Im März 2025 erhielt BOLZ INTEC das Patent DE 10 2020 129 779 für das revolutionäre Optimized Grind Finishing®-Verfahren (OGF). Nach über 500 REM-Prüfzyklen in Zusammenarbeit mit der Hochschule Konstanz ist es gelungen, Edelstahloberflächen zu schaffen, die 75% weniger Partikelanhaftung aufweisen und 4x schneller zu reinigen sind als elektropolierte Oberflächen.
🔬 Was ist Optimized Grind Finishing®?
Optimized Grind Finishing® ist ein patentiertes mechanisches Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Edelstahlbehältern, das gezielt die dreidimensionale Oberflächentopografie optimiert – nicht nur den Ra-Wert (arithmetischer Mittenrauwert).
💡 Der entscheidende Unterschied:
Während traditionelle Verfahren wie Schleifen oder Elektropolieren primär die Oberflächenrauheit (Ra) reduzieren, fokussiert sich OGF auf die Oberflächenstruktur auf molekularer Ebene. Das Ergebnis: Oberflächen mit Ra 0,1 µm und einer reproduzierbaren, homogenen Topografie, die Van-der-Waals-Kräfte minimiert.
Das Verfahren wurde in über drei Jahren Forschung an der Hochschule Konstanz – Technik, Wirtschaft und Gestaltung (HTWG) entwickelt und durch mehr als 500 Rasterelektronenmikroskop-Analysen (REM) validiert.
⚠️ Das Problem mit herkömmlichen Oberflächenverfahren
Traditionelle Oberflächenbearbeitungsverfahren stoßen in der Hochpräzisions-Pharmaproduktion an ihre Grenzen:
1️⃣ Mechanisches Schleifen
- Ra-Werte: 0,8–1,2 µm (nicht ausreichend für APIs)
- Problem: Ungleichmäßige Oberflächenstruktur mit Mikrorillen und Tälern
- Folge: Partikel setzen sich in Vertiefungen fest → schwer zu reinigen
- Kosten: €30–€60 pro Behälter
2️⃣ Elektropolieren
- Ra-Werte: 0,2–0,4 µm (besser, aber nicht optimal)
- Problem:
- Aggressive Chemikalien (Phosphorsäure, Schwefelsäure)
- Hoher Wasserverbrauch (bis zu 500 Liter pro Behälter)
- Lange Durchlaufzeiten (3–5 Tage)
- Topografie nicht reproduzierbar: Gleicher Ra-Wert ≠ gleiche Oberfläche
- Kosten: €150–€300 pro Behälter
- Umwelt: Hohe Abwasserbelastung
⚠️ Das Ra-Wert-Paradoxon
REM-Analysen zeigen: Zwei Oberflächen mit identischem Ra-Wert von 0,3 µm können völlig unterschiedliche Anhaftungsraten aufweisen – Unterschiede bis zu 400%! Der Grund: Die dreidimensionale Topografie (Peaks, Täler, Richtung der Mikrostrukturen) ist entscheidend, nicht nur der eindimensionale Ra-Wert.
🧬 Die Wissenschaft hinter OGF: Oberflächentopografie verstehen
Das Optimized Grind Finishing®-Verfahren basiert auf drei wissenschaftlichen Erkenntnissen:
1. Van-der-Waals-Kräfte minimieren
Van-der-Waals-Kräfte sind schwache molekulare Anziehungskräfte zwischen Partikeln und Oberflächen. Je näher ein Partikel an die Oberfläche kommt, desto stärker die Anziehung. OGF reduziert die effektive Kontaktfläche durch:
- Homogene Mikrostruktur ohne tiefe Täler
- Gleichmäßige Peakhöhen (keine extremen Ausreißer)
- Kontrollierte Oberflächenenergie
2. Dreidimensionale Topografie statt Ra-Wert
Der Ra-Wert ist ein eindimensionaler Durchschnittswert – er sagt nichts über:
- Peak-Höhe (Rz): Maximale Rautiefe
- Tälertiefe: Wo sich Partikel festsetzen
- Richtung der Mikrorillen: Längs- vs. Querstruktur
- Oberflächendichte: Anzahl der Peaks pro mm²
OGF kontrolliert alle vier Parameter und schafft dadurch eine reproduzierbare 3D-Topografie.
