Satelliten unterliegen im Weltraum der Nord-Süd-Drift, die von der Gravitation von Sonne und Mond verursacht wird. Dadurch verändert sich nach und nach ihre Umlaufbahn. Um die Abweichung auszugleichen und den gewünschten Orbit zu halten, müssen sie pro Jahr eine Geschwindigkeitsänderung von etwa 45 bis 50 Meter pro Sekunde zustande bringen. In der Schwerelosigkeit des Alls sind für eine solche Korrektur keine großen Kräfte nötig. Es genügt von Zeit zu Zeit ein kleiner, genau bemessener Impuls, um die Position zu justieren.

Leichter E-Motor vs. schwerer Verbrenner

Im Gegensatz zum schwergewichtigen Brenner der Rakete sind Ionenantriebe – im Speziellen sogenannte Hall-Effect-Thruster– klein und leicht: Der Thruster für einen Satelliten von bis zu einer Tonne Gewicht wiegt gerade mal 1,5 Kilogramm, der Gastank fasst selbst bei großen Kommunikationssatelliten nur wenige hundert Kilogramm an Treibstoff. Der Antrieb wird für das Korrekturmanöver jeweils nur für wenige Minuten gezündet und bezieht seine Energie in der Regel aus dem Solarkollektor, welcher die Raumsonde auch sonst mit Strom versorgt.

Im Ionenantrieb wird eine kleine Menge einer gasförmigen Stützmasse zunächst ionisiert. Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes werden die Ionen dann auf Geschwindigkeiten von bis zu 400.000 Stundenkilometer beschleunigt und durch den Auslass ins All gelenkt. Der so ausgelöste Rückstoß sorgt für die gewünschte Positionsänderung, nach dem gezielten Impuls wird das Triebwerk wieder abgeschaltet. Neben Satelliten nutzen auch Raumsonden für die Weltraumforschung diese Antriebsart, um in die Tiefen des Alls vorzudringen. In beiden Fällen muss der überschaubare Gasvorrat für viele Betriebsjahre reichen.

Ideale Stützmasse

Das Edelgas Xenon eignet sich besonders gut als Stützmasse für den Ionenantrieb; es wird in den meisten heutigen Satelliten und Raumsonden verwendet. Krypton kam bisher deutlich seltener zum Einsatz, doch das könnte sich künftig ändern. Im Gegensatz zu einigen Metallen, mit denen man anfangs experimentierte, müssen die Gase nicht erst verdampft werden; zudem sind sie umweltneutral und leicht zu handhaben. Der Ionenantrieb erreicht einen beachtlich hohen Effizienzgrad: Mit Xenon im Tank ist der gewichtsspezifische Impuls im Vergleich zum thermischen Raketentriebwerk um mehr als sechsmal höher.

Die einzige nutzbare Quelle für beide Edelgase ist die Erdatmosphäre. Sie sind in der Atemluft nur als Spurenelemente enthalten, doch Krypton kommt mit rund 1 ppm mehr als zehnmal häufiger vor als Xenon mit 0,09 ppm. Damit ist es leichter und kostengünstiger zu gewinnen. Xenon ermöglicht aufgrund seines höheren Atomgewichts zwar mehr Schub bei gleichem Tankvolumen, doch dieser Unterschied wird durch die zunehmende Effizienz der neusten Triebwerkstypen immer unwichtiger. So werden etwa die Starlink-Satelliten von SpaceX mit Krypton betrieben.

Gasqualität sichert Effizienz

Die Effizienz eines Ionenantriebs hängt unter anderem vom Filament ab, einem Glühfaden zur Erzeugung von Elektronen. Er reagiert empfindlich auf verschiedene Moleküle; insbesondere Sauerstoff und Sauerstoffverbindungen können unerwünschte Reaktionen an seiner Oberfläche auslösen. Daher muss das Gas der Stützmasse hohe Qualitätsanforderungen erfüllen, die von den Herstellern der Antriebe sehr genau – aber durchaus nicht bei allen gleich – spezifiziert sind. Neben dem Reinheitsgrad spielt die Zusammensetzung der verbleibenden Verunreinigungen eine wichtige Rolle. Wie stark die Leistung eines Ionentriebwerks beeinträchtigt wird, hängt entscheidend von Art und Menge der Restmoleküle ab.

Messer bietet zwei Gase mit einem reduzierten Anteil an Verunreinigungen an, Xenon 5.0 und Krypton 5.0 für Ionenantriebe. Sie wurden speziell für diese Anwendung entwickelt und ermöglichen eine dauerhaft hohe Effizienz des Thrusters. Die Gewinnung und der Qualitätsprozess sind minutiös auf die besonderen Anforderungen des Einsatzes in einem Ionenantrieb abgestimmt. Sie gehen über die Standardspezifikation des Reinheitsgrades 5.0 – ein Anteil des jeweiligen Gases von 99,999 Volumenprozent – hinaus.

Qualitätsprozess für Gas und Flasche

Angesichts ihrer minimalen Konzentration in der Atmosphäre ist die Gewinnung der beiden Edelgase nur in sehr großen Luftzerlegungsanlagen (LZA) wirtschaftlich möglich. Man findet sie etwa bei Stahlwerken, wo sie kontinuierlich die großen Mengen Sauerstoff und Stickstoff liefern, die dort gebraucht werden. Messer betreibt eine Reihe solcher Anlagen in Asien, Europa und Amerika. Damit ist die kontinuierliche Versorgung in allen Weltregionen sichergestellt.

Schon in der LZA werden nach der Abtrennung der Edelgase mit nachgeschalteten Reinigungsverfahren die ersten Schritte des Qualitätsprozesses durchgeführt. Dabei werden die geringen verbleibenden Anteile anderer Inhaltsstoffe – unter anderem Sauerstoff, Wasserstoff, Methan, CO und CO₂ sowie Feuchtigkeit – weiter reduziert. Zugleich durchlaufen die Behälter für die Triebwerk-Gase ein mehrstufiges Verfahren, um die erreichte Reinheit bis zur Auslieferung zu gewährleisten.

Die Flaschen bestehen aus besonders hochwertigem Edelstahl mit extrem glatten, elektropolierten Oberflächen. Damit werden mögliche Anhaftungen etwa von Wassermolekülen aus der Luftfeuchtigkeit von vornherein vermieden. Zudem werden die Flaschen vor der Befüllung mit hochreinem Stickstoff gespült. Während der Spülung werden mittels Laser-Lichtabsorption Menge und Größe eventuell vorhandener Feststoffpartikel bestimmt. Die Flaschen werden nur bei geprüfter Einhaltung der streng definierten Grenzwerte verwendet. Zur Qualitätskontrolle gehört außerdem eine Ventilprüfung, um sicherzustellen, dass die Armatur fett- und ölfrei ist. Das Flaschenzertifikat enthält die Maße der Flasche sowie Bilder von ihrem Zustand vor der Auslieferung. Alle relevanten Komponenten sind in der detaillierten Dokumentation erfasst.

Umfassende Dokumentation und individuelle Lösungen

Die Abfüllung nach der Entfernung des Spülgases folgt einer dokumentierten Standard Operating Procedure. Nach der Abfüllung wird die Qualität des Gases nochmal kontrolliert – also in dem Zustand, in dem es den Anwender erreicht. Dafür wird bei Messer ein Gaschromatograph mit Wärmeleitfähigkeitsdetektoren eingesetzt, der speziell für die Analyse von Edelgasen kalibriert ist. Die ermittelten Werte werden ebenfalls im Qualitätszertifikat dokumentiert.

Die Hersteller und Anwender der Ionenantriebe haben individuelle Spezifikationen für ihre unterschiedlichen Hall-Effect-Thruster definiert. Das Angebot von Messer umfasst daher neben den Standardprodukten auch maßgeschneiderte Lösungen mit einer passenden Dokumentation nach den jeweiligen Vorgaben. Die Vertriebsorganisation setzt dabei grundsätzlich auf persönlichen Kontakt und individuelle Beratung, um die gelieferten Gase exakt auf die Anforderungen des Kunden abzustimmen.

Austenit ist eine Kristallstruktur aus Eisen und Kohlenstoff, die in vielen Stählen vorkommt, aber nicht immer erwünscht ist. Dieses Gefüge besitzt nur eine geringe Härte und lässt sich in der Regel schwer zerspanen, was die Möglichkeiten der Bearbeitung stark einschränkt. Beim tschechischen Werkzeughersteller Pilana wird gehärteter Stahl deshalb vor der Verarbeitung mit Stickstoff tiefgefroren, denn bei sehr tiefen Temperaturen wird Austenit in andere, erwünschte Gefügeformen umgewandelt. Messer hat dafür die Technologie installiert und liefert den Kälteträger Stickstoff. Pilana produziert unter anderem Holzfräsmaschinen und Kreissägeblätter aus Hartmetallen, Werkzeuge zur Holzbearbeitung sowie Hobel und Industriemesser. Das Unternehmen gehört mit 650 Mitarbeitern zu den größten Werkzeugherstellern in Europa. Die Werkzeuge werden gemäß den DIN und ISO-Normen gefertigt. Natürlich kommt es dabei entscheidend auf die Qualität des Stahls an, diese wiederum hängt von der Kristallstruktur des Werkstoffs ab. Je nach Werkzeug und Anwendung muss der im Stahl enthaltene Austenit in eine andere Kristallstruktur umgewandelt werden: den Martensit, der über eine extreme Härte verfügt.

Gitterwechsel
Das klassische Verfahren zur Umwandlung von Austenit in Martensit besteht im wiederholten Erwärmen und Abkühlen des Werkstoffs. Das dauert allerdings lang und verbraucht viel Energie. Die Tieftemperaturbehandlung bietet hier eine moderne, zeit- und energiesparende Alternative. 2011 vergab Pilana an Messer in Tschechien den Auftrag, eine Anlage zur Tieftemperaturbehandlung für Schneidstahl einzurichten. Der Stahl sollte darin mit tiefkaltem Stickstoff auf bis zu minus 180 Grad Celsius abgekühlt und auf höchstens plus 180 Grad Celsius erwärmt werden können. Kernstück des Tieftemperaturverfahrens ist das Einspritzen von flüssigem Stickstoff in den Kühlraum der Kammer. Dort verteilen Ventilatoren das tiefkalte Gas, damit es gleichmäßig auf das Material einwirken kann. Der gesamte Ablauf aus Kühlung und Wiedererwärmung wird vorprogrammiert und zentral geregelt, sodass alle Parameter für die Aushärtung des Stahls exakt eingehalten werden. Dazu gehören die Geschwindigkeit und die Dauer der Abkühlung, die Haltedauer einer vorgegebenen Temperatur sowie die Geschwindigkeit und Dauer der Erwärmung.

Der Vorteil der geregelten Erwärmung besteht darin, dass der gesamte Prozess in der Box ohne Luftzutritt erfolgt. Ein weiteres Plus ist der schnelle Übergang von der Haltetemperatur zur Umgebungstemperatur, der viel Zeit spart. Stickstoff und Energie werden ebenfalls sehr effizient eingesetzt: Für ein Kilogramm Material genügen etwa zwei bis drei Kilogramm Flüssigstickstoff. Eine vakuumisolierte Rohrleitung für die Stickstoffzuführung trägt zusätzlich dazu bei, den Energiebedarf so gering wie möglich zu halten.

Qualitätsunterschied
Das Verfahren ist nicht nur besonders wirtschaftlich, es steigert auch die Qualität. Beim Vergleich der Lebensdauer von Schneidstählen zur Holzbearbeitung wird der Nutzen der Kälte messbar. Das österreichische Unternehmen Stora Enso Building and Living in Ybbs hat Werkzeugstahl (Messer zum Entfernen von Baumrinde) mit und ohne anschließender Tieftemperaturbehandlung bei mindestens minus 150 Grad Celsius verglichen. Die Tieftemperaturbehandlung reduziert die Spannung im Material und lässt besonders feine Martensitnadeln entstehen – eine Voraussetzung für eine widerstandsfähige Kristallstruktur. Damit schafft sie auch die Voraussetzung für eine erhöhte Schnitthaltigkeit. Die Lebensdauer von Werkzeugstählen, die eine Tieftemperaturbehandlung erfahren, ist deutlich erhöht.

Das Härten von Stahl ist nur möglich, wenn der Kohlenstoffanteil zunächst bei hohen Temperaturen im Austenit gelöst und das Werkstück anschließend in flüssigem Öl abgeschreckt wird. Dabei verändert sich die Kristallstruktur. Der gelöste Anteil an Kohlenstoff, die Härtetemperatur und das Abschreckmedium bestimmen die Art der Veränderung sowie die Eigenschaften des gehärteten Stahls bei Raumtemperatur. In der Praxis werden die Härteöle meistens konstant auf Temperaturen von 50 bis 70 Grad Celsius gehalten, um die Wärmebehandlung bezüglich der Härte und Formstabilität reproduzierbar zu machen. Bei diesen Temperaturen wird der Austenit während des Abschreckens jedoch nicht vollständig in Martensit umgewandelt. Bei Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt über 0,5 Gewichtsprozent kann die Bildung von Martensit beim Abschrecken auf Raumtemperatur nicht vollständig erfolgen.

Bis zu 20 Volumenprozent kann der Anteil an Restaustenit im Stahl nach dem Härten noch betragen. Restaustenit wirkt sich aber negativ auf Maßhaltigkeit, Verschleißbeständigkeit, Härte sowie Verarbeitungsfähigkeit aus. Er ist auch unter dem Aspekt der Sicherheit unerwünscht. Sein Anteil im Stahl muss also unbedingt reduziert werden. Das Tieftemperaturverfahren ist dafür heute die Methode der Wahl, da sie reproduzierbar bessere Ergebnisse mit einem – im Vergleich zum klassischen Verfahren – deutlich verringerten Energie- und Zeitaufwand kombiniert.

Ein zusätzliches Abkühlen der gehärteten Teile auf Temperaturen von bis zu minus 150 Grad Celsius erleichtert die Umwandlung von Restaustenit in Martensit oder macht ihn für bestimmte Legierungen und Anteile überhaupt erst möglich. Die gehärteten Bauteile werden in Kältekammern definiert abgekühlt – die Temperaturen richten sich nach den jeweiligen Legierung und Anforderungen und liegen meist zwischen minus 80 und minus 120 Grad – und anschließend wieder erwärmt. Diese Prozedur sollte möglichst nach dem Härten und mehrmals erfolgen. Die Martensit-Finishtemperatur (Mf) ist dabei eine entscheidende Größe. Sie zeigt an, bei welcher Temperatur ein zu erwartender Umwandlungsgrad erreicht ist.

Kernstück des Tieftemperaturverfahrens ist das Einspritzen von flüssigem Stickstoff in den Kühlraum der Kältekammer. Dort verteilen Ventilatoren das tiefkalte Gas, damit es gleichmäßig auf das Material einwirken kann.

Der gesamte Ablauf aus Kühlen und Wiedererwärmen wird in modernen Anlagen, wie den Cryogen®-Kältekammern von Messer, vorprogrammiert und zentral geregelt, sodass alle Parameter für die Aushärtung des Stahls exakt eingehalten werden. Dazu gehören die Geschwindigkeit und die Dauer der Abkühlung, die Haltezeit einer vorgegebenen Temperatur sowie die Geschwindigkeit und Dauer des Erwärmens. Das geregelte Erwärmen hat den Vorteil, dass der gesamte Prozess in der Box ohne Luftzutritt stattfindet und eine Vereisung der Charge nicht auftreten kann. Ein weiteres Plus ist der schnelle Übergang von der Haltetemperatur zur Umgebungstemperatur, der viel Zeit spart. Stickstoff und Energie werden in modernen Kühlkammern ebenfalls sehr effizient eingesetzt: Für ein Kilogramm Material genügt weniger als ein Kilogramm Flüssigstickstoff. Mit einer vakuumisolierten Rohrleitung für die Stickstoffzuführung vom Tank bis zur Kühlanlage kann der Energiebedarf weiter gesenkt werden. Eine möglichst kurze Verrohrung ist vorteilhaft und sollte somit bei der Projektierung der Gesamtanlage berücksichtigt werden.

Qualitätsunterschied

Das Verfahren ist nicht nur besonders wirtschaftlich, es steigert auch die Qualität. Beim Vergleich der Lebensdauer von Schneidstählen zur Holzbearbeitung wird der Nutzen der Kälte messbar. Ein österreichisches Unternehmen hat Werkzeugstahl (Industriemesser zum Entfernen von Baumrinde) mit und ohne anschließende Tieftemperaturbehandlung verglichen. Die Haltetemperatur betrug hierbei minus 150 Grad Celsius. Die Tieftemperaturbehandlung reduzierte die Druckspannungen im Schneidmesser und ließ besonders feine Nadeln aus Martensit entstehen – eine Voraussetzung für eine widerstandsfähige Kristallstruktur sowie für eine erhöhte Schnitthaltigkeit. Die Lebensdauer von Werkzeugstählen, die eine Tieftemperaturbehandlung erfahren, wird ebenfalls deutlich erhöht.

Das gleiche gilt für Werkstücke, bei denen die Genauigkeit von filigranen Konturen eine entscheidende Rolle spielt. Gussformen für Joghurtbecher zum Beispiel müssen minimale Toleranzen einhalten, weil bei der Vorbereitung, Befüllung und Etikettierung der Becher schon kleine Abweichungen den Prozess stören können. Die Tieftemperaturbehandlung steigert Verschleißfestigkeit sowie Maßhaltigkeit der Formen und trägt damit zur Senkung der Gesamtkosten bei. Zudem lassen sich tieftemperaturbehandelte Stähle besser verarbeiten. 

Typische Produkte und Anwendungen

Die Vorteile der Tieftemperaturbehandlung werden für die unterschiedlichsten Werkstücke und Anwendungen genutzt. Neben den bereits genannten (Werkzeugstahl und Gussformen) gibt es weitere typische Beispiele: Um die Maßhaltigkeit zu verbessern, wird die Kältebehandlung unter anderem für einsatzgehärtete Einspritzdüsen, vakuumgehärtete Gleitlagerringe oder die Klingen in Rasierapparaten genutzt. Bei Spezial-Faltenbälgen kommt der Aspekt Sicherheit hinzu. Haltbarkeit und Sicherheit stehen etwa bei Schutzketten für Reifen von Großfahrzeugen im Vordergrund.

Charakteristische Merkmale der Martensitischen Umwandlung

Die diffusionslose und exotherme Umwandlung beginnt mit einer Keimbildung von Martensit an Gitterdefekten im Austenit (Versetzungen, Korngrenzen). Das Volumen nimmt nach der Umwandlung um drei bis vier Prozent zu. Je nach chemischer Zusammensetzung der Legierung stellt sich ein spezifischer Gehalt an Restaustenit ein. Der endgültige Umwandlungsgrad wird von dem angewendeten Kühlprofil maßgeblich bestimmt.

Einflüsse auf den Restaustenitanteil beim Vergüten

Wie viel Restaustenit im Material verbleibt, hängt von zahlreichen Faktoren ab. Im Ofenraum spielen Härtetemperatur und Haltezeit sowie der Kohlenstoffpegel der Ofenatmosphäre eine Rolle. Bei der Abschreckung kommt es neben den Parametern der Werkstücke (Material, Geometrie etc.) auf den Härteöltyp, die Öltemperatur, die Abschreckgeschwindigkeit und die Ölwälzung an. Im Entnahmezyklus der Charge sind Tauchzeit, Abtropfzeit, Abschreckraumtemperatur, Lager- und Abkühlzeit von Bedeutung. Im Reinigungszyklus sind es Temperatur der Reinigerlösung, Dampf-/Sprüh-Behandlung, Trocken- und Gesamtzykluszeit. Bei der Kältebehandlung kommt es auf die Abkühlgeschwindigkeit, die Temperatur und ihre Verteilung, die Haltezeit, das Aufheizen und Anlassen an. Um reproduzierbare Qualität zu erzielen, ist eine Behandlungsvorschrift unerlässlich, die einen Arbeitsplan sowie die Kontrolle des Prozessablaufes und der Endqualität umfasst.

