Fødevareforarbejdning

Nem-at-rengøre - holdbare motion-systemer

Maskinkomponenter

Komponenter til instrumentering, bevægelsesstyring, elektriske motorer og gearkasser — spiller en vigtig rolle for fødevaresikkerheden, da de udfører hundreder af kritiske opgaver i områder med direkte kontakt. Selvom disse komponenter typisk udvikles til at levere maksimal ydeevne i en kompakt og omkostningseffektiv form, har øget holdbarhed eller nem rengøring ikke altid været en integreret del af designet.

Mere strenge regler for fødevaresikkerhed og behovet for at øge den samlede effektivitet i fødevareforarbejdning og emballering har ændret dette billede.

Denne artikel gennemgår de begrænsninger, der ofte findes i designet af maskinkomponenter til fødevareforarbejdning og emballering og foreslår mere robuste alternative løsninger. Vi fokuserer på design af instrumente-ring, bevægelsesstyring, elektriske motorer, gearkasser og aktuatorer, men diskussionen gælder også sensorer og HMI-instrumentering, som anvendes i maskiner til vaskbare miljøer.

Foto: TRIO's Uniplay HMI tastatur-emulator.

Branchekendskab

Kollmorgen har taget skridt til at forstå de unikke udfordringer inden for fødevareforarbejdning og -emballering, samt hvordan branchen bedst kan imødekomme disse udfordringer. Producenter kæmper fortsat med at skaffe komponenter og levere maskiner, der lever op til de særlige krav til dette marked.

Standard bevægelsesprodukter viste sig at være mindre holdbare i vaskbare miljøer, vanskelige at rengøre og indeholde materialer som giftig maling og kabelbeklædning, der er uforenelige med brug i fødevarekontaktzoner.

Produkter, der blev mærket som fødevaregodkendte, klarede sig en smule bedre. Malingen var ugiftig og motorerne havde højere tæthedsgrad (Ingress Protection), men de var stadig vanskelige at rengøre og ikke væsentligt mere driftssikre end standardmotorer.

Opgraderinger til motorer i rustfrit stål eller med vaskbarheds ­klassificering øgede de indledende omkostninger og disse alternativer var større og tungere end standardudstyr. De havde ofte betydelige begrænsninger i forhold til, hvordan de kunne vaskes. De fejlede ofte i vaskbare miljøer – selv når de blev rengjort i overensstemmelse med de krævende angivne procedurer.

En anden interessant observation var, at rækker af ubrugelige motorer og gearkasser ofte stod uvirksomme på reparationshylder, hvilket repræsenterede værdier for mange tusinde dollars i materialer og reparationsomkostninger – og endnu højere omkostninger i form af tabt produktionstid.

Vores konklusion var klar

Fødevareforarbejdnings- og emballageindustrien kan opnå betydelig værdi gennem udviklingen af højkvalitets bevægelsesstyringer, elektriske motorer og gearkasser med holdbare, hygiejniske designs, der let kan rengøres uden begrænsninger eller risiko for skade - Motion First !

Fødevaresikkerhedsregler og hygiejnekrav

Et højt hygiejneniveau er den højeste prioritet for virksomheder inden for fødevareforarbejdning og -emballering. Integritet og engagement i socialt ansvar er de primære drivkræfter bag fødevaresikkerhed, men producenter skal samtidig minimere risikoen for dårlig omtale og for at komme i konflikt med nyere og strengere myndighedskrav.

Standarderne for acceptable niveauer af patogener ændrer sig løbende. Et eksempel kan ses i den udviklende tilgang til forebyggelse af kontaminering med Listeria monocytogenes i færdigretter. Selvom der altid har været høje standarder på disse områder, ændrer kravene til maskiners rengøringsvenlighed sig fortsat.