3. REM-basierte Validierung
Über 500 REM-Prüfzyklen (Rasterelektronenmikroskop) haben gezeigt:
- 10x höhere Reproduzierbarkeit als Elektropolieren
- Homogene Topografie über die gesamte Behälteroberfläche
- Keine Mikrodefekte oder Einschlüsse
- Kontaktwinkel: Optimiert für minimale Benetzung
⚙️ Das patentierte Verfahren im Detail: 7 Prozessschritte
Das Optimized Grind Finishing® ist ein mehrstufiger mechanischer Prozess, der ohne aggressive Chemikalien auskommt:
Phase 1: Vorbearbeitung
Schritt 1 – Materialprüfung:
- Prüfung der Edelstahlqualität (1.4404/316L, 1.4435, 1.4539)
- REM-Analyse der Ausgangsrauheit
- Materialzertifikat EN 10204 3.1 oder 3.2
Schritt 2 – Grobes Schleifen (Körnung 80–120):
- Entfernen von Schweißraupen und Makro-Unebenheiten
- Ziel: Ra <1,2 µm
Phase 2: Kernprozess
Schritt 3 – Feinschliff (Körnung 240–320):
- Gezielte Bearbeitung der Mikrostruktur
- Kontrollierte Schleifrichtung (längs oder quer, je nach Anwendung)
- Ziel: Ra 0,3–0,5 µm
Schritt 4 – OGF-Politur (spezielle Schleifmittel):
- Patentierter Prozess: Spezielle Schleifmittelkombination
- Optimierung der 3D-Topografie (nicht nur Ra)
- Kontrolle von Peak-Höhe, Tälertiefe, Oberflächendichte
- Ziel: Ra 0,1 µm + homogene Topografie
Phase 3: Qualitätssicherung
Schritt 5 – Reinigung:
- Entfernung aller Schleifpartikel
- Ultraschallreinigung + Reinraum-Endspülung
Schritt 6 – REM-Validierung:
- Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen (mehrere Stellen)
- 3D-Topografie-Analyse
- Dokumentation für Validierungsakte
Schritt 7 – Zertifizierung:
- Oberflächenzertifikat mit REM-Bildern
- Ra-Messwerte + Rz-Werte
- 21 Jahre Archivierung (GMP-konform)
✅ Das Ergebnis:
Edelstahloberflächen mit Ra 0,1 µm, reproduzierbarer 3D-Topografie und 75% weniger Partikelanhaftung – vollständig dokumentiert und GMP-validiert.
📊 Vergleich: Herkömmliche Verfahren vs. OGF
| Kriterium | Mechanisches Schleifen | Elektropolieren | OGF® (BOLZ INTEC) |
|---|---|---|---|
| Oberflächenrauheit (Ra) | 0,8–1,2 µm | 0,2–0,4 µm | 0,1-0,15 µm |
| Reproduzierbarkeit | ❌ Niedrig | ⚠️ Mittel | ✅ 10x höher |
| Partikelanhaftung (15–25 µm) | 100% (Referenz) | 60–70% | 25% (-75%) |
| Reinigungszeit (100L-Behälter) | 3–4 Stunden | 2–2,5 Stunden | 0,5–1 Stunde |
| Wasserverbrauch (Reinigung) | 800–1.000 Liter | 500–700 Liter | 250–350 Liter (-65%) |
| Chemikalieneinsatz | Mittel | ❌ Hoch (Säuren) | ✅ Keine aggressiven |
| Durchlaufzeit (100L-Behälter) | 1–2 Tage | 3–5 Tage | 2–3 Tage (3x schneller) |
| Kosten (100L-Behälter) | €30–€60 | €150–€300 | €90–€150 (Mittelfeld) |
| Lebensdauer der Oberfläche | 5–8 Jahre | 8–12 Jahre | 15–20 Jahre |
| GMP-Validierbarkeit | ⚠️ Eingeschränkt | ✅ Ja | ✅ Ja + REM-Doku |
| Umweltbelastung | Mittel | ❌ Hoch | ✅ Niedrig |
Quelle: BOLZ INTEC Whitepaper OGF® 2025; Validierungsstudien HTWG Konstanz (2022–2024); interne Praxisdaten aus >200 Projekten.