Sichere, schnelle Kälte in jeder Situation

Kältekammern von Messer ermöglichen eine effiziente und reproduzierbare Kältebehandlung, in der die spezifischen Kundenvorgaben exakt umgesetzt werden können. Sie zeichnen sich durch hohe Kühlleistung und Betriebssicherheit aus. So wird etwa beim Öffnen der Kammer die Zufuhr des Kühlmediums automatisch abgesperrt. Alle Kältekammern werden anschlussfertig geliefert, was die Inbetriebnahme am gewünschten Standort beschleunigt und dafür sorgt, dass alle Vorteile sofort genutzt werden können. Zudem können die Kältekammern schnell und problemlos an einem anderen Ort neu aufgestellt werden. Der Installationsaufwand ist minimal.

Die Einspeisung von Flüssigstickstoff ermöglicht einen sehr effizienten und kostengünstigen Betrieb. Sie sorgt für schnelles Erreichen der Kühltemperatur und für einen gleichmäßigen Temperaturverlauf. Zugleich ist ein sehr schneller Temperaturwechsel und eine Aufwärmung für einen raschen Chargenwechsel möglich. Eine prozessorgesteuerte Temperaturregelung erlaubt die genaue Steuerung der Abläufe. Die hochwertige Konstruktion der Kammern garantiert eine lange Lebensdauer. Sie sind auch für hohe Nutzlasten geeignet. Nicht zuletzt kann auch die Größe der Stickstoff-Tanks genau auf den jeweiligen Bedarf ausgelegt werden. Experten von Messer nehmen mit Kunden die geforderte Produktqualität auf und suchen entsprechende Lösungsansätze. Die Analyse der Prozesse und das Ermitteln des Verbesserungspotenzials sind Grundlage für die Planung und Auslegung der Kältebehandlung. Nach der Verfahrenseinführung sind die dauerhafte Betreuung und der Service ein fester Bestandteil der Zusammenarbeit.

Bis zu 30 Gummisorten werden bei der Herstellung eines Reifens zu unterschiedlichen Mischungen vermengt, je nachdem, ob aus ihnen Sommer- oder Winterreifen, Laufflächen oder Seitenwände entstehen sollen. Die einzelnen Gummilagen werden mit den weiteren Bestandteilen, wie Textilgewebe oder Stahlgürtel, Schicht für Schicht zusammengefügt und durch kräftiges Walzen vorläufig miteinander verbunden. Erst beim Vulkanisieren in der Heizpresse werden die Lagen endgültig zu einer unzertrennlichen Einheit. Hier erhält der Reifen auch sein Profil, und die bisher formbare Gummimasse verwandelt sich in das stabile, aber trotzdem elastische Material, das man von Auto- und Fahrradreifen kennt. Bei diesem entscheidenden Schritt spielt Stickstoff (N₂) eine wichtige Rolle. In der Heizpresse kann der Stickstoff gleich bei zwei Arbeitsschritten eingesetzt werden. Im ersten wird der Bladder mit Stickstoff aufgeblasen. Er ist eine Art Ballon, der sich in der Mitte der Heizpresse befindet und den Reifenrohling mit einem Druck von etwa einem bar in die Form presst. Für diesen Schritt wurde früher Dampf verwendet. Doch mit Stickstoff ist es sicherer, denn die Presse ist in dieser Phase noch geöffnet. Als Verschleißteil wird der Bladder zwar regelmäßig ausgetauscht, bei einer vorzeitigen Beschädigung könnte aber unkontrolliert heißer Dampf austreten und die Arbeiter gefährden. Pressluft kommt wegen der Entzündungsgefahr nicht in Frage. Der inerte Stickstoff bietet hier den größtmöglichen Schutz.

Im zweiten Schritt wird die Presse geschlossen und der Bladder mit heißem Dampf von 15 bis 20 bar gefüllt. Er bringt die Hitze und den Druck, die für die Vulkanisierung notwendig sind, wird aber nach kurzer Zeit durch Stickstoff ersetzt, da sich Dampf unter Druck zu stark weiter aufheizen würde. Hitze und Druck müssen beim Vulkanisieren aber in einem optimalen Bereich bleiben, damit die gewünschte Qualität erreicht wird. Der Prozess braucht umso länger, je größer der Reifen ist. Bei gewöhnlichen Pkw-Reifen nimmt er etwa zehn Minuten in Anspruch; bei den bis zu vier Meter großen Reifen für Schwerlastfahrzeuge kann er einen ganzen Tag dauern. Stickstoff gewährleistet eine gleichmäßige Wärmeverteilung über die gesamte Zeit.

Die verbesserte Druckstabilität und gleichmäßige Wärmeverteilung während des Vulkanisierens mit Stickstoff reduziert die Zykluszeit und erhöht gleichzeitig die Lebensdauer des Bladders. Dies ermöglicht höhere Produktionsraten sowie geringere Produktions- und Instandhaltungskosten.

Nach dem heißen N₂ kommt tiefkaltes CO₂ zum Einsatz, um überschüssiges Gummi aus den Pressformen zu entfernen. Mit Kohlendioxid-Trockeneis lassen sich die Formen ohne Demontage und mit minimalem Zeitverlust reinigen: Tiefkalte Trockeneispellets werden mit einem Strahlgerät, zum Beispiel dem ASCOJET der Asco Kohlensäure AG, mit bis zu 300 Metern pro Sekunde auf die Formen „geschossen“. Thermoschock und Aufprallenergie lösen die Verunreinigungen vollständig ab. Die Pellets gehen in den gasförmigen Zustand über und hinterlassen eine saubere und trockene Oberfläche. Die Reifenform der Heizpresse besitzt kleine Entlüftungslöcher, in die beim Vulkanisieren Gummi hineingepresst wird. So entstehen die charakteristischen kleinen Noppen, die an neuen Reifen zu finden sind. Für die Erstausstattung von Neuwagen werden die Reifen nicht nur entgratet, sondern auch „entnoppt“. Die Methode der Wahl für beides: Die abstehenden Gummireste werden mit tiefkaltem Stickstoff spröde gemacht und anschließend einfach abgebürstet.

Ob mit oder ohne Noppen, erst mit dem richtigen Reifendruck rollt der Reifen optimal. Auch hier ist Stickstoff – oder ein Stickstoff/Argon-Gemisch – der einfachen Pressluft deutlich überlegen. Reifen mit Stickstofffüllung halten den Reifendruck besser und bewahren so die optimalen Abrolleigenschaften länger. Damit lässt sich Kraftstoff sparen, zudem wird die Oxidation der Innenwand unterbunden, was dem Reifen eine längere Lebenszeit verleiht. In der Formel 1, bei Gefahrguttransportern und Fahrzeugen, die in Tunneln oder Stollen eingesetzt werden, sowie bei Verkehrsflugzeugen ist die Stickstofffüllung der Reifen ein Gebot der Sicherheit. Bei der Landung eines Jets beschleunigt der Reifen beim Aufsetzen blitzschnell auf etwa 260 Stundenkilometer und wird dabei schlagartig heiß. Um zu verhindern, dass er sich von innen entzünden kann, wird er mit Stickstoff gefüllt.

Auch beim Recycling des Reifens werden Gase eingesetzt. Um die wertvollen Rohstoffe aus Altreifen wiederzugewinnen, muss er zunächst zerkleinert werden. Mit Kaltmahlen lässt sich dabei die höchste Qualität erzielen. Das Mahlgut wird mit flüssigem Stickstoff abgekühlt und versprödet. Beim Mahlen wird damit eine sehr feine Körnung erreicht. Die Ausgangsstoffe – Gummi, Metall und Kunststofffasern – lassen sich sortenrein trennen und teilweise für die Reifenproduktion wiederverwenden.

Altreifen, bei denen das tragende Gerüst, die Karkasse, unbeschädigt geblieben ist, können wieder verwendet werden, in dem man die Lauffläche erneuert. Besonders bei Lkw Altreifen ist dies gängige Praxis. Zuerst wird bei dieser Runderneuerung die Karkasse kontrolliert. Ist diese in einem einwandfreien Zustand, wird die alte Lauffläche abgeschält und fällt dann als „Raumehl“ an. Anschließend kann die neue Lauffläche aufgetragen werden. Hier für gibt es zwei Verfahren: das Kalt- und das Heißrunderneuerungsverfahren. Bei dem Kaltrunderneuerungsverfahren wird eine vorvulkanisierte Lauffläche angebracht und in einem Autoklaven bei etwa 110 Grad Celsius unter Druck mit der Karkasse verbunden. Eine Alternative hierzu ist das Heißrunderneuerungsverfahren. Die neue Lauffläche wird hierbei strangweise als extrudierte Gummimasse aufgetragen und anschließend mit Stickstoff in einer Heizpresse vulkanisiert. So verschmelzen die Gummimasse und die Karkasse zu einer Einheit. Stickstoff bietet hier die gleichen Vorzüge wie bei der Herstellung von Neureifen.

Jeder Winzer freut sich über sonniges und trockenes Wetter in der Lesezeit. Die Trauben bekommen noch einen letzten Reifeschub und das Lesegut bleibt gesund – nur so können wirklich große Jahrgänge entstehen. Allerdings begünstigt der warme Herbst auch eine vorschnelle Gärung. Sobald die Weinbeeren von den Rispen der Traube gezogen und dabei angequetscht worden sind, beginnt der Angriff der allgegenwärtigen Mikroorganismen auf die Maische. Sie vermehren sich bei warmen Temperaturen besonders schnell. Wenn der Winzer nichts dagegen tut, beginnen sie sofort mit dem Umbau des Fruchtzuckers in Alkohol.

Gefahr im goldenen Oktober
Dieser Umbau, die Gärung, macht aus dem Saft der Trauben zwar den Wein, käme hier jedoch zu früh. Denn die Maische braucht etwas Zeit, damit sich vorher noch wichtige Inhaltsstoffe aus der Beerenhaut lösen können. Dazu gehört ein Teil der Aromastoffe, die dem Wein zu seinem fruchtigen Geschmack verhelfen. Die Tannine, die für den „Körper“ des Weins unerlässlich sind, sowie Farbstoffe, die ihm seinen schillernden Glanz verleihen, stammen ebenfalls überwiegend aus der Beerenhaut und werden vor der Gärung extrahiert.

Färbendes Schalenbad
Damit dieser subtile Vorgang nicht durch die vorzeitige Aktivität der alkoholbildenden Hefezellen gestört wird, setzen viele Kellermeister auf die sogenannte Kaltmazeration. Das Verfahren wurde ursprünglich im Burgund entwickelt, um der nicht sehr farbintensiven Rotweinsorte Pinot Noir (Spätburgunder) zu mehr dunkler Dichte zu verhelfen. Meist wird eine Temperatur von etwa fünf Grad Celsius angestrebt. Erreicht wird sie, indem minus 78 Grad kaltes Trockeneis zugegeben wird. Das tiefkalte Kohlendioxid kühlt die Maische nicht nur auf die gewünschte Wärmestufe ab, sondern hält auch die Umgebungsluft von ihr fern: Es geht aus dem festen in den gasförmigen Zustand über (Sublimation) und steigt aus der Maische auf, bleibt aber – da es schwerer als Luft ist – als CO₂-Wolke auf ihr liegen. Nach einiger Zeit, darf die Gärung endlich beginnen. Bei gutem Rotwein findet sie „auf der Maische“ statt – Most und Beerenhäute bleiben zusammen. Beim Weißwein werden beide zuvor getrennt. Die Maische wird abgepresst, der Most wird geklärt, also von Trübstoffen wie verbleibenden kleinen Partikeln der Beerenhaut und ähnlichem befreit.

Für diesen Prozessschritt kommt heute bei größeren Chargen vor allem das Flotationsverfahren zum Einsatz. Viele Betriebe verwenden dafür Stickstoff, der nicht mit den empfindlichen Inhaltsstoffen reagiert. In einem Drucktank wird Stickstoff in den Rebensaft eingeleitet. Bei fünf bis sechs bar bleibt er in der Flüssigkeit gebunden, löst sich aber wieder, sobald der Druck gemindert wird. Gasbläschen steigen auf, bleiben dabei an den Teilchen haften und lassen diese mit an die Oberfläche schweben. Unten bleibt klarer Most, der einfach abgezogen werden kann. Das Verfahren funktioniert auch mit Druckluft, doch der in ihr enthaltene Sauerstoff kann unerwünschte Reaktionen, Oxidation und einen Aromaverlust bewirken.

Gasflut im Tank
Während der Gärung produzieren die beteiligten Mikroorganismen selbst reichlich Kohlendioxid, so dass in dieser Phase keine Luft in die Gärtanks gelangen kann. Doch bevor diese gefüllt werden, und auch einige Wochen später, beim Umfüllen des vergorenen Jungweins in den Lagertank, stellt sich wieder die Frage, wie der Kontakt mit dem unerwünschten Sauerstoff vermieden werden kann. Die beste Lösung um geschmackliche und farbliche Veränderungen auszuschließen, ist der Einsatz reaktionsträger Gase – Stickstoff oder Argon bei Rot- und Kohlendioxid bei Weißwein. Diese Gase verdrängen die Luft bei der Lagerung, beim Umpumpen oder bei der Abfüllung von Wein und verhindern so eine Oxidation durch Luftsauerstoff. Sie werden in Gasetanks oder Gasflaschen gelagert und über Rohr- oder Schlauchleitungen bei Bedarf dosiert. Eine weitere, sehr einfache Methode zur Tankinertisierung: Eine abgemessene Menge Trockeneis wird manuell in den leeren Tank gegeben. Dort sublimiert es zu gasförmigem Kohlendioxid und drückt die Luft durch die obere Tanköffnung hinaus.

Dieselben Schutzgasverfahren werden angewandt, wenn verschiedene Weine zu einer Cuvée verschnitten werden, wie das zum Beispiel bei den meisten der edlen Bordeaux-Weine geschieht. Die teuren Tropfen werden aus den Weinen verschiedener Rebsorten zusammengestellt, die zunächst getrennt ausgebaut und später vermischt werden. Natürlich ist auch hier jeder vermeidbare Sauerstoffkontakt unerwünscht und mit dem Einsatz inerter Gase lässt er sich verhindern. Wenn der Winzer den Wein später aus Edelstahl-Weintanks auf Flaschen zieht, geschieht das oft in mehreren Arbeitsgängen. Es bleiben also halbvolle Tanks zurück, nicht selten über längere Zeit. In ihnen ist eine Schicht aus dem relativ schweren Edelgas Argon, der effizienteste Schutz vor der geschmackzerstörenden Oxidation. Es wird in der Regel in einem Stickstoff-Argon-Gemisch eingesetzt und kann übrigens auch bei angebrochenen Flaschen dem Wein seine Frische und Aromenvielfalt bewahren.

Viele Kunststoffe lassen sich erst in Pulverform recyclen und so wieder für die ursprüngliche Anwendung einsetzen. Im Kaltmahltechnikum der Messer Gruppe bei Krefeld werden zurzeit Gartenschläuche gemahlen. Ergebnis: Aus dem gewonnenen reinen Kunststoffpulver können neue Gartenschläuche gefertigt werden.

Beim Kaltmahlen werden die zu mahlenden Stoffe mit tiefkaltem flüssigem Stickstoff oder Kohlendioxid abgekühlt und versprödet. Darüber hinaus wird neben dem Produkt auch der Mahlvorgang gekühlt. Dadurch wird ein Temperaturanstieg, der durch die Umsetzung der elektrischen Energie der Mühlenmotoren entsteht, verhindert. Durch das kryogene Mahlen können Korngrößen deutlich unter 500 Mikrometern hergestellt werden. Dies wäre mit einer herkömmlichen Warmmahlung kaum zu erreichen.

Vom Aufgabebehälter wird das zu mahlende Gut über eine Dosierschnecke in den Wirbelschneckenkühler geleitet. Hier wird es durch eingesprühten Flüssigstickstoff gekühlt und gelangt gemeinsam mit dem Stickstoff in die Mühle. Dadurch wird gleichzeitig der Zerkleinerungsprozess in der Mühle gekühlt. Der Stickstoff übernimmt dabei eine weitere Funktion: Durch die tiefen Temperaturen trennen sich die verschiedenen Komponenten – beim Gartenschlauch der Weich-PVC vom Verstärkungsgewebe, den Polyesterfasern – voneinander. Durch die Versprödung wird der Weich-PVC fein zerkleinert, die Polyesterfasern bleiben hingegen aufgrund ihrer hohen Reiß- und Formbeständigkeit unzerkleinert.

Zur Vorzerkleinerung der Gartenschläuche werden die Schlauchteile auf einer Schneidmühle ohne Kühlung granuliert. Das Produkt ist ein Weich-PVC-Granulat mit einer Körnung von etwa einem bis fünf Millimetern. Hier trennen sich bereits die ersten Polyesterfasern vom PVC. Auf einer kryogenen Stiftmühle wird das PVC auf feinste Korngröße gemahlen. Die Polyesterfasern bleiben dabei weitestgehend unzerkleinert. Zur Trennung der Polyesterfasern vom PVC-Pulver ist eine abschließende Siebung erforderlich. Die Polyesterfasern verbinden sich auf dem Siebdeck zu Knäueln, das PVC-Pulver fällt dabei durch das Siebdeck mit einer Maschenweite von 500 Mikrometern. Das hochwertige Pulver kann als Werkstoff wiederverwendet werden – etwa für neue Gartenschläuche.

Das Prinzip der Mischerkühlung
Damit während des Misch- oder Zerkleinerungsprozesses eine bestimmte Produkttemperatur gehalten oder eingestellt werden kann, müssen Lebensmittel kontinuierlich gekühlt werden. Dies kann aus verfahrenstechnischen oder lebensmittelrechtlichen Gründen gefordert sein. So ist von Fall zu Fall die Einstellung einer bestimmten Produkttemperatur für nachfolgende Verarbeitungsschritte, die Einhaltung von Temperaturgrenzen oder die Kompensation der Mischerwärme unabdingbar. In der Fleischverarbeitung wird die Mischerwärme kompensiert, um den Mischprozess von einem Temperaturanstieg unabhängig zu machen.

Bei konventionellen Kühlverfahren wird das Produkt entweder indirekt durch eine Sole-Kühlung im doppelwandig ausgeführten Mischertrog oder durch direktes Einbringen von Kältemittel wie Kaltwasser oder Scherbeneis gekühlt. Die Zufuhr von Scherbeneis lässt sich nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand automatisieren und geschieht deshalb in der Regel von Hand.

Gaskühlung
Demgegenüber kann die Kühlung mit Gasen problemlos automatisiert werden. Im Gegensatz zur direkten Mischerkühlung mit Wasser oder Eis arbeitet die Gaskühlung rückstandsfrei. Sie ist wesentlich schneller und erlaubt zugleich eine größere zeitliche Flexibilität in der Prozessführung sowie frei wählbare Temperaturbereiche. Zur Formfleischherstellung ist es zum Beispiel erforderlich, das Produkt auf etwa minus drei Grad Celsius zu kühlen, damit es nach dem Formen nicht zerfällt. Das ist praktisch nur mit einer Gaskühlung möglich.

Die konstruktiven Details der Gaskühlung mit einem Variomix-Verfahren von Messer hängen wesentlich von der Geometrie der Maschine, der Art des Gaseintrags und des Gases selbst ab. Es kommt darauf an für eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Gases im Mischer zu sorgen. Man unterscheidet einerseits nach Deckel- oder Bodenkühlung, andererseits nach Kühlung mit Stickstoff oder Kohlendioxid. Des Weiteren darf die Kühltechnik den Zugang zur Maschine nicht behindern und muss den Hygiene-Ansprüchen des Produktes gerecht werden.

