식음료 가공 애플리케이션을 위한 액추에이터 선택 시 유형별 고려 사항

식음료 환경에서 액추에이터에 대한 위생 설계 원칙과 재료 선택은 그 성능을 좌우한다.

소개

오늘날 산업 규모에서 식품 및 음료 생산은 높은 수준의 자동화 없이는 불가능하다. 공압, 유압 및 전기 액추에이터는 전 세계적으로 식품 및 음료 제품을 처리하고 포장하는 데 사용하는 장비의 중요한 부품이다. 효율적인 생산 외에도 이러한 공정의 기계는 박테리아, 윤활유 또는 소비자에게 해를 끼칠 수 있는 기타 오염 물질이 제품에 접촉하지 못하도록 방지하여 식품 및 음료 제품을 안전하게 유지해야 한다.

식중독 예방을 강조하는 식품 안전 규정이 강화됨에 따라 오늘날의 식품 가공 장비에서 위생 설계 원칙을 사용하는 것이 보다 더 중요 해졌다. 기계식 액추에이터의 경우 적절한 재료의 사용, 밀봉 방법 및 구성 방법을 통해 박테리아가 번성할 수 있는 수집점을 제거하고, 처리 환경을 오염시킬 수 있는 부식에 저항 하는 것이 중요하다. 또한 적절한 액추에이터는 다양한 위생 세척 솔루션을 사용하여 고압, 고온 세척 절차로부터 보호해야 한다.

이 기사에서는 까다로운 식품 및 음료 가공 환경에서 성능을 보장하고 오염의 위험을 완화하는 기계 시스템(액추에이터 포함) 위생 설계 고려 사항을 검토한다.
식품 오염 방지를 위한 선제적 접근 최근까지 식품 가공 산업은 오염 사건을 수동적으로 처리했다. 식인성 질병이 제조 공장의 오염으로 역추적된 경우, 정부 기관은 제조업체에 벌금을 부과하고 문제를 해결하도록 요구할 수 있다.

그러나, 이 시스템의 결함은 이러한 질병의 대부분을 사전에 예방할 수 없었다는 점이다. 예를 들어, 미국 질병 통제 예방 센터(Centers for Disease Control and Prevention)는 식품 매개 질병으로 매년 4,800만 명(미국인 6명 중 1명)이 아프고 128,000명이 입원하며 3,000명이 사망하는 것으로 추정한다.

미국 정부는 2011년 1월에 서명한 식품 안전 현대화법(FSMA, Food Safety Modernization Act)에 따라 FDA와 식품 생산자가 운영하는 방식을 바꾸기 위해 개입했다. 이 중요한 법안은 오염 문제에 대처하는 대신 오염 문제를 예방하는 데 초점을 둔다. FSMA는 선형 액추에이터를 포함하여 업계에서 사용하는 모든 자동화 구성 요소에 영향을 미친다. 오염된 식품 공급원 증가에 대한 우려를 해결하기 위해 전 세계적으로 유사한 식품 안전 규정이 제정되고 있다.

식품 및 음료 가공 응용 분야에서 가장 중요한 분야는 유제품, 육류, 해산물 및 계란 생산등이다. 이러한 중요한 응용 분야는 세균 오염 위험이 높고 보다 적극적인 세척 방식으로 인해 위생 설계 및 재료 선택과 관련하여 세부 사항에 가장 주의를 기울여야 하다. 그러나 제과점, 제과, 음료 및 기타 덜 엄격한 식품 및 음료 가공 환경과 같은 다른 유형의 가공 환경이 많이 있다. 이러한 엄격한 이러한 환경은 여전히 청소하고 부식을 견디게 해야 하며 박테리아의 성장을 방지해야 하지만 위생적인 디자인 요소 또는 재료 선택과 함께 잠재적인 절충안을 제시해야 하다.

적용 분야에 관계없이 기계 설계자는 위생 설계 원칙과 재료 선택에 따라 세척 절차를 견디고 부식을 방지하며 박테리아 성장의 보금자리를 제거하는 각 잠재적 구성 요소의 능력을 평가함으로써 위험을 완화할 수 있다. 찾아야 할 요소는 다음과 같다.

• 습기가 잘 빠지는 디자인

• 부식에 강한 자재

• 식품에 안전한 재료

• 모든 중요 구성 요소에 대한 IP69k 보호

액추에이터 유형: 식품 및 음료 가공에 사용되는 기계는 가공 장비의 위치와 세척 공정으로부터 보호하는 방법에 따라 로드형, 로드리스 또는 로터리를 비롯한 여러 유형의 액추에이터를 사용할 수 있다. 로드리스 액추에이터의 베어링 시스템은 액추에이터에 액체가 침투하는 것을 방지하기 위해 설계가 적절하게 밀봉되는 것을 방지하는 액추에이터의 스트로크 전체에 걸쳐 하중을 전달하도록 설계되었다.

