Cleaning-in-Place – meist als CIP abgekürzt – ist eine Methode zur Reinigung der Innenflächen von Rohren, Behältern und Prozessanlagen, ohne das System demontieren zu müssen. Anstatt eine Anlage nach jedem Produktionslauf zu zerlegen, zirkuliert bei CIP Reinigungsflüssigkeit mit kontrollierter Geschwindigkeit, Temperatur und Konzentration durch die installierten Rohrleitungen und entfernt automatisch Produktrückstände und Biofilme. Dieser Ansatz ist Standard in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Milchwirtschaft, dem Brauwesen, der Körperpflegebranche und der Pharmazie – überall dort, wo Hygiene nicht verhandelbar und Ausfallzeiten kostspielig sind.

CIP-Pumpen sind die Arbeitstiere, die dies ermöglichen. Sie fördern, zirkulieren und führen die Reinigungslösungen – Wasser, Lauge, Säure – mit ausreichendem Durchfluss durch das System zurück, um die für eine effektive Reinigung erforderlichen turbulenten Bedingungen zu schaffen. Ohne eine korrekt ausgewählte Pumpe kann der gesamte CIP-Zyklus unbemerkt fehlschlagen: Rückstände bleiben bestehen, mikrobielles Wachstum schreitet fort und die nächste Produktcharge ist gefährdet.

Dieser Leitfaden erklärt das Konzept von Grund auf, führt durch den Reinigungszyklus und behandelt die Entscheidungen bei der Pumpenauswahl, die bestimmen, ob Ihr CIP-System tatsächlich funktioniert. Wir stützen uns auf veröffentlichte Daten aus der Pumpentechnik, um die technischen Details praxisnah für reale Prozessanlagen zu halten.

Was ist Cleaning-in-Place?

Der Begriff "Cleaning-in-Place" (Reinigung an Ort und Stelle) trifft den Kern der Sache genau: Die Anlage bleibt während der Reinigung montiert. Prozesslinien in der Molkerei, im Brauwesen, in der Getränkeabfüllung und in der pharmazeutischen Herstellung können realistischerweise nicht nach jeder Charge zerlegt werden – der Aufwand wäre zu hoch und die erneute Montage birgt selbst Kontaminationsrisiken. CIP löst beide Probleme gleichzeitig.

Es lohnt sich, kurz innezuhalten, was "sauber" in diesem Zusammenhang eigentlich bedeutet, da es keine einheitliche Definition gibt. In der Praxis werden vier Stufen unterschieden:

1. Physikalische Sauberkeit: Entfernung aller sichtbaren Verschmutzungen oder Verunreinigungen, überprüft durch Sichtkontrolle.
2. Chemische Sauberkeit: Entfernung mikroskopischer Rückstände, die zwar unsichtbar, aber durch Geschmack oder Geruch feststellbar sind.
3. Bakteriologische Sauberkeit:  Erreicht nur durch ein Desinfektionsmittel, das pathogene Bakterien und den Großteil anderer Bakterien abtötet.
4. Sterilität : Vernichtung aller bekannten Mikroorganismen; typischerweise in pharmazeutischen und aseptischen Molkereianwendungen durch einen SIP-Schritt (Sterilization-in-Place) im Anschluss an CIP erforderlich.

Standard-CIP-Richtlinien decken die ersten drei Stufen ab. SIP — unter Verwendung von Heißwasser, Dampf oder chemischen Sterilmitteln — deckt die vierte Stufe ab und ist ein separater (wenn auch verwandter) Prozess, der oft unmittelbar nach dem CIP-Zyklus durchgeführt wird.

CIP ist darauf ausgelegt, Produktrückstände und Biofilme aus Prozessleitungen und Anlagen mithilfe turbulenter Reinigungsflüssigkeit zu entfernen, ohne dass die Ausrüstung demontiert werden muss.

Eine praktische Erwägung, die bei der ersten Spezifikation oft übersehen wird: Die Maximierung der Produktrückgewinnung vor Beginn des CIP-Zyklus ist ebenso wichtig wie der CIP-Zyklus selbst. Die Montage von Verdrängerpumpen mit vertikal angeordneten Anschlüssen verbessert beispielsweise die Entleerbarkeit und reduziert das Volumen der Produktrückstände, die in die erste Spülung gelangen – was sowohl den Produktverlust als auch die Belastung des Reinigungszyklus verringert.