Vorteile der Gaskühlung
Es gibt, wie oben ausgeführt, eine Reihe von Gründen, für die Mischerkühlung in der Lebensmittelindustrie ein Verfahren mit tiefkalten Gasen zu wählen. Die wohl wichtigsten sind der Qualitätserhalt, die Reduzierung der eingesetzten Mittel sowie die Erhöhung der Produktivität durch Prozessautomatisierung oder durch bessere Ausnutzung der Maschinenkapazität. Die tiefe Kälte der Gase und das direkte Einleiten in den Mischer sorgen für die schnellstmögliche Abkühlung und verkürzen so den Prozess. Der Gaseintrag lässt sich nach Menge und Zeit genau dosieren, damit ist eine sehr präzise Temperaturführung möglich. Der direkte Kontakt zum Produkt erlaubt die auch energetisch optimale Ausnutzung des Kältemittels.

Häufig gibt es auch gar keine Alternative: Die Gaskühlung ist zum Beispiel das einzige gut funktionierende Verfahren zur Herstellung von Produkten wie Formfleisch. In vielen Fällen ist die prozesssichere Kühlung aufgrund gesetzlicher Bestimmungen vorgeschrieben und lässt sich nur mit Gasen zuverlässig bewerkstelligen. Der Aufbau der Kältemittelversorgung ist denkbar einfach und lässt sich problemlos auch in bestehenden Anlagen nachrüsten.

In der Kombination ihrer Vorteile erweist sich die Mischerkühlung mit tiefkalten Gasen in den meisten Prozessen als überlegene Lösung. Die Clapet-Düsen und die Variomix-Verfahren von Messer sind auf effiziente Kühlung und weitestgehende Automatisierung hin optimiert. Sie bauen auf umfassendes Know-how in diesem Bereich und ermöglichen dem Anwender eine ebenso einfache wie (qualitäts-) sichere Nutzung der Gasetechnik bei höchster Wirtschaftlichkeit.

Stickstoff oder Kohlendioxid?
Im Hinblick auf die kältetechnische Wärmebilanz gibt es kaum Unterschiede zwischen Stickstoff und Kohlendioxid. Beiden Gasen ist gemein, dass sie in flüssiger Form in einem Druckbehälter gespeichert werden. Da das Kältemittel direkten Kontakt mit dem Produkt hat, müssen bei seiner Auswahl die unterschiedlichen Eigenschaften der zwei Gase berücksichtigt werden.

Kohlendioxid (CO₂) wirkt bakteriostatisch, hemmt also Wachstum und Vermehrung von Keimen. Es löst sich in Flüssigkeiten, wird dabei zu Kohlensäure und senkt als solche den pH-Wert. Beim Einbringen in den Mischertrog wird es durch die Entspannung in der Düse zu etwa minus 78 Grad kaltem Trockeneisschnee. Der Schnee wandelt sich im Prozess zu Gas (Sublimation). Während dieses Vorganges wird die Kälteenergie an das Produkt abgegeben. Trockeneispartikel können in Formfleisch allerdings kleine Bläschen erzeugen, wenn beim Formen noch Partikel im Produkt vorhanden sind. Das lässt sich vermeiden, wenn das Produkt nach dem Mischen ruhen kann, bis das sublimierte Gas ausgedampft ist. Statt CO₂ kann auch Stickstoff verwendet werden.

Stickstoff löst sich in Wasser kaum und ist zudem pH-neutral. Seine Temperatur beträgt bei der Einspritzung etwa minus 196 Grad. Wegen des enormen Temperaturgefälles verdampft flüssiger Stickstoff sehr schnell und gibt seine Kälte in kürzester Zeit an das Produkt ab. Beide Gase haben einen Kälteinhalt von etwa 320 Kilojoule pro Kilogramm.

Deckel- oder Bodenkühlung?
Häufig wird die Gaskühlung in den Deckel der Anlage integriert. Das Einbringen von Kältemittel von oben auf das Produkt oder direkt zwischen die Mischerwellen wird als gute und einfache technische Lösung angesehen. Allerdings hat die Deckelinstallation konstruktionsbedingte Nachteile. Weil der Deckel beweglich sein muss, strömt das Gas durch einen ebenfalls beweglichen Metallschlauch ein. Dieser wird jedoch durch die Bewegung stark beansprucht, er verschleißt und muss deshalb oft ausgetauscht werden. Außerdem kann sich unerwünschtes Kondensat auf der Einspritzausrüstung bilden und von dort in den Mischer fallen, was schon aus Gründen der Hygiene unerwünscht ist. Darüber hinaus ist der Gasverbrauch relativ hoch: Zum einen lässt sich mit diesem Verfahren nur die Verdampfungskälte des Stickstoffs oder die Sublimationskälte des Kohlendioxids nutzen. Zum anderen kann das Absaugen des Gases nur von oben und damit in der Nähe der Einbringdüsen erfolgen. Ein Teil des eingebrachten Gases und mit ihm der Kälte geht so verloren, bevor sie den Mischerinhalt erreicht.

Deshalb ist es in der Regel effizienter, das Gas durch Düsen im Trogboden in das Produkt einzuspritzen. Damit ist ein großer Abstand zur Absaugvorrichtung automatisch gegeben. Das Gas bewegt sich in der „richtigen“ Richtung, von unten nach oben, und kann seine Kälte vollständig an das Produkt abgeben, bevor es abgesaugt wird.

Technik des Einbringens
Alle Verfahrensvarianten müssen hygienegerecht sein und den hohen Anforderungen einer industriellen Lebensmittelproduktion entsprechen. Wird bei der Deckel- oder Topkühlung Stickstoff verwendet, besteht das Eintragsystem in der Regel aus einem Sprühbalken mit Einzeldüsen, zum Beispiel in Form eines Rechens. Bei Deckel-Kühlung mit Kohlendioxid werden Schneehörner verwendet. Sie sind für dieses Kühlmedium besser geeignet als reine Düsen. Bei der Entspannung in Düsen würde das Kohlendioxid kleinste Trockeneiskristalle bilden, die in kürzester Zeit in die Gasform übergehen (sublimieren) und vom Absauggebläse abgezogen würden. Die nutzbare Kälteenergie wäre dann deutlich geringer.

Herkömmliche Düsen für das Einbringen des Gases durch den Trogboden sind offen und werden mit Gefälle eingebaut, damit Produktreste in den Mischer zurückfließen können. Die Clapet-Düsen von Messer verfügen dagegen über ein integriertes, federbelastetes Rückschlagventil. Sie sind wasserdicht und verhindern den Eintritt von Produktresten, selbst wenn es sich um Flüssigkeiten handelt. Die Clapet-Düsen öffnen eigenmediumgesteuert mit dem aufgegebenen Gasdruck und benötigen daher keine zusätzliche Hilfsenergie oder Heizung. Das bedeutet, dass der Rückschlagkolben abhängig vom Druck des Kältemittels öffnet und schließt. Im Idealfall genügt deshalb ein einziges Auf-Zu-Ventil im gemeinsamen Zulauf der Clapet-Düsen.

Installation von Clapet-Düsen
Die Installation von Clapet-Düsen ist technisch leicht zu bewerkstelligen. Jeder Mischertrog kann mit ihnen nachgerüstet werden. Die richtige Positionierung der Clapet-Düsen spielt allerdings eine wichtige Rolle. Dabei sind folgende Faktoren zu berücksichtigen: die Arbeitsweise des Mischers, die Arbeitsrichtung der Wellen sowie der Weg des Produktes durch den Mischertrog. Ein direktes Ansprühen von Wandungen oder Produktaustragsklappen mit Kältemittel muss ebenso vermieden werden wie eine Eintragsstelle direkt unter der Absaugung. Natürlich sollte die Platzierung auch fertigungsgerecht sein – was auf dem Papier gut aussieht, ist vielleicht nur schwer herzustellen.

Das Bodenblech sollte im Bereich der Gewindebohrung zur Aufnahme der Düse verstärkt werden. Die Düsen müssen bündig mit der Trogwandung des Mischers montiert sein, um eine Kollision mit den Mischerpaddeln oder einen Produktaufbau zu vermeiden. Bei der Planung sind außerdem eine ausreichende Anzahl und die passende Größe der Düsen vorzusehen – viele kleine Düsen sind besser als wenige große Düsen. Statt eines Verstärkungsflansches kann auch eine Muffe mit passendem Rohrgewinde verwendet werden, die auf das Bodenblech geschweißt wird.

Wenn flüssiges Kohlendioxid zum Einsatz kommt, wird jede Düse von einem separaten Magnetventil angesteuert. Das Magnetventil muss so nah wie möglich an der Einspritzstelle installiert werden, um ein Verstopfen durch Trockeneispartikel zu vermeiden. Am einfachsten ist es, wenn die Einspritzdüse direkt mit dem Magnetventil verschraubt wird.

Aus Gründen des Arbeitsschutzes vermeidet man kalte Oberflächen in Reichweite der Mitarbeiter. Einige Mischerhersteller verkleiden ihre Maschinen, sodass die Komponenten der Gaskühlung hinter dem Verkleidungsblech verborgen sind. Bei anderen bedarf die Versorgung der Eintragsdüsen mehrerer Verteilerrohre.

Prozessführung
Die Prozessführung muss an das verwendete Gas, die Eintragstechnik und die Besonderheiten der Aufgabenstellung angepasst werden. Bei Kühlung mit Kohlendioxid und konstanten Produktparametern (Menge, Zusammensetzung, Eingangstemperatur), kann das Kältemittel bei laufendem Mischvorgang zeitgesteuert eingetragen werden. Eine Temperaturmessung ist dann nicht erforderlich. Der Mischvorgang darf jedoch nicht zum Stillstand kommen, da sonst die Gefahr besteht, dass die Produktoberfläche zu stark anfriert und das Produkt nicht isotherm bleibt. Bei variablen Produktparametern und bei Kühlung mit Stickstoff ist eine Temperaturführung mit getaktetem Kältemitteleintrag erforderlich.

Genuss im eiligen Alltag
In den Medien ist viel von Slow Food die Rede. Das bewusste „Entschleunigen“ des Essens wird propagiert und von vielen wohl auch praktiziert – am Abend, am Wochenende und im Urlaub. Unter der Woche bevorzugen die meisten von uns jedoch ein etwas flotteres Tempo, das den Anforderungen des eiligen Alltags eher entspricht. Das belegen jedenfalls die stetig steigenden Umsätze von Schnellrestaurants und die ebenso stetig wachsenden Verkaufsflächen, auf denen halb und ganzfertige Gerichte in Lebensmittelgeschäften angeboten werden. Solche Convenience-Produkte halten, was der Name verspricht, und geben dem Verbraucher, was er möchte: Sie sind convenient – englisch für bequem – und zeitsparend zu konsumieren.

Dabei gibt es zwischen schnell und fein schon lange keinen Gegensatz mehr. Ein großer Teil des Convenience Food befindet sich im Qualitätssegment und wird mit hohen Standards bei Güte und Frische hergestellt. Diesen muss natürlich auch die Kühlkette genügen, damit das hochwertige Produkt auf der Höhe seiner Qualität zum Kunden gelangt. Im Grunde kein Problem - seit Jahrzehnten werden gekühlte und tiefgekühlte Lebensmittel in Kühlwagen oder Kühlboxen von den Produzenten zu den Märkten transportiert.

Grenzen konventioneller Kühlung
Konventionelle Kühlboxen beziehen ihre Kälte aus vorgekühlten Elementen und können auch in ungekühlten Fahrzeugen transportiert werden. Doch sie müssen vorgekühlt werden und sind nicht so flexibel einsetzbar.

Diese Nachteile entfallen mit dem Siber-System, das Messer zusammen mit Olivo, einem führenden Hersteller von Kühlcontainern, entwickelt hat. In den rollenden Siber-Behältern stammt die Kälte aus einer minus 78 Grad kalten Trockeneisfüllung. Sie entsteht, wenn unter hohem Druck stehendes flüssiges Kohlendioxid in das Reservoir des Kühlbehälters gefüllt wird. Unter Normaldruck entspannt das flüssige Gas und wird zu Trockeneis und Gas. Das Trockeneis verfügt über eine sehr große Kälteleistung.

Je nach Ausstattung enthalten die Siber-Container ein Trockeneisfach für frische Ware und eins für tiefgekühlte Ware. Damit können Kühl- und Tiefkühllogistik flexibel kombiniert werden. Die nötige Kühlleistung ist in jedem Fall für mindestens 24 Stunden Transsportzeit garantiert.

Exakte Erfassung
Das CO₂ wird für jeden Behälter genau nach Bedarf dosiert. So kann zum Beispiel die Trockeneis-Einspritzstation mit Daten aus dem Warenwirtschaftssystem gefüttert werden. Wie viel CO₂ in die Reservoirs gelangen soll, wird aus einer Reihe von Faktoren errechnet: Die jeweils erforderliche Kühltemperatur (null bis plus zwei Grad für Frischprodukte, minus 25 Grad für Tiefkühlkost), Umgebungstemperatur, Transportdauer einschließlich Ladezeit und Containermodell werden berücksichtigt. Die genaue Dosierung macht die Anlage hochgradig energieeffizient. Das gasförmige Kohlendioxid, das beim Entspannen ebenfalls entsteht, wird hier gleich wieder vollständig abgesaugt und aus der Umgebungsluft entfernt. So lässt sich die Injektionseinheit auch im geschlossenen Arbeitsbereich eines Kühlhauses sicher betreiben.

Die zwischen 200 und 1.300 Liter fassenden Siber-Container können zusammen mit ungekühlter Ware in einem normalen LKW transportiert werden. Das reduziert die Zahl der Lieferfahrten. Am Ort der Anlieferung wird kein Kühlraum für die Zwischenlagerung benötigt. Zum Einräumen der Ware wird der Rollcontainer einfach direkt zum Verkaufskühlregal geschoben. Nicht nur die Kühlkette wird so eingehalten, auch der Nachweis einer gleichmäßigen Temperatur bleibt gewährleistet. Die Siber-Behälter können mit gängigen Datenloggern ausgestattet werden, die alle relevanten Ereignisse von der Kohlendioxideinspritzung bis zur Türöffnung erfassen. Damit werden nicht nur die lebensmittelrechtlichen Vorschriften selbst für die sensibelste Ware, sondern auch die höchsten Ansprüche der bequemen Esser erfüllt.

Seit 1879, dem Geburtsjahr ihrer industriellen Produktion, wird Kohlendioxid (CO₂) in der Herstellung von Mineralwasser und Bier verwendet. Inzwischen sind viele weitere Getränke hinzugekommen, die ebenfalls mit CO₂ versetzt, also karbonisiert werden. Auch andere Gase, wie Stickstoff und Argon, sind heute aus der Herstellung und Abfüllung von Getränken nicht mehr wegzudenken. Neben dem Karbonisieren werden Gase vor allem zum Inertisieren, das heißt, zum Verdrängen von Sauerstoff, und zur Druckstabilisierung eingesetzt. In der modernen Weinbereitung dienen sie zum Stabilisieren, als Oxidationsschutz und zur Maischekühlung.

Was Gase können
Kohlendioxid kann einiges mehr als nur Getränke zum Sprudeln zu bringen. Das Gas ist farb- und geruchlos und lässt sich in Wasser gut lösen. Es wirkt bei hohen Konzentrationen bakteriostatisch und verlängert damit die Haltbarkeit von Getränken. Aufsteigende CO₂–Bläschen verdrängen die Luft über der Oberfläche des Getränks und reduzieren so die Oxidation. Wird es als minus 78 Grad Celsius kaltes Trockeneis eingesetzt, kühlt CO₂ mit einem Kälteinhalt von über 570 Kilojoule pro Kilogramm.

Stickstoff und Argon haben eine sehr geringe Löslichkeit in Wasser und verhalten sich neutral und reagieren kaum oder gar nicht mit anderen Stoffen. Darüber hinaus sind sie farblos, geruchlos, geschmackslos und ungiftig. Sie können den Sauerstoff aus einem Behälter verdrängen und als inerte Gase die Oxidation der Getränke verhindern. Stickstoff und Argon sind wie Kohlendioxid natürliche Bestandteile der Luft und als Lebensmittelgase zugelassen. Für eine kontrollierte Oxidation in der Weinbereitung wird genau dosierter Sauerstoff eingesetzt.

Karbonisieren
Unter Karbonisieren versteht man das Lösen von Kohlendioxid in Flüssigkeiten wie Bier (circa fünf Gramm je Liter), alkoholfreien Erfrischungsgetränken (fünf bis neun Gramm je Liter) und Perl- oder Schaumwein (circa 2,5 Gramm je Liter). Der Grad der Karbonisierung, also die Menge des gelösten CO₂, hängt vom Druck, der Temperatur, dem Luft- oder Sauerstoffgehalt vor dem Prozess, der Oberflächengröße und der Zeit ab. Die Flüssigkeit sollte vor dem Karbonisieren entgast werden. Dabei sollte die Temperatur möglichst niedrig sein, damit der Vorgang bei geringem Druck stattfinden kann. Darüber hinaus lässt sich Zeit sparen, wenn die Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit möglichst groß ist.

Da alle Getränke zum größten Teil aus Wasser bestehen, wird nachstehend als Referenz die Löslichkeit in Wasser zugrunde gelegt. Sie reicht von vier Gramm pro Liter für Bier oder Mineralwasser bis zu 14 Gramm pro Liter für Sekt oder Champagner.

Gerade weil die Kohlensäure sich gut in Wasser löst, entsteht der oft so geschätzte Sprudeleffekt. Alkohol oder Süßungsmittel können den Sättigungsdruck von CO₂ beeinflussen. Die Löslichkeit hängt außerdem von Druck und Temperatur ab. Der Gleichgewichtsdruck für sieben Gramm CO₂ in einem Liter Wasser beträgt 2,5 bar bei einer Temperatur von fünf Grad Celsius.

Technische Lösungen
Im einfachsten Fall wird der Produktbehälter mit CO₂ vorgespannt. Je nach Druck und Temperatur löst sich das CO₂, bis es im Produkt gesättigt ist. Dieses Prinzip stammt noch aus der Zeit, in der die industrielle Herstellung von karbonisierten Getränken begann und wird aus verfahrenstechnischen Gründen hauptsächlich für Getränke mit hohem CO₂-Gehalt eingesetzt. Systeme mit statischen Mischern oder Düsensystemen ermöglichen es, das CO₂ in-line und weitgehend unabhängig von Druck und Temperatur im Produkt zu lösen. Um beim Kühlen des Produktes vor dem Karbonisieren Energie zu sparen, kann in vielen Fällen die Verdampferkälte der CO₂-Tankanlage dafür herangezogen werden.

Spargen
Beim Spargen wird Gas mit Hilfe eines porösen Metallkörpers, einer aus Sintermetall gefertigten Fritte, in die Flüssigkeit eingebracht. Dabei entstehen feine Gasperlen und schaffen eine vergrößerte Oberfläche zwischen Gas und Flüssigkeit. In Karbonisieranlagen kann feinperliges CO₂ mit Hilfe eines Spargers eingebracht werden, um durch die Oberflächenvergrößerung den Lösungsprozess zu verbessern.

Inertisieren
Beim Inertisieren wird ein reaktiver Zustand durch Zugabe von inerten Stoffen in einen nicht reaktiven oder trägen Zustand überführt. In der Getränkeverarbeitung geht es darum, den Luftsauerstoff aus einem Behälter oder einer Flüssigkeit unter Einsatz eines inerten Gases zu entfernen, um es vor Oxidation zu schützen. Diese könnte Geruch, Geschmack, Farbe und die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe beeinträchtigen. Als Inertgas eignen sich Stickstoff, Kohlendioxid und Argon.

