Bürkert: Das passende Membranventil für Pharmaanwendungen finden

07.02.2022
Viele Membranventile in pharmazeutischen Anlagen finden ihren Einsatz in ganz unterschiedlichen Medien. Für eine lange, zuverlässige Funktion ist die richtige Ventil- und Membranauswahl essentiell. Falsche Materialwahl oder unsachgemäße Wartung führen sonst schnell zu hohen Folgekosten.
Bürkert: Das passende Membranventil für Pharmaanwendungen finden

Membransonderausführungen wie im patentierten Robolux-Ventildesign erlauben mit einer Membran zwei unabhängige Prozess-Schaltfunktionen und minimiert die Zahl der benötigten Ventile und Membranen. (Bildquelle: Bürkert Fluid Control Systems)

In der Pharmaproduktion müssen häufig hochpreisige Rohstoffe exakt nach Rezeptur dosiert werden. Zuverlässigkeit und verlässliche Funktionalität sind dabei wesentliche Voraussetzungen für höchste Produktqualität, eine wirtschaftliche Produktion und letztendlich für die Zulassung. Meist sind hier Membranventile im Einsatz. Damit sie effizient arbeiten, ist eine Analyse der Einsatzbedingungen zwingend erforderlich. Nur die genaue Kenntnis von Stoffströmen, Schalthäufigkeit, eingesetzten Chemikalien und Medientemperaturen erlaubt es, ein exakt auf die Anforderungen zugeschnittenes Ventil auszuwählen. Im Betrieb ist dann fachgerechte Wartung wichtig, damit die Membranen den hohen Anforderungen lange gerecht werden.

Membranventile eignen sich für viele Anwendungen, bei denen Fluide entsprechend verfahrenstechnisch geführt werden müssen. Ob in Fermentations- und Bioreaktoren, in CIP/SIP-Systemen, bei Filtration oder Abfüllung, in der Chromatographie oder bei der Reinstwasserherstellung, jede Anwendung hat ihr besonderes Anforderungsprofil. Bürkert Fluid Control Systems bietet daher eine breite Palette an Membran-Ventilausführungen zusammen mit darauf abgestimmten Antriebssystemen und Lösungen zur einfachen Automatisierung. Der Baukasten an vielfältigen Komponenten gewährleistet bei richtiger Auswahl einen langen, störungsfreien Betrieb und planbare Wartungsintervalle. Doch wie findet man die richtigen Komponenten?

Membranventile sind Spezialisten
Moderne Membranventile sind Multifunktions-Spezialisten, die für zuverlässige Funktion genau auf ihren Einsatzbereich ausgelegt werden und die ganze Bandbreite an Medien und Betriebsparametern beherrschen. Insbesondere die Auswahl des Materials bei den Membranen ist eine Kunst und erinnert an die Reifenwahl in der Formel 1. Nur der richtige Materialmix ermöglicht es, das Fahrzeugpotential unter den jeweiligen Bedingungen auch auf die Straße zu bringen. Regenreifen taugen nicht für trockene Fahrbahn, Slicks nicht für Nässe, der Reifenpoker entscheidet über Sieg oder Niederlage. Bei Membranventilen ist es ähnlich, denn auch hier sind oft nicht alle Anwendungsanforderungen im Voraus bekannt. Man muss sie richtig einschätzen, bewerten und danach flexibel seine Wahl treffen. Grundlage für einen effizienten Ventileinsatz ist die Lebensdauer der medienberührenden Membran. Diese muss mechanisch und chemisch den Betriebsbedingungen widerstehen. Dabei kommt es sowohl auf den Ventilkörper, den Antrieb und natürlich auf das Membranmaterial an.

Schaltwechsel, Temperatur, Mediendruck und chemische Zusammensetzung beeinflussen neben der Ventilauswahl daher auch immer die Wahl der Membranwerkstoffe. Bei gleichbleibendem Ventilkörper kann so schon eine kleine Parameteränderung in der Produktion zu wesentlichen Lebensdauereinbußen führen.