Der fünfstufige CIP-Zyklus

Das international anerkannte Protokoll für die CIP-Reinigung schreibt während aller Phasen des Zyklus eine Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung zwischen 1,5 m/s und 3,0 m/s vor. Geschwindigkeiten in diesem Bereich haben sich bei einer Vielzahl von hygienischen Pumpentypen für eine effektive Reinigung bewährt; in der Regel gilt: Je höher die Geschwindigkeit, desto größer der Reinigungseffekt – wenngleich der Energieverbrauch entsprechend steigt.

Die effektivsten Reinigungsprozesse umfassen fünf Stufen:

1. Vorspülen mit kaltem Wasser. Trinkwasser oder deionisiertes Wasser bei Umgebungstemperatur, das 10–15 Minuten lang zirkuliert. Ziel ist es, den Großteil der verbleibenden Produktrückstände auszuspülen, bevor Chemikalien eingesetzt werden. Ein gut durchgeführtes Vorspülen macht die nachfolgenden Stufen berechenbarer – hier werden viele Planer überrascht, wenn sie unterschätzen, wie viel Reinigungswirkung bereits das Vorspülen erzielt.
2. Alkalische Reinigung (Laugenwäsche). Typischerweise eine 2,5%ige Lösung aus Natronlauge (NaOH) bei 70–95 °C für 20–30 Minuten. Häufig wird ein Tensid (Netzmittel) zugesetzt, um die Oberflächenspannung des Reinigungsmittels zu senken und das Eindringen in Rückstände zu verbessern. Diese Phase löst und entfernt organische Stoffe – insbesondere Fette und Proteine.
3. Zwischenspülen mit kaltem Wasser. 5–10 Minuten bei Umgebungstemperatur. Entfernt Reinigungsmittelreste aus der Laugenwäsche und verhindert, dass diese mit der Säurestufe reagieren.
4. Säurewäsche. Typischerweise eine 2,5%ige Salpetersäurelösung (HNO₃) bei Umgebungstemperatur für 10–15 Minuten. Diese Stufe zielt auf Proteine, Mineralsalze, Kalk und andere anorganische Ablagerungen ab, die durch die alkalische Reinigung nicht effizient entfernt werden können.
5. Nachspülen mit sauberem Wasser. 10–15 Minuten bei Umgebungstemperatur oder bis alle Spuren der Reinigungsflüssigkeit entfernt sind. In vielen Systemen wird das Wasser der Nachspülung aufgefangen und als Vorspülwasser für den nächsten Zyklus wiederverwendet – die Restwärme und Spurenchemie aus der Nachspülung machen das nachfolgende Vorspülen effektiver.

Einige wichtige Warnhinweise. Zykluszeiten, Temperaturen und Konzentrationen beeinflussen die Reinigungswirkung und müssen auf das spezifische Produkt zugeschnitten werden. Die chemische Beständigkeit zwischen Reinigungsmitteln und allen medienberührenden Materialien in der Pumpe muss bestätigt – nicht vorausgesetzt – werden. Zudem sollten schnelle Temperaturwechsel vermieden werden: Setzt man Pumpenkomponenten plötzlichen Thermoschocks aus, besteht die Gefahr von Festfressen oder Dichtungsschäden. Spezialisierte Lieferanten für Reinigungschemikalien sollten die endgültige Auswahl der Reinigungs- und Desinfektionsmittel für jede Anwendung treffen.

Die Rolle der CIP-Pumpen

Verdrängerpumpen – wie Drehkolbenpumpen und Kreiskolbenpumpen – werden selten als primäre Vorlaufpumpe für CIP-Flüssigkeiten eingesetzt. Kreiselpumpen übernehmen in der Regel die CIP-Versorgung für jede Phase des Reinigungszyklus, da sie die hohen Durchflussraten liefern, die für eine turbulente Geschwindigkeit im gesamten System bei wettbewerbsfähigen Energiekosten erforderlich sind.

Allerdings ist das Bild nicht ganz so einfach. Die Einführung von Schraubenspindelpumpen in hygienischen Prozessen hat die Kalkulation etwas verändert. Eine Schraubenspindelpumpe kann sowohl den Produkttransfer als auch den CIP-Vorlauf und -Rücklauf in einer einzigen Einheit übernehmen – eine echte Zwei-in-Eins-Fähigkeit, die die Anzahl der installierten Pumpenpositionen reduziert und die Verrohrung vereinfacht.