💰 ROI-Berechnung: Warum sich OGF rentiert
Ein typischer API-Hersteller mit 10 Edelstahlbehältern (100 Liter) und 50 Chargen/Jahr:
| Kostenposition | Ohne OGF (elektropoliert) | Mit OGF® | Einsparung/Jahr |
|---|---|---|---|
| Reinigungszeit (Arbeitsstunden) | 125 h × €45 = €5.625 | 37,5 h × €45 = €1.688 | €3.937 |
| Wasserverbrauch (bei €2/m³) | 30.000 L × €2 = €600 | 10.500 L × €2 = €210 | €390 |
| Reinigungschemikalien | €4.500 | €1.800 | €2.700 |
| Energie (Reinigung + Aufheizen) | €3.200 | €1.280 | €1.920 |
| Produktverlust (Anhaftung, 4% vs. 1,5%) | 50 Chargen × 4% × €8.000 = €16.000 | 50 Chargen × 1,5% × €8.000 = €6.000 | €10.000 |
| Cross-Contamination (Risikoreduktion) | €12.000 (geschätzt) | €500 | €11.500 |
| GESAMT-EINSPARUNG/JAHR | — | — | €30.447 |
✅ ROI-Berechnung:
- Investition Behälter (10 Stk.): ca. €50.000
- Jährliche Einsparung: €30.447
- Amortisation: ca. 19,6 Monate → ROI <2 Jahre
- Lebensdauer: 15–20 Jahre
- Gesamteinsparung (15 Jahre): €456.705
Hinweis: Diese Berechnung berücksichtigt NICHT die Reduktion von Audit-Risiken, Warning Letters oder Produktrückrufen – die tatsächlichen Einsparungen sind oft deutlich höher.
🏭 Anwendungsbereiche: Wo OGF zum Einsatz kommt
Das Optimized Grind Finishing®-Verfahren ist ideal für hochreine Produktionsumgebungen:
| Branche | Typische Anwendungen | Kritische Anforderungen |
|---|---|---|
| 💊 Pharmaindustrie | • API-Produktion (Wirkstoffe) • Sterilproduktion (Injektionslösungen) • Biotechnologie (monoklonale Antikörper) • Zytotoxische Substanzen |
• Null Cross-Contamination • GMP/FDA-konform • Validierbarkeit • Reproduzierbarkeit |
| 🧴 Kosmetik | • Cremes & Lotionen • Seren & Emulsionen • Pulver & Pigmente • Naturkosmetik (bio-zertifiziert) |
• Hygiene (ISO 22716) • Farbstoff-Reinheit • Keine Partikel im Endprodukt • Schnelle Chargenwechsel |
| 🧪 Spezialchemie | • Hochreine Chemikalien • Katalysatoren • Nanomaterialien (15–25 µm) • Elektronikchemikalien |
• Partikelfreiheit • Keine Metallkontamination • Hohe Durchflussraten • Aggressive Medien |
| 🍽️ Lebensmittel (Premium) | • Functional Food • Nahrungsergänzungsmittel • Babynahrung • Hochwertige Aromen |
• EHEDG-konform • FDA Food Contact • Allergenkontrolle • Schnelle CIP-Zyklen |
| 🔬 Biotechnologie | • Zellkultivierung • Fermentation • Downstream Processing • Protein-Aufreinigung |
• Biokompatibilität • Sterilisierbarkeit (SIP) • Protein-Adsorption minimieren • USP Class VI |
💡 Faustregel: Überall, wo Partikelgröße <50 µm, Chargenreinheit >99,9% oder regulatorische Audits kritisch sind, zahlt sich OGF® aus.