로드리스 액추에이터는 기계 설계에 비용과 복잡성을 추가하는 스테인리스 스틸 가드를 사용하여 세척 과정에서 잘 보호되어야 하다. 가드를 사용하더라도 로드리스 액추에이터에 침입할 위험을 제거할 수는 없다.

액추에이터가 세척 용액과 직접 접촉해야 하는 애플리케이션의 경우 로드 주위를 밀봉할 수 있는 기능으로 인해 로드 스타일 액추에이터가 유일한 선택이다. 공압 및 유압 실린더는 저렴한 비용으로 인해 식품 및 음료 산업에서 널리 사용되지만 전기 로드 스타일 액추에이터는 제어의 유연성(다중 위치 및 모션 프로파일), 효율성(다중 위치 및 모션 프로파일, 압축 공기) 및 더 높은 성능(정밀도, 정확도, 반복성). 또한 식품 가공 환경에서 유체 동력 실린더와 관련된 오염 위험이 있다. 공압 실린더를 사용하는 경우 박테리아 성장을 유발할 수 있는 공기 라인의 응축 및 기타 오염 물질로부터 공기를 깨끗하게 유지해야 한다.

유압 실린더의 경우, 누출된 작동유는 제품을 오염시킬 수 있고 청소 활동으로 인해 생산을 지연시키는 데 많은 비용이 소요될 수 있다.
일반적인 로드 스타일 액추에이터의 작동 부품은 식품이나 그 포장과 직접 접촉하지 않을 수 있지만 액추에이터를 포함한 가공 기계의 다양한 부품에 모이는 유출, 물방울 및 스패터는 항상 있다. 이 잔여물을 정기적으로 세척 과정을 통해 장비에서 제거하지 않으면 불가피하게 식품이 박테리아에 오염될 위험이 생긴다.

세척 환경에 적합한 재료

세척 환경에서 사용되는 액추에이터는 부식 방지 재료(스테인리스 스틸 및 플라스틱 씰/개스킷)로 만들거나 물, 식품 또는 화학 물질이 액추에이터에 닿지 않도록 조심스럽게 보호해야 한다.
세척용으로 설계되지 않은 보다 경제적인 액추에이터의 차폐가 널리 실행되고 있지만 차폐는 장비 설계를 복잡하게 만들고 유지 보수를 방해한다. 세척용으로 설계된 스테인리스 스틸 구조의 액추에이터는 차폐의 필요성을 제거하여 기계 설계를 보다 개방적이고 구축하기 덜 복잡하게 만든다.

이상적으로 세척 환경에서 사용되는 액추에이터는 AISI 300 시리즈 스테인리스강(301 및 302 유형 제외)으로 구성되어야 하며 304 및 316이 가장 많이 사용된다. 특정 조건에서는 스테인리스강 이외의 금속 합금(예: 알루미늄)이 적합할 수 있지만 납, 침출 가능한 구리 또는 기타 독성 금속을 포함하는 합금은 식품 및 음료 응용 분야에서 피해야 하다.

예를 들어, 액추에이터 구성 자재로서의 알루미늄 합금은 강한 부식성 세척 용액이나 이종 금속의 부식 작용을 받지 않는 한 일부 건조 제품 처리 응용 분야에 적합할 수 있다. 다양한 표면 처리 또는 코팅을 사용하여 제품과 접촉하는 구성 요소의 부식을 줄일 수 있지만 코팅은 규정을 준수하여 식품 및 음료 사용에 대한 승인을 받아야 하다. 그러나 이러한 유형의 액추에이터의 위치/배치에 주의해야 하다. 결국 페인트가 처리 환경으로 떨어져 나가거나 벗겨질 수 있기 때문이다.

씰, 개스킷, 커넥터, 케이블 및 윤활과 같은 액추에이터의 다른 부품도 특히 제품과 접촉하거나 제품 처리 영역에서 사용되는 경우 식품 처리 환경과 호환되어야 하다. 또한 이러한 씰, 개스킷 및 액세서리는 사용된 세척액의 영향을 견딜 수 있어야 하며 액추에이터 본체와 로드 사이에 IP67 또는 IP69k 보호 등급에 대한 적절한 씰을 제공해야 하다.

세계의 지역에 따라 지방 정부 기관(FDA 또는 이와 유사한 기관)은 위생적인 세척 용액을 견디고 처리 환경으로의 누출을 방지하기 위해 승인된 플라스틱 및 고무 재료 목록을 유지 관리한다. 다양한 재료 선택이 있지만 일부 인기 있는 재료는 Polyeurathane 혼합, Viton? 및 UHMW이다. 또한 액츄에이터 내부에 사용된 윤활유는 시간이 지남에 따라 로드로 이동할 수 있다. 이러한 오일 및 그리스는 FDA 또는 유사한 관리 기관의 승인을 받아야 한다.

