisch kleine Festschmierstoffe in das Material integriert, die für einen reibungsarmen und hygienischen Trockenlauf sorgen. 

„Bei Iglidur A181 ist es uns nun gelungen, PTFE zu substituieren, sodass sich Konstrukteure regulatorische Risiken deutlich reduzieren können“, sagt Lars Butenschön, Geschäftsbereichsleiter Iglidur Gleitlagertechnik. „Durch die neue Rezeptur ergeben sich keine Nachteile. Im Gegenteil. In einer Vielzahl verschiedener Anwendungsszenarien und in umfangreichen Tests zeigt der neue Werkstoff gleiche oder gar bessere Verschleißergebnisse und Reibwerte.“ Nach dieser Vorgabe hat das Unternehmen in den letzten beiden Jahren bereits PTFE-freie Alternativen zu einer ganzen Reihe von Werkstoffen entwickelt. Insgesamt stehen neben Iglidur JPF und W300 PF für den universellen Einsatz sowie Iglidur XPF und HPF für Hochtemperatur- oder korrosive Umgebungen mehr als 30 PTFE-freie Werkstoffe zur Verfügung. 

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Es gibt mehr als 50 Iglidur-Werkstoffe. Sie alle werden auf etwa 100 schädliche PFAS-Substanzen getestet. „Auch wenn die Regulatorik noch unübersichtlich ist, bieten wir so maximale Transparenz“, resümiert Lars Butenschön. Die Rezepturen enthalten abgesehen von PTFE keine PFAS. Werkstoffe, die kein PTFE enthalten, kennzeichnet der Hersteller entsprechend. „Sobald es Tests auf mehr Substanzen gibt, werden wir dies entsprechend erweitern“, kündigt Butenschön an.

Kunststoffe ohne Bisphenol-A

Nicht nur PFAS, auch Bisphenol-A oder andere Bisphenole geraten regulatorisch zunehmend unter Druck. Die EU-Verordnung 2024/3190 zwingt Hersteller von Maschinen für die Lebensmittelindustrie zum Umdenken. Ab Juli 2026 dürfen Komponenten mit Produktkontakt keine Bauteile mehr nutzen, die den hormonell wirksamen Kunststoffbestandteil Bisphenol-A oder andere Bisphenole enthalten. Das Verbot gilt für alle Maschinen, die neu auf dem Markt eingeführt werden. Für bestehende Produktlinien gilt die Frist bis zum Januar 2028. 

„Auch bei diesem Thema berichten uns viele Konstrukteure, dass die neue EU-Verordnung große Herausforderungen bei der Beschaffung geeigneter Komponenten verursacht“, sagt Lars Butenschön. Denn Bisphenole werden bei der Herstellung einiger Hochleistungskunststoffe verwendet. „Als Ergänzung unseres bestehenden Programms an Bisphenol-freien Iglidur-Werkstoffen haben wir daher mit Iglidur A351 einen neuen, sehr temperatur- und chemikalienbeständigen Werkstoff entwickelt, der Bisphenol-frei ist und damit auch künftig für den Einsatz in der Lebensverarbeitung geeignet ist“, so Lars Butenschön.

Das Unternehmen produziert und verarbeitet das neue Material für die Lebensmittelindustrie in mehreren Fertigungsformen: als Kunststoffgranulat für den Spritzguss, als Halbzeuge für die CNC-Bearbeitung sowie als Filament für den 3D-Druck. Entsprechend vielfältig sind die Anwendungsmöglichkeiten; sie reichen von additiv gefertigten Greifern für Verpackungsmaschinen bis zu Gleitlagern in Förderanlagen. 

BPA-frei

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„Wir haben auch Iglidur A351 ausgiebig im Testlabor geprüft. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Materialeigenschaften auch ohne Bisphenol-A und Bisphenol-S dank unserer Substitute erhalten bleiben“, sagt der Geschäftsbereichsleiter. Der Werkstoff arbeitet zuverlässig in einem Temperaturbereich von -100 bis 180 Grad Celsius und übersteht somit hohe Prozesstemperaturen in der Lebensmittelindustrie. Die Feuchtigkeitsaufnahme liegt bei etwa 0,6 Prozent, sodass das Material auch in feuchten Produktionsumgebungen maßhaltig und funktionssicher ist.