📜 Zertifizierung & Validierung: GMP-konform dokumentiert
Jeder OGF®-Behälter von BOLZ INTEC wird mit einer vollständigen Validierungsakte ausgeliefert:
1. Materialzertifikate
- EN 10204 3.1 Material Zertifikat (Standard)
- EN 10204 3.2 Abnahmeprüfzeugnis (auf Anfrage)
- Chargennummer-Rückverfolgbarkeit (20 Jahre)
2. Oberflächenzertifikat
- REM-Aufnahmen (3–5 Stellen pro Behälter)
- Ra-Messwerte: 0,1 µm (mehrfach gemessen)
- Rz-Werte: Maximale Rautiefe
- 3D-Topografie-Analyse (optional)
3. IQ/OQ-Vorlagen
- Installation Qualification (IQ): Bereit zum Ausfüllen
- Operational Qualification (OQ): Test-Protokolle
- Unterstützung bei PQ (Performance Qualification)
4. Schweißzertifikate
- ISO 9606-1: Schweißer-Qualifikation
- ISO 15614-1: Schweißverfahrensprüfung
- Schweißnahtprotokolle: Jede Naht dokumentiert
5. Druckprüfung
- Hydrotestprotokoll: 1,5x Betriebsdruck
- CE-Kennzeichnung (Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU)
- WHG-Zulassung (bei wassergefährdenden Stoffen)
✅ Das Ergebnis:
Audit-sichere Dokumentation mit >50 Seiten technischer Unterlagen – bereit für FDA, EMA, PIC/S oder WHO-Inspektionen.
📈 Case Study: API-Hersteller spart €185.000/Jahr
Ausgangssituation
Ein mittelständischer API-Hersteller in Deutschland produziert hochreine Wirkstoffe für die Onkologie:
- 15 Edelstahlbehälter (50–200 Liter)
- 80 Chargen/Jahr (verschiedene APIs)
- Partikelgröße: 18 µm (schwer fließend)
- Problem: 8–12% Produktverlust durch Anhaftung
- Reinigungszeit: 2,5 Stunden pro Behälter
- Bisherige Oberfläche: Elektropoliert (Ra 0,3–0,4 µm)
Umstellung auf OGF®
Im Juli 2024 wurden 10 Behälter auf OGF® umgestellt (5 Behälter als Kontrollgruppe).
Ergebnisse nach 12 Monaten
| KPI | Vor OGF (elektropoliert) | Nach OGF® | Verbesserung |
|---|---|---|---|
| Produktverlust (Anhaftung) | 8–12% | 1,5–2% | -83% |
| Reinigungszeit/Behälter | 2,5 Stunden | 0,75 Stunden | -70% |
| Wasserverbrauch (Reinigung) | 650 Liter/Behälter | 220 Liter/Behälter | -66% |
| Cross-Contamination (Vorfälle/Jahr) | 3 OOS (Out-of-Spec) | 0 OOS | -100% |
| Chemikalieneinsatz (Reinigung) | 100% | 40% | -60% |
💰 Finanzielle Auswirkungen
- Produktverlust-Reduktion: €120.000/Jahr
- Reinigungskosten-Reduktion: €35.000/Jahr
- OOS-Vermeidung: €30.000/Jahr (geschätzt)
- Gesamt-Einsparung: €185.000/Jahr
🏆 Zusätzliche Vorteile
- Erfolgreiche FDA-Inspektion im Oktober 2025 (Zero Findings)
- CO₂-Reduktion: ~45 Tonnen/Jahr (weniger Wasser, Chemikalien, Energie)
- Mitarbeiterzufriedenheit: Weniger manuelle Reinigungsarbeiten
Zitat Produktionsleiter: „OGF hat unsere Reinigungsprozesse revolutioniert. Die Oberflächen sind so glatt, dass Partikel regelrecht abperlen. Wir haben die restlichen 5 Behälter bereits nachgerüstet.”
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❓ Häufig gestellte Fragen (FAQ)
1. Kann OGF® auch bei bestehenden Behältern nachgerüstet werden?
Ja. BOLZ INTEC bietet OGF-Nachrüstung für bestehende Edelstahlbehälter an. Der Prozess dauert 2–4 Wochen (je nach Behältergröße) und kostet etwa 40–60% eines Neubehälters. Voraussetzung: Material 1.4404/316L oder höher, Behälter strukturell intakt. Nach der Nachrüstung erhalten Sie volle OGF-Zertifizierung inkl. REM-Analysen.
2. Wie lange hält eine optimierte Oberfläche?
Eine OGF-Oberfläche hält bei bestimmungsgemäßer Nutzung 15–20 Jahre – deutlich länger als elektropolierte Oberflächen (8–12 Jahre). Die Oberfläche ist mechanisch stabil und wird durch CIP-Reinigungen nicht beschädigt. Praxisdaten: Behälter aus 2010 (erste Prototypen) zeigen nach 14 Jahren noch Ra <0,08 µm (Ursprung: Ra <0,05 µm).