På en workshop arrangeret af American Meat Institute (AMI) med titlen “Advanced Listeria Monocytogenes Intervention and Control Workshop” gennemgik en gruppe på 75 sanitetseksperter designændringer, som et par førende producenter af slicere og termoformere havde implementeret for at gøre maskinerne lettere at rengøre.

Gruppen vurderede både tidligere generationer og nuværende maskindesign. Undersøgelsen fokuserede på produktkontaktflader og tilstødende ikke-kontaktområder med særligt fokus på at eliminere nicher og døde vinkler, som ikke kunne rengøres eller inspiceres ordentligt.

På nyere maskiner blev følsomt udstyr som instrumentering og motorer, der tidligere var beskyttet af kabinetter/skærme (og dermed skabte potentielle døde områder), flyttet ud i det åbne, så de kunne rengøres under de normale sanitetsprocedurer.

Den anden session blev afsluttet med en demonstration af dampimprægnering, hvor hele maskinen blev dækket af et plasttelt og gennemstrømmet af damp. Granskningen af maskiners rengøringsvenlighed og nye hygiejnemetoder vil fortsætte med at blive intensiveret i fremtiden.

Disse aktiviteter breder sig også uden for miljøer med færdigretter. Et eksempel på den øgede kontrol er USDA’s retningslinjer for at begrænse niveauerne af Campylobacter og Salmonella i fersk fjerkræ. Retningslinjerne, som blev udgivet i juni 2021, opdaterede standarden fra 2015, der havde til formål 

markant at reducere niveauerne af disse patogener. Forbrugergrupper kræver nu, at de acceptable niveauer presses helt ned til nul.

Ifølge retningslinjen har Food Safety Inspection Service fastslået, at kontaminering af fjerkrækroppe og -dele med fækalier og enteriske patogener (herunder Campylobacter) er en fare, der med rimelighed kan forventes at forekomme (RLTO) i slagterier 

for fjerkræ, medmindre dette håndteres i en sanitets-SOP eller et andet program med andre forudsætninger.

Af denne grund skal et slagteri identificere, hvorfor en sådan sanitets-SOP eller et andet program  forudsætter, at enteriske patogener ikke med rimelighed forventes at forekomme.

Dette gælder, hvis slagtriet baserer sig på sin sanitets-SOP eller et andet program til at håndtere enteriske patogener, i sit HACCP-system [Hazard Analysis Critical Control Point].

Salmonella-infektioner er et voksende problem

Selvom et produkts kontaktflader rengøres intensivt i faciliteter til fersk fjerkræ, bliver ikke-kontaktflader og tilstødende områder ofte ikke taget i betragtning. I et særligt alvorligt Salmonella-udbrud, identificerede USDA de væsentligste årsager, som fækalier på slagtekroppe, dårlige hygiejnepraksisser ved partering, uhygiejniske fødevarekontaktflader, uhygiejniske ikke-fødevarekontaktflader samt direkte produktkontaminering. Mere end 634 personer blev syge, hvoraf 34 % måtte indlægges

Siden da er resistens over for antimikrobielle lægemidler hos Salmonella og andre patogener blevet et stort og voksende problem, hvilket gør forebyggelse gennem hygiejniske praksisser i produktionen endnu mere afgørende. CDC* estimerer, at der alene i USA årligt forekommer ca. 216.000 infektioner og næsten 75 dødsfald som følge af lægemiddelresistente Salmonella-infektioner.

For at minimere patogenniveauer skal producenter af udstyr og virksomheder, der forarbejder fødevarer, øge rengøringsindsatsen og styrke kontrollen af ikke-kontaktflader samt det generelle produktionsmiljø.

*CDC står som regel for Centers for Disease Control and Prevention, som er USA's nationale sundhedsmyndighed, der arbejder med at forebygge og bekæmpe sygdomme samt beskytte folkesundheden.

Krav til maskinens komponenter

Eksperter i fødevaresikkerhed og sanitet bliver i stigende grad inddraget i beslutningsprocessen omkring maskinindkøb sammen med ingeniører, drifts-, vedligeholds- og indkøbsafdelinger.

