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Bakterien, Pilze, Viren, Parasiten und sonstige Mikroben sind Überlebenskünstler. Sie haben im Laufe der Evolution unterschiedliche Schutzmechanismen ausgebildet, um sich gegen die Techniken zu schützen, mit der wir Menschen versuchen sie zu beseitigen. Mehrere Fußballer der Weltmeisterelf von 1954 zum Beispiel erkrankten nach dem Turnier. Damals wurden die Nadeln von Spritzen mit heißem Wasserdampf desinfiziert. Bei dem Verfahren waren Temperaturen von fast 100°C in Gebrauch, doch es reichte nicht aus, um das Hepatitis C Virus auszuschalten. Heute weiß man, dass auch Säuren und Basen dafür ungeeignet sind, da es eine hohe Stabilität im Bereich ph 4 bis 9 aufweist. Damit ist klar: In gesundheitlich sensiblen Bereichen, müssen bessere Wege zur Desinfektion und Sterilisation gefunden werden.

Als eine gute Möglichkeit dazu entpuppte sich die Anwendung von Geräten, die hohe Temperaturen erzeugen. Doch das Problem bei ihnen ist, dass beispielsweise ein Heizofen Erreger zerstören kann, aber er kann nicht reinigen. Ideal wäre die Herstellung von Apparaten, die zugleich eine Art Spülmaschine und auch thermische Desinfektion in einer Kombination anbieten. So eine Lösung hat man gefunden: Autoklaven waren die Antwort. Autoklaven nutzen einen kleinen Trick aus der Physik, um damit Wasser heißer zu machen als dessen übliche Siedetemperatur. Seither werden Autoklaven in der Medizin dazu eingesetzt, um Geräte zu desinfizieren. Somit können Skalpelle oder Bohrer beim Zahnarzt mehrfach genutzt werden. Des Weiteren nutzt man sie auch, um in anderen, gesundheitsrelevanten Bereichen hygienische Zustände herzustellen. Wir zeigen die Hintergründe auf, erklären das Verfahren und zeigen auf, wofür die Technik eingesetzt werden kann. Manches wird sicherlich überraschend sein in dem Zusammenhang.

Wie funktionieren Autoklaven?

Wer an den Unterricht in Physik zurückdenkt, der wird sich möglicherweise daran erinnern, dass Wasser ein sehr vielseitiger Stoff ist, der bestimmte Kuriositäten zu bieten hat. Zum Beispiel, dass es sich ab 4°C wieder ausdehnt, anstatt zusammenzuziehen. Doch im Autoklaven ist eine andere Eigenschaft interessant. Nämlich die, dass Wasser eigentlich nie heißer werden kann als 100°C. Doch das ist so nicht ganz richtig. Menschen, die in den Bergen wohnen, stellten fest, dass es bei ihnen schon ab 90°C anfängt zu dampfen. Wie kann das sein? Es ist der niedrigere Druck der Luft in Höhenlage. Er verändert die Siedetemperatur. Wird Wasser unter Druck gesetzt, dann kann die Temperatur auch über mehr als 130°C hoch getrieben werden.

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Wer schon einmal einen Schnellkochtopf gesehen hat, der wird das problemlos nachvollziehen können. Genau dieses Verfahren kommt im Autoklav zur Anwendung. Bei Autoklaven handelt es sich um Geräte, die eine geschlossene, luftdichte Atmosphäre herstellen, in dem der Druck erhöht wird. Aus diesem Grund entsteht äußerst heißer Wasserdampf, der durch seine Temperatur und durch den “Spül-Effekt” sowohl Keime abtötet als auch mikroskopisch kleine Partikel ablösen bzw. auflösen kann. Reinigung und Desinfektion – das sind die Möglichkeiten, die mit diesem Werkzeug am besten machbar sind.

Mit der Zeit hat man festgestellt, dass die Technologie der Autoklaven sich nicht darauf beschränkt Instrumente in Kliniken und Arztpraxen zu sterilisieren. Sie wird in zahlreichen anderen Branchen erfolgreich eingesetzt.

Wo werden Autoklaven eingesetzt?

Als Laie kann man das Funktions-Prinzip problemlos nachvollziehen, wie Autoklaven ihre Arbeit machen. Doch alles, was darüber hinaus geht, dafür reichen die naturwissenschaftlichen Kenntnisse kaum aus. Es gibt eine ganze Reihe von Formen der Nutzung, auf für die man erweiterte technische Kenntnisse benötigt. Daher stellen wir die wichtigsten Gebiete vor, in denen die thermische Behandlung mit Hilfe von Autoklaven genutzt wird.

