Von der Chemie- zur Sterilkupplung

Gestiegene Anforderungen aus der Chemie in puncto Prozesssicherheit und Bedienbarkeit bildeten den Hintergrund für die Entwicklung der Clean-Break-Kupplung CN, die der Hersteller C.K. Walther auf der Achema 2006 vorgestellt hat. Die Besonderheiten der Armatur bestehen darin, dass diese einfach und sicher vor Fehlbedienung verwendet werden kann, nach dem Entkuppeln fast keine Restmengen nach außen gelangen können, und – in gewissen Grenzen – auch unter Druck durch eine einfache 120°-Drehbewegung gekuppelt werden kann. Kein Wunder, dass das System in der Chemie zu einem Erfolg wurde. „Mit der Kupplung haben wir bei den Betreibern großen Widerhall gefunden, und wir sind mit der Einführung sehr zufrieden“, erklärt Jörg Kortmann, Verkaufsleiter bei Carl Kurt Walther. Gerade in Abfüllbereichen, so Kortmann, ersetzen Schlauchleitungen mit Clean-Break-Kupplungen zunehmend starre Rohr-Flansch-Systeme. Und der Wunsch der Anwender nach einfach zu reinigenden und sogar sterilisierbaren Armaturen stand auch bei der Weiterentwicklung Pate.

In Pharmaindustrie und Lebensmittelproduktion laufen Prozesse unter sterilen Bedingungen ab. Das ist so lange relativ einfach umzusetzen, wie die Weiterverarbeitungskette nicht unterbrochen wird und in sich geschlossen ist. Werden sterile Produkte, Zwischenprodukte oder keimfreie Grundstoffe transportiert oder umgefüllt, sind Vorkehrungen zu treffen, die mit hohem Aufwand und somit hohen Kosten verbunden sind.

Größere Nennweiten steril kuppeln

Um die Vorteile geschlossener Sterilkreisläufe mit den Vorteilen flexibler Systeme, beispielsweise beim Chargenwechsel in der Produktion oder bei der sterilen Abfüllung von Fertig- und Zwischenprodukten, zu kombinieren, wurde eine neue Sterilkupplung entwickelt. Mit dieser Kupplung lassen sich nun auch Leitungen für größere Durchflussmengen sicher und unter sterilen Bedingungen trennen und verbinden.

Mit diesem Bedienvorgang werden gleichzeitig die Ventile geöffnet bzw. geschlossen. Es genügt eine einfache Handbewegung des Bedieners. Die Steuerkurve erlaubt es, die Ventile auch gegen Restdruck zu betätigen. „Die Herausforderung bei der Entwicklung bestand darin, dass einerseits keine Leckagen austreten dürfen, andererseits aber auch keine Luft und damit Keime in das Medium eindringen dürfen“, erläutert Kortmann.
Zusätzlich zu den Anforderungen an Clean-Break-Kupplungen in der Chemie- und Verfahrenstechnik erfordert die Handhabung steriler Medien die Einhaltung noch höherer und strengerer Anforderungen. Eine Kupplung darf hier keine Toträume aufweisen, in denen sich Rückstände bilden und Keime sammeln können. Gleichzeitig muss ein einfaches und prozesssicheres Reinigen und Sterilisieren möglich sein. Voraussetzung ist eine Beständigkeit der eingesetzten Dichtungen bis 130oC.
Diese und weitere Anforderungen waren Bestandteil des Pflichtenheftes für die Entwicklung der neuen sterilisierbaren Clean-Break-Kupplung 40–030. Vergleichbare Konstruktionen mit einer Nennweite von 30 mm waren bisher am Markt nicht verfügbar. Sollten größere Mengen keimarmer Produkte gehandhabt werden, musste häufig auf Rohrsysteme mit Flanschverbindungen oder Verschraubungen zurückgegriffen werden – mit allen Nachteilen, die eine solche unflexible Lösung mit sich bringt.
Die neue Sterilkupplung wird komplett aus Edelstahl 1.4571 gefertigt, medienberührte Teile haben eine Oberflächengüte von Ra <0,8 µm. Bei Auswahl der Dichtungen (standardmäßig EPDM; andere Dichtungsqualitäten wie FFKM optional) werden die Bestimmungen der FDA/USP Class VI erfüllt. Die gesamte Konstruktion ist totraumarm, und alle Federn liegen außerhalb des Medienraums. Um dies zu erreichen, kommen in der Armatur spezielle Formdichtungen anstelle klassischer O-Ringe zum Einsatz.
Durch die Clean-Break-Konstruktion und die fehlsichere Bedienung werden Produktverluste beim Reinigen oder beim Chargenwechsel minimiert. Zudem sind die Anschlüsse der Kupplungshälften für das Vakuumschweißen geeignet, so dass die Kupplung auch hygienegerecht an Leitungssysteme angebunden werden kann.

CIP- und SIP-fähig

Die Durchgänge der Kupplung sind so beschaffen, dass Leitungssysteme gut spülbar sind. Auch CIP- und SIP- Prozesse sind möglich. Ein nützliches konstruktives Detail sind die Querbohrungen, über die der Anwender auch die Federräume, welche nicht im Medienraum liegen, sterilisieren kann. Alle Innenräume der Kupplungen können mit der gesamten Leitung z.B. per CIP oder Inline-Dampfsterilisation gemäß den jeweiligen Hygieneanforderungen gereinigt und sterilisiert werden. Der Bediener muss vor der (Wieder-)Verbindung nur noch die Stirnflächen von Fest- und Loshälfte sterilisieren, um letztlich auch diese noch von möglichem Keimbefall zu befreien.

Die Dichtungen der Sterilkupplung sind für eine Vielzahl saurer und basischer Medien geeignet. Die sichere, schnelle und leichte Bedienung macht den Einsatz der Kupplung besonders an Abfüllschnittstellen mit hohen Anforderungen an die Reinheit ökonomisch interessant. Zur weiteren Erhöhung der Bediensicherheit besteht zudem die Möglichkeit der Kodierung, um den Schutz vor Verwechslungen von Medienleitungen z.B. in Schlauchbahnhöfen zu erhöhen.[AS]

„In Abfüllbereichen ersetzen Schlauchleitungen mit Clean-Break-Kupplungen zunehmend starre Rohr-Flansch-Systeme“
Jörg Kortmann ist Verkaufsleiter bei Walther Präzision