Eine einfache Methode ist das Spülen (Purging) von leeren Tanks mit einem Inertgas, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, bis der gewünschte Verdünnungsgrad des Luftsauerstoffs erreicht ist. Der Verbrauch an Inertgas beträgt dabei üblicherweise das 1,3- bis Dreifache des Tankvolumens, je nach gewünschtem Inertisierungsgrad. Schlanke Behälter sind leichter zu inertisieren als solche mit gedrungener Form. Bei einem großen Tankdurchmesser im Verhältnis zur Höhe strömt die Luft teilweise zurück oder im Kreis und erschwert so den Inertisierungsprozess.

Bei teilweise gefüllten Behältern wird der Raum über dem Produkt, der Kopfraum, inertisiert. Dazu muss das Inertgas so durch die obere Tanköffnung eingebracht werden, dass die zu verdrängende Luft gleichzeitig aus dem Kopfraum hinausströmen kann.

Der Gasverbrauch ist hier wesentlich höher als bei der Tankinertisierung. Bei einem bar Atmosphärendruck gilt zum Beispiel für den Verbrauch von Stickstoff: Es werden circa drei Kubikmeter N₂ je Kubikmeter Kopfraumvolumen benötigt, um zwei Prozent Restsauerstoff zu erreichen, aber circa fünf Kubikmeter N₂ je Kubikmeter Kopfraumvolumen für ein Prozent Restsauerstoff.

Blanketing
Hier ist es das Ziel, die stationäre Bedeckung des Produktes mit Inertgas aufrechtzuerhalten. Dabei wird ein Restsauerstoffgehalt von null Prozent angestrebt. Bei Veränderung des Produktfüllstands muss das Gas entsprechend aufgefüllt werden. Bei druckloser Lagerung liegt der Verbrauch bei etwa 1,1 Kubikmeter N₂ je Kubikmeter Produktentnahme. Wenn Produkt nachgefüllt wird, muss das verdrängte Gas herausströmen können, damit kein Überdruck entsteht.

Bei einer Überdruck-Lagerung mit einem Tanküberdruck von beispielsweise 300 Millibar beträgt der Verbrauch von Inertgas 1,3 Kubikmeter je Kubikmeter Produktentnahme. Auch hier muss das Gas mit geeigneten Überströmventilen im gleichen Verhältnis herausströmen können, um den Druck konstant zu halten, wenn Produkt eingefüllt wird.

Strippen
Beim Strippen wird ähnlich wie beim Spargen feinperliges Gas in eine Flüssigkeit eingebracht, hier aber, um ein anderes Gas zu verdrängen. In der Praxis wird so mit Hilfe von Stickstoff der unerwünschte Sauerstoff aus Wasser, Fruchtsaft oder Wein entfernt.

Abfüllung
Für die Abfüllung von Getränken sind zahlreiche verschiedene Systeme im Einsatz. Sie werden von den Herstellern immer weiter verbessert, um den unerwünschten Eintrag von Luftsauerstoff zu verringern. Zwei der am häufigsten verwendeten Verfahrensprinzipien sind die Überdruckfüllung und die Vorevakuierung mit anschließender Rückbegasung.

Bei der Überdruckfüllung werden Getränkeflaschen mit einem inerten Gas auf den Produktdruck vorgespannt. Die Befüllung an der Innenwand der Flasche entlang verringert die Oberflächenkontraktion und begrenzt die Sauerstoffaufnahme auf lediglich 0,2 bis 0,3 Milligramm pro Flasche. In den meisten Anlagen gibt es keine Vorkehrungen für die Rückgewinnung des Vorspanngases, was die Effizienz des Gaseinsatzes reduziert. Der Gasverbrauch beträgt immerhin das zwei- bis dreifache Flaschenvolumen, und der Vorspannvorgang benötigt Zeit.

Effizienter ist es, wenn die Flaschen zunächst evakuiert, anschließend mit Stickstoff oder Kohlendioxid rückbegast und erst dann befüllt werden. Der Gasverbrauch entspricht dann maximal dem einfachen Flaschenvolumen. Der Restsauerstoff beträgt nur etwa 0,1 bis 0,2 Milligramm pro Flasche.

Bei der Abfüllung von stillen Getränken kann mit einer einfachen Sparging-Vorrichtung für einen sauerstofffreien Kopfraum in der Flasche gesorgt werden.

Gasförmiger Stickstoff wird mit einer Fritte in den abzufüllenden Produktstrom eingetragen. Da der Stickstoff sich kaum in Wasser löst, steigen feine N₂-Gasperlen in der Flasche auf und verdrängen den Luftsauerstoff vor dem Verkapseln. Das Ergebnis ist ein sauerstofffrei abgefülltes Getränk. Bei karbonisierten Getränken ist dieses Verfahren allerdings ausgeschlossen, weil der Stickstoff das Kohlendioxid heraustreiben würde.

Druckstabilisierung für Getränkedosen und PET-Flaschen
Getränkedosen und dünnwandige PET-Flaschen mit stillen Getränken sind ohne Druckstabilisierung nicht stapelfähig. Das lässt sich durch Hinzufügen einiger Tropfen flüssigen Stickstoffs auf die Oberfläche des Getränks vor dem Verschließen ändern. Das Verdampfen der Stickstoff-Tropfen bewirkt einen Druckanstieg im versiegelten Behälter. Die Behälter erlangen so größere Stabilität und können gestapelt werden. Der Stickstoff im Kopfraum schützt das Produkt vor Oxidation und verlängert die Haltbarkeit.

Wein
In der Weinbereitung können Gase auf vielfältige Art eingesetzt werden, um die Qualität des Endprodukts zu steigern. Hierbei kann auch Sauerstoff eine Rolle spielen.

Kühlung
Bereits bei der Traubenannahme schützt die Kühlung mit CO₂-Trockeneis die Früchte vor einem unerwünscht frühen Einsetzen der Fermentation. Das Gleiche gilt für die Maische, wenn sie durch Zugabe von Trockeneis-Pellets auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird. Dies führt zur sogenannten Kaltmazeration, bei der die Fermentation verzögert und die Extraktion der Aromastoffe aus der Traubenhaut unterstützt wird. Als erwünschter Nebeneffekt hält aufsteigendes CO₂ den Luftsauerstoff fern und schützt die Maische oder den Most vor Oxidation. Trockeneis besitzt eine hohe Kühlleistung und hinterlässt kein Schmelzwasser. Es sichert den kontrollierten Beginn der Fermentation und bietet der Maische bis dahin zudem einen mikrobiologischen Schutz.

Inertisierung von Weintanks
Die Inertisierung der Weintanks verhindert den schädlichen Einfluss von Sauerstoff. Bei Weißwein wird üblicherweise CO₂ als Trockeneis-Schnee oder in Form von Pellets verwendet. Für Rotweine ist Stickstoff oder ein Stickstoff-Argon-Gemisch besser geeignet, weil hier eine mögliche Aufkarbonisierung unerwünscht ist. Ist der CO₂-Gehalt im Wein zu hoch, kann das Kohlendioxid durch Spargen mit Stickstoff auf den gewünschten Wert reduziert werden. Beim Ein- oder Auslagern des Weines lässt sich das Spargen in den Umfüllvorgang integrieren.

Mikrooxidation
Durch die gezielte Oxidation von Gerbstoffen mit reinem Sauerstoff erzielt man auch bei verkürzter Lagerung einen harmonischen Wein. Dabei werden sehr kleine Mengen des Gases über einen langen Zeitraum zugeführt. Eine Überoxidation, die die Aromastoffe zerstören würde, ist natürlich zu vermeiden. Typische Mengen für die Mikrooxidation liegen zwischen 0,5 und zwölf Milligramm pro Liter Wein und Monat.

Ohne die Technik des Schweißens und Schneidens würden viele Konstruktionen und Gebrauchsgegenstände nicht existieren. Kein Auto würde fahren, kein moderner Ozeanriese schwimmen und kein Flugzeug fliegen. Alle diese Fortbewegungsmittel bestehen zum großen Teil aus metallischen Werkstoffen, die mit schweißtechnischen Verfahren gefügt werden. Die jeweils zum Einsatz kommenden Energiequellen bestimmen die Wirtschaftlichkeit und Qualität des Schweißergebnisses – angefangen beim offenen Feuer vor circa 5.000 Jahren über die Brenngas-Sauerstoffflamme vor rund 100 Jahren und den Lichtbogen bis hin zum Laser- und Elektronenstrahl in der heutigen Zeit. Verwandte Verfahren des Schweißens sind das Trennen, das Beschichten, das Stoffeigenschaftsändern, das Umformen – ja sogar mit Sonderanwendungen das Urformen. Kombiniert man diese Vielzahl an Verfahren mit den unterschiedlichsten Werkstoffgruppen, erklärt sich das umfassende Produktportfolio von Messer in diesem Bereich.

„Die breit gefächerte Auswahl an Gasen reicht von den ursprünglich ausschließlich genutzten Gasen Acetylen, Sauerstoff und Kohlendioxid über Stickstoff, Argon und Helium bis hin zu einer Vielzahl von Mischgasen“, erläutert Dr. Bernd Hildebrandt, Leiter Technologie-Management Schweißen & Schneiden bei Messer. Dabei geht das Beratungspaket weit über das „Gas“ hinaus. „Unsere Kunden erwarten umfassendes Verfahrens-Know-how, Beratung hinsichtlich Qualität und Wirtschaftlichkeit sowie Arbeitssicherheit, die wir ihnen zusätzlich bieten“, so Hildebrandt. Auch für die Art der Lieferung bietet Messer viele Möglichkeiten. Die bekannteste „Verpackung“ ist die Stahlflasche, die mit den üblichen Füllvolumina von zehn, 20, 30 und 50 Litern bereits eine hohe Flexibilität aufweist. Durch Fülldrücke bis 300 bar ergeben sich weitere Spielräume. Für größere Verbrauchsmengen lassen sich die Flaschen zu Batterien und Bündeln koppeln. Auch die Aufbewahrung in flüssigem Zustand ist in vakuumisolierten Tanks möglich.

Als Vollanbieter betreut Messer alle Verfahren der Schweiß- und Schneidtechnik, bei denen technische Gase eingesetzt werden oder zukünftig eingesetzt werden könnten. Die Verfahren lassen sich dabei grob unterteilen in Fügen (z.B. Schutzgasschweißen), Trennen (z.B. Plasmaschneiden), Beschichten (z.B. thermisches Spritzen) und sonstige Verfahren (Wärmen und Richten).

Brenngase von A bis W
Die Verfahren der Autogentechnik verlangen nach Brenngasen und Sauerstoff. Je nach Einzelfall müssen jedoch verschiedene Einstellparameter ausgewählt werden. Beim Flammrichten beispielsweise ist eine schnelle und punktgenaue Flamme mit Acetylen und Sauerstoff gefragt, wohingegen das Löten ein langsamer verbrennendes Gas wie Propan in Verbindung mit Luft benötigt. Dementsprechend reicht die Palette der Messer Brenngase von A wie Acetylen bis W wie Wasserstoff.

In der Lichtbogenschweißtechnik nimmt das Schutzgasschweißen mit den Varianten WIG (Wolfram-Inert-Gas), Plasma, MIG (Metall-Inert-Gas) und MAG (Metall-Aktiv-Gas) einen bedeutenden Platz ein. Der Lichtbogen als Werkzeug übernimmt dabei den Wärmeeintrag. Das Schutzgas schützt nicht nur die reaktionsfreudige Metallschmelze vor der Umgebungsluft, sondern beeinflusst auch die Lichtbogenausbildung, die chemische Reaktion mit dem Schmelzbad und das Einbrandprofil ganz gezielt. Je nach Art des zu bearbeitenden Werkstoffs steht dabei eine große Anzahl maßgeschneiderter Produkte zur Verfügung.

Durchdachte Produktnamen
„Im Gegensatz zu vielen Gaselieferanten, bei denen der Name der Schweißschutzgase nichts über ihre Zusammensetzung und Verwendungsmöglichkeit aussagt, hat Messer für jeden Fall die richtige Lösung und einen aussagekräftigen Namen“, betont Michael Wolters, Projektingenieur Technologie-Management Schweißen & Schneiden. Die Schutzgasgemische im Einzelnen sind „Ferroline“ für un- und niedriglegierte Stähle, „Inoxline“ für hochlegierte Stähle, „Aluline“ für Aluminium und Nichteisenmetalle sowie „Formiergas“ für den Wurzelschutz bei hoch- und teilweise auch niedriglegierten Stählen. Immer mehr Anwendung finden Laserschneiden und -schweißen, die besonders hohe Anforderungen an die Qualität und die Reinheit von Gasen stellen. Die Lasline-Produktpalette ist eigens darauf zugeschnitten. Sie enthält neben Betriebsgasen für CO₂-Laser auch Gase und Gasgemische zum Schneiden sowie Schweißschutzgase zum Laserschweißen und -löten.

Um als namhafter Anbieter dauerhaft am Markt bestehen zu können, ist es notwendig, auf dem neuesten Stand der Technik zu sein und neue Trends frühzeitig zu erkennen. Aus diesem Grund pflegt Messer Kontakt zu Partnern im Markt, darunter die Schwesterfirma Messer Cutting Systems.

Um mit der Entwicklung Schritt zu halten, wird projektbezogen auch mit externen Forschungsinstituten zusammengearbeitet. „Wann immer sich Entwicklungen abzeichnen, die Folgen für den Einsatz unserer Gase haben, versuchen wir unserer Konkurrenz eine Nasenlänge voraus zu sein“, so Wolters.

Technika und Netzwerke
Um besonders engen Kontakt zu Kunden und zu einschlägigen Fachinstituten zu haben, unterhält Messer technische Einrichtungen an strategisch günstigen Standorten. „Points of support“ befinden sich in Budapest (Ungarn), Krefeld (Deutschland), Dällikon (Schweiz) sowie in Shanghai (China).

Über die Infrastruktur der Technika hinaus hat sich Messer dem Trend der modernen Informationstechnik angeschlossen und ein elektronisches Netzwerk aus Kollegen aller Tochtergesellschaften aufgebaut. Daneben veranstaltet Messer jährlich ein Netzwerktreffen, das zugleich mit Schulungen durch einen der Partner im Markt verbunden ist. Nicht zuletzt arbeitet Messer mit anderen Unternehmen der Branche eng zusammen. „Das erhöht nicht nur die Transparenz im Markt, sondern wir sind so auch an Diskussionen über neue Verfahren beteiligt“, so Hildebrandt. Damit kann Messer sein Produktspektrum immer auf dem neuesten Stand halten.

Schon in vielen industriellen Branchen hat das Trockeneisstrahlen andere Reinigungsverfahren abgelöst. So wird es beispielsweise zum Reinigen von Druckmaschinen, Motoren, Triebwerken, Fassaden und Formen in der Kunststoff- und Gummiherstellung eingesetzt. „Kohlendioxid in seiner festen Form eignet sich zum Entfernen von Lacken, Farben, Ölen, Ruß, Kunststoffresten und vielen weiteren hartnäckigen Rückständen“, weiß Thomas Böckler, Technologie-Manager Industrie von Messer und Ansprechpartner in Sachen Trockeneisstrahlen.Das Strahlen mit Trockeneis ist mit dem Sandstrahlen vergleichbar, es ist nur viel schonender. Körner aus Trockeneis sind klein, fest und kalt. Treffen diese Pellets mit Druck auf die verschmutzte Oberfläche, zieht sich der Schmutz unter der Kälte zusammen, bricht dadurch vom Untergrund ab und wird durch den Luftdruck und die nachkommenden Pellets einfach weggepustet. Es werden dabei stäbchenförmige Pellets mit einem Durchmesser von etwa drei Millimetern und einer Länge von einem Zentimeter verwendet.

QUASI IN LUFT AUFGELÖST
Das Prinzip dieses Strahlverfahrens ist es, die Verschmutzung durch die Übertragung der in den Trockeneispellets gespeicherten Kälte zu verspröden, aufzubrechen und unter Druck abzutragen. Neben der Menge der Pellets sind auch die Stoffeigenschaften des zu reinigenden Gegenstands, wie die Ausgangstemperatur, Wärmeleitfähigkeit sowie die Art und Stärke der Verschmutzung, für die Reinigung ausschlaggebend.Ein optimales Ergebnis lässt sich durch Anpassen der Menge der Pellets und des Beschleunigungsdrucks an die Reinigungsumstände erreichen. Der Vorteil von Trockeneis als Strahlmedium liegt darin, dass sich die minus 79 Grad kalten Pellets während der Anwendung zu gasförmigem Kohlendioxid wandeln und sich quasi in Luft auflösen. Das Ergebnis: kein Sand und kein verunreinigtes Wasser – nach dem Strahlen muss nur noch der Schmutz aufgenommen werden.

IN VIELEN BEREICHEN PERFEKT
Monitore reinigt das Verfahren rückstandsfrei, Öle und Fette auf Anzeigeinstrumenten sind nach dem Trockeneisstrahlen verschwunden, ohne die empfindlichen Geräte zu beeinträchtigen. Von Schweißrobotern verursachte Rückstände lassen sich einfach beseitigen, da sie sich bereits mit geringer kinetischer Energie ablösen. Zum Reinigen von Platinen, Druckmaschinen oder Gussformen wird ein Zerkleinerer eingesetzt, der die Pellets zu zuckergroßen Körnern zermahlt. Die dann kristallinen Partikel beschleunigen die Unterkühlung des Grundmaterials und erhöhen die Abtragsleistung, ohne die Oberfläche abzuschaben.Trockeneisstrahlen ist dann eine Alternative, wenn giftige Substanzen entfernt werden müssen, da die Verschmutzungen nicht mit anderen Stoffen gemischt werden und dies die Entsorgung stark erleichtert. „Wenn die zu reinigende Oberfläche nicht beschädigt werden darf, empfindliche Teile nicht ausgebaut werden können oder Umweltauflagen einzuhalten sind, dann fällt die Wahl auf das Trockeneisstrahlen“, erklärt Thomas Böckler. „Anwendungen, die ein abschabendes Strahlen erfordern oder bei denen das Grundmaterial und die abzutragende Schicht bereits eine chemische Verbindung eingegangen sind, erzielen mit dem Sandoder Glasperlstrahlen höhere Ergebnisse“, so der Experte für Trockeneis weiter.

VOM CO₂ ZUM TROCKENEIS
Die verschiedenen Aggregatzustände von Stoffen – fest, flüssig und gasförmig – sind besonders von Wasser bekannt: Eis, flüssiges Wasser und Wasserdampf. Auch Kohlendioxid kann in diesen Zustandsformen auftreten. Es wird gasförmig entweder aus Bodenquellen oder aber als Abfallprodukt aus vielen industriellen Prozessen gewonnen. Das zum Trockeneisstrahlen verwendete CO₂ erhöht also durch seine Verwendung den CO₂-Ausstoß in die Atmosphäre nicht zusätzlich. Um das gasförmige CO₂ fest werden zu lassen, das heißt, seinen Aggregatzustand zu verändern, wird es unter Druck zunächst verflüssigt. Durch plötzliches Entspannen entsteht dann Trockeneisschnee. Der Schnee wird entweder zu Blöcken oder, mit Hilfe von Lochscheiben, zu Pellets gepresst. In isolierten Behältern wird Trockeneis gelagert, doch durch Sublimation – also den direkten Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand – oder Verklumpen der Pellets, die sich dann nicht mehr zum Strahlen eignen, kann es zu Verlusten von fünf bis zehn Prozent der Trockeneismenge pro Tag kommen.

AUCH DER DRUCK BESTIMMT DEN ERFOLG
Der Wirkungsgrad des Trockeneisstrahlens ist von den Faktoren Kältemenge und kinetische Energie abhängig. Um starke Verschmutzungen zu lösen, ist in der Regel neben einer optimalen Düse auch ein Luftdruck von mehr als zehn bar erforderlich. Düse und Strahlrohr der Pistole werden an die Druckluftverhältnisse angepasst. „Die Experten von Messer prüfen vor Ort alle Parameter und stimmen sie aufeinander ab, um ein optimales und wirtschaftliches Reinigungsergebnis zu erzielen“, beschreibt Thomas Böckler die Unterstützung für die Kunden von Messer.