Tidligere fandt denne form for granskning ofte først sted, når maskinen ankom til produktionsstedet – hvis overhovedet. Nu sikrer denne samarbejdsbaserede beslutningsproces, at behovene for fødevaresikkerhed og sanitet bliver adresseret allerede inden indkøbet, så hygiejnekravene kan opfyldes pålideligt. Dette forhindrer behovet for omfattende, efterfølgende ændringer og reducerer risikoen for maskinnedbrud.

At designe maskiner, der lever op til de nuværende krav og samtidig er flek-sible nok til at kunne imødekomme fremtidige krav, vil være meget vigtigt for både maskinproducenter og deres kunder fremover. Nutidens og frem-tidens maskiner skal kunne tilbyde både hygiejnisk rengøringsvenlighed (let at inspicere og rengøre) og holdbarhed, så de er i stand til at modstå udvik-lende rengøringsmetoder. Nøje vurdering af de komponenter, der vælges til integration i disse maskiner, vil være afgørende for at sikre succes.

Kapslingsklasser og vaskbare miljøer

Kapslingsklasser (IP, Ingress Protection) er defineret i den internationale standard IEC 60529. Standarden beskriver, hvor godt elektriske kabinetter beskytter mod indtrængning af faste objekter, støv og vand. Den mest anvendte betegnelse består af “IP” efterfulgt af to cifre, f.eks. IP67.

Det første ciffer angiver beskyttelsen mod faste objekter eller støv. Den laveste støvklassifikation, der vil blive behandlet her er 6, hvilket betyder et fuldstændigt støvtæt kabinet. Det andet ciffer angiver graden af beskyttelse mod indtrængning af væsker, som nærmere beskrevet i Figur 1.

Figur 1: IP-klassificering, andet ciffer: væsker
Bemærk: IP69 er defineret i IEC 60529, mens IP69K er defineret i ISO 20653. Testprotokollerne er ens,
men ikke identiske. Begge klassificeringer kan være egnede til vaskbare miljøer, men IP69K blev speci-
fikt udviklet til dette formål og er den højeste klassificering, en enhed kan opnå. Enheder med IP69K-
klassificering viser beskyttelse mod 14–16 liter 80°C varmt vand pr. minut, påført med en kraft på
80–100 bar fra en afstand på 10–15 cm.

Maskiner i ekstreme miljø

De IP-klassificeringer, der er nævnt her, angiver alle en vis beskyttelse mod vandindtrængning og kan være nyttige ved produktvalg, men de er ikke baseret på tilstrækkelige simuleringer af de vaskbare miljøer, som findes i mange fødevareproduktionsanlæg.

Dag efter dag udsættes maskiner i disse miljøer for ekstreme temperaturudsving skabt af køling, store mængder varme eller kolde væsker brugt til sanitet og varme genereret af elektrisk drevet udstyr – især motorer. Derudover sprøjtes kaustiske eller basiske rengøringsmidler på udstyret og får lov at trække, inden de fjernes med højtryksvask.

Alle disse forhold kan føre til vandindtrængning, som ikke afspejles i IP-klassificeringstests. Desuden udføres disse tests kun over en periode på 2–30 minutter, afhængigt af hvilken IP-klassificering der skal bekræftes.

Da testtidspunkter og betingelser ikke nøjagtigt kan simulere de faktiske produktionsforhold, må maskinproducenter tænke ud over IP-klassificeringerne og konstruere maskiner ved hjælp af komponenter, der er designet til det specifikke miljø, hvor de skal anvendes.

Motorovervejelser

Ved elektriske motorer og risikoen for indtrængning af forurenende stoffer overses eller misforstås nogle forhold ofte. For det første skaber elektriske motorer – ligesom alle elektriske apparater – varme. Under drift stiger motorens temperatur og når den slukkes falder temperaturen igen. Denne temperaturcyklus får den lille luftmængde inde i motorhuset til at udvide sig og trække sig sammen.

