Drei Prüfverfahren im Vergleich

Technische Leiter von betriebsärztlichen oder werksmedizinischen Einrichtungen, in denen Dampfsterilisatoren zum Einsatz kommen, sind für den sicheren Betrieb verantwortlich. Mit innovativen Methoden gelingt die Prüfung der Geräte schneller und mit weniger Aufwand – häufig sogar ohne Ausbau.

Die Instandhaltung von Dampfsterilisatoren ist nicht nur ein Thema für die Zentralsterilisationen großer Kliniken. Auch Werksärzte, Arbeitshygieniker und technische Leiter von medizinischen Fortbildungsstätten oder Forschungseinrichtungen müssen ihre Geräte regelmäßig prüfen. Die ständigen Druck- und Temperaturwechsel ermüden das Material und so steigt, mit zunehmendem Alter der Geräte, das Risiko von Schäden. Werden etwa Undichtigkeiten nicht rechtzeitig erkannt, beeinträchtigt das mitunter die Funktion. Hygienemängel und Gefahren für die Mitarbeiter können die Folge sein. Reparaturen verursachen dann Stillstände und ungeplante Kosten. Wiederkehrende Prüfungen liegen deshalb auch im Interesse der Betreiber.

Die zu sterilisierenden Gegenstände werden in Tücher gehüllt und mit bis zu 134°C heißem Wasserdampf behandelt. Während des Vorgangs wird die Sterilisierkammer dazu mehrfach entlüftet und anschließend wieder mit Dampf befüllt. Bei der Entlüftung herrscht dabei 0,9 bar Unterdruck. Beim Befüllen werden die Stahlwände der Kammer wiederum mit 2 Bar Überdruck belastet. Die Druck- und Temperaturwechsel beanspruchen die gesamte Konstruktion, insbesondere Schweißnähte, Türverankerungen oder die Eckradien.

Formale Anforderungen

Als Druckgeräte unterliegen Dampfsterilisatoren diversen Regelwerken. Darin sind unter anderem die Anforderungen für die Funktions- und Eignungsprüfungen bei der Herstellung, der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb festgelegt.

Die AD 2000-Merkblätter der Arbeitsgemeinschaft Druckbehälter richten sich überwiegend an die Hersteller der Geräte. Sie zielen auf die Konstruktion und Berechnung von Druckbehältern ab und legen unter anderem Berechnungsformel für die zulässigen Lastwechsel fest, die ein Gerät aushalten kann. Der Hersteller muss demnach gewährleisten, dass vor den errechneten Lastwechseln kein kritischer Zustand erreicht wird. Die Merkblätter definieren auch die Prüfverfahren für die Schweißnähte. Außerdem gibt es die Vorgabe, dass die Geräte nach der Hälfte der zulässigen Lastwechsel, also nach der Hälfte der theoretischen Lebensdauer, durch eine zerstörungsfreie Prüfung auf ihre Einsatzfähigkeit zu überprüfen sind. In anderen Regelwerken, etwa der EN 13445 für „unbefeuerte Druckbehälter“, gibt es dazu abweichende Vorgaben.

Im AD 2000-Regelwerk ist ein Lastwechselprotokoll vorgesehen. In der Praxis besitzt die Steuerung des Sterilisators einen Chargenzähler, mit dessen Hilfe die Zahl der Lastwechsel nachvollzogen werden kann. Ist die nach Herstellungsregelwerk angegebene zulässige Anzahl an Lastwechseln erreicht, müssen entsprechend ausgewiesene, hochbeanspruchte Stellen zusätzlich, zerstörungsfrei geprüft werden.

Die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) macht Betreibern von Dampfsterilisatoren weitere Vorgaben. Im Allgemeinen sind Geräte ab einem Volumen von 2 Litern und einem Druck von mehr als 0,5 bar nach der Verordnung, überwachungsbedürftig. Das heißt, sie müssen sowohl vor der Inbetriebnahme als auch im späteren Betrieb wiederkehrend geprüft werden.

Bei der äußeren Prüfung wird der Zustand des Geräts alle zwei Jahre überprüft – inklusive der sicherheitstechnischen Einrichtungen wie Notaustasten und Türleisten. In einem Intervall von fünf Jahren erfolgt die innere Prüfung, bei der auch der Zustand der drucktragendenden Wandungen bewertet wird. Nach zehn Jahren erfolgt schließlich die Festigkeitsprüfung.

Prüfverfahren

Die innere Prüfung dient dem Nachweis, dass der Sterilisator gefahrlos weiterbetrieben werden kann. Ein zugelassener Prüfer muss die Ergebnisse bestätigen. Um den Zustand der drucktragendenden Wandungen zu bewerten, sind verschiedene zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP) geeignet. Dabei werden optische, mechanische und chemische sowie magnetische, elektrische und elektromagnetische Verfahren unterschieden. Die Qualität eines Gegenstands kann so überprüft werden, ohne dass durch den Vorgang der Prüfung die Integrität des Materials beeinträchtigt wird.