Der Einsatz und die Kombination der Gase hängt vom Charakter des Weins und von den Erwartungen der Verbraucher ab. Kohlendioxid ist vor allem für die Behandlung von Rosé- und Weißweinen geeignet. Für Rotweine verwendet man dagegen einen größeren Anteil von Stickstoff. Die Gase, die in der Weinbehandlung eingesetzt werden, lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Zur ersten gehören Inertgase wie Stickstoff und Argon. Sie reagieren nicht mit den einzelnen Bestandteilen des Weins. Zur zweiten Gruppe gehörenGase wie Sauerstoff und Kohlendioxid, die Einfluss auf den Charakter des Weins haben.

Bei der Kellertechnik kommen Stickstoff und Kohlendioxid zum Einsatz. Beide Gase werden sowohl separat als auch miteinander gemischt verwendet. Dabei löst sich Kohlendioxid in Flüssigkeiten weit besser als Stickstoff.

Winzer können Gase in den verschiedenen Stadien der Weinherstellung einsetzen – angefangen von der Lese bis hin zur Verbesserung der Haltbarkeit. Ein Überblick:

WEINLESE
Herrschen während der Weinlese Temperaturen von über 25 Grad Celsius, besteht die Gefahr, dass die Weintrauben frühzeitig zu gären beginnen. Hier bietet der Einsatz von Kohlendioxid-Schnee die optimale Lösung, um die Trauben zu kühlen. Der Vorteil gegenüber normaler Eiskühlung besteht darin, dass beim Schmelzen von Kohlendioxid-Schnee kein Wasser entsteht.

WEINBEARBEITUNG
Die Entfernung des Luftsauerstoffs aus der Maische oder dem Most gewährt einen mikrobiologischen Schutz gegen Oxidation und verhindert die frühzeitige Gärung. Dazu geben die Winzer Trockeneis-Pellets entweder direkt in die Presse oder dosieren sie der fertigen Maische zu.

KALTMAZERATION
Die Technologie der Kaltmazeration ermöglicht eine verstärkte Extraktion von Fruchtaromen. Die Winzer zögern dabei die Gärung durch tiefe Maischetemperaturen hinaus. Um eine Oxidation zu verhindern, behandeln sie die reifen, gesunden Trauben vor der Verarbeitung mit Kohlendioxid.

MOSTREINIGUNG
Die Flotationstechnologie ist eine der modernsten Methoden der Mostreinigung. Während des Vorgangs wird der Most kontinuierlich gefiltert, um anschließend in einem druckbeständigen Behälter mit Stickstoff oder Kohlendioxid versetzt zu werden. Zum Schluss wird der Most atmosphärischem Druck ausgesetzt. Unter diesem Druck trennt sich die klare Flüssigkeit von festen Schwebestoffen.

LAGERUNG
Die Inertisierung der Tanks – die Entfernung des Luftsauerstoffs aus der Flüssigkeit – bietet den Schutz vor Oxidation. Bei Weißwein kommt dabei Kohlendioxid in Form von Gas oder Schnee zum Einsatz. Stickstoff oder eine Mischung aus Stickstoff und Argon wird in Rotweintanks verwendet.

AUFFRISCHUNG
Zum Auffrischen des Weins verwenden die Winzer Kohlendioxid. Damit erreichen sie einen frischeren Geschmack und fruchtigeren Duft.

HOMOGENISIERUNG
Zur effektiven Mischung von unterschiedlichen Weinsorten oder Weinen aus unterschiedlichen Jahrgängen wird Kohlendioxid eingesetzt, mit dem man die Oxidation der verschiedenen Weine vermeidet.

ABFÜLLUNG UND GASTRONOMIE
Eine spezielle Gasmischung bietet zudem einen Oxidationsschutz der Weine auch nach dem Öffnen der Flasche.

VINOCOR, DER UNSICHTBARE KORKEN – SCHUTZGASE IN DER MODERNEN KELLEREITECHNIK IN ÖSTERREICH
Auch in Österreich verwenden qualitätsorientierte Kellereien in immer stärkerem Ausmaß Schutzgase bei der Weinherstellung. Zum Einsatz kommen vor allem hochreiner Stickstoff und Vinocor, ein Gemisch aus hochreinem Stickstoff und Kohlendioxid. Das Bundesamt für Weinbau in Österreich hat Vinocor geprüft und bestätigt, dass der Wein seine sehr gute Qualität für zwei bis drei Wochen erhält, wenn wenige Stunden nach dem Öffnen Vinocor in die Flasche gespült wird. Mit diesem Verfahren werden die durch Oxidation hervorgerufenen geschmacklichen und farblichen Veränderungen ausgeschlossen und die bestehende Qualität des Weines bleibt erhalten. Das Vinocor-Gastro-Gerät ist speziell auf die Belange des professionellen Anwenders zugeschnitten. Es ist äußerst robust und wird an der Wand oder einem Ständer befestigt. Mit einer Schlauchleitung ist es mit der Gasflasche verbunden, in der sich das Gemisch befindet. In fast allen Fällen steht die Gasflasche direkt unter dem Schanktisch. Die Dosierung erfolgt mit einer elektronischen Steuerung.

Wer schon einmal operiert wurde, kennt die Aufforderung „Zählen Sie langsam bis zehn“ beim Ansetzen der Atemmaske. Doch bis zum Ende schafft es kaum jemand, spätestens bei fünf ist für die meisten Schluss. Das Gas entfaltet wie gewünscht seine betäubende Wirkung.

In der modernen Medizin gehört ein solcher Einsatz von Gasen zum Alltag. Die flüchtigen Stoffe helfen Schmerzen zu vermeiden, oft sind sie lebensrettend und -erhaltend. Sie finden aber nicht nur als Atem- oder Narkosegase Verwendung: „Gase werden beispielsweise auch als Hilfsmittel in der minimalinvasiven Chirurgie oder zur direkten Sauerstoffanreicherung des Blutes in der Herzchirurgie eingesetzt“, erklärt Matthias Thiele, Senior Vice President bei Messer. „Auch die Kryochirurgie und die Diagnostik benötigen die besonderen Eigenschaften bestimmter Gase.“ Darüber hinaus verwendet die Labormedizin ebenfalls Gase und Gasgemische. Insgesamt kommt eine umfangreiche Palette an speziellen Gasen und Gasgemischen sowie Atemluft für den Gebrauch in der Medizin und im Gesundheitswesen zusammen. Dabei sind vor allem zwei Aspekte von entscheidender Bedeutung: erstens für jede Anforderung eine individuelle Lösung zu bieten, die optimale Ergebnisse erzielt, und zweitens die einwandfreie Qualität der Gase sicherzustellen, damit sie den hohen Anforderungen im Gesundheitswesen genügen.

Medizinischer Sauerstoff ist unentbehrlich
Die Atmung gehört zu den elementaren Lebensfunktionen. Bereits nach zwei Minuten ohne Sauerstoffzufuhr können unheilbare Schäden an Organen entstehen. Daher gehört die künstliche Beatmung im Rettungswagen, im Operationssaal und auf den Krankenhausstationen zu den lebensrettenden und -erhaltenden Therapien. Als Atemgase dienen je nach Bedarf Luft, reiner Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gasgemische.

Darüber hinaus benutzt das Anästhesie-Team Sauerstoff als unentbehrlichen Bestandteil der Narkosegasgemische. Er dient beispielsweise als lebensnotwendiges Trägergas, dem Lachgas (Stickoxydul, N₂O) oder andere Inhalationsanästhetika zugemischt werden können. Für therapeutische Zwecke setzen Ärztinnen und Ärzte das Gas bei allen Störungen der natürlichen Sauerstoffaufnahme in der Lunge ein.

„In flüssigem Zustand, den Sauerstoff bei minus 183 Grad Celsius einnimmt, benötigt er unter Atmosphärendruck nur den 854sten Teil seines gasförmigen Volumens“, erklärt Matthias Thiele. Kein Wunder also, dass größere Mengen bevorzugt in diesem Zustand gelagert werden. Messer bietet Großabnehmern wie Krankenhäusern und Unikliniken eine zentrale Sauerstoffversorgung vor Ort an. Der in vakuumisolierten Standtanks gelagerte Flüssigsauerstoff wird nach Bedarf verdampft und durch ein Leitungssystem zu den Entnahmepunkten geleitet. Dort wird er mittels hochpräziser Anschlussgeräte für die Entnahme zur Verfügung gestellt.

Praktische Lösungen für Klinik, Praxis und Home Care
Messer fungiert nicht nur als Lieferant der medizinischen Gase, sondern bietet darüber hinaus umfassende Lösungen für deren Anwendung in Kliniken, Praxen und für die Versorgung von Patientinnen und Patienten zu Hause an. Dazu gehören zum Beispiel maßgeschneiderte Konzepte für Krankenhäuser, die sowohl die medizinischen Gase als auch die dazugehörigen Verbrauchsmaterialien und Anlagen einschließen – wie etwa die klinikweite zentrale Gasversorgung. Ergänzend bietet Messer Schulungen für das Fachpersonal.

Niedergelassene Ärztinnen und Ärzte profitieren von praxisnahen Lösungen für ihre speziellen Anforderungen: kompakte Flaschensysteme, zuverlässige Lieferketten und umfassende Beratung. Im Home Care-Bereich ist Messer weltweit aktiv und sorgt mittels eigener Gesellschaften für eine sichere und kontinuierliche Versorgung der Patientinnen und Patienten mit medizinischem Sauerstoff und anderen Gasen. Diese werden direkt nach Hause geliefert; die Einhaltung höchster Qualitäts- und Sicherheitsstandards ist dabei garantiert. In Lateinamerika ist Messer Eigentümer und Betreiber mehrerer spezialisierter Kliniken, in denen eigenes Krankenhauspersonal durch ausgewählte Therapien und mit modernster Medizintechnik eine hochwertige Versorgung anbietet.

Therapiekonzepte für NO-Anwendungen
Eine besonders wichtige Rolle spielt dabei die Stickstoffmonoxid-Therapie. Messer gehört weltweit zu den wenigen Anbietern, die nicht nur das Gas (NO), sondern auch die gesamte Anwendungslösung aus einer Hand liefern können – von der Produktion und pünktlichen Lieferung des Gases über die für die Verwendung benötigten Geräte bis zur Schulung der Anwendenden. Stickstoffmonoxid ist in mehr als 20 Ländern als Arzneimittel zugelassen. Messer entwickelt und produziert in einer seiner Tochtergesellschaften die NO-Geräte, die dank kontinuierlicher Innovation und modernsten Technologien immer den neuesten Stand der Technik repräsentieren.

Service und Wartung werden von kompetenten Mitarbeitenden oder erfahrenen Kooperationspartnern übernommen. Für das Krankenhauspersonal gibt es regelmäßige Schulungen, sowohl online als auch vor Ort. Für Ärztinnen und Ärzte gibt es ebenfalls spezifische Weiterbildungsangebote, in denen es um neue Anwendungen und Einsatzbereiche geht. Darüber hinaus engagiert sich Messer aktiv in der Forschung rund um Stickstoffmonoxid, um das Therapiepotenzial weiter auszubauen, etwa bei neuen Krankheitsbildern oder in spezialisierten medizinischen Bereichen.

Innovation bei Lachgas-Sauerstoff-Gemisch
Mit einem neu entwickelten Gemisch aus Lachgas und Sauerstoff bietet Messer eine sichere und effiziente Lösung für die Sedierung und Schmerzlinderung. Auch dieses Produkt ist in über 20 Ländern als Arzneimittel zugelassen; ebenso stehen die für seinen Einsatz benötigten Verbrauchsgüter und Geräte für eine einfache, sichere Anwendung zur Verfügung. Da Lachgas eine starke Klimawirkung besitzt, bietet Messer speziell entwickelte Geräte für die Lachgas-Sauerstofftherapie an. Diese vermeiden umweltschädliche Emissionen vollständig, da mit ihnen das ausgeatmete Lachgas nicht einfach freigesetzt, sondern zuvor in seine unschädlichen Bestandteile Stickstoff und Sauerstoff aufgespalten wird.

Der klimaneutrale Einsatz von Lachgas ist zugleich ein Beispiel für die enge Zusammenarbeit mit der Medizintechnikindustrie. Messer ist nicht nur ein Anbieter von Komplettlösungen für bestehende Therapien, sondern agiert als verlässlicher Partner im Innovationsprozess. Dazu gehört eine ständige Beobachtung des Marktes und der aktuellen Forschung, um mit neuen und weiter optimierten Produkten zusätzliche Therapieoptionen anbieten zu können. Gemeinsam mit den Geräteherstellern entwickelt Messer dafür passgenaue Gase und Gasgemische.

So zahlreich wie die Fahrzeugmodelle, die über unsere Straßen rollen, so vielfältig sind auch die Anwendungen im Automobilbau, für die Messer Gase liefert. Für die Schweiß- und Schneidtechnik, die an vielen Stellen für Chassis- und Karosseriebau zur Anwendung kommt, werden vielfältig Gase eingesetzt (siehe on air Nr. 6). Doch nicht nur in der Produktion, auch später beim Betrieb eines Autos sind Gase der ständige Begleiter des Fahrers und der Insassen, und das nicht nur beim sprichwörtlichen „Gasgeben“.

Edelgas bringt Licht ins Dunkel
So kommen beispielsweise die Edelgase Argon und Krypton mit beigemengten Halogenverbindungen in modernen Frontleuchten zum Einsatz (Halogenlampen). Die optimale Ausleuchtung der Straße wird vermehrt auch mit Xenon erreicht. „Xenonlampen zeichnen sich durch eine besonders hohe Leuchtdichte, geringeren Energieverbrauch und eine extrem lange Lebensdauer aus“, erklärt Dr. Hermann Grabhorn, Vice President Specialty Gases.

Auch Airbags tragen zur Sicherheit der Autofahrer bei. Im Gegensatz zu früher kommen heutzutage nicht mehr nur ausschließlich pyroelektrische Gasgeneratoren zum Einsatz, sondern vermehrt auch Hybrid- oder Kaltgas-Generatoren. Als Füllgase für die Höchstdruckgasgeneratoren werden hauptsächlich Argon, Stickstoff und Helium verwendet.

Helium eignet sich zudem ausgezeichnet als Spürgas bei der Lecksuche. „Die frühzeitige Erkennung von Fehlern in der Produktion trägt wesentlich zur Kostenoptimierung bei“, nennt Grabhorn die Vorteile der Lecksuche mit Helium. Die Dichtigkeit von Rohrleitungssystemen und Wärmetauschern, beispielsweise in Klimaanlagen, kann so unkompliziert und kostengünstig sichergestellt werden.

Umweltbewusstsein unterstützen
Klimaanlage ist das Stichwort für ein weiteres Gas, das an unterschiedlichsten Stellen beim Automobil eingesetzt wird: Kohlendioxid. „Das Gas gilt aus heutiger Sicht als der aussichtsreichste Ersatzstoff für FKWs in Autoklimaanlagen“, erklärt Grabhorn. Für die Erstbefüllung der Klimaanlagen in der Endmontage sind spezielle CO₂-Versorgungssysteme erforderlich, für die Messer individuelle Lösungen anbietet.

In den vergangenen Jahren hat sich – aufgrund strengerer gesetzlicher Grenzwerte – die CO₂–Emission bei PKW durch innermotorische Maßnahmen und leistungsstarke Abgasreinigungsanlagen stark vermindert. Bei der Einstufung der Fahrzeuge in die steuerlichen Emissionsklassen und der Qualitätskontrolle werden hochgenaue Kalibriergase und hochreine Betriebsgase benötigt. Diese werden auch bei den regelmäßigen Abgasuntersuchungen (AU) verwendet.

Auf die Härte kommt's an
Starke und harte Metalle sind für die Karosserie eines Autos unabdingbar. Dabei ist die Wärmebehandlung von großer Bedeutung. Die dafür notwendige Erzeugung von Schutzgasen kann aus Stickstoff und Methanol direkt im Ofen erfolgen. Methanol wird bei einer Temperatur von über 750 Grad Celsius thermisch in zwei Drittel Wasserstoff und ein Drittel Kohlenmonoxid gespalten. Kohlenstoffspender wie Propan oder Erdgas zum Aufkohlen werden dabei direkt in den Ofenraum zudosiert. Das dadurch erzeugte Endogas kann in seiner aufkohlenden Wirkung gezielt geregelt werden, so dass je nach gefordertem Kohlenstoffgehalt im Werkstoff diese Bauteile nur gehärtet oder aufgekohlt werden können.Verschiedene Härteverfahren benötigen unterschiedliche Gase. So kann es nach dem Abschrecken von Vergütungs- und Einsatzstählen zu nicht akzeptablen hohen Restaustenitgehalten im Härtegefüge kommen, die die Formstabilität der Bauteile deutlich mindern. „Man führt in der Praxis daher Kältebehandlungen von bis zu minus 120 Grad Celsius durch, bei denen vor allem Stickstoff als Kältelieferant dient“, erklärt Hans-Peter Schmidt, Technologiemanager Metallurgie bei Messer. Im so genannten Nitrier-Verfahren kommen Ammoniak, Stickstoff und Kohlendioxid zum Einsatz, die bei Temperaturen von bis zu 580 Grad Celsius eine Deckschicht von Eisennitriden und eine Stickstoffdiffusionszone bilden. Die so behandelten Bauteile besitzen eine sehr harte und korrosionsbeständige Oberfläche bei hoher Formstabilität. Beim Flammhärten, bei dem mit Sauerstoff und Erdgas oder Propan betriebene Gasbrenner zum Einsatz kommen, werden große Zahnräder oder lange Wellen auf Härtetemperaturen erwärmt und anschließend mittels einer Wasserdusche abgeschreckt. Ähnlich funktioniert das Induktionshärten, wobei die Heizenergie über elektrische Induktionsfelder in die Randzone des Härtegutes eingekoppelt wird.

Individuelle Lösungen
Andere Bauteile wiederum werden aus Sphäro- oder Grauguss durch einen Gießprozess hergestellt und später durch gezielte Behandlungen in ihrer Zähigkeit und Härte modifiziert. Diese Glühbehandlungen werden in Öfen, die je nach Gusslegierung mit Stickstoff oder auch Argon als Schutzgasen versorgt werden, durchgeführt. Die Beispiele von Gaseanwendungen in der Automobilindustrie ließen sich noch lange fortführen, man denke nur an das Aufschäumen schmelzflüssiger Kunststoffe mit Kohlendioxid für die Schaumstoffteile in Autositzen oder die Strahlreinigung mit Trockeneis (siehe on air Nr. 2).

Für alle Anwendungen arbeitet Messer individuelle Lösungen aus. Von der Flasche über den Tankwagen bis hin zur On Site-Anlage oder der Belieferung per Fernleitung wird die passende Versorgungsvariante gefunden.

Beton ist weltweit die unangefochtene Nummer eins unter den Baustoffen. Im vergangenen Jahr wurden laut Verein Deutscher Zementwerke (VDZ) allein hierzulande 27 Millionen Tonnen Zement zu rund 90 Millionen Kubikmetern Beton verarbeitet. Mit dieser Menge ließe sich der Kölner Dom rund zweihundertfünfundzwanzigmal ausgießen. Beton ist tragfähig, flexibel zu verarbeiten, quasi zeitlos stabil und in den unterschiedlichsten Ausführungen erhältlich.

Durch Modifikation der Rezeptur lässt sich Beton konfektionieren und vielseitig im Tief-, Hoch- und Straßenbau einsetzen. Ob es darum geht, eine Etagendecke oder eine Tunnelwand zu gießen, die tragenden Teile einer Markthalle in Fertigbauweise zu produzieren oder wasserdichte Rohrelemente für die öffentliche Kanalisation zu fertigen: Beton lässt sich in jede Form bringen und, in Verbindung mit einer adäquaten Bewehrung wie Stahl, zu stabilen Fundamenten, Staudämmen oder Brückenpfeilern verarbeiten. Vorausgesetzt, alle Verarbeitungsschritte verlaufen fehlerfrei.