Medizinischer Bereich

Wir hatten es schon erwähnt. Autoklaven sind in jeder Klinik und jeder Arztpraxis in Gebrauch, um die genutzten medizinischen Instrumente wieder nutzbar zu machen. Durch sie können Skalpelle und Bohrer usw. mehrmals genutzt werden.

Um die Sicherheit zu gewährleisten, wird dazu täglich ein Bowie-Dick-Test im Gerät durchgeführt. Dort wird mit einem Streifentest geprüft, ob das hartnäckige Bacillus stearothermophilus überlebt hat. Ist es nicht auf dem Teststreifen vorhanden, dann geht man davon aus, dass die anderen Erreger alle abgetötet wurden.

Lebensmittelindustrie

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Hygiene und Sauberkeit spielen bei der Herstellung von Lebensmitteln eine wichtige Rolle. Wer als Unternehmen Essen industriell verarbeitet, der trägt eine hohe Verantwortung für die Gesundheit der Konsumenten. Aus diesem Grund werden in den Betrieben Autoklaven dazu eingesetzt, um die Ausrüstung sicher zu machen. Zudem werden damit Speisen und Nahrungsmittel selbst haltbar gemacht. So entstehen Lebensmittel, die hinsichtlich ihrer Hygiene höchste Qualität bieten. Grund dafür ist: wo keine Keime und Bakterien usw. dort gibt es keine Fäulnis oder Verderb. Mit dieser Art der Behandlung erzeugt man Produkte, die über sehr lange Zeit haltbar sind. Und das ganz ohne den Einsatz von schädlicher Chemie.

Chemische Industrie

Immer dann, wenn Gase unter Druck zu einer Reaktion gebracht werden, kommen in der chemischen Industrie Autoklaven zum Einsatz, bzw. ähnliche Druckbehälter. Am häufigsten kommen sie bei der Herstellung von Kunststoffen vor. Polyethylen und Polypropylen aus Ethylen und Propylen werden unter Hochdruck erzeugt.

Baustoffindustrie

Heißer Dampf ist eine besondere Art der Wärmebehandlung. Im Gegensatz zum Ofen wird hier feuchte Wärme unter Hochdruck eingesetzt. Aus diesem Umstand werden andere Reaktionen forciert. In der Baustoffindustrie nutzt man dies, um das optimale Aushärten bestimmter Materialien zu gewährleisten. Kalksandstein zum Beispiel oder Porenbeton wird mit Hilfe von speziellen Autoklaven-Anlagen gehärtet.

Verbundsicherheitsglas Produktion

Bei der Produktion von Verbundsicherheitsglas, werden ebenfalls Autoklaven eingesetzt. Dafür werden zwei oder mehr Glasscheiben aufeinander gelegt. Zwischen sie werden jedoch Folien aus Kunststoff platziert. Unter Hitze wird die Folie leicht geschmolzen, so dass sich die Schichten miteinander verbinden. Diese Mischung aus spröde-fest und weich-flexibel sorgt für eine besondere Stabilität. Auf diesem Wege entstehen Scheiben, mit denen kugelsichere Fahrzeuge ausgestattet werden. Möglich ist es sogar explosionshemmendes Panzerglas damit zu erzeugen.

Faser-Verbundherstellung

Etwas heißer und noch viel druckvoller geht es zu bei der Produktion von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen. Dort wird Druck von bis zu 10 bar eingesetzt. Zudem wird die Temperatur im Druckbehälter von bis zu 400°C eingesetzt. Das geht also weit über den Effekt der hygienischen Reinigung hinaus. Dementsprechend sind diese Varianten von Autoklaven um einiges komplexer und teurer als einfache Geräte.

Faserverbundstoffe entstehen durch die Verbindung von zwei oder mehr Hauptkomponenten. Es gibt eine Art solide Grundlage. Diese wird mit verstärkenden Fasern angereichert. Hitze sorgt dafür, dass sie sich auf sanftem Wege verbinden. Durch die Mischung der Eigenschaften der Komponenten, entsteht ein neues Material, dessen neue Beschaffenheit einen Mehrwert bietet.

Fazit zum Thema Autoklaven

Der Zusammenhang zwischen Druck und Hitze ist schon seit ungefähr 300 Jahren bekannt. Seither wird das Überdruckprinzip immer mehr genutzt, um damit verschiedene Ziele zu erreichen. Mit dem Fortschreiten der Technik kamen regelmäßig neue Aufgabengebiete hinzu, für die sich die Technologie eignet. Heute reicht die Nutzung von der erfolgreichen Sterilisation von medizinischen Geräten bis hin zur Herstellung von besonderen Werkstoffen. Besonders vorteilhaft an der Sache ist, dass lediglich mit Hitze gearbeitet wird, in Kombination mit Wasser. Dieser Stoff ist nur wenig aggressiv und kann somit für eine materialschonende Behandlung eingesetzt werden.