Når luften i motoren køler af trækker den sig sammen og skaber en trykforskel, som kan trække luft og andre væsker ind gennem tætningerne. Dette forårsager slid over tid og øger sandsynligheden for, at fugt og rengøringsmidler trænger ind i motoren, især under afkøling.

Figur 2: Kollmorgen’s AKMH servomotor har en IP69K-klassificering og kan tåle daglige højtryksvask.

Det kan virke logisk at forsegle ethvert apparat, der anvendes i vaskbare miljøer, men en helt uigennemtrængelig forsegling er umulig, da motorakslen skal kunne rotere.

Uden en metode til at udligne det indvendige tryk med atmosfærens tryk udenfor, vil tættere forseglinger kun forstærke trykforskellen.

Når en varm motor køler af, kan det interne tryk falde til 0,38 bar (5,5 psi) sammenlignet med det typiske atmosfæriske tryk på 1 bar (14,5 psi) ved havniveau.

Denne forskel vil uundgåeligt trække luft og forurenende stoffer gennem selv de strammeste tætninger, hvilket skaber slid, der over tid fører til endnu større indtrængningsproblemer.

Fugt og kemikalier inde i motoren vil til sidst forårsage svigt i lejer, viklingsisolering eller feedback-enheden.

For at maksimere levetiden for elektriske apparater i vaskbare miljøer – og undgå hyppige udskiftninger og dyre driftsstop – er

det nødvendigt at anvende en metode, der modvirker denne cyklus af trykbaseret slid og forurening. Kollmorgen har udviklet et ventileret stik- og kabelsystem for at løse dette problem. Systemet udligner trykket via et lille ventilrør, der løber fra motoren gennem strøm-/hybridkablet til det elektriske kabinet. Med dette system påvirker temperaturcyklusser ikke motorens interne tryk, som altid forbliver lig det atmosfæriske tryk udenfor.

Kabler og kabelstik

Et andet vigtigt aspekt er kablingen, der anvendes i vaskbare miljøer. Kablet skal kunne modstå det pH-interval, som de anvendte rengøringsmidler har. Kabelbeklædningen bør vælges, så den tåler direkte højtryksvask. Endelig bør kabelstik være designet til at modstå de samme kemikalier og miljøforhold.

De primære fejlårsager for servomotorer brugt i vaskbare miljøer er indtrængning af fugt og rengøringsmidler i motoren samt nedbrydning og svigt af kabler og stik. Omhyggeligt valg af disse komponenter er afgørende for at maksimere maskinernes samlede holdbarhed.

Figur 3: AKMA- og AKMH-servomotorer med IP69K-klassificering og vaskbare egenskaber.

Permanente og midlertidige dækslers ulemper

En almindelig løsning på holdbarhedsproblemerne ved brug af elektriske servomotorer i vaskbare miljøer er at fremstille permanente rustfri stålkabinetter/dæksler, der beskytter motorerne mod rengøringsmidler og vandstråler.

Der er dog nogle ulemper ved denne tilgang
Dækslerne er dyre at fremstille og øger maskinernes størrelse og kompleksitet

Den største ulempe er sandsynligvis, at tætningen omkring akseludgangen med tiden nedbrydes og skaber et dødt område, hvor patogener kan vokse eller at tætningerne svigter helt, så fugt trænger ind og forårsager for tidlig motorskade.

Nogle rengøringsprocedurer kræver, at dækslerne fjernes og motorerne rengøres manuelt, hvilket markant øger rengøringstiden. Af og til, i strid med instruktionerne, fjerner rengøringspersonalet dækslerne og sprøjter motorer, der ikke er designet til direkte vask, hvilket ofte fører til skader.

