Edler Stahl statt Kunststoff

Es glüht in den Hoch­öfen der Stahlwerke. Die Roheisen- und Rohstahlproduktion hat in Deutschland wieder stark aufgeholt. Die dortigen Hüttenwerke ­haben im Dezember 2009 2,28 Mio. Tonnen Roheisen und 3,03 Mio. Tonnen Rohstahl ­hergestellt. Dies sind fast 40 Prozent mehr Roh­eisen und 24 Prozent mehr Rohstahl als im Monat des Vorjahres.

Silizium und titanisches Lanthan
Doch der Fokus legt sich heute nicht mehr nur auf die herkömmlichen Erze zur Stahlgewinnung, sondern vermehrt werden neue Werkstoffe hergestellt. Gerade zur Maschinen- oder Anlagenherstellung werden beständigere, leich­tere, aber gleichwohl robustere Werkstoffe verlangt. Ganz neue Anwendungen könnten vielleicht mit Silizium erreicht werden. So wurde letzten Herbst an der Eidgenössischen Material- und Prüfungsanstalt (Empa) die über­raschende Entdeckung gemacht, dass
das wichtigste Halbleitermetall, Silizium,
im Nano­metermassstab seine Eigenschaften ­ändert. Normalerweise ist das Metall spröde und brüchig. Wenn es nur klein genug ist, könnte es in mechanischen Anwendungen, wie in einem Metall, eingesetzt werden. Denn metallische Werkstoffe sind fehlertolerant und ­können beispielsweise Stösse durch Verformung absorbieren, ohne zu zerbrechen.

Schon seit Jahren wird Titanium als Werk­stoff mit seinen positiven Eigenschaften eingesetzt. Das Metall ist härter als Stahl, aber leichter und hitzebeständiger als Aluminium. Mit dem Werkstoff können korro­sions­be­stän­dige und gut sterilisierbare Instrumente und Apparate gebaut werden, die keine Allergien auslösen. Mit dem Zusatz von Lanthan wird das Metall geschmeidiger und besser bearbeitbar. Im Maschinen- und An­lagenbau können mit ­dieser Legierung Röhrchen mit einem Durchmesser von weniger als fünf Milli­metern ­erstellt werden. Titan findet Einsatz im chemischen Apparatebau, in der ­Medizin- und Energietechnik, aber auch in der Lebens­mittel­industrie. Dort kommen ­gemäss Matthias Balley vom Informationszentrum des deutschen Maschinen- und ­Anlagenbaus (VDMA) Titan oder für bestimmte Einsatzfälle auch Sonderwerkstoffe wie ­Hastelloy zum Einsatz. Für Standardanwendungen werden diese jedoch in der Regel nicht benötigt. Es wird auf den günstigeren Edelstahl zurückgegriffen.

Edelstahl über alles
Gerade im Lebensmittelbereich ist die Suche nach neuen Werkstoffen für den Maschinen- und Anlagenbau nicht sehr intensiv. Was die Lebensmittelindustrie braucht, ist Edelstahl. Ohne korrosionsbeständigen Stahl geht nichts. Sicherheit und Leistungsfähigkeit von rostfreiem Edelstahl sind die Gewähr für risi­kolose Prozesse und wirtschaftliche Produktion – in der milch- oder fleischverarbeitenden ­Industrie ebenso wie bei Produzenten von Backwaren oder Tiefkühlkost. Die Re­sistenz gegen Wasser sowie aggressive Säuren und Laugen sichert die geschmacksneutrale Herstellung von Getränken und Lebensmitteln aller Art. Eigenschaften, die sich auch bei ­Lagerung und Transport zuverlässig bewähren. Die glatte, Mikroorganismen keinen Nährboden bietende Oberfläche und die gute Verformbarkeit in Verbindung mit fugenloser Verarbeitungsmöglichkeit des Werkstoffs Edel­stahl rostfrei ermöglichen eine problemlose, keimfreie Reinigung und erfüllen somit auch strengste Hygiene-Vorschriften.

Kunststoff scheitert an Formalitäten
Walter Bartlomé vom Anlagebauer Bawaco in Bern wartet schon lange auf Kunststoff als Werkstoff im Anlagenbau. Speziell das Kunststoffrohr könnte in der Molkereiin­dustrie bei normaler Pastmilch optimal eingesetzt werden. Klar müssten es laut Bartlomé laminierte Rohre mit mehreren Schichten sein und ausserdem müssten die Rohre auch gestützt werden, damit sie nicht durchhängen würden. Doch gerade wegen der legislativen Umgebung (EU-Verordnungen, EG-Nr. 1935/2004, oder Kunststoffrichtlinie 72/2002 aus dem EU-Hygienerecht) werden Lieferanten vielfach nach Bescheinigungen gefragt. Die Informa­tionskette besteht unter anderem aus Kunststofflieferant, Prüflabor, Maschinenbauer und dem Lebensmittelproduzenten als An­lagenbetreiber. Dabei ist der gesetzlich vor­geschriebene Informationsfluss oftmals nicht an allen Stellen der Kette ausreichend bekannt. So können Kunststoffe geeignet sein, es fehlen jedoch formal notwendige Angaben in der Bescheinigung. Damit ist dann nicht klar, ob die Anforderungen nicht erfüllt werden oder ob lediglich Angaben fehlen. Entsprechend ist in solchen Fällen gemäss Balley die Eignung zum Einsatz des Werkstoffes zum Anlagen-Maschinenbau in der Lebensmittelindustrie formal nicht gegeben.

Für Hansjörg Hafner von der Amotec AG in Münsingen ist Kunststoff höchstens ein Thema bei Energieleitungen oder im Hygienebereich für Leitungen zur Wasserstoffper­oxyd­zufuhr.
Ganz neue Werkstoffe setzt auch Tetra Pak nicht ein. Laut Martin Hübner wird bei säurehaltigen Medien wie Salatsaucen oder Ketchup höherwertiger Edelstahl eingesetzt. Der Haupttrend, in welchem sich die Lebensmitteltechnik bewegt, ist laut Hübner immer noch die Filtration oder die thermische ­Behandlung. Die Entwicklung geht in Richtung Anlagenentwicklung unter Berücksich­tigung der hauptsächlichen Trends wie der Reduzierung von Energie, Abwasser oder der Produkteverluste unter grösstmöglicher Produktesicherheit. «Dort ist noch etwas zu ­holen», ist Hübner überzeugt. Für neue Werkstoffe macht Tetra Pak keine Grundlagenforschung.

Rohstoffeinsparungen
Weshalb braucht es neue Werkstoffe? Werkstoffe liefern oft den Schlüssel für neue technische Entwicklungen, und moder­ne Technik braucht immer weniger Werkstoffe. Dies hilft, Rohstoffe zu sparen. Bei steigenden Rohstoffpreisen sicher ein Vorteil. Beispielsweise liegt die Preissteigerung bei Kupfer gegenüber dem Vorjahr bei 151 Prozent.
Ausserdem wird bei weniger Einsatz von Werkstoffen auch weniger Energie benötigt. «Für neue Werkstoffe, die für einzelne Anwendungen gut sind, müssen an anderer Stelle wieder Abstriche in der Anwendbarkeit gemacht werden», sagt Matthias Balley vom VDMA. Er ist überzeugt, dass es den «Superwerkstoff», der alle Probleme für alle Anwendungsfälle löst, noch nicht gibt und vermutlich auch nicht geben wird.