Verarbeiten lässt sich Beton ohne Qualitätseinbußen zwischen 5°C und 25°C. Liegt die Temperatur des Frischbetons außerhalb dieses Bereichs, kann die Betonqualität leiden. Um diesen Sachverhalt, der unmittelbar mit der Zementchemie zusammenhängt, einmal zu verdeutlichen, ein Blick auf die Details: Beton besteht im Wesentlichen aus drei Zutaten: 1. einer Gesteinskörnung wie Sand, Kies, Schotter oder Splitt, 2. Wasser und 3. Zement. Zement ist eine bei 1.450 °C gebrannte Mischung von Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz, die nach dem Brennvorgang vermahlen wurde. Im trockenen Zustand zeigt das graue Zementpulver keinerlei Reaktion. Mit Wasser aber bildet es eine Art Leim, der nach und nach aushärtet beziehungsweise abbindet, wie der Baufachmann sagt.

DAS RECHTE TEMPERATURMAS
Das Abbinden von Zement erfolgt im Verlauf einer chemischen Reaktion mit Wasser (Hydratation) unter Freisetzung von Wärme (Hydratationsenergie). Dabei bilden die Inhaltsstoffe des Zements hauptsächlich stabile, nadelförmige Kristalle, die mit der Zeit wachsen und sich miteinander verzahnen. Sand, Kies und auch der Bewehrungsstahl, also alle Ausgangsstoffe, deren Aufgabe es ist, Lebensdauer und Stabilität des Betons zu erhöhen, werden fest miteinander verbunden.

Damit die Hydratation mit zufriedenstellenden Resultaten verläuft, müssen Rahmenbedingungen eingehalten werden, etwa die Mindesttemperatur von 5 °C bei der Verarbeitung des Frischbetons; darunter bindet der Zement nicht oder nur teilweise ab. Damit vor allem im Winter gewährleistet ist, dass der Baustoff erhärtet, lassen sich die Zuschlagstoffe vorwärmen oder wärmeisolierende Schalungen einsetzen.

Während der temperierende Effekt der Hydratation im Winter willkommen ist, kann er in der warmen Sommerzeit Probleme bereiten. Bei hohen Temperaturen nämlich, etwa ab 30 °C, verlieren die Betonzusatzmittel ihre verflüssigende Wirkung und damit der Frischbeton zunehmend seine Fließfähigkeit und leichte Verarbeitbarkeit. Darüber hinaus spielt die Hydratationswärmeentwicklung vor allem auch bei massigen Mauteilen eine Rolle. Infolge der Wärmeausdehnung von Beton können Spannungen auftreten, die zu Rissen führen, die bis tief in den Betonkern hineinreichen. Durch diese Risse können Luft und Feuchtigkeit eindringen und den Beton sowie die eingeschlossene Bewehrung angreifen.

ANFORDERUNGSPROFIL DEFINIERT DAS KÜHLVERFAHREN
Um die Temperatur des Frischbetons im Sommer auf einen für seine Verarbeitung optimalen Wert zwischen 5 °C und 25 °C einzustellen, bietet Messer effiziente Lösungen auf Basis tiefkalter Gase, namentlich flüssigen Stickstoff (LN₂) oder flüssiges Kohlendioxid (LCO₂). Die Experten des Unternehmens haben in zahlreichen Versuchsreihen unterschiedliche Verfahren zur Kühlung des Betons beziehungsweise der Zuschlagstoffe untersucht, die sich heute in der Praxis bewähren: Um kleine bis mittlere Mengen Beton um wenige Grade zu kühlen, wird zum Beispiel LN₂ über Lanzen im Fahrmischer in den Baustoff eingetragen. Der Prozess wird als Lanzenkühlung bezeichnet. Das geht schnell und kann unmittelbar an der Baustelle erfolgen.

Als besonders effizient erweist es sich allerdings, den Zement zu kühlen (Cryoment-Verfahren), insbesondere bei hohen Außentemperaturen. Zwei Wege sind dabei gangbar: Zum einen lässt sich der Zement unmittelbar beim Einlagern im örtlichen Silo auf die gewünschte Temperatur bringen (Cryoment-Flow-Verfahren). Zum anderen besteht die Möglichkeit, Zement just in time, also unmittelbar vor der Verarbeitung, abzukühlen. Vorteil: Kalter Zement muss nicht bevorratet werden, Kälteverluste lassen sich sicher reduzieren.

Welches Verfahren prädestiniert ist und zum Einsatz kommt, hängt nicht zuletzt ab von der Menge des zu kühlenden Betons, dem Kühlzeitraum und der Abkühlrate. Die erforderliche Feinjustierung wird im Gespräch zwischen Messer-Experten und -Kunden abgestimmt.

Ein Problem wortwörtlich an der Wurzel gepackt hat Messer in Wien. Die österreichischen Hauptstädter mögen es gar nicht, wenn ihren Bäumen auch nur ein Ästchen geknickt wird. Was aber tun, wenn sich Bäume – naturgemäß – nicht an die allgemeinen Regeln des Zusammenlebens halten und, wie in unserem Falle, drei denkmalgeschützte Ulmen mit ihrem Wurzelwerk einen Brunnen zu zerstören drohen. Die Lösung hatte Peter Bauer von Messer in Österreich zusammen mit Kollegen: Rund um den Brunnen wurden 15 Lanzen in 17 Meter Tiefe eingebracht und mit einer Ringleitung verbunden. Über diese Leitung wurde flüssiger Stickstoff in den Grundwasserbereich gepumpt, bis die Wassertemperatur im Innern des Brunnens 1 Grad Celsius erreicht hatte. Die feinen Wasserwurzeln der Ulmen, die sich rund um den Brunnen festgesetzt hatten, froren dabei ab, ohne dass die Bäume Schaden erlitten. Der Schutz des Brunnens ist für etwa zwei Jahre gesichert.

Flug in die Zukunft
Mit Helium von Messer hebt zukünftig der Zeppelin „Nephelios“ ab, den die Firma SOL’R Ende vergangenen Jahres der Öffentlichkeit präsentierte. Das einzige mit Solarenergie betriebene bemannte Luftschiff der Welt, das ein Team von 50 Fachleuten von SOL’R und mehreren französischen Ingenieurhochschulen konstruiert hat, ist hinsichtlich Tragfähigkeit und Verbrauch weit leistungsfähiger als Flugzeuge und Hubschrauber. Der Prototyp „Nephelios“ enthält 350 Kubikmeter Helium und wird zu 100 Prozent über auf dem Zeppelin montierte, flexible Photovoltaik-Module versorgt. Dieser technologische Fortschritt ist von großer Bedeutung für die Zukunft des Zeppelins und der gesamten Luftfahrt.

Fliegendes Kino
Etwas kleiner, aber nicht weniger innovativ sind die funkgesteuerten Ballonluftschiffe „Videodrone“, die ebenfalls mit Helium der Schwerkraft trotzen. Über das sich an Bord des Fluggeräts befindende Videozubehör lassen sich auf der beleuchteten Hülle Logos oder ganze Filme projizieren. Dem Zuschauer am Boden wird das Gefühl vermittelt, auf eine frei am Himmel schwebende Leinwand zu blicken. „Videodrone“ hat bereits viele Zuschauer auf zahlreichen Veranstaltungen in seinen Bann gezogen. In Frankreich will Messer das dynamische Kommunikationsmittel auf mehreren Veranstaltungen einsetzen.

Vollmond für Vampire
In der ungarischen Stadt Miskolc waren Ende vergangenen Jahres die Vampire los – schlichen sich schaurig durch das helle Mondlicht. Selbstverständlich handelte es sich um einen Filmset – aber auch hier war Helium von Messer im Einsatz. Die meisten Szenen spielen während der Nacht. Um eine geheimnisvolle Atmosphäre zu schaffen, benötigte man Streulicht, das das Licht eines Vollmonds imitiert. Erreicht wurde dies, indem mit Helium gefüllte Ballons, die Lichter in sich trugen, über den Filmset in die Höhe gelassen wurden und diesen mondähnlich beschienen.

Kugeln in Topform
Apropos Filmdreh: Zum Kinobesuch gehört neben Popcorn und Cola gerne auch mal ein Eis. Vielleicht eine dieser Fruchteisvarianten in Kügelchenform? Bei der Produktion spielt ein Verfahren von Messer eine große Rolle: das Cryogen-Rapid-Pelletierverfahren. Der Fruchtsaft tropft in ein Stickstoffbad, und sekundenschnell bildet sich ein Pellet. Durch den direkten Kontakt des Flüssigkeitstropfens mit dem tiefkalten flüssigen Stickstoff wird die Oberfläche des Produkts fixiert.

Tiefgefühlte Sahneberge
Wir bleiben bei den Genussdingen des Lebens: Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum die Kirsche auf der tiefgekühlten Schwarzwälder Kirschtorte bei der Produktion nicht im weichen Sahneberg verschwunden ist? Das Geheimnis liegt in der Gefriergeschwindigkeit, die man mit Hilfe von kryogenem Stickstoff sowie Kohlendioxid erreicht. Unmittelbar in einen Froster gesprüht, siedet der Stickstoff beziehungsweise sublimiert der Kohlendioxidschnee. Dem Produkt wird Wärmeenergie entzogen und es kühlt dabei extrem schnell ab. Auch schöne Dekorationen auf weichem Speiseeis können durch Anhärten während der Produktion aufgebracht werden.

Edelgas hält antarktische Kälte draußen
Einen ganz gegenteiligen Effekt, nämlich vor Kälte zu schützen, erfüllen Edelgase wie Argon, Krypton und deren Gemische. Nutznießer sind beispielsweise die Forscher der belgischen Prinzessin-Elisabeth-Station in der Antarktis. Die Firma Van Geystelen Eurotherm hat für die dortige Doppelverglasung der Fenster Krypton von Messer verwendet. Das Prinzip funktioniert folgendermaßen: Isolierglasfenster, deren Zwischenräume mit Edelgasen gefüllt sind, liefern im Vergleich zu einem normalen mit Luft gefüllten Zweischeiben-Isolierglas eine erhebliche Verbesserung der Wärmedämmung und so eine nennenswerte Einsparung an Heizkosten. Außerdem bieten Füllungen mit schweren Edelgasen wie Krypton oder Xenon noch den Vorteil einer verbesserten Schalldämmung.

Kunstschätze schonend entgiften
Wir machen einen weiteren Abstecher in die Kultur, wechseln aber das Fach: Kunstschätze aus Holz wie Skulpturen und Altäre prägen Kirchen, Kapellen und Museen. Temperaturschwankungen und hohe Luftfeuchtigkeit führen zu erheblichen Veränderungen der Holzfeuchte und somit fast zwangsläufig zu einer Beschädigung durch Holzschädlinge wie Insekten und Pilze. Viele dieser Kulturgüter wurden daher in der Vergangenheit mit Pestiziden behandelt, die aus heutiger Sicht eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen. Ein speziell entwickeltes Reinigungsverfahren, an dessen technischer Umsetzung Messer beteiligt war, nutzt Kohlendioxid als Lösungsmittel zur Tiefenreinigung der Holzobjekte. Das Verfahren basiert auf der Hochdruck- Extraktion und bewirkt im Gegensatz zu anderen bekannten Reinigungsverfahren eine nachhaltige Entgiftung kontaminierter Hölzer. Bei diesem Extraktionsverfahren werden die guten Lösungsmitteleigenschaften von Kohlendioxid im überkritischen Zustand – das ist der Zustand eines Stoffs oberhalb seines kritischen Punkts – ausgenutzt. Die kritische Temperatur von 31°C und der kritische Druck des CO₂ von 74 bar sind vergleichsweise niedrig. Dies ist vor allem dann von Nutzen, wenn es um die Behandlung temperatursensibler Materialien wie Holz geht. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist der inerte Charakter von CO₂: Chemische Reaktionen mit den Werkstoffen während der Entgiftung sind weitgehend ausgeschlossen.

Sauberkeitstest von Meer und Strand
Machen wir zum Abschluss einen Abstecher an die Küste der Niederlande: Dort nutzt das ozeanografische Institut (N.I.O.Z.) reine Gase wie flüssigen Stickstoff und Spezialgase, um zu testen, wie Mensch und Industrie die Qualität der sieben Weltmeere und ihrer Strände beeinflussen, aber auch, um die Zusammensetzung der Sedimente in den untersuchten Gebieten zu analysieren. Ziel des N.I.O.Z. ist es, wissenschaftliche Kenntnisse über Meere und Ozeane zu erwerben und bereitzustellen, um Veränderungen an unserem Planeten zu dokumentieren.

Wachsende Anforderungen an Produktivität, Wirtschaftlichkeit und Qualität verlangen neue Lösungen und Technologien in den Bereichen Schweißen und Schneiden. Ein Resultat dieser stetig wachsenden Anforderungen ist die Lasertechnik. Mit den Schneidgasen Nitrocut^® und Oxycut^®, sowie der Produktreihe MegaLas^® ,Messer-Gase für die Lasermaterialbearbeitung, stellt Messer, größter privat geführter Industriegasespezialist, alle erforderlichen Gase und Gasgemische für die Lasermaterialbearbeitung zur Verfügung.

Einsatzbereiche von Betriebs- und Arbeitsgasen
Gase sind in der Lasermaterialbearbeitung prozessbedingt den Hilfsstoffen zuzuordnen und werden in Abhängigkeit des Verfahrens und der eingesetzten Laserstrahlquelle in diversen Prozessschritten benötigt. Trotz ihrer Unsichtbarkeit ist die Auswahl der Gase für den optimalen Erfolg der Lasertechnik mitentscheidend. Man unterscheidet zwischen Betriebsgasen und Arbeitsgasen. Betriebsgase, die für die Funktion des CO₂-Laserresonators erforderlich, wohin gegen die Arbeitsgase dem Laserstrahl zum Beispiel als Schweißschutzgas oder Schneidgas dienen.

Die Reinheit der Gase
Die Reinheit der Arbeitsgase für CO₂-Laser unterliegt höchsten Anforderungen. Aber auch für die Arbeitsgase und Gasgemische zum Schweißen und Schneiden ist die Reinheit ausschlaggebend für Wirtschaftlichkeit und Qualität.

Der Reinheitsgrad der Gase wird in Prozent angegeben – eine Zahl mit vielen Stellen hinter dem Komma. Um die Kennzeichnung zu vereinfachen, existiert ein international gültiges Kennzahlensystem. Die Kennzahlen bestehen aus einer Ziffer, einem Punkt und einer zweiten Ziffer. Die erste Ziffer gibt die Anzahl der Neunen an, die Ziffer nach dem Punkt stellt die letzte Ziffer des Gesamtwertes dar. Die Kennzahl 3.5 bedeutet also, dass das Gas über eine Mindestreinheit von 99,95 Prozent verfügt. Weitere Beispiele finden Sie in der folgenden Tabelle.

Betriebsgase
Betriebsgase sind Gasgemische. Diese werden als Fertiggasgemisch eingesetzt oder vor der Verwendung aus den einzelnen Komponenten in der Laseranlage gemischt. Bei diesen Gasgemischen spielen Reinheit sowie Qualitäts- und Gemischkonstanz eine besondere Rolle – aus guten Gründen. Bereits kleine Spuren von, Feuchtigkeit oder Kohlenwasserstoffen können Betriebsstörungen verursachen. Kohlenwasserstoffe führen gegebenenfalls zu Schäden an den empfindlichen und teuren optischen Teilen. Wobei Feuchtigkeit die Anregungsentladung stört und somit den vollen Wirkungsgrad des Lasers verhindert. Weitere Störungen können durch Staubpartikel entstehen, welche das Laserlicht streuen und so den Prozess stören können. Für einen einwandfreien Laserbetrieb ist es also unabdingbar, dass die eingesetzten Gase von hoher Reinheit und frei von störenden Verunreinigungen sind. Die genannten Reinheitsanforderungen gelten ebenso für das Gasversorgungssystem.

Laserschneiden als Vorreiter bei der Lasermaterialbearbeitung
Das Laserschneiden zeichnet sich bekanntermaßen gerade im Vergleich zu anderen thermischen Schneidverfahren durch hohe Präzision, hohe Schneidgeschwindigkeiten, geringe Wärmeeinbringung und geringen Bauteilverzug aus. Anwendungsmöglichkeiten finden sich in vielen Branchen, wie dem Automobilbau, dem Flugzeugbau, dem Metallbau, der Blechbearbeitung, dem Schiffbau, der Textilindustrie und der Medizintechnik.

Laserschneidverfahren werden grundsätzlich in drei Verfahrensvarianten unterteilt – das Brennschneiden, Schmelzschneiden und Sublimierschneiden. Welches dieser Verfahren zum Einsatz kommt, ist abhängig vom Werkstoff, den Qualitäts- und Wirtschaftlichkeitsanforderungen, sowie dem eingesetzten Schneidgas.

Das Brennschneiden mit reinem Sauerstoff ähnelt dem autogenen Brennschneiden. Der Werkstoff wird auf Zündtemperatur erwärmt und dann im reinen Sauerstoffstrahl verbrannt. Dies setzt voraus, dass der Werkstoff brennschneidgeeignet ist. Das bedeutet, seine Zündtemperatur muss unterhalb der Schmelztemperatur liegen. Bei un- und niedriglegierten Stählen ist dies der Fall. Nicht aber bei hochlegierten Stählen und Nichteisen-Metallen. Hier ist das Brennschneiden mit Sauerstoff zwar möglich, aber aus qualitativen und wirtschaftlichen Gründen nicht empfehlenswert.

Werkstoffe, die für das Brennschneiden ungeeignet sind werden mit dem Schmelzschneidverfahren getrennt. Dafür muss der Werkstoff bis auf Schmelztemperatur erwärmt und durch das Schneidgas mit einem bis zu 25 bar hohem Druck aus der Schnittfuge ausgetrieben werden. Als Schneidgas kommt hier meist Stickstoff zum Einsatz, in besonderen Fällen aber auch Argon. Dies gilt beispielsweise für Titan, Tantal, Zirkon und Magnesium, da diese Werkstoffe chemische Verbindungen mit Stickstoff eingehen. Aus qualitativen Gründen können auch un- und niedriglegierte Stähle mit dem Schmelzschneidverfahren unter Verwendung von Stickstoff getrennt werden. Dabei entstehen oxidfreie Schnittflächen. Die Schneidgeschwindigkeit ist jedoch wesentlich geringer.

Werkstoffe ohne Schmelzpunkt, wie Holz, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe, Plexiglas, Keramik oder Papier werden sublimiergeschnitten. Der Werkstoff gelangt dabei vom festen direkt in den gasförmigen Zustand. Das Schneidgas hält die Partikel und Dämpfe von der Optik fern.

Schneidgase
Die Auswahl der Schneidgase ist abhängig von dem zu schneidenden Werkstoff und den vorhandenen Qualitätsansprüchen an die entstehenden Schnittflächen.

Brennschneidgeeignete Werkstoffe werden mit reinem Sauerstoff geschnitten. Hierbei kann die Reinheit des Sauerstoffs die Schneidgeschwindigkeit stark beeinflussen (siehe Abbildung). Mit einer hohen Reinheit kann man die Schneidgeschwindigkeit – je nach Blechdicke – um bis zu 20 Prozent zu erhöhen. Die beim Laserschneiden ohnehin geringe Tiefe der Wärmeeinflusszone wird hierdurch zusätzlich verringert. Beim Brennschneiden hat sich daher die Reinheit 3.5 durchgesetzt.

Nicht brennschneidgeeignete Werkstoffe werden meist mit Stickstoff geschnitten. Seine inertisierende Wirkung führt zu oxidfreien Schnittflächen. Hier können leichte Verunreinigungen durch Sauerstoff oder Feuchtigkeit, Verfärbungen durch Oxidation auf den Schnittflächen entstehen. Bei hohen Qualitätsanforderungen hat sich die Reinheit 5.0 als Standard bewehrt.