Die Fähigkeit, über einen weiten Drehzahlbereich zu arbeiten, macht die Schraubenspindelpumpe für Produkttransfer und CIP gleichermaßen geeignet, weshalb sie in der Milch-, Lebensmittel-, Getränke- und Körperpflegeindustrie weit verbreitet ist.

Für Produktpumpen, die während der Reinigung im System verbleiben, wird standardmäßig empfohlen, einen Differenzdruck von 2–3 bar über jeder Pumpe aufzubauen, die nicht als CIP-Versorgungseinheit fungiert, während sie mit normaler Betriebsgeschwindigkeit rotiert. Ein Ventil in der Druckleitung erzeugt diesen Differenzdruck, wobei ein Bypass um die Pumpe installiert wird, um überschüssige CIP-Flüssigkeit umzuleiten, die die Pumpe nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit fördern kann.

Während des CIP-Zyklus muss die CIP-Versorgungspumpe stets einen ausreichenden Durchfluss liefern, um sicherzustellen, dass die anderen Pumpen im System weder am Einlass unterversorgt werden – was zu Kavitation und Dichtungsschäden führen könnte – noch übermäßigen Druck am Einlass erfahren, weil sie wie eine Drossel wirken.

Ein Punkt, über den das Datenblatt selten alles aussagt: Die Positionierung der Dichtungsflächen ist entscheidend für die CIP-Effektivität. Bei mehreren Alfa Laval Verdrängerpumpen-Konstruktionen sind die Dichtungsflächen direkt im Flüssigkeitsstrom positioniert, sodass sie während des CIP-Zyklus der vollen Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzt sind. Dies ist kein triviales Detail – eine Dichtung, die in einem Totraum mit geringer Strömung sitzt, wird unter Umständen nicht ausreichend gereinigt, selbst wenn der Rest des Systems sauber ist.

Pumpentypen und CIP-Fähigkeit

Alle vier großen hygienischen Pumpentechnologien – Kreiselpumpen, Drehkolbenpumpen, Kreiskolbenpumpen und Schraubenspindelpumpen – sind bei korrekter Spezifikation für CIP und SIP geeignet. Die Wahl zwischen ihnen für eine bestimmte Linie hängt vom zu verarbeitenden Produkt ab, nicht allein von der CIP-Anforderung.

Die selbstansaugende Kreiselpumpe verdient im Zusammenhang mit Cleaning-in-Place besondere Aufmerksamkeit. Bei der Tankentleerung – dem Abpumpen der letzten Produktreste vor Beginn der CIP-Reinigung – zeigt eine selbstansaugende Pumpe ihre Stärken. Die LKH Prime-Serie wurde speziell für Tankentleerungen und CIP-Rücklaufanwendungen entwickelt, und ihre verifizierte Reinigbarkeit bedeutet, dass sie bei Bedarf auch als Produktpumpe dienen kann. Dies wird durch ein Design mit Luftschraube und Rezirkulationskammer erreicht, das es der Pumpe ermöglicht, Luft aus der Saugleitung zu evakuieren, ohne den Ansaugstrom zu unterbrechen.

Speziell für CIP-Rücklaufaufgaben besteht die Herausforderung darin, dass die aus dem System zurückkehrende Reinigungsflüssigkeit Lufttaschen enthalten kann, insbesondere zu Beginn und Ende jeder Reinigungsphase. Eine selbstansaugende Kreiselpumpe bewältigt diese gemischten Flüssigkeits-Gas-Zustände weitaus zuverlässiger als eine Standard-Kreiselpumpe, die den Saugkontakt verlieren würde. Zu beachten: Die LKH Prime sollte nicht zu groß dimensioniert werden, da die Luftevakuierungsfähigkeit unter ca. 2.800 U/min abnimmt – eine Einschränkung, die bei der Auswahl von Motor- und Antriebskombinationen wichtig ist. Sie finden die LKH Prime in unserem Kreiselpumpen-Sortiment.

Aufgrund der nachgewiesenen hocheffektiven CIP-Reinigbarkeit kann die LKH Prime sowohl als Produktpumpe als auch für die Tankentleerung und CIP-Rücklaufanwendungen eingesetzt werden.

Pumpenauswahl für CIP-Anwendungen: Die Schlüsselvariablen

Die richtige Pumpenauswahl für eine CIP-Anwendung ist komplexer, als es zunächst scheint. Die Antwort hängt stark von Ihrem Systemdruck und der nachgeschalteten Konfiguration ab – es gibt keine universelle Formel.