Farbeindringprüfung

Am gängigsten sind unter anderem die Farbeindringprüfung sowie die Ultraschallprüfung. Bei der Farbeindringprüfung sprühen Experten vermeintliche Fehlstellen mit einer Spezialfarbe ein. Die Kapillarkräfte ziehen die Farbe in vorhandene Risse, wo sie einer anschließenden Oberflächenreinigung widersteht. Im nächsten Schritt tragen die Experten einen Entwickler auf, der die verbliebende Farbe wieder aus den Rissen zieht und diese damit sichtbar macht. So lassen sich Fehlstellen erkennen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar wären.

Ein Nachteil der Farbeindringprüfung ist, dass zu prüfende Stellen im Vorfeld zugänglich gemacht werden müssen. Dazu müssen gegebenenfalls Isolierschichten entfernt oder der Sterilisator ausgebaut werden. Das Verfahren verursacht außerdem eine erhebliche Staubentwicklung. Sterilisatoren befinden sich in der Regel in Reinräumen, die dann mit großem Aufwand vor der Staubbelastung geschützt werden müssen.

Ultraschallprüfung

Ultraschall ermöglicht es, Teile von Sterilisatoren ohne Vorbereitung zu prüfen. Spezielle Ultraschallsensoren werden eingesetzt, um Unregelmäßigkeiten im Material, wie Risse oder Inhomogenitäten zu registrieren. Allerdings lässt sich auch mit diesem Verfahren nicht das ganze Gerät problemlos prüfen. Nicht jeder Bereich ist für den Prüfkopf zugänglich. Gleichzeitig erlaubt die Geometrie der Sterilisierkammer häufig nicht, dass die Ultraschallwellen jeden Bereich erfassen. Die Hauptkammer und die Türplatten, die leicht zugänglich sind, lassen sich jedoch mit geringem Aufwand prüfen. Die Ergebnisse sind sehr verlässlich und eventuelle Fehlstellen lassen sich exakt lokalisieren und bewerten.

Schallemissionsprüfung

Bei der Schallemissionsprüfung bringen Experten Sensoren in der Sterilisierkammer an, füllen diese anschließend mit Wasser und legen einen Prüfdruck an. Durch die Belastung angeregt emittieren vorhandene Risse Schallwellen im Kilohertzbereich aufgrund der Spannungsveränderung auf der Oberfläche des Materials. Die Sensoren registrieren den Schall und Experten können auf Basis der Messwerte Schadstellen lokalisieren und qualitativ bewerten. So lassen sich dynamische Verschiebungen im Nanometerbereich erkennen. Bei kritischen Anzeigen muss unter Umständen mit einem anderen Verfahren genauer nachgeprüft werden.

Ohne den Ausbau von Teilen erfasst die Schallemissionsprüfung den gesamten Innenraum des Sterilisators. So können auch für unzugängliche Bereiche verlässliche Aussagen getroffen werden. Besondere Schutzmaßnahmen sind nicht nötig.

Aufgrund des geringen Aufwandes ist das Verfahren besonders wirtschaftlich. Selbst wenn eine Nachprüfung notwendig werden sollte, lohnt sich die Schallemissionsprüfung also für die Gerätebetreiber. Häufig lassen sich dadurch bauliche Maßnahmen und damit verbundene betriebliche Einschränkungen verhindern.

Fachkenntnis vorausgesetzt

Die Daten der sensiblen Messfühler lassen sich nur mit spezieller Software auswerten. Die Anwendung der Technik und die Auswertung der Daten erfordert geschultes Fachwissen und Erfahrung mit dem Verfahren bei den Prüfern. Mit ihrer hohen Abtastrate erzeugen die Schallemissionssensoren große Datenmengen. Schwingungen und Störgeräusche aus der Umgebung müssen vom Computer herausgerechnet werden.

Wegen der Komplexität des Verfahrens und den hohen technischen Voraussetzungen hatte die Schallemissionsprüfung noch vor zehn Jahren keine so große Bedeutung. Entwicklungen in der Soft- und Hardware sowie auch bei der Messtechnik erlauben heute jedoch schon sehr verlässliche Messungen. Derweil wird das Verfahren dahingehend weiterentwickelt, dass die Ermittlung des Frequenz-Zeit-Verhältnisses Rückschlüsse auf den Quelltyp und die Tiefenlage der Schadstelle zulässt. Langfristig dürften auch die Entwicklungen bei der künstlichen Intelligenz (KI) weitere Verbesserungen liefern. Das vergrößert nicht nur die Einsatzmöglichkeiten, sondern verbessert auch die Aussagekraft und Zuverlässigkeit des Verfahrens.

Selbst wenn KI-Systeme eines Tages bei der Schallemissionsprüfung eingesetzt werden, wird es immer noch die Aufgabe von Menschen bleiben, die Ergebnisse zu bewerten. Insbesondere für die qualifizierte Einschätzung über die Notwendigkeit weitergehender Maßnahmen ist Sachverstand und Erfahrung nötig. Die systematische Ausbildung der Prüfer umfasst unter anderem das physikalische Wissen von Werkstoffen, unterschiedliche Geräte und Konstruktionsweisen sowie schweißtechnische Kenntnisse. Nur so lässt sich die Kompetenz für eine verlässliche Risikobeurteilung aufbauen. TÜV SÜD bietet die Schallemissionsprüfung auch als zusätzliche zerstörungsfreie Prüfmethode. Die unabhängigen Experten unterstützen Betreiber außerdem bei allen Sicherheitsfragen zu Sterilisatoren.