En anden almindelig løsning er at bruge midlertidige dæksler eller poser til at beskytte motorerne under rengøring. Denne metode har også nogle problemer. For det første er dækslerne eller poserne besværlige og tidskrævende at montere – hvilket nogle gange får rengøringspersonalet til at springe dette vigtige trin over og vaske motorerne direkte, hvilket kan medføre svigt.

For det andet, selv når midlertidige dæksler anvendes korrekt, skal motorerne stadig rengøres manuelt. Dette øger rengøringstiden betydeligt og motorerne bliver måske ikke rengjort ordentligt, hvis de ikke indgår i den faste rengøringsrutine, hvilket kan føre til fremtidige problemer.

En bedre løsning er at anvende elektriske komponenter, herunder motorer, som er konstrueret til at modstå et fuldt vaskbart miljø uden begrænsninger.

Rengør ned til mikrobiologisk niveau

Udover at kunne modstå vaskbare miljøer bør komponenter, der anvendes i fødevareforarbejdning og -emballering, kunne rengøres på et mikrobiologisk niveau.

Generelt er standard elektriske motorer og gearkasser – selv i rustfrit stål – ikke designet med dette krav for øje.

Standardmotorer er typisk malede, men disse overflader kan ikke rengøres til mikrobiologisk niveau, da finishen er for ru og malingen i sig selv hæmmer rengøringen. Ofte integreres køleplader for at forbedre funktionaliteten, men køleribber kan gøre inspektion og rengøring vanskelig. Andre problemområder, som er vanskelige at rengøre og sandsynligvis kan huse patogener omfatter fastgørelsesdele, ru overflader, metal-til-metal-sømme, mærkepladeområder og flade overflader, hvor væsker kan samle sig.

Der findes dog produkter, som lever op til og overgår retningslinjer for hygiejnisk maskindesign og som bør overvejes af hensyn til rengøringseffektivitet og fødevaresikkerhed.

Valget af en motor eller gearkasse, der kan rengøres korrekt, er lige så vigtigt som korrekt dimensionering af udstyret.

Motion First:
Vælg dine bevægelseskomponenter med omhu

Bevægelsesstyringer, elektriske motorer og gearkasser er essentielle for udviklingen af effektive og produktive maskiner inden for fødevareforarbejdning og -emballering. Valget af elektriske komponenter til brug i vaskbare miljøer har tidligere været begrænset, hvilket har medført anvendelse af komponenter, der var vanskelige at rengøre og tilbøjelige til for tidlig svigt.

Producenter som Kollmorgen har udviklet højkvalitetskomponenter, der er specifikt designet til at modstå disse krævende miljøer. (De bedste motorer til brug i fødevareproduktions- og emballagemiljøer er vist i Figur 4.) Maskinbyggere bør vælge den nyeste generation af højkvalitets hygiejniske komponenter til integration i deres design. Fødevareforarbejdere og emballageproducenter bør gøre disse komponenter til et krav ved maskinindkøb.

Sikkerheden og kvaliteten af fødevarerne står på spil. Men det er ikke alt. I betragtning af omkostningerne ved rengøring af udstyr – og de enorme omkostninger ved driftsstop som følge af udstyrsfejl – bør producenter være stærkt motiverede for at sikre, at deres maskiner er så let rengørbare og pålidelige som muligt. Komponenter, der er designet specifikt med hygiejne og holdbarhed i ekstreme vaskbare miljøer for øje, kan gøre fødevareforarbejdning og emballering mere produktiv og rentabel.

Kollmorgen tilbyder et bredt udvalg af motorer, kabler og andre bevægelsesprodukter, der opfylder disse krav, og vi har omfattende erfaring med at samarbejde med maskin-OEM’er inden for fødevarer og drikkevarer for at udvikle optimale bevægelsesløsninger.

Figur 4: Topmotorprodukter til brug i fødevareforarbejdnings- og emballagemiljøer.
Kontakt os for yderligere oplysninger.

Til top