Werkstoffe wie Titan, Tantal oder Magnesium zählen zu den Oxid- und Nitridbildnern, da sie intensiv mit Sauerstoff und Stickstoff reagieren. Um diese Werkstoffe ohne Nacharbeit wie Fräsen, Schleifen oder Beizen schweißtechnisch verarbeiten zu können, empfiehlt sich das Schneiden mit Argon. Auch hier gilt, je höher die Reinheit des verwendeten Argons, desto sauberer die Schnittflächen. Bei der späteren schweißtechnischen Verarbeitung können die Nitride und Oxide in die Schweißnaht übertragen werden.

Die verschiedenen Arten des Schweißen
Das Laserschweißen löst durch seine besonderen Eigenschaften Schweißaufgaben wie kein anderes Verfahren. Hauptmerkmal ist dabei die stark konzentrierte Wärmeeinbringung. Das Laserschweißen verfügt über eine hohe Schweißgeschwindigkeit, eine schmale Wärmeeinflusszone und einen geringen Verzug des Bauteils. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Wärmeeinbringung. Auch die Stoßarten sind, verglichen mit anderen Schweißverfahren, etwas Besonderes. Der Laser ist in der Lage regelrecht durch ein Bauteil hindurch zu stechen. Dies ermöglicht das Schweißen in sonst unzugänglichen Bereichen. Davon profitiert besonders die Automobilindustrie, wo Schweißstellen, wie beispielsweise an Karosserien, oft sehr versteckt liegen. Zudem erfüllt der Laser den Wunsch nach hohen Schweißgeschwindigkeiten und einem geringen Verzug. Auch für die Medizintechnik und Mikroelektronik ist das Laserschweißen geeignet.

Beim Remote-Schweißen werden komplexe Bauteile aus Entfernungen von bis zu zwei Metern geschweißt. Der Hauptvorteil des Verfahrens ist die schnelle Positionierung des Laserstrahls. Sie erfolgt durch mehrachsig verstellbare Spiegel von einer zentralen Einheit aus. Weitere Vorteile sind die Zeiteinsparung und der Verzicht auf aufwendige mechanische Baugruppen für die Strahlführung. Das Schutzgas wird hierbei über die Spannvorrichtung zugegeben. Alternativ bietet sich auch die Verwendung einer Kammer an.

Das Wärmeleitungsschweißen benötigt nur geringe Leistungen. Die Energie des Lasers wird an der Oberfläche des Bauteils in Wärme umgesetzt, so dass sich ein Schmelzbad bildet, das die Wärmeenergie durch Konvektion weitergibt. Diese Konvektion kann wie beim Lichtbogenschweißen über die Schweißschutzgase beeinflusst und das Einbrandprofil an die schweißtechnischen Anforderungen angepasst werden.

Das Tiefschweißen benötigt höhere Leistungen, da das Metall nicht nur geschmolzen sondern auch verdampft wird. Auf diese Weise dringt der Laser tief in das Werkstück ein und es bildet sich ein sogenanntes Keyhole - Schlüsselloch. In diesem Keyhole entsteht eine Plasmasäule, die die Energie des Lasers aufnimmt und an den Werkstoff weitergibt. Das Ergebnis ist ein kontinuierlicher Schweißprozess. Die aus dem Dampfkanal austretende Plasmawolke muss mit einem Schutzgas weggeblasen werden, da diese sonst die Laserenergie aufnehmen würde ohne sie dem Schweißprozess zuzuführen.

Das Hybridverfahren ist eine Kombination mehrerer Verfahren. Beim Laserschweißen bietet sich speziell die Verbindung mit dem MAG-Schweißen an. Hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit des Laserschweißens mit der großen Abschmelzleistung des MAG-Prozesses auf hohe Blechdicken übertragen. Die Schutzgasauswahl muss beiden Verfahrensbestandteilen gerecht werden. Bewährt haben sich daher Gemische aus Argon, Helium und einer Aktivgaskomponente wie Kohlendioxid. Neben der Kombination mit dem MAG-Schweißen bieten sich auch Kombinationen mit WIG- und Plasmaschweißen an.

Das Laserlöten ähnelt dem Wärmeleitschweißen. Der Energiebedarf des Lotes ist hierbei zu berücksichtigen. Speziell im Automobilbau hat sich dieses Verfahren durchgesetzt. Neben den bekannten Vorteilen wie geringer Wärmeeinbringung und Verzug spielen auch die Korrosionsbeständigkeit der Lote und die leichtere Bearbeitbarkeit eine große Rolle. Auch die Fügesicherheit und die hohe Standzeitfestigkeit machen das Laserlöten zu einer guten Alternative.

Schweißschutzgase - Hilfsstoffe für ein optimales Ergebnis
Wie schon in der Schneidtechnik setzt sich der Laser auch beim Schweißen und Löten immer mehr durch. Hierbei wird in vier Varianten unterschieden. Dem Wärmeleitungsschweißen, Tiefschweißen, Hybridschweißen und Laserlöten. Das Schweißen kann sowohl mit als auch ohne Schweißzusatzwerkstoff erfolgen. Auch das Verschweißen von artfremden oder ungleichen Metallen und Legierungen wie Aluminium und Stahl oder schwarz und weiß ist möglich.

Das Schutzgas zum Schweißen hat mehrere Funktionen. Eine der Hauptaufgaben ist der Schutz des heißen Werkstoffs vor der Atmosphäre, denn diese kann zur Aufnahme von Stickstoff oder Feuchtigkeit führen oder eine Oxidation an der Oberfläche auslösen. Darüber hinaus sorgt das Schutzgas für die kontinuierliche Entfernung der Plasmawolke über dem Werkstück.

Wie bei anderen Schutzgas-Schweißverfahren kann auch beim Laserschweißen der Schweißprozess durch den Einsatz optimierter Schweißschutzgase gezielt beeinflusst werden. Die Basis der Gasgemische bildet Argon. Durch Zugabe von CO₂, Sauerstoff, Helium, Stickstoff oder Wasserstoff ist es möglich, den Schweißprozess thermisch als auch metallurgisch zu beeinflussen. Typische Gasgemische sind hier Argon/Helium, Argon/Sauerstoff und Argon/Wasserstoff. Die entsprechenden Komponenten richten sich nach dem zu fügenden Werkstoff.

Schweißen ohne Schutzgas
Speziell bei der Verwendung von Festkörperlasern ist das Schweißen ohne Schutzgas häufig anzutreffen. Es führt zu einem korrekten Aussehen der Schweißnaht – doch das allein ist nicht ausschlaggebend. Ohne Schutzgas kann das Schweißgut, wie auch bei anderen Schweißverfahren, Stickstoff, Sauerstoff und Feuchtigkeit aufnehmen, was Schweißnahtfehler wie Poren und Wasserstoffrisse nach sich zieht. Speziell bei un- und niedriglegierten Stählen führt Stickstoff zu vorzeitiger Alterung und Versprödung. In den meisten Fällen werden die Folgen erst nach mehreren Jahren sichtbar, wenn das Bauteil entsprechenden Belastungen ausgesetzt war.

Eine erfolgreiche Schutzgasabdeckung dank laminarer Strömung
Bei der Begasung der Schweiß- bzw. Lötstellen ist eine laminare Strömung die Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Schutzgasabdeckung. Bei einer zu hohen Strömungsgeschwindigkeit der Schutzgase entstehen Verwirbelungen, die die Atmosphäre mit in den Gasstrahl einbinden. Dies ist eine der häufigsten Ursachen für Schweißfehler. Auch unterschiedliche Schutzgasgemische beeinflussen den Laserstrahl.

Beim Laserstrahlschweißen stehen für die Schutzgasabdeckung Koaxial-, seitliche, periphere, sowie Ringspalt-Düsen zur Verfügung.

Bei der koaxialen Schutzgaszufuhr wird der gesamte Strahlbereich zwischen Düsenaustritt und Linse mit dem Schutzgas beaufschlagt. Hier kann es durch Bildung einer Plasmasäule zu Schäden an den Linsen kommen.

Bei seitlicher Zufuhr von Schutzgasen bildet sich häufig ein Injektor, wodurch Luft mit in den Schweißbereich gesaugt wird. Somit läuft der Schweißprozess dann unter einem Schutzgas-/Luft-Gemisch ab. Die Folgen sind Poren, Anlauffarben und andere Schweißfehler.

Bei Verwendung von Ringspalt-Düsen, kurz RSD, ist es sinnvoll, in geringen Mengen ein zusätzliches Spülgas, wie beispielsweise Stickstoff oder Helium, zu verwenden. Es verhindert, dass Schutzgas in den Bereich der Laseroptik gelangt. Die RSD gewährleistet eine gleichmäßige Schutzgasabdeckung des Schmelzbades.

Messer Gase - Ein vielfältiges Produktportfolio
Messer bietet ein Gaseprogramm, wie es nicht selbstverständlich ist. Dies beginnt mit den passenden Gasen für jede Anwendung und nachvollziehbarer, anwendungsorientierter Namensgebung der Produkte und reicht bis hin zu immer wieder neuen, den Kundenanforderungen und -wünschen entsprechenden, Gasgemischen.

Kleinere Bedarfsmengen, wie die Versorgung der Lasergase, werden über Druckgasflaschen abgedeckt. Meist kommen hierbei Einzelflaschen mit zehn oder 50 Litern zum Einsatz. Zum Schneiden werden Sauerstoff oder Stickstoff in Tanks bereitgestellt.

Die Gasversorgung - Von der Flasche zum Arbeitsplatz
Entscheidend für eine optimale Gasversorgung ist der Transport der Gase an ihren Bestimmungsort. Hierbei dürfen keine Verunreinigungen entstehen. Dazu gehören eine korrekte Installation der Hardware, die sinnvolle Auswahl der Gasarmaturen und eine bedarfsgerechte Versorgung mit Gasen in der benötigten Reinheit. Eine zusätzliche Sicherheit bietet die Installation eines Partikelfilters. Auch die Gasversorgung des Resonators erfordert höchste Reinheit. Das gilt sowohl für die Resonatorgase, als auch für die Zuleitung durch Rohre und Schläuche. Für die Zuleitung im unbeweglichen Teil der Anlage sind Rohre aus Kupfer oder CrNi-Stahl optimal. Die Rohre müssen öl- und fettfrei sein und deren Enden sollten während des Transportes durch Kunststoffkappen verschlossen sein. Beim Schweißen oder Löten der Rohre ist auf ausreichendes Formieren zu achten.

Schläuche bergen immer das Risiko des Eindiffundierens von Stickstoff, Sauerstoff und in besonderem Maße Feuchtigkeit. Spezielle Werkstoffe mindern diese Gefahr.

Keine Neuigkeit: Die natürlichen Vorkommen an fossilen Brennstoffen wie Öl und Erdgas sind endlich. Noch in diesem Jahrhundert könnte es – falls die Nachfrage im momentanen Tempo steigt – zu Lieferengpässen kommen. Bohrexperten entdeckten aber vor einigen Jahren, dass die Einleitung von CO₂ in ein versiegendes Ölfeld hilft, weiteres Ölvorkommen an die Oberfläche zu fördern. Der Industriegasespezialist Messer hat im Jahr 2004 in Kroatien die Ölförderung mit Kohlendioxid zum ersten Mal auch in Osteuropa erfolgreich getestet.

Kohlendioxid aus Chemieprozessen gewinnen und wieder verwenden
Ziel war es, die Wirksamkeit des CO₂-Eintrags in ein vorhandenes Ölfeld zu überprüfen. So wurden für zwei erste Testzyklen zwei mal 16.000 Tonnen verflüssigtes Kohlendioxid an die Bohrstelle des Kunden in Ivanic Grad geliefert, dort in entsprechenden Tanks bevorratet und unter einem Druck von etwa 100 bar in die Erde gepumpt. Die Ergebnisse der ersten zwei Testzyklen überzeugten voll: INA Naftaplin verzichtete auf drei weitere Testphasen und startetedirekt das Hauptprojekt in einem größeren Maßstab. Das Mehr an Öl, das sich auf diese Weise gewinnen lässt, ist enorm – oft sind zehn bis fünfzehn Prozent vom ursprünglichen Ölvorrat (OOIP – ‚original oil in place') sogar möglich: Dies kann die wirtschaftliche Ölproduktion um mehrere Jahre verlängern – wie das jetzt in Kroatien der Fall ist. Eine für Messer ausgearbeitete Studie weist auf ein Potenzial von 1300 Millionen Barrel zusätzlicher Ausbeute durch dieCO₂-Technologie allein auf dem europäischen Kontinent. Das genügt, um Deutschland mehr als ein Jahr lang komplett zu versorgen. Hinzu kommt, dass das injizierte CO₂ zum größten Teil nicht wieder an die Umwelt abgegeben wird, sondern im Ölfeld gebunden bleibt. Im Durchschnitt wird für jedes Barrel Öl, das so zusätzlich produziert wird,über eine Drittel Tonne Kohlendioxid fest gelagert. Doppelter Nutzen für die Umwelt!

Neben dem wirtschaftlichen Erfolg und dem wichtigen Beitrag gegen Erderwärmung zeigte das Projekt noch einen weiteren positiven Effekt: Es unterstrich die Zukunftsorientierung und Leistungsstärke der kroatischen Wirtschaft, was auf dem Weg zur EU-Mitgliedschaft des Landes ein klares Zeichen setzte.

Vielfältiger Einsatz von Kohlendioxid sorgt für den Schutz der Umwelt
Für Messer ist der Einsatz von Kohlendioxid zur Ölgewinnung eine von vielen umweltschonenden Gaseanwendungen des so genannten „Klimakillers". Es gehört zur Kernkompetenz des weltgrößten familiengeführten Industriegaseunternehmens, immer neue Anwendungslösungen zu entwickeln oder bestehende zu verbessern und damit die Umwelt zu entlasten. Kohlendioxid als Abfallprodukt aus industriellen Prozessen wird dabei wieder eingesetzt und somit „recycelt". Hochreine Kohlensäure für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie stammt dagegen aus Bodenquellen. In der Nahrungsmittelindustrie wird das tiefkalte Gas meist zum Kühlen und Frosten oder als Kohlensäure eingesetzt. In der Fertigungsindustrie hat das Strahlen mit Trockeneiskörnern in vielen Fällen bereits andere Strahlreinigungsverfahren abgelöst. Körner aus Trockeneis sind klein, fest und kalt. Schießt man diese Pellets mit Druck auf eine verschmutzte Oberfläche, zieht sich der Schmutz durch die Kälte zusammen, bricht dadurch vom Untergrund ab und wird durch den Luftdruck und von den nachkommenden Pellets einfach weggepustet. Das Ergebnis ist der reine Schmutz – die Entsorgung von Sand oder Abwasser entfällt. In Kläranlagen und Wasserwerken sorgt die Zugabe von CO₂ für einen kontrollierten pH-Wert, der es ermöglicht, auf die größere Zugabe an chemischen Stoffen oder aggressiven Mineralsäuren für die Wasserklärung verzichten zu können. Kohlendioxid hat eben viele Seiten.

Bei der Verarbeitung und Abfüllung von Getränken kommen verschiedene Gase zum Einsatz, die zumeist in verflüssigter Form in vakuumisolierten Tanks bereitgestellt werden. Vor allem flüssiges Kohlendioxid (CO₂) spielt hier eine große Rolle. Zum Karbonisieren der Getränke muss es wieder in den gasförmigen Zustand zurückgeführt werden. Das geschieht mittels Luftverdampfern oder elektrisch beheizten Verdampfern. Allerdings bleibt in diesem Verfahrensschritt die im Gas enthaltende Kälteenergie ungenutzt.

Das Verfahrensprinzip: Kälteentzug im Wärmetauscher
Das Kernstück des EcoVap-Verfahrens ist der Wärmetauscher, der in den Kühlkreislauf des Kühlsystems integriert wird. Das tiefkalt verflüssigte Gas sowie das Wärmeübertragungsmedium des Kühlsystems (z.B. Kühlwasser oder Sole) durchströmen den Apparat. Durch die Wärmeübertragung wird Wärme gegen Kälte „ausgetauscht".

Die Konstruktion besteht aus einem speziellen Rohrbündel-Wärmetauscher. Das besondere Design der Anlage verhindert trotz der extrem tiefen Temperaturen des Flüssiggases, dass das Wärmeübertragungsmedium beim Durchströmen des Apparates seinen Gefrierpunkt unterschreitet. Während das flüssige Gas bei der Passage durch das EcoVap-System verdampft, entzieht es dem Kühlmedium eine beträchtliche Menge Energie und kühlt es stark ab. Das Kühlmedium wird aus dem Rücklauf des Kühlkreislaufes in den EcoVap geleitet, passiert hier zumeist den Mantel des Wärmetauschers und wird so gekühlt. Anschließend strömt es – wie zuvor ohne EcoVap - zur Kältemaschine, in der es weiter auf die gewünschte Temperatur geregelt werden kann. Nach diesem Prozess benötigt die Kältemaschine dank der abgesenkten Eingangstemperatur deutlich weniger elektrische Energie, um den gewünschten Kühleffekt zu erzielen.

Elektrische Verdampfer im Winter unnötig
Am Ausgang des EcoVap-Systems ist das zuvor flüssige Gas komplett verdampft. Die Gastemperatur hängt hauptsächlich von der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums ab. Im Gegensatz zu Luftverdampfern ist EcoVap von Wetterbedingungen unabhängig. In der Regel entsteht auch kein Kondenswasser an den Rohrleitungen.

Ein weiterer Vorteil von EcoVap ist die Einsparung der elektrischen Heizung beim Verdampfen von Flüssiggas. Besonders in den Wintermonaten reichen Luftverdampfer allein häufig nicht aus, um die für die Verdampfung benötigte Wärmemenge zum Flüssiggas zu befördern, da die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und Gas zu gering ist. In diesem Fall müssen elektrisch beheizte Verdampfer eingesetzt werden. Bei der Verwendung von EcoVap werden diese höchstens als Reserve benötigt und verbrauchen im Normalbetrieb auch keinen elektrischen Strom.

Kostensenkung: Beispiel aus der Praxis
Beim Verdampfen und Erwärmen von 2.500 kg/h CO₂ und dem zeitgleichen Abkühlen des Prozesswassers konnte ein Getränkehersteller mit der Installation des EcoVap-Verfahrens rund 560.000 kWh im Jahr einsparen. Die Investition war nach nur zwei Jahren amortisiert.

Das EcoVap-Prinzip kann nicht nur für die Karbonisierung in der Getränkeproduktion, sondern in allen industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen, in denen flüssiges Gas verdampft und gleichzeitig Prozesskälte benötigt wird. Weitere mögliche Anwendungen sind beispielsweise die Abwasserneutralisierung mit CO₂ und die CO₂-Gewächshausdüngung.

Karbonisierung in der Getränkeindustrie
Alkoholfreie Erfrischungsgetränke enthalten in der Regel 5 bis 9 g/l CO₂, Wein wird bei Bedarf mit rund 2,5 g/l CO₂ karbonisiert. Das Gas erzeugt den typischen Frischeeindruck (Prickeln) und verbessert die biologische Haltbarkeit von Getränken. Für den Karbonisierungsprozess wird Kohlendioxid in gasförmigem Zustand benötigt. Allgemein gilt, dass das Lösen von Gasen in Flüssigkeiten von der Zusammensetzung der Flüssigkeit, der Temperatur, dem Druck, der Austauschoberfläche und der Verweilzeit abhängt. Für optimale Temperaturen sorgt ein Kühlkreislauf. Dank EcoVap kann doppelt gespart werden: Einerseits entfällt der elektrische Verdampfer für das Gas, andererseits wird die Kältemaschine entlastet.