설계 및 제작

모든 기계 설계 식품 및 음료 응용 분야는 박테리아가 서식할 수 있는 틈이 없어야 하고 세척을 위해 밀봉되어야 하며(IP69k 선호), 쉽게 수분을 배출하는 매끄러운 마감 처리로 둥근 표면이 있어야 한다. 모터 하우징, 액추에이터 본체, 모서리는 수분 유출을 촉진하기 위해 모두 둥글어야 하다. 일반적으로 홈, 균열, 접힘 또는 기타 결함이 없는 스테인리스 스틸의 4번 연마 마감 처리가 세척 작업에 적합하다. 용접 접합부의 경우, 전기 연마, 유리 비드 및 쇼트 피닝은 일반적으로 4번 연마 마감에 대한 대안으로 허용되지 않다.

액추에이터 구성의 영구 조인트는 용접하거나 O-링으로 밀봉하거나 개스킷을 사용해야 한다. 접합부 구조에 관계없이 접합부는 조립 시 완전히 청소할 수 있어야 하며 박테리아가 이동 및 증식할 수 있는 틈이 없어야 한다. 예를 들어, 개스킷이나 O-링을 사용하는 경우 재료가 인접한 표면의 전체 간격을 채워 틈새나 균열을 제거해야 한다. 보다 표준적인 알루미늄 액추에이터는 위치 스위치를 수용하기 위해 나사 몸체를 따라 홈이 있는 경향이 있어 식품 및 음료 응용 분야에서 사용하기에 적합하지 않다.

세척 환경을 위한 액추에이터에 사용되는 패스너도 물을 자유롭게 흘릴 수 있어야 한다. 소켓 헤드 볼트, 카운터 보어 홀, 홈이 있는 나사 또는 널링이 있는 패스너는 모두 파편 수집 지점이 있으므로 피해야 한다. 육각 머리 볼트, 도토리 너트 또는 위생적으로 승인된 하드웨어는 모든 피난처를 제거하는 데 선호되는 선택이다. 또한 파편이 모일 수 있는 노출된 나사산이 있는 패스너 또는 로드 끝단을 피해야 한다.

액추에이터가 공압식이든 유압식이든 전기식이든 상관없이 먼지, 물방울 및 세척 용액이 모터나 내부 메커니즘을 오염시키지 않도록 적절하게 밀봉해야 한다. IP65 또는 IP67 등급의 액추에이터는 먼지 유입 및 정적 조건에서 저압 세척으로부터 보호된다. 극한의 세척 환경의 경우 IP69K 등급이 최고의 보호 기능을 제공한다. IP69K 등급은 공격적인 세척 솔루션으로 인한 화학적 공격에 대한 보호를 지정하지 않지만 이 등급은 고압, 고온 세척 상황에서 높은 수준의 침투 보호를 유지한다.

그러나 식음료 가공용으로 설계된 IP69k 설계 액추에이터의 경우 IP69k 지정은 최종 사용자에게 액추에이터가 다양한 세척 솔루션으로 세척해도 견딜 수 있음을 의미한다.

액추에이터 유지보수

식품 가공 또는 포장 장비의 유지 관리는 적절한 위생 및 최대 가동 시간을 위해 매우 중요하다. 가혹한 세척 환경은 장비에 힘들고 부식의 증거 또는 최적 작동 미만의 증거를 지속적으로 찾는 것이 중요하다. 액추에이터는 세척 환경을 위해 특별히 설계되고 응용 분야에 적합한 크기로 매우 내구성 있는 구성 요소가 될 수 있다. 그러나 로드를 따라 씰 마모, 느슨한 구성 요소, 구멍 또는 부식의 징후가 있는지 액추에이터를 주기적으로 검사하는 것이 중요하다.

구멍이나 부식은 습기를 모으고 파편이나 박테리아가 서식하는 장소를 만들 수 있다. 결론 액추에이터는 주요 선형 디바스로서 식품 및 음료 산업에서 사용되는 가공 및 포장 기계에서 중요한 역할을 한다. 또한 이러한 응용 분야에 사용되는 액추에이터의 설계는 생산되는 제품의 건강과 안전에 매우 중요하다. 재료 선택, 세척 보호 등급, 제작, 접합 방법, 장착 하드웨어, 부품 형상 등과 같은 설계 요소는 액추에이터를 포함한 모든 기계 설계에 통합하는 데 중요하다.

예산을 충족하고 박테리아 오염, 부식 및 세척 보호의 전반적인 위험을 최소화하기 위해 가능한 한 많은 위생 설계 요소를 통합하는 식품 및 음료 가공 환경용으로 설계된 액추에이터를 선택하는 것이 가장 좋다.

자료 제공: Tolomatic(www.tolomatic.com)