Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Verfahrenstechnik: Ausgabe 05/2015, 11.05.2015

Beständig gegen abrasive und korrosive Medien

Aggressive Reinigungsmittel und abrasive Lebensmittel stellen Anlagen und Maschinen auf eine harte Probe. Gehärteter, rostfreier Stahl vereint Vorteile in sich, die das Ausgangsmaterial nicht hat. Daher lohnt sich ein Blick «hinter die Kulissen».

Die Lebensmittel- und Getränkeherstellung gehört zu den «Diven» unter den Industriebereichen. Sie stellt hohe Ansprüche an Maschinen, Prozesse, Produktion und Lagerung. Ein Aspekt tritt dabei besonders in den Vordergrund – die Reinigung. Alle Anlagenkomponenten und Maschinen die mit Lebensmitteln und Getränken in direktem Kontakt stehen, müssen sich zu 100 Prozent reinigen lassen und das möglichst einfach. Aggressive Reinigungsmedien wie Säuren oder Laugen töten und beseitigen unerwünschte Mikroorganismen. Doch auf die Dauer können sie auch unerwünschte Auswirkungen auf Anlagen und Maschinen haben. So zum Beispiel, wenn der häufige Einsatz der Reinigungsmittel zu Lochfrass und anderen Defekten führt. Auch abrasive Medien, wie Getreide, Zucker, Nüsse oder Schokolade können Spuren beim verwendeten Maschinenmaterial hinterlassen. Kleine Kratzer, Risse oder Löcher sind optisch kaum zu erkennen, doch sie genügen Mikroorganismen als ideale Brutstätte.

Rostfreier Stahl.

Damit korrosionsbedingte Schäden erst gar nicht auftreten, verwenden viele Betriebe Anlagen und Komponenten, die aus rostfreiem Stahl gefertigt sind. Je nach Anwendung kommen sogenannte Austenite (Chrom-Nickel-Stahl) in V2A- und V4A-Qualitäten zum Einsatz. Diese sind korrosionsbeständig, doch besitzen sie einen Nachteil: Ihre Oberfläche ist weich und entsprechend ungeeignet in leicht abrasiven Umgebungen.

Martensitischer Stahl ist härter als austenitischer und daher wesentlich verschleissfester. Doch das Material ist weniger korrosionsbeständig. Was also tun, wenn Anwendungen wie beispielsweise in der Schokoladenproduktion eine Kombination von Härte und Korrosionsbeständigkeit verlangt?

Stahl härten mit Hard-Inox.

Eine innovative Methode, die seit rund fünf Jahren erfolgreich auf dem Markt besteht, ist in der Lage Härte und Beständigkeit zu kombinieren und die Vorteile des Ausgangsstahls mit der gewünschten Zusatzfunktion auszustatten. Das Hard-Inox-Verfahren hat zwei Ausprägungen:

Beim Hard-Inox-P-Verfahren bringen Experten Stickstoff mit hoher Temperatur in die Stahloberfläche ein und können so die Härteumwandlung vollziehen. Das Resultat ist eine erhöhte Oberflächenhärte mit einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit. «Dieses Verfahren lässt sich gut bei martensitischem Stahl nutzen. Wir können damit bei diesem rostfreien Stahl eine erhöhte Verschleissfestigkeit und eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit erzeugen», erklärt Patrick Margraf, Werkstoffingenieur bei der Härterei Gerster.

Das Hard-Inox-S-Verfahren ist im Prinzip eine Art des Nitrierens, das bei relativ tiefen Temperaturen stattfindet. «Damit können wir austenitischen Werkstoffen, die von ihrer Struktur ‹butterweich› aber korrosionsbeständig sind, eine harte Oberfläche verleihen. Die Korrosionsbeständigkeit bleibt erhalten, doch wir können gleichzeitig die Härte um das drei- bis sechsfache des Grundmaterials erhöhen», sagt der Experte.

Beide Verfahren erzeugen eine sogenannte Diffusionsschicht, die eine neue Struktur in die Oberfläche bringt. Somit kann auch bei starker Belastung die Schicht nicht «abplatzen», sondern ist ein untrennbarer Teil der Oberfläche. Trotz der Korrosionsbeständigkeit haben die Fachleute der Härterei ein Phänomen festgestellt: «Bei starken Säuren kann die Oberfläche anlaufen und dunkel werden. Doch das ist weder Korrosion noch Oxidation. Es ist lediglich eine Farbänderung, die keine Auswirkung auf die Materialeigenschaften oder auf Lebensmittel hat. Der Stahl ist tadellos und absolut sicher für die Nutzung in der Getränke- und Lebensmittelindustrie», meint Margraf.

Einsatz in der Praxis.

Aufgrund der besonderen Eigenschaften der gehärteten Stähle ist ihr Einsatzgebiet gross. Besonders in hygienesensiblen Bereichen, in denen Unternehmen teilweise mehrmals täglich mit aggressiven Reinigungs­medien arbeiten, ist eine hohe Standfestigkeit gefordert. Auch auf dem Gebiet der abrasiven Lebensmittel, wie etwa in der Schokoladenherstellung, sind gehärtete Werkstoffe dem Ausgangsmaterial weit überlegen. Ventile, Pumpen, Messer oder Dichtungsgehäuse aus gehärtetem Stahl sind bereits erfolgreich im Einsatz. Echte Praxistauglichkeit erlangt ein gehärteter, rostfreier Stahl erst, wenn er seine Korrosionsbeständigkeit nach dem Härten beibehält. Dies war bisher mit klassischen Verfahren nicht generell der Fall.

Gleich zu Beginn und nicht erst mittendrin.

Die Entscheidung gehärtete Werkstoffe zu nutzen, sollte nicht erst fallen, wenn es bereits zu Problemen gekommen ist. Für den Spezialisten ist der Anfang einer Planung der beste Zeitpunkt: «Die Idee in der Lebensmitteltechnologie, gehärtete Inox-Werkstoffe zu verwenden, ist noch nicht sehr weit verbreitet. Daher kommt es häufig vor, dass Anlagen- und Maschinenkomponenten aus nicht gehärteten Werkstoffen immer wieder zum Problemfall werden, die teure Reparaturen oder gar den kompletten Austausch zur Folge haben. Das geht auf die Dauer ins Geld, was sich jedoch vermeiden lässt. Planen Lebensmittelbetriebe die Anschaffung oder den Retrofit einer Anlage, lohnt es sich, in der Planungsphase mehrere Partner an einen Tisch zu holen. So sollte neben dem Planungsingenieur und dem Anlagenbauer auch ein Werkstoffexperte im Team sitzen, denn zusammen lassen sich optimale Lösungen erarbeiten und Schwachstellen gleich von Anfang an verhindern», meint der Fachmann. Doch auch bei wiederkehrenden Problemen ist es für gehärteten Stahl nicht zu spät. Die Experten sehen sich vor Ort die Situation an und können werkstoffbedingte Verbesserungen vorschlagen. Bei Unsicherheiten, ob eine Massnahme erfolgversprechend ist, können die Fachleute auch verschiedene Versuche durchführen und so die Materialoptimierung anpassen. Eine Beratung ist in jedem Fall eine Chance zur Verbesserung der Anlagen- und Maschinenverfügbarkeit.


Weitere Informationen:
Härterei Gerster AG
www.gerster.ch




Messer, Regelkegel von Ventilen und andere Komponenten sind mit der Hard-Inox-Behandlung optimal für ihren harten Job vorbereitet



Hard-Inox-Stähle lassen sich für unterschiedliche Anwendungen nutzen, z. B für Medizintechnik