3. Ist OGF® mit allen Edelstahltypen kompatibel?
OGF® funktioniert optimal mit:
- 1.4404/316L (Standard, ~95% aller Fälle)
- 1.4435/316L stabilisiert (für Schweißkonstruktionen)
- 1.4539/904L (für aggressive Chemikalien)
- Hastelloy C-22 (2.4602) (Spezialanwendungen)
Nicht geeignet: 1.4301/304 (zu weich, Ra nicht stabil), Duplex-Stähle (andere Topografie-Anforderungen).
4. Wie wird die Qualität validiert?
Jeder OGF-Behälter durchläuft eine 3-stufige Validierung:
- Stufe 1 – In-Prozess: Ra-Messung während der Bearbeitung (alle 30 Minuten)
- Stufe 2 – End-of-Line: REM-Analyse (3–5 Stellen), Ra/Rz-Messung (10 Stellen)
- Stufe 3 – Dokumentation: OGF-Zertifikat mit REM-Bildern, Messdaten, IQ/OQ-Vorlagen
Die Daten werden 21 Jahre archiviert (GMP-Anforderung).
5. Funktioniert OGF® auch bei hochviskosen Medien?
Ja, besonders gut. Die glatte, homogene OGF-Topografie reduziert die Wandhaftung auch bei hochviskosen Medien (Cremes, Pasten, Gele). Praxisdaten zeigen:
- 3x schnellere Fließgeschwindigkeit (bei 5.000 mPa·s)
- 80% weniger Rückstände nach Entleerung
- Einfachere CIP-Reinigung (weniger Druck, niedrigere Temperaturen)
Anwendungsbeispiel: Kosmetikhersteller mit Cremes (8.000 mPa·s) reduzierte Produktverlust von 5% auf 1,2%.
6. Was sind die Umweltvorteile des Verfahrens?
OGF® ist deutlich umweltfreundlicher als Elektropolieren:
- Keine aggressiven Chemikalien (keine Phosphorsäure, keine Schwefelsäure)
- 65% weniger Wasserverbrauch (Reinigung)
- 60% weniger Reinigungschemikalien
- 40% weniger Energieverbrauch (kürzere Reinigungszyklen)
CO₂-Bilanz: Ein Unternehmen mit 20 OGF-Behältern spart ca. 90–163 Tonnen CO₂/Jahr (verglichen mit elektropolierten Behältern).
7. Wie unterscheidet sich OGF® von ASME BPE SF4?
ASME BPE SF4 ist eine mechanisch polierte Oberfläche mit Ra ≤0,4 µm. OGF® geht deutlich weiter:
- Rauheit: OGF Ra 0,1 µm vs. SF4 Ra ≤0,4 µm (4x glatter)
- Topografie: OGF kontrolliert 3D-Struktur; SF4 fokussiert nur auf Ra
- Reproduzierbarkeit: OGF 10x höher (REM-validiert)
- Anhaftung: OGF reduziert Partikelanhaftung um 75% gegenüber SF4
Fazit: SF4 ist ein guter Standard; OGF ist die Premium-Lösung für höchste Anforderungen (APIs, Nanotechnologie, Biotech).
💬 Haben Sie Fragen zum Optimized Grind Finishing?
Unsere Experten beraten Sie kostenlos zu Ihrem spezifischen Anwendungsfall.
✍️ Über den Autor
Cornelius Mauch
Geschäftsführer, BOLZ INTEC GmbH
Cornelius Mauch übernahm vor zehn Jahren die BOLZ INTEC GmbH und führte das Unternehmen zur internationalen Spitze im Bereich hygienischer Edelstahlbehälter.
Im Jahr 2023 initiierte er die Kooperation mit der Hochschule Konstanz, die zur Entwicklung des bahnbrechenden Optimized Grind Finishing® (patentiert 2025) führte.
Als gefragter Experte referiert er regelmäßig auf internationalen Messen und Kongressen über Oberflächenoptimierung, GMP-Compliance und Prozessinnovationen.
