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Füllstandsmessung Überfüllung ausgeschlossen

06.07.2017

Damit die hochwertigen Stoffe, die in der Pharmaindustrie zum Einsatz kommen, nicht verschwendet werden, braucht es eine zuverlässige Prozesskontrolle. Füllstandsschalter verhindern etwa, dass Behälter über- oder trockenlaufen. Mit einem neuen Produkt demonstriert ein Hersteller die Vorzüge optoelektronischer Messgeräte. Der für die sterile Verfahrenstechnik entwickelte Schalter ist nicht nur robust und verschleißarm, sondern arbeitet auch sehr genau.

Die Massenproduktion von Arzneimitteln verlagert sich immer mehr in die Schwellenländer. Die Pharmaunternehmen in den westlichen Industrienationen konzentrieren sich im Gegenzug verstärkt auf die Entwicklung qualitativ hochwertiger Individualmedizin, bis hin zu einer Medikation für Einzelpatienten. In gleichem Maße wandelt sich daher die Struktur der Produktionsanlagen. Flexible Fertigungslinien, die auch für kleine Chargen ausgelegt sind, nehmen an Bedeutung zu. Da die Stoffe, die in ihnen verarbeitet werden, als auch die Endprodukte sehr wertvoll sind, muss die Prozesskontrolle dementsprechend zuverlässig sein.

Das gilt unter anderem für die Füllstandsmessung. Bei der Herstellung von individuellen Medikamenten und vergleichbaren Produkten werden in der Regel meist kleine Volumina von Ausgangs- und Wirkstoffen bewegt. Um die Transport- und Produktionsbehälter vor dem Überlaufen oder Leerstand zu schützen, bietet sich vor allem die optoelektronische Messtechnik an. Denn ein großer Vorteil solcher Sensoren ist, dass sie unabhängig von Dichte, Viskosität, Druck, Temperatur, Leitfähigkeit und Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkeit funktionieren. Magnetfelder und Erschütterungen haben ebenfalls keinen Einfluss auf sie.

Sensor mit maximal 0,5 Millimeter Abweichung

In diese Kategorie fällt auch der für die sterile Verfahrenstechnik entwickelte Füllstandsschalter Typ OLS-F1 von Wika. Er besteht aus einer Infrarot-LED und einem Lichtempfänger. Das Licht der LED ist in ein Prisma gerichtet, das die Spitze des Sensors bildet. Solange die Spitze nicht in Flüssigkeit eingetaucht ist, wird das Licht innerhalb des Prismas zum Empfänger reflektiert. Sobald Flüssigkeit die Spitze umschließt, wird das Licht gebrochen und erreicht den Empfänger nicht mehr oder nur schwach. Als Reaktion darauf leitet dieser nun den Schaltvorgang ein. Der optoelektronische Schalter arbeitet darüber hinaus mit einer hohen Genauigkeit von ±0,5 Millimeter. Zum Vergleich: Messgeräte mit Schwinggabeln erreichen lediglich eine Genauigkeit von 2 bis 3 Millimeter. Der Einsatz des Typs OLS-F1 ermöglicht daher eine optimale Volumenausnutzung – vor allem, je kleiner der Durchmesser des Behälters ist.

Viele der in Pharmaprozessen verwendeten Behälter sind beweglich. Ihre Sterilisation findet in der Regel in einem Autoklaven statt. Hierbei werden Keime und Bakterien unter Sattsam bei einer Temperatur von bis zu 134 °C und einem Druck von 3 bar abgetötet. Halten die eingebauten elektronischen Messgeräte dem etwa 20 Minuten dauernden Vorgang stand, müssen sie vorher nicht demontiert werden. Der Behälter bleibt in diesem Fall auch nach dem Sterilisieren geschlossen. Eine mögliche Kontamination, hervorgerufen durch die ansonsten notwendige, erneute Installation der Messgeräte, lässt sich somit verhindern. Geht es um autoklavierbare Geräte für die Füllstandserfassung, gibt es aktuell keine adäquate Alternative zur optoelektronischen Technik. Vibrationssonden mit Schwinggabel oder kapazitive Sensoren scheiden als Möglichkeit aus. Beide Messsysteme würden einem Sterilisationsvorgang des kompletten Gerätes unter Sattdampf nicht standhalten. Genau auf diese Bedingungen ist die Konstruktion des Typ OLS-F1 zugeschnitten. Sämtliche Bauteile, auch die Leiterplatinen und Lötstellen der Elektronik, sind entsprechend ausgelegt.

