Die Hygiene-Vorschriften bei der Arznei-mittelherstellung sind nicht umsonst hoch – Leben und Gesundheit hängen von der richtigen Wirkstoffzusammensetzung und der Vermeidung von Kontaminationen mit unerwünschten Substanzen ab. Ergo sind Produktionsanlagen und Behälter in vorgeschriebenen Intervallen nach jedem Produktwechsel, in teilweise recht aufwendigen Prozessen, nach exakt vorgegebenen Rezepturen akribisch zu reinigen.

Als Spezialist auf diesem Gebiet gilt die Firma L.B. Bohle Maschinen + Verfahren mit Stammsitz im westfälischen Enningerlohr. Mit Maschinen- und Anlagen für die pharmazeutische Industrie – vom Wiegen, Granulieren, Sieben und Mischen bis zum Filmcoating von Tabletten und den entsprechenden Reinigungsanlagen – ist sie weltweit etabliert.

Das Pharma Universal Reinigungssystem PUR beispielsweise ist speziell für die Reinigung von Containern und Behältern unterschiedlicher Größe ausgelegt. Alle Komponenten für die Förderung und Aufbereitung des Reinigungswassers sind innerhalb eines Edelstahlschranks untergebracht. Dadurch findet die kompakte Einheit im Waschraum Platz; Waschprozesse laufen rezeptgesteuert ab und werden automatisch dokumentiert. Für die Vor-Ort-Bedienung sorgt ein Touchpanel direkt an der Anlage.

Ein Sensor für Durchfluss und Temperatur

'Flowave' ist unkompliziert im Schaltschrank zu installieren. Dabei ist die Einbaulage beliebig.

© L.B. Bohle

In den Rezepturen für die unterschiedlichen Reinigungsprozesse und -schritte ist das Mengenverhältnis von Wasser und den laugen- oder säurebasierten Reinigungsmitteln hinterlegt. Üblicherweise liegt das Mischungsverhältnis zwischen 1 und 3 %, wobei Reinigungslösungen aller pH-Stufen zum Einsatz kommen. Gleichzeitig sehen die Rezepturen für viele Reinigungsschritte auch bestimmte Temperaturwerte vor, damit der Prozess optimal ablaufen kann. Das heißt zum einen, dass die Wassermenge in den ‚PUR‘-Systemen kontinuierlich erfasst werden muss, um die Reinigungsmittelpumpen entsprechend der Rezeptvorgaben zu regeln, und zum anderen, dass auch die Temperatur zu messen und gegebenenfalls entsprechend nachzuregeln ist, um die in der Rezeptur vorgesehenen Mindest- oder Maximalwerte einzuhalten.

Beide Aufgaben übernehmen die ‚Flowave‘-Durchflussmesser Typ 8098 von Bürkert. Sie arbeiten nach dem Verfahren Surface Acoustic Waves (SAW), nutzen also Oberflächenwellen zur Messung. Da sie zudem bereits einen Temperatursensor integriert haben, lässt sich im PUR-System ein Sensor einsparen. 

Das Surface-Acoustic-Waves-Verfahren

Das Edelstahl-Durchflussmessgerät arbeitet nach dem SAW-Verfahren (Surface Acoustic Waves) und misst den Volumendurchfluss mit einer Genauigkeit von 0,4 % des Messwertes.

© L.B. Bohle

Das SAW-Verfahren nutzt für die Durchflussmessung eine Wellenausbreitung, wie sie bei seismischen Aktivitäten (zum Beispiel Erdbeben) auftritt. Der Hauptteil des Sensors besteht aus einem Messrohr, auf dessen Oberfläche Interdigitalwandler angeordnet sind, die elektrisch angeregt die Wellenausbreitung starten. Vier Interdigitalwandler können jeweils als Sender und Empfänger operieren – ist einer als Sender aktiv, arbeiten die beiden am weitesten entfernten als Empfänger. Die an der Rohroberfläche generierten Oberflächenwellen koppeln auch in die Flüssigkeit aus. Dabei ist der Auskopplungswinkel abhängig von der Flüssigkeit beziehungsweise der Geschwindigkeit der sich in ihr ausbreitenden Welle. Auf der anderen Seite des Messrohrs koppeln die Wellen wieder in das Messrohr ein und laufen zum nächsten Interdigitalwandler. So führt die Anregung jedes Interdigitalwandlers zu einer Folge von Empfangssignalen an zwei anderen. Zwei Interdigitalwandler senden in Durchflussrichtung, zwei dazu entgegengesetzt. Der Volumendurchfluss ist proportional zur Zeitdifferenz der Dauer der Wellenausbreitung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. So lassen sich Messwerte ermitteln, die sich aus ein- bis mehrmaligem Durchlaufen der Flüssigkeit sowie dem Vergleich aller Empfangssignale ergeben. Mit der entsprechenden mathematischen Auswertung liefern sie Informationen zum Fluid.

Für den Hygiene-Einsatz eignet sich das SAW-Verfahren insbesondere deshalb, da es keinerlei Einbauten oder Verengungen und damit auch keine Toträume im Messrohr gibt. Zudem findet die Messung ohne jeden Kontakt zwischen Sensorelementen und Medium statt. So entstehen weder Fluideinwirkungen auf die Sensorelemente noch sind Verunreinigungen des Mediums durch diese möglich. Da sich das Messrohr strömungstechnisch nicht von jedem anderen geraden Rohrstück der Anlage unterscheidet, gibt es auch keinen Druckabfall. Die Messung funktioniert bei stehenden Flüssigkeiten ebenso wie bei schneller Strömung oder Strömungswechseln.

Die geringe Größe und das niedrige Gewicht ermöglichen zudem eine Installation im Schaltschrank. Bei einer Nennweite von 50 mm wiegt ‚Flowave‘ beispielsweise lediglich rund 3,5 kg und ist von nur einer Person montier- oder austauschbar. Die Einbaulage ist beliebig, sodass sich das Display gut lesbar justieren lässt und der Durchflussmesser bei der Inbetriebnahme für die Konfiguration leicht zugänglich ist. Im laufenden Betrieb verbraucht der Durchflussmesser deutlich weniger Energie als beispielsweise Coriolis-Durchflussmesser. Der Temperaturbereich ist so ausgelegt, dass sowohl CIP- als auch SIP-Reinigungsverfahren durchgeführt werden können.

Neben der Messung von Volumendurchfluss und Temperatur kann Flowave auch Messwerte ermitteln wie den Dichtefaktor (zur Liquid-Erkennung) und den akustischen Übertragungsfaktor (zur Gasblasen-Erkennung).

Autoren:
Thomas Klinger ist Area Sales Manager bei Bürkert Fluid Control Systems in Ingelfingen;
Martin Schramm arbeitet als Field Segment ­Manager Key-Applikation S­ensoren und Sensorsysteme bei Bürkert Fluid Control Systems in Ingelfingen.