Mehrere Variablen bestimmen die Auswahl:

Durchflussrate und Leitungsgeschwindigkeit. Das Ziel von 1,5–3,0 m/s legt Ihren minimalen Durchfluss fest. Berechnen Sie den erforderlichen Durchfluss anhand der Rohrquerschnitte und dimensionieren Sie die Pumpe so, dass sie diesen Durchfluss bei der Gesamtförderhöhe des Systems liefert. Bei einer Kreiselpumpe muss der Betriebspunkt auf der Pumpenkennlinie in einem effizienten Bereich liegen – nicht an den Extremen, wo der Wirkungsgrad sinkt und das Kavitationsrisiko steigt.

Temperaturbereich. CIP-Laugentemperaturen von 70–95 °C sind üblich. Die Pumpe muss für die höchste zu erwartende Temperatur ausgelegt sein – dies schließt den SIP-Schritt ein, falls eine Sterilisation mit Heißwasser oder Dampf erforderlich ist (Molkereianwendungen sterilisieren beispielsweise typischerweise bei etwa 145 °C). Prüfen Sie die Rotorspiel-Spezifikationen bei Verdrängerpumpen: Viele sind für unterschiedliche Temperaturbereiche spezifiziert (z. B. gibt es Varianten für 70 °C, 130 °C und 200 °C innerhalb der SRU Drehkolben-Familie), und der Einsatz einer Pumpe über ihre Nenntemperatur hinaus kann zum Kontakt zwischen rotierenden und stationären Teilen führen.

Elastomerverträglichkeit. Hier kommt es auf die Details an. EPDM-Elastomere sind beständig gegen die meisten CIP-Reinigungsmittel sowie gegen Oxidation, Säuren und Basen unter harten Prozessbedingungen. FPM (auch bekannt als Viton®) bietet eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen eine Vielzahl von Substanzen, einschließlich Säuren und Oxidationsmitteln. Die Wahl hängt sowohl von der Reinigungschemie als auch vom Produkt ab – ein Elastomer, das Natronlauge perfekt verträgt, kann für das Produkt selbst ungeeignet sein. Bestätigen Sie die Kompatibilität immer für den gesamten Betriebsbereich, nicht nur für die CIP-Phase.

Gleitringdichtungskonfiguration. Für Produkte, die bei Kontakt mit der Atmosphäre kristallisieren, koagulieren oder fest werden können – wie Zuckersirup – wird eine einfachwirkende gespülte Gleitringdichtung empfohlen, um zu verhindern, dass das Produkt im Dichtungsbereich während und nach dem CIP-Zyklus aushärtet. Siliziumkarbid-Dichtungsflächen werden für abrasive Medien empfohlen. Für gefährliche, hochviskose oder Hochtemperaturanwendungen können doppelt wirkende gespülte Dichtungen angemessen sein.

Selbstentleerbarkeit. Alle fünf großen Pumpentechnologien gelten bei korrekter Installation als selbstentleerend. Bei Verdrängerpumpen maximiert die Montage mit vertikalen Anschlüssen die Entleerbarkeit und reduziert den Produktverlust vor CIP-Beginn.

Für Prozesslinien, in denen sowohl viskose Produkte als auch CIP-Medien gefördert werden – Fruchtsaftkonzentrat ist ein klassisches Beispiel –, gehen Schraubenspindelpumpen und Kreiskolbenpumpen unterschiedlich mit dieser Doppelfunktion um. Die Schraubenspindelpumpe kann bei CIP (niedrige Viskosität, hoher Durchflussbedarf) mit höherer Drehzahl und bei der Produktförderung (schonende Behandlung wichtig) langsamer laufen. Die Kreiskolbenpumpe behält mit ihren sehr geringen internen Toleranzen einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad bei niedrigen Viskositäten und mittleren bis hohen Drücken bei – eine Kombination, die für viele CIP-Aufgaben in der Lebensmittel- und Molkereiindustrie ideal ist. Unsere Alfa Laval DuraCirc Kreiskolbenpumpe ist ein hervorragendes Beispiel für diese Fähigkeit, während die Alfa Laval SolidC Kreiselpumpe für die grundlegende CIP-Versorgung und Versorgungsaufgaben in weniger anspruchsvollen Anwendungen konzipiert ist.