Membranauswahl erfordert Knowhow
Sind alle Betriebsparameter bekannt, sollte die Wahl der richtigen Membran kein Problem darstellen – eigentlich. Wie in der Formel 1 ist aber gerade hier sehr umfangreiches Knowhow gefragt. Je nach Belag der Rennstrecke reicht es nicht aus bei hoher Temperatur normale Slicks zu fahren, der zusätzliche Abrieb durch eine raue Fahrbahn erfordert beispielsweise extra harte Gummimischungen. Ähnlich sind die Bedingungen für Ventilmembranen im Alltagsbetrieb. Da für FDA und ähnliche Zulassungen nur ganz bestimmte Grundstoffe erlaubt sind, müssen die Mischungen diese Beschränkungen einhalten. Zusätzlich muss der Grundsatz der sogenannten Traceability (Rückverfolgbarkeit) ebenfalls beachtet werden. In Bezug auf die Inhaltsstoffe des Membran-Compounds gilt die Vorgabe, dass alle Inhaltsstoffe lückenlos dokumentiert sind bzw. den Bestimmungen und Freigaben der entsprechenden Regularien (z.B. USP 88) entsprechen. Darüber hinaus ist eine gleichbleibende Qualität in der Herstellung, Zusammensetzung und Verarbeitung sicherzustellen. Kleinste Änderungen im Fertigungsablauf, in der Zusammensetzung des Compounds oder geometrische Änderungen dürfen nicht ohne vorherige Absprache mit den Endverbrauchern durchgeführt werden, da dies eine Nachvalidierung der Membranen zur Folge haben kann. Im Rahmen der Dokumentation respektive Nachverfolgbarkeit sind somit Membranen und der Ventilkörper, die sogenannten produktberührenden Komponenten eines Membranventils besonderen Anforderungen unterworfen. Aus dem immer noch riesigen Feld an Auswahlmöglichkeiten gilt es nun eine geeignete Zusammenstellung für den jeweiligen Einsatzzweck zu finden.

Steht die Mischung fest stellt sich die Frage: Wie wird sie weiterverarbeitet? Auch beim in Form pressen und „vulkanisieren“ der Membran gibt es eine Vielzahl von beeinflussenden Parametern, die den Einsatzbereich erweitern oder einschränken. Hier hilft nur langjährige Erfahrung und ständiges Dazulernen weiter, um beständige, langlebige und damit wirtschaftliche Membranen herzustellen. Die jahrzehntelange Erfahrung der Fluidspezialisten von Bürkert im Umgang mit Membranventilen auch in ungewöhnlichen Anwendungen ist daher eine gute Grundlage für eine robuste Ventilauslegung.

Achtung bei der Wartung!
Sind nun alle Komponenten vom Ventilgrundkörper bis hin zur optimalen Membranausführung gewählt und in Betrieb, muss irgendwann das Ventil gewartet und die Membran ausgetauscht werden. Gerade dabei passieren leider vermeidbare Fehler, die zu hohen Folgekosten führen können. Werden die neuen Membranen zu fest angezogen, kommt es zu vorzeitigem Verschleiß und Ausfällen. Alle Membranen sind formschlüssig einzusetzen und danach die Schrauben von Hand einzudrehen. Nun muss zwingend das Ventil drei bis vier Mal leer betätigt werden, damit sich die Membran exakt auf ihren Sitz anpassen kann, ohne dass sie am Ventilflansch festgeklemmt ist. Erst danach dürfen die Schrauben in der richtigen Reihenfolge mit vorgegebenem Drehmoment angezogen werden. Beachtet man das nicht, kann auch die widerstandsfähigste Membran nach wenigen Schaltzyklen bereits völlig zerstört und schlimmstenfalls wertvolle Produkte unbrauchbar sein.

Die Hauptursache für einen vorzeitigen Ausfall bei der heute üblichen zertifizierten Fertigungsqualität liegt in Fehlern bei der Wartung bzw. dem unvorschriftsmäßigen Austausch. Statistisch betrachtet stehen Ausfälle nach ca. vier Wochen Betriebszeit bei Montagefehlern dem problemlosen Betrieb von über einem Jahr bei 98 bis 99 % richtig montierter Membranen gegenüber. Die richtige Wartung ist nach der Erstauswahl die wichtigste und „preiswerteste Komponente“ für einen langen störungsfreien Betrieb.

Für einen wirtschaftlichen Anlagenbetrieb ist es wichtig von Anfang an die passenden Membranventilkomponenten zur jeweiligen Anwendung zusammenzustellen. Bei Änderungen in der Betriebsweise, wie höherer Taktung, Temperatur etc. sollte man daher vorsorglich die eingesetzten Komponenten auf ihre Eignung für die neuen Bedingungen prüfen. Wenn Anwender zudem bei der Wartung die vorgeschriebenen Schritte einhalten, steht selbst bei schwierigen Einsatzfällen einem zuverlässigen Anlagenbetrieb nichts im Weg.

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