Wo Fluidik im Einsatz ist, sind oft individuelle Systemlösungen gefragt, bei denen nicht nur die Komponenten passen müssen, sondern auch deren Zusammenspiel. Typische Beispiele dafür finden sich in pharmazeutischen Betrieben, wenn es um Messtechnik geht. Mit deren Hilfe werden Prozesse bei der Arzneimittelherstellung analysiert und optimiert, bevor sie auf Produktionsanlagen an anderen Standorten oder bei Lohnherstellern transferiert werden. Hier gilt es zudem, den Anforderungen der Produktion unter Reinraumbedingungen und der Philosophie des „High Containment" Rechnung zu tragen. Mit Branchenwissen, Erfahrung, Engagement und Kooperationsbereitschaft lassen sich hierfür maßgeschneiderte Systeme entwickeln. Nachfolgend wird ein Anwendungsfall aus einem großen deutschen Unternehmen der pharmazeutischen Industrie geschildert.
Um Prozesse an neue Produkte anzupassen oder sie so einzustellen, dass sie auf andere Produktionsanlagen transferiert werden können, nutzt die Pharmaindustrie üblicherweise Parsum-Messungen, damit im nachfolgenden Wirbelschichtgranulator Partikelanzahl und Verteilung stimmen. Für die Tablettenproduktion ist ein solches Vorgehen unerlässlich. Nur so lassen sich die Granulate richtig trocknen. Die Parsum-Sonden verwenden ein optisches Verfahren zur Vermessung der Schatten von Partikeln, die sich durch einen Messspalt an der Sondenspitze bewegen. Dazu wird der Messspalt mit einem parallelen Laserstrahl durchleuchtet. Bewegte Partikel erzeugen dann bewegte Schatten auf der Gegenseite des Messspaltes. Hier befinden sich faseroptische Empfänger zur Erfassung der individuellen Geschwindigkeit und Flugzeit der einzelnen Partikel. Um die Partikel unter definierten Bedingungen in einer laminaren Strömung durch den Messspalt zu befördern, muss der Dispergierer der Sonde mit zwei definierten Luftströmen versorgt werden. Diese beiden Luftströme muss der Anwender an die Bedingungen anpassen können, unter denen die Sonde arbeitet. In einem Beispiel wurde eine Alternative gesucht, die sich von einem Reinraum aus über ein entsprechend ausgelegtes Panel bedienen lässt, sich selbst aber außerhalb befinden kann. Im Kontakt mit Bürkert wurde der genaue Einsatzzweck erörtert, die Wahl fiel auf einen Massendurchflussregler (MFC für Mass Flow Controller) mit direkt im Gerät integrierten Regler und Regelventil. Dieser regelt den Massendurchfluss von Gasen über einen großen Durchflussbereich und kann die im Messsystem benötigten Volumenströme von maximal zehn Liter pro Minute oder maximal 40 Liter pro Minute präzise liefern. Auch die Anpassung an unterschiedliche Granulate, die in der Anlage getrocknet werden, ist damit einfach realisierbar.
Direkt im Gasstrom befindet sich ein thermischer Mems-Sensor. Er erlaubt bei der Durchflussmessung schnelle Reaktionszeiten. Ein direktwirkendes Proportionalventil stellt als Stellglied eine hohe Ansprechempfindlichkeit sicher. Der integrierte PI-Regler sorgt für gute Regeleigenschaften mit kürzeren Ansprechzeiten als die üblicherweise verwendete Regelung über eine SPS. Die Regelung erledigt jetzt das „Kleinhirn“ im MFC. Da es sich um eine pharmazeutische Anwendung handelt, ist ein weiterer Punkt wichtig: Der hier eingesetzte MFC hat eine FDA-Zulassung, erfüllt also alle für die Branche notwendigen Qualitätsanforderungen.
Aber ein Massendurchflussregler allein ist noch kein Prüfstand. Schlussendlich setzten sich die Fluidikexperten mit ihrem Kunden zusammen und feilten gemeinsam an einer maßgeschneiderten Lösung, einem Komplettsystem für die Luftregelung und Spülung der Partikelsonde. In partnerschaftlicher Zusammenarbeit entstand schließlich eine kompakte Lösung, die eine präzise und reproduzierbare elektronische Regelung der Luftströme sowie die Steuerung der Sondenspülung unter High-Containment-Bedingungen garantiert. Alle benötigten Ventile, Druckregler und Massendurchflussregler wurden in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Ventile und Sensoren sind aufgrund der eingesetzten Materialien für die pharmazeutische Anwendung ausgelegt.
So ist ein kompakter Schrank für die Versorgung der Parsum-Sonde mit geringen Abmessungen entstanden. Die gewünschten Luftströme lassen sich über ein Panel im Reinraum vorgeben. Eine einzige Zuleitung verbindet das Panel und die Technik im Reinraum mit der außerhalb platzierten Versorgungseinheit. Zur Verbindung genügt ein Schlauch, durch den die Leitungen für Licht, Luft, Daten und die elektrische Versorgung geführt werden.
Die Software ermöglicht eine hohe Flexibilität des neuen Systems: Produktspezifische Rezepte für die Granulat-Trocknung können beispielsweise abgearbeitet werden und die Volumenströme während des Betriebs lassen sich protokollieren. Auch die ein oder andere Herausforderung, die sich während der Prüfstandentwicklung ergab, wurde gemeinschaftlich gemeistert. So gab es zunächst Bedenken, dass die Druckstöße beim Spülprozess der Sonde mit immerhin drei bar Eingangsdruck die MFCs stören könnten. Entsprechende Messungen zeigten jedoch, dass sich die Massendurchflussregler sehr schnell wieder „beruhigen“. Nach ca. 0,3 Sekunden stimmt die Durchflussmenge wieder. Dieses Praxisbeispiel zeigt, dass Bürkert durch sein breites Produktportfolio für viele verschiedene Kundenanwendungen eine passende Lösung hat.