Ein breiterer Überblick über unser Kreiselpumpen-Sortiment und unser Kreiskolbenpumpen-Sortiment hilft Ihnen zu verstehen, welche Technologie am besten zu Ihrem Prozess passt.

SIP, Warnhinweise und praktische Installationsdetails

Nach Abschluss des CIP-Zyklus kann ein zusätzlicher SIP-Prozess (Sterilization-In-Place) erforderlich sein, wenn hochsensible Produkte verarbeitet werden – pharmazeutische Abfüllanlagen und aseptische Molkereibetriebe sind hier die klarsten Beispiele. SIP inaktiviert Mikroorganismen, die nach der chemischen Reinigung verbleiben könnten, unter Verwendung von Heißwasser, Dampf oder chemischen Sterilmitteln. In der Milchindustrie liegt die Sterilisationstemperatur typischerweise bei etwa 145 °C.

Einige praktische Punkte, die beim CIP- und SIP-Betrieb zu beachten sind:

Es ist gängige Praxis, dass Pumpen stillstehen, wenn während SIP Frischdampf vorhanden ist. Der Grund ist, dass der gasförmige Zustand des Dampfes und seine Verteilung im System ungleichmäßige Temperaturanstiege in den Dichtungskomponenten verursachen können – ein Betrieb der Pumpe unter diesen Bedingungen birgt das Risiko einer Verformung der Dichtungsflächen. Nach Abschluss von SIP sollte die Pumpe ausreichend abkühlen, bevor sie mit niedriger Drehzahl (unter 100 U/min) wieder angefahren wird, um eingeschlossenes Kondensat zu entfernen. Ein geringes Leckagevolumen an der Dichtung beim ersten Neustart nach SIP gilt als normal und vorübergehend – die Dichtungsflächen setzen sich wieder, sobald die Pumpe zu den Betriebsbedingungen zurückkehrt.

Temperaturwechsel sind das andere große Risiko. In CIP-Systemen installierte Pumpen enthalten Komponenten, die sich unterschiedlich schnell ausdehnen und zusammenziehen. Setzt man sie schnellen Temperaturwechseln aus – zum Beispiel der Zufuhr heißer Lauge unmittelbar nach kaltem Produkt –, besteht die Gefahr von Thermoschocks und möglichem Festfressen. Graduelle Temperaturübergänge schützen sowohl die Pumpe als auch die umliegenden Rohrleitungen.

Produkte mit Feststoffanteilen (Kerne, Fasern, Fruchtstücke) erfordern eine individuelle Bewertung. Ihre physikalische Beschaffenheit stellt eine erhöhte Herausforderung für die Reinigung dar; hier können längere Zykluszeiten, höhere Geschwindigkeiten oder erhöhte Drücke erforderlich sein, um das gewünschte Maß an Sauberkeit zu erreichen.

Wie wir Ihnen helfen können

Bei Euroflow sind wir auf die Auswahl von Pumpen und Prozessanlagen für die Milch-, Brau-, Lebensmittel-, Getränke-, Kosmetik- und Pharmaindustrie in Süddeutschland spezialisiert. Als autorisierter Alfa Laval Partner unterstützen wir Behälterbauer, Betriebsingenieure, Systemlieferanten und Endkunden bei der Auswahl und Dimensionierung der richtigen Pumpe für Produkthandhabung und Cleaning-in-Place — einschließlich CIP-Rücklauf, Tankentleerung und Prozesslinien mit Doppelfunktion.

Wenn Sie ein CIP-System planen oder aufrüsten und Beratung zu Pumpentyp, Dichtungskonfiguration, Elastomerauswahl oder Systemdruckberechnungen benötigen, sind wir der richtige Ansprechpartner. Unser technisches Team ermittelt mit Ihnen die Einsatzbedingungen – Durchflussraten, Temperaturen, Reinigungschemie und Produkteigenschaften – und empfiehlt spezifische Alfa Laval Pumpenmodelle auf Basis detaillierter Auslegungsdaten.

Sie können unsere Pumpensortimente direkt erkunden: Unsere Übersicht der Kreiselpumpen deckt alle Standard- und selbstansaugenden Optionen ab, und unser Ratgeber für Pumpen in der Milchindustrie bietet zusätzlichen Anwendungskontext für CIP-intensive Prozesse. Kontaktieren Sie uns, um Ihre spezifischen Anforderungen zu besprechen.