Es existieren zwar noch andere Autoklav-taugliche Methoden zur Füllstandsmessung, entweder in Form einer optischen Vor-Ort-Anzeige mittels Schauglas oder als quantitative Messung während des Einfüllvorgangs, eventuell in Kombination mit einer Verbrauchsberechnung. Jedoch besteht in beiden Fällen das Risiko einer Unter- oder Überfüllung des Behälters. Hinzu kommt, dass zwischen dem manuellen Abschalten und dem tatsächlichen Stoppen des Füllvorgangs eine Verzögerung auftreten kann. Dadurch fließt womöglich Medium aus der Leitung nach, was für das Messergebnis eine zusätzliche Fehlerquelle bedeuten würde. Ein Füllstandsschalter bietet hier zusätzliche Sicherheit und Genauigkeit, weil seine Sensorik das Ab- oder Zuschalten des Füllprozesses rechtzeitig auslöst. Eine personalintensive Vor-Ort-Kontrolle des Füllstands entfällt bei der Lösung ohnehin.

Hohe Schutzart und kaum Verschleiß

Der Füllstandsschalter ist nicht nur in Bezug auf die Autoklavierbarkeit sehr robust. Das Gerät entspricht darüber hinaus noch der Schutzart IP69K und eignet sich deshalb auch für Washdown-Reinigungsprozesse. Zudem ist der Schalter aufgrund seiner Funktionsweise kaum anfällig für Verschleiß, da die Messmethode ohne bewegliche Teile auskommt. Bei Geräten mit federelastischen Komponenten hingegen kann es nach gewisser Zeit zum Ermüdungsbruch dieser Bauteile kommen. Derartige Fehlerquellen schließen optoelektronische Sensoren von vorneherein aus.

Bei ihren neuen Herstellungsverfahren verfolgt die Pharma-Branche vor allem einen Small-Scale-Ansatz, in den sich auch die messtechnischen Komponenten einfügen müssen. Mit kompaktem Design, wählbaren Schalterlängen und der beliebigen Einbaulage hat Wika den OLS-F1 für Anwendungen auf kleinstem Raum konzipiert. Der Minimalabstand der Glasspitze des Sensors zur gegenüberliegenden Fläche ist mit 10 Millimeter berechnet. Damit lässt sich der Schalter mittels eines Stutzens auch in Rohrleitungen ab 0,5 Zoll einbauen, um ein Trockenlaufen zu vermeiden.

High-End für Wirtschaftlichkeit

Mit seinem Leistungsspektrum folgt der Füllstandsschalter Typ OLS-F1 also speziell den Anforderungen der Pharmaproduktion, die heute immer mehr nach Effizienz und Flexibilität verlangt. Das autoklavierbare Gerät, das außerdem für eine Medientemperatur von -30 bis 100 °C ausgelegt ist, ist vielfältig einsetzbar und trägt auf diese Weise dazu bei, die Instrumentierung zu standardisieren. Daher kann die Investition in ein High-End-Gerät letztlich auch eine wirtschaftliche Lösung für Unternehmen darstellen.

Bildergalerie

  • Der Füllstandsschalter Typ OLS-F1 von Wika kommt ganz ohne bewegliche Teile aus. Dadurch ist er verschleißarm und unempfindlich gegenüber Magnetfeldern und Erschütterungen.

    Bild: Wika

  • Die Grafik zeigt das Funktionsprinzip: Sobald Flüssigkeit die Spitze des Sensors umgibt, wird das Licht gebrochen und nur noch schwach an den Empfänger reflektiert. Das löst den Schaltvorgang aus.

    Bild: Wika

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