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Was machen Autoklaven und für was werden sie in der Industrie hauptsächlich eingesetzt?

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Autoklaven sind Druckkammern, die zur Durchführung industrieller und wissenschaftlicher Prozesse verwendet werden. In einem Autoklave wird die Umgebungstemperatur und der Umgebungsdruck erhöht, so wie es die Erhöhung der  Temperatur im Inneren der Maschine erfordert. Autoklaven werden in medizinischen Anwendungen zur Sterilisation und in der chemischen Industrie zur Aushärtung von Beschichtungen und zur Vulkanisation von Kautschuk sowie zur hydrothermalen Synthese eingesetzt. Industrielle Autoklaven werden in industriellen Anwendungen eingesetzt, insbesondere bei Verbundwerkstoffen.

Der Prozess der Sterilisation mit einem Autoklav

Viele Autoklaven werden zum Sterilisieren von Geräten und Gebrauchsgegenständen verwendet. Hierbei wird das Objekt etwa 15 bis 20 Minuten lang einem gesättigten Druckdampf von 121 ° C ausgesetzt. Autoklaven wurde von Charles Chamberland im Jahr 1884 erfunden. Sein Vorläufer, ein Dampfkocher erfunden von Denis Papin, stammt aus dem Jahr 1679.  

Autoklaven zur Sterilisation werden in der Mikrobiologie, Medizin, Podologie, Tätowierung, Piercing, Veterinärmedizin, Mykologie, Begräbnispraxis und Zahnmedizin eingesetzt. Sie variieren in Größe und Funktion je nach dem zu sterilisierenden Medium und werden in der Chemie- und Lebensmittelindustrie manchmal als Retorte bezeichnet.

Typische Objekte, die mit einem Autoklaven bearbeitet werden sind beispielsweise Laborglaswaren, chirurgische Instrumente oder medizinische Abfälle.

Eine bemerkenswerte neue und zunehmend populäre Anwendung von Autoklaven sind die Vorbehandlung und Sterilisation von Abfallstoffen, wie beispielsweise pathogenen Krankenhausabfällen. Maschinen dieser Kategorie arbeiten weitgehend nach den gleichen Prinzipien wie herkömmliche Autoklaven, da sie in der Lage sind, potenziell infektiöse Stoffe mit Druckdampf und überhitztem Wasser zu neutralisieren. Eine neue Generation von Autoklaven ist in der Lage, denselben Effekt sogar ohne einen Druckbehälter zur Sterilisation zu erzielen. Dieses Vorgehen ist besonders nützlich für Materialien, die der höheren Temperatur eines Heißluftofens nicht standhalten.

Weitere Einsatzgebiete von Autoklaven 

Autoklaven werden auch häufig zum Aushärten von Verbundwerkstoffen und zur Vulkanisation von Kautschuk verwendet. Die hohe Hitze und der hohe Druck, die Autoklaven erzeugen, tragen dazu bei, dass die bestmöglichen physikalischen Eigenschaften reproduzierbar sind. Sogar die die Luft- und Raumfahrtindustrie ist im Besitz von Autoklaven mit einer Länge von über 15 m und einer Breite von über 3 m.

Andere Arten von Autoklaven werden zum Züchten von Kristallen verwendet. Hier werden synthetische Quarze, welche für die der Elektronikindustrie benötigt werden, in industrieller Weise gezüchtet. Auch das Verpacken von Fallschirmen für Spezialanwendungen kann unter Vakuum in einem Autoklaven durchgeführt werden, wodurch die Teile mit dem kleinsten Volumen erwärmt und in ihre Packungen eingeführt werden können. 

Das benötigte Vakuum

Es ist sehr wichtig sicherzustellen, dass die gesamte eingeschlossene Luft vor der Aktivierung aus dem Autoklaven entfernt wird, da eingeschlossene Luft ein sehr schlechtes Medium zur Erzielung der Sterilität ist. Dampf mit 134 ° C  kann die gewünschte Sterilität in drei Minuten erreichen, im Gegensatz zu heißer Luft mit 160 ° C, die im Gegensatz dazu bis zu zwei Stunden benötigt, um die identische Sterilität zu erzielen.

Methoden zur Erzeugung des Vakuums

Verdrängung durch Schwerkraft: Wenn Dampf in die Kammer eintritt, füllt er zuerst die oberen Bereiche, da es weniger dicht ist als Luft. Dieser Prozess komprimiert die Luft auf den Boden und drückt sie durch einen Abfluss. Erst wenn die Entlüftung abgeschlossen ist, stoppt die Entladung. Der Durchfluss wird normalerweise von einem Kondensatableiter oder einem Magnetventil gesteuert, wobei hierzu in der Regel auch Entlüftungslöcher verwendet werden. Wenn sich der Dampf und die Luft vermischen, ist es auch möglich, das Gemisch aus anderen Stellen in der Kammer als dem Boden herauszudrücken.

Vakuumpumpen: Eine Vakuumpumpe saugt Luft und das Dampf-Gemische aus der Kammer an. Die Anzahl der Impulse hängt vom gewählten Autoklaven und den eingestellten Zyklus ab. (überatmosphärische Zyklen)

Unteratmosphärische Zyklen: Dieser funktioniert ähnlich wie überatmosphärische Zyklen, wobei der Kammerdruck niemals den atmosphärischen Druck übersteigt, bis er auf die gewünschte Sterilisationstemperatur gebracht wird.

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