Die erste Linearführung mit EHEDG-Zertifizierung

Für Konstrukteure von Maschinen und Anlagen für die Lebensmittelindustrie rückt neben der Chemikalienfrage auch das Thema Hygienic Design immer stärker in den Fokus. „Die Anforderungen an hygienegerechte Konstruktion in der Lebensmitteltechnik verschärfen sich spürbar“, stellt Mira Loges fest, Entwicklungsingenieurin Drylin bei Igus. „Lebensmittelhersteller, Auditoren und Behörden achten zunehmend darauf, dass Maschinen nicht nur leistungsfähig, sondern auch konsequent reinigungsfreundlich ausgelegt sind.“ 

Im Fokus stehen mittlerweile auch bewegliche Komponenten wie Linearführungen, die in der Lebensmittelindustrie in einem breiten Spektrum an Anwendungen verwendet werden: etwa in Formatverstellungen von Verpackungsmaschinen, wo sie leichte Anschläge oder Führungsbleche positionieren, sowie in Pick-and-Place-Systemen, in denen sie Greifer und Schieber beim Vereinzeln oder Übergeben von Produkten führen. Diese Linearführungen gelten aus hygienischer Sicht als besonders anspruchsvoll, weil sich in Spalten, Kontaktflächen und schwer zugänglichen Bereichen Schmierstoffe, Abrieb und Schmutz ansammeln können.

Igus setzt hier mit einer neuen Linearführung der Serie Drylin an, die als weltweit erste Linearführung eine Zertifizierung der European Hygienic Engineering and Design Group (EHEDG) erhalten hat. Das EHEDG-Zertifikat bestätigt, dass die Linearführung leicht, vollständig und sicher zu reinigen ist. Für Maschinenbauer und Betreiber liefert es einen anerkannten Nachweis, dass das Design der Führung dazu beiträgt, Kontaminations- und Ausfallrisiken zu minimieren. „Wir setzen mit dem neuen Produkt einen sehr hohen Standard“, betont Entwicklungsingenieurin Loges. 

Komponenten

Neue Lineartechnik für die Getränke- und Lebensmittelbranche

Linearführung lässt sich gründlich und schnell reinigen 

Das System basiert auf zwei elektropolierten Rundwellen mit Oberflächenrauheiten von unter 0,8 Mikrometern. Diese begünstigen eine effektive Reinigung, da Keime und Produktrückstände auf der glatten Oberfläche kaum haften bleiben. Auf dieser Schiene läuft ein Schlitten aus dem blauen Kunststoff Iglidur A160. Der Werkstoff ist PTFE-frei, PFAS-geprüft und ermöglicht durch integrierte Festschmierstoffe einen hygienischen Trockenlauf ohne externe Schmiermittel. 

Auch kritische Übergangsbereiche zwischen Rundwellen und Verbindungselementen wurden EHEDG-konform ausgeführt. Durch gefräste Übergänge und Mindestradien von drei Millimetern werden reinigungskritische Toträume vermieden. Zudem setzt der Hersteller auf eine Monoblock-Bauweise. Der Schlitten lässt sich werkzeuglos von der Schiene nehmen. „Das ermöglicht eine gründliche Reinigung bei kurzen Stillstandzeiten.“ Zusätzlich sorgt eine Bodendichtung aus FDA-konformem Silikon dafür, dass sich zwischen Führung und Montagefläche keine Produktreste, Schmutzpartikel oder Mikroorganismen ansammeln können.

Antriebstechnik

Sicherheitskupplungen im Hygienic Design aus Edelstahl

Die Beispiele machen deutlich: Regulatorische Anforderungen entwickeln sich zunehmend zum Innovationstreiber im Maschinenbau für die Lebensmittelindustrie. Die Branche fragt nicht nur nach leistungsfähigen Komponenten, sondern nach Lösungen, die Hygiene, Materialkonformität, Wartungsarmut und langfristige regulatorische Sicherheit miteinander verbinden.