Recycling
Die Verarbeitung der Kühlgeräte erfolgt in zwei Schritten: Zunächst werden die Kältekompressoren ausgebaut, in ihnen enthaltenes Öl und Kältemittel werden abgesaugt. Bei sorgsamem Vorgehen lassen sich diese Stoffe ohne größere Verluste auffangen. Technisch ist das relativ einfach, da diese Schadstoffe in flüssiger Form anfallen.

Im zweiten Schritt werden die entleerten Kühlgeräte in einem Shredder zerkleinert. Die wiederverwendbaren Materialien durchlaufen anschließend verschiedene Trennverfahren, aus denen sie nahezu sortenrein herauskommen. Beim Zerkleinerungsprozess entstehen aber auch gasförmige Schadstoffe. Insbesondere bei alten Kühlgeräten, deren Isolierschicht bei der Herstellung mit FCKW als Treibmittel aufgeschäumt wurde, entweichen diese Gase, wenn sich beim Shreddern die Schaumporen öffnen.

Da diese Stoffe die Umwelt erheblich gefährden, müssen die schädlichen Gase und Dämpfe aufgefangen und in eine Abgasreinigungsanlage geleitet werden. Die Wirksamkeit der Emissionsvermeidung hängt dabei wesentlich von der Ausführung des Shredders, seiner Abdichtungen und Materialschleusen sowie von der Rückgewinnungsrate der Abgasreinigungsanlage ab.

Abgasreinigung
Für die Abgasreinigung hat Messer das DuoCondex-Verfahren entwickelt. Hierbei wird der Abgasstrom durch spezielle, mit flüssigem Stickstoff gekühlte Kondensatoren geleitet. Wegen der extremen Kälte des flüssigen Stickstoffs (minus 196 Grad Celsius) frieren die Schadstoffe in den Kondensatoren aus und lassen sich so vom Abgasstrom trennen. Wenn die Kondensatoren zugefroren sind, werden sie erwärmt. Dabei schmelzen die Schadstoffe und gelangen in flüssiger Form in einen Transportbehälter und werden anschließend entsorgt.

Der flüssige Stickstoff, mit welchem die Kondensatoren einer DuoCondex-Anlage gekühlt werden, verdampft in den Apparaten und verlässt die Anlage in gasförmigem Zustand. Das Gas kann dann leicht in den Shredder geleitet werden, wo es als Schutzgas fungiert und die Gefahr von Bränden und Explosionen nahezu ausschließt. Dies ist erforderlich, weil zunehmend auch pentangeschäumte Kühlgeräte verarbeitet werden. Pentangeschäumte Isolationswerkstoffe sind umweltfreundlich und ersetzen heute die FCKW-Materialien. Deshalb nimmt der Recyclinganteil dieser Geräte ständig zu. Pentan ist allerdings entzündlich und erfordert einen wirksamen Brand- und Explosionsschutz.

Die Ablösung der FCKW-Kühlschränke durch Geräte mit pentangeschäumter Isolierung ist ein entscheidender Schritt für den Umweltschutz. Trotzdem liegt der Anteil der FCKW-Geräte im Recycling heute oft noch über 80 Prozent, erst im Jahr 2020 wird er vermutlich unter zehn Prozent absinken. Das FCKW schädigt die Ozonschicht der Atmosphäre, und es trägt zur globalen Erwärmung des Klimas (Treibhauseffekt) bei. Folgender Vergleich soll veranschaulichen, in welchem Ausmaß ein einziger nicht ordnungsgemäß verwerteter FCKW-Kühlschrank die Klimaerwärmung beeinflusst (Zahlen gerundet):

Legende
Ein nicht fachgerecht entsorgtes FCKW-Kühlgerät verursacht den gleichen Beitrag zum Treibhauseffekt wie der jährliche Strombedarf eines kleinen Privathaushaltes oder die Jahresfahrleistung eines privaten PKW. Eine Photovoltaik-Anlage auf dem Dach eines Einfamilienhauses müsste ein Jahr lang Strom erzeugen, um den durch die Emissionen eines einzigen nicht entsorgten FCKW-Kühlschrankes verursachten Umweltschaden zu kompensieren.

Gesamtprozess
Die Prozesskette vom Abstellen eines Kühlschranks am Straßenrand bis zu seiner vollständigen Zerlegung im Recyclingbetrieb hat etliche Schwachpunkte, bei denen durch unsachgemäße Handhabung FCKW entweichen können. Deshalb wird die insgesamt technisch mögliche FCKW-Rückgewinnungsrate von 90 Prozent bei weitem nicht erreicht - tatsächlich liegt diese häufig sogar unter 50 Prozent. Die größten „Sünder" sind die Schrottdiebe, die die Kompressoren der zur Abholung bereitgestellten Kühlgeräte herausschneiden, sodass die im Kältemittel enthaltenen FCKW direkt entweichen. Bei Transport und Lagerung entstehen FCKW-Verluste durch mechanische Beschädigung der Schaumisolation sowie durch eindringendes Regenwasser, welches den Schaum aufweicht. Der nächste potenzielle Schwachpunkt ist die Absauganlage für die Kompressoren. Hier kann bei unsachgemäßem Anschließen der Geräte FCKW austreten. Beim Shredder ist die Gasführung schwierig, da die Kühlgeräte in die Maschine eingebracht und die Materialien über Schleusen ausgetragen werden müssen. Die Abdichtung des Shredders und seiner Eintrags- und Austragssysteme ist technisch sehr anspruchsvoll, insbesondere wegen der hohen mechanischen Beanspruchung sowie der Einflüsse durch Temperatur, Feuchtigkeit und Staub.

FCKW-Reste befinden sich oft auch in dem ausgetragenen PU-Schaum, wenn dieser nicht vollständig aufgeschlossen wurde. Außerdem enthält das Material matrixgebundene FCKW, die in einem speziellen Nachbehandlungsschritt durch Druck- und Temperaturerhöhung aus dem Polyurethan gelöst und dann parallel zum Abgas aus dem Shredder der Abluftreinigung zugeführt werden müssen.

Das Abluftreinigungsverfahren selbst ist ebenfalls eine potenzielle FCKW-Verlustquelle. Bei modernen Anlagen ist dieser Prozess allerdings so weit entwickelt, dass sich die FCKW-Verluste kaum noch verringern lassen. Wird hier beispielsweise eine DuoCondex-Anlage eingesetzt, erreicht man am Reingasaustritt Rest-FCKW-Beladungen von unter 20 Milligramm je Kubikmeter gemäß den behördlichen Auflagen (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft / TA-Luft). Dieser extrem strenge Grenzwert schreibt vor, dass der FCKW-Verlust in der Abluftreinigung unter 0,1 Prozent bleibt.

Beim Kühlgeräte-Recycling gibt es also viele technische und organisatorische Möglichkeiten, um die FCKW-Verluste deutlich zu reduzieren. Mit vergleichsweise geringem zusätzlichen finanziellen Aufwand lässt sich ein deutlicher Klimaschutz-Effekt erreichen.

Aus diesem Grund hat sich die Verpackung von Lebensmitteln unter Schutzgasen (Modified Atmosphere Packaging, kurz MAP) als eine der effektivsten Methoden der Haltbarkeitsverlängerung von Lebensmitteln durchgesetzt. Dabei wird die Umgebungsatmosphäre während des Verpackens mittels Schutzgasen gezielt verändert.

Für das Schutzgasverpacken von Lebensmitteln bietet Messer Gase in Lebensmittelqualität an. Unter der Marke Gourmet kommen Kohlendioxid, Stickstoff, Sauerstoff und Argon – allesamt natürliche Bestandteile der Umgebungsluft – zum Einsatz. Das inerte, reaktionshemmende Gas Stickstoff (Gourmet N) verdrängt Sauerstoff und verhindert so die Oxidation. Aufgrund seiner geringen Löslichkeit in Lebensmitteln wird Stickstoff aber auch als Stützgas eingesetzt, das ein Zusammenfallen der Verpackung verhindert. Mit 78,08 Volumenprozent ist er Hauptbestandteil der Luft. Auch Argon (Gourmet A) ist ein inertes Gas, das als Verdrängungs- und Stützgas zum Einsatz kommt. Außerdem hemmt es enzymatische Aktivitäten und verstärkt den bakteriostatischen Effekt von Kohlendioxid. CO₂ – Kohlendioxid (Gourmet C) – ist farblos, geschmacks- und geruchsneutral und weist eine hohe Löslichkeit in Flüssig- und Fettphasen von Lebensmitteln auf. Die damit verbundene pH-Wert-Senkung wirkt bakteriostatisch und reduziert das Wachstum von Bakterien und Schimmel. Sauerstoff (Gourmet O) – mit 20,95 Volumenprozent in der Umgebungsluft enthalten – gelangt beim Schutzgasverpacken von Lebensmitteln nur in Sonderfällen zur Anwendung – beispielsweise zur Erhaltung der roten Farbe von Fleisch oder zur Hemmung von anaeroben Bakterien. Sauerstoff ist aber auch wichtig für die Atmung beim Verpacken von pflanzlichen Lebensmitteln wie Obst und Gemüse. Gasgemische werden stets auf das jeweilige Produkt abgestimmt und erfüllen sämtliche Gesetze und Normen für Lebensmittelprodukte, die sich beispielsweise auf die Reinheit oder die Nachverfolgbarkeit beziehen. In den meisten Fällen werden mindestens zwei der Messer-Gourmetgase gemischt. Geliefert werden sie entweder als fertige Standardgemische in Flaschen oder sie werden vor Ort beim Kunden individuell zusammengestellt.

Die unterschiedlichen Verpackungen
In der Lebensmittelindustrie hat die Verpackung mehrere wichtige Funktionen zu erfüllen. Sie soll das haltbar gemachte Gut vor der Umgebung schützen, mechanische Beschädigungen verhindern und muss darüber hinaus auch sämtlichen marketingstrategischen und optischen Erfordernissen gerecht werden und wirtschaftlich vertretbar sein. Gerade bei frischer Ware muss die Verpackung nicht nur die Kontamination durch Keime verhindern, sondern auch die gewünschten Umweltbedingungen innerhalb der Verpackung langfristig bewahren. Aus diesem Grund spielt auch das Verpackungsmaterial eine zentrale Rolle beim Konservieren von Lebensmitteln. Im Idealfall ist es undurchlässig für Mikroorganismen, Gase, Wasser, Wasserdampf, Aroma und Licht. Eine Ausnahme bilden die Verpackungen von Obst und Gemüse, bei denen ein gewisser Austausch mit der Umgebungsluft erwünscht ist, um eine kontrollierte Pflanzenatmung zu unterstützen (EMAP – Equilibrium Modified Atmosphere).

Neben der Produktart (fest, pastös, flüssig) bestimmen auch Faktoren wie die jeweiligen Haltbarkeitsanforderungen, die Kosten, Marketingstrategie sowie die Umweltverträglichkeit die zum Einsatz gebrachten Verpackungsmaterialien. Zu den gängigsten Verpackungen zählen Blechdosen, Kunststofffolien, Kombi-Dosen, Gläser, vorgeformte Kunststoffbehältnisse, Tiefziehpackungen, Schlauchbeutelpackungen oder auch Siegelrandbeutelpackungen. Blechdosen sind völlig dicht, lichtundurchlässig und formstabil – der Nachteil ist allerdings, dass das Produkt selbst nicht sichtbar ist; im Gegensatz zu Glas oder etwa Kunststofffolien. Letztere werden in den unterschiedlichsten Qualitätsstufen angeboten.

Verlängerung der Haltbarkeit
Egal, welche Verpackung und welche Methode zur Haltbarkeitsverlängerung zum Einsatz kommt, die größtmögliche Hygiene ist stets eine Grundvoraussetzung dabei. Zu den effektivsten Verfahren zählen das Kühlen, das Gefrieren, das Hitzesterilisieren, das Absenken des pH-Werts durch chemische Zusätze oder durch die Beimengung von Kohlensäure sowie die natürliche Säuerung durch Milchsäuregärung. Diese haltbarkeitsverlängernden Maßnahmen haben eines gemeinsam: sie stellen bereits eine erste Phase der Zubereitung dar. Anders ist dies bei der Veränderung der Atmosphäre bzw. des Drucks innerhalb der Verpackung durch den Einsatz der Messer-Gourmetgase – dabei wird der Frischecharakter der Lebensmittel kaum bis gar nicht verändert. Weitere Methoden der Haltbarkeitsverlängerung sind die Trocknung und die Vakuumverpackung.

Haltbarkeit von Getränken
Auch Getränke müssen möglichst lange haltbar und lagerfähig gemacht werden. Aufgrund seiner hohen Löslichkeit in Flüssigkeiten sowie seiner Fähigkeit, das Wachstum von schädlichen Mikroorgansimen zu beschränken oder sogar ganz zu hemmen, wird CO₂ auch zum Karbonisieren bzw. zur Imprägnierung im Getränkebereich eingesetzt. Dabei entsteht nicht nur die prickelnde Kohlensäure, die für die erfrischende Note des Getränks sorgt, auch Luftsauerstoff wird aus dem Behälter verdrängt, sodass Oxidationsreaktionen deutlich reduziert werden können. Mit CO₂ versetzte Getränke sind somit länger haltbar und bewahren während des gesamten Herstellungsprozesses sowie während Lagerung und Transport ihren Geschmack. Messer stellt je nach Bedarfsmenge das für die Karbonisierung erforderliche Kohlendioxid in flüssiger sowie in gasförmiger Form zur Verfügung: In Lagerbehältern, Stahlflaschen oder Bündeln.

Bei kohlensäurefreien Getränken wie beispielsweise stillem Mineralwasser oder Fruchtsäften, die in dünnwandigen PET-Flaschen oder Dosen abgefüllt werden sollen, kommt der Kryogen-Injektor zum Einsatz. Dabei wird flüssiger Stickstoff unmittelbar vor dem Verschließen des Getränkebehälters auf die Flüssigkeitsoberfläche injiziert und im verschlossenen Behälter zum Verdampfen gebracht. Auf diese Weise wird der Sauerstoff aus dem Kopfraum der Flaschen oder Dosen verdrängt und so die Haltbarkeit des Produkts verlängert. Die Behälter selbst bleiben durch den erhöhten Innendruck, der bei der Kryogen-Injektion entsteht, auch nach längeren Lager- und Transportzeiten stapelfähig.

Stickstoff hat zudem den Vorteil, dass er den Einsatz von sehr dünnwandigen Behältern erlaubt, was wiederum zu erheblichen Einsparungen bei den Materialkosten führt. Darüber hinaus verändert er weder den Geschmack noch den Charakter des Getränks.

Gasversorgungssysteme
Auch das passende Gasversorgungssystem spielt bei der Verpackung unter Schutzgasen eine äußerst wichtige Rolle – nicht nur im Sinne einer lückenlosen und sicheren Versorgung, auch mit Hinsicht auf die Kosteneffizienz. Neben der Wahl des optimalen Gases muss natürlich auch die passende Hardware wie etwa Ventile, Druckregler, Entnahmestellen, Entspannungsstationen bzw. Zubehör gewählt werden. Und natürlich gibt es auch Vorschriften, die eingehalten werden müssen. Messer bietet in dieser Hinsicht alles aus einer Hand – vom fachlichen Know-how und der umfassenden Beratung durch Experten über sämtliche erforderliche Komponenten bis hin zur kompletten Automatisierung der Gasversorgung. Das Schutzgasportfolio von Messer umfasst neben der eigenen Gourmet-Gase sämtliche marktübliche Gase in höchster Qualität sowie individuelle Gasgemische.

Extrem kalt
Helium hat im flüssigen Zustand mit 4,2 Kelvin oder minus 269 Grad Celsius den niedrigsten Siedepunkt aller Gase. Flüssiges Helium ist damit die kälteste Flüssigkeit auf der Erde. Es wird als Kühlmedium überall dort eingesetzt, wo mit weniger als minus 200 Grad Celsius extrem tiefe Temperaturen erzeugt werden müssen. Das ist beispielsweise bei Anwendungen im Zusammenhang mit der Erzeugung sehr starker Magnetfelder mittels supraleitender Magnete der Fall. Größte technische Bedeutung haben dabei die Kernspin-Tomographie (MRI) in der Medizin und die Kernresonanzspektroskopie (NMR) und andere Anwendungen der Grundlagenforschung. Helium wird aus heliumreichen Erdgasquellen gewonnen, die es weltweit nur an wenigen Stellen gibt. Für den europäischen Markt bedient sich Messer mehrerer zuverlässiger Quellen weltweit. Dazu betreibt Messer eine Flotte spezieller, supervakuumisolierter Tankcontainer mit einem Fassungsvermögen von jeweils 40.000 Litern. Mit diesen wird das Helium in unsere europäischen Füllwerke in Mitry-Mory (Frankreich), Lenzburg (Schweiz) und Gumpoldskirchen (Österreich) transportiert. Dort füllt Messer das Helium in die für die Kundenversorgung vorgesehenen kleineren, ebenfalls supervakuumisolierten Transportbehälter (Dewars) um. Auch gasförmiges Helium wird hier abgefüllt.

Reinstgase und Gasgemische
Viele Technologien benötigen zum sicheren und effizienten Betrieb reine Gase oder Gasgemische definierter Zusammensetzung und Qualität. In Isolierglasscheiben sorgt die Edelgasfüllung für verbesserte Wärme bzw. Schalldämmung. Höchste Ansprüche an die Gase werden insbesondere gestellt, wenn sie zum Betrieb empfindlicher Analysegeräte in der Umweltanalytik, der Sicherheitstechnik oder der Qualitätssicherung genutzt werden. Neben den Träger- bzw. Betriebsgasen für die Instrumente und Detektoren werden in der Gasanalytik Gasgemische mit definierter, genauer Zusammensetzung eingesetzt, um die Geräte zu kalibrieren. „Hier gibt es nur wenige Standardprodukte, meist produziert Messer Kalibriergase individuell nach Kundenspezifikation“, sagt Jerry Girardi, Vertriebsleiter Spezialgase von Messer in der Schweiz. Entsprechend den vielen verschiedenen Anwendungen gibt es sehr unterschiedliche Anforderungen an die Qualität und die Lieferform der Gase. Messer bietet ein umfangreiches Spektrum an Standardprodukten. Die Reinheiten reichen dabei von „technischer“ bis zur „6.0-Qualität“ mit einer Reinheit von 99,9999 Prozent. Messer liefert die Gase entsprechend dem Bedarf. Dabei reicht das Angebot von der Ein-Liter-Druckdose über Flaschen und Bündel bis zur Trailer- bzw. Flüssigversorgung.

Wissen, wie man es macht...
Die Herstellung von Spezialgasen besteht aus verschiedenen Schritten, von der Flaschenvorbehandlung über Fülltechnik bis zur qualitätssichernden Analytik. Fundiertes Know-how in allen Einzelbereichen und die sichere Beherrschung der gesamten Prozesskette sind dabei unerlässlich. „Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung in den lokalen Spezialgasewerken ist Messer in der Lage, nahezu jedes technisch mögliche Gasgemisch in der gewünschten Zusammensetzung und der benötigten Genauigkeit zu liefern“, so Dr. Frank Wallasch, Leiter Spezialgasewerke von Messer in der Schweiz. Optional können viele Kalibriergase mit einem Zertifikat aus dem akkreditierten Bereich geliefert werden. Spezialgase erfordern aber auch bei ihrer Anwendung besonderes Know-how. Um sicherzustellen, dass die gewünschte Qualität aus dem Vorratsbehälter tatsächlich bis zur Anwendung gelangt, sind spezielle Vorkehrungen bei den Installationen notwendig. Nicht jede im technischen Bereich bewährte Armatur lässt sich für Spezialgase einsetzen. Zusammen mit Spectron Gas Control System, einem führenden Hersteller von Armaturen und Gasversorgungssystemen, bietet Messer für jeden Anwendungsfall geeignete Lösungen – von der Planung bis zur Komplettinstallation.