Prüfstand für Dialysefilter Membranventile mit Rohrumformgehäuse sichern Anlagenverfügbarkeit

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Membranventile von Bürkert in besonders leichten Rohrumformgehäusen sparen bei SIP-Prozessen Energie sowie Betriebskosten und erhöhen die Anlagenverfügbarkeit. Ihre Zuverlässigkeit beweisen sie unter anderem seit 2018 bei der B. Braun Avitum Saxonia GmbH in einem automatischen Prüfstand für Dialysefilter.

Menschen mit einer chronischen Nierenerkrankung sind darauf angewiesen, ihr Blut regelmässig mithilfe einer Dialysetherapie reinigen zu lassen. Das Herzstück der Dialyse bildet der Dialysator, ein Filter der als «künstliche Niere» fungiert und durch verschiedene physikalische Prozesse sowohl Gifte aus dem Stoffwechsel als auch überschüssiges Wasser aus dem Blut entfernt. Dazu wird das Blut des Patienten durch bis zu 15 000 Hohlfasern im Dialysator geleitet, deren Wände aus einer dünnen Membran bestehen. Diese Membran besitzt feinste Poren, die Giftstoffe durchlassen, aber essenzielle Blutbestandteile des Patienten zurückhalten. Die B. Braun Avitum Saxonia GmbH, ein Tochterunternehmen des Medizintechnologie-Unternehmens B. Braun SE, fertigt in drei Werken am Standort Dresden genau dieses Herzstück der Dialyse, den Dialysator. Mithilfe von rund 900 Mitarbeitern werden hier Fasern gesponnen, Gehäuse geformt, montiert und verpackt.

Die zuverlässige Funktion der Dialysatoren ist für den Patienten lebenswichtig. Die Filtermembranen werden deshalb unter Reinraumbedingungen einem aufwendigen Verfahren auf Faserintegrität getestet. Für den Dichtheitstest werden die Fasern mit sterilem Wasser benetzt und mit steriler Prüfluft beaufschlagt. Auf der Dialysat-Seite fliesst steriles Wasser (High Purified Water, kurz HPW) mit hoher mikrobiologischer Qualität, während auf der Blutseite die Prüfluft anliegt. Bei Fehlern käme Luft durch die Membran und es würden Blasen entstehen. Am Ende des Tests werden die geprüften Filtermembranen dann mit Warmluft getrocknet.

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Rund um die Uhr in Betrieb

Damit die Dialysefilter im Dreischicht-Betrieb rund um die Uhr getestet werden können, hat die Alphaplan GmbH, ein Spezialist auf dem Gebiet der Membranfilter-Technologie einen automatischen Prüfstand konzipiert und gebaut. Er besteht aus mehreren Zellen, die wiederum in mehrere Blöcke mit mehreren Prüfplätzen untergliedert sind. Alle Prüfabläufe sind automatisiert, angefangen vom Be- und Entladen bis hin zum Einspannen der Dialysefilter an den Prüfplätzen und die Beaufschlagung mit den unterschiedlichen Medien in definierter Reihenfolge. Dazu bedarf es zahlreicher Ventile, damit die Luft- und Wasserdurchströmung an den vielen Prüfplätzen präzise regelbar ist. «Insgesamt sind im Prüfstand mehr als 600 Membranventile im Einsatz», weiss Matthias Klemet, Ingenieur Backend bei der B. Braun Avitum Saxonia GmbH.

Die Anforderungen an die im Prüfstand verbauten Ventile sind hoch. Sie müssen hygienegerecht sein, dabei aber auch gute thermische und verfahrenstechnische Eigenschaften bieten, sich also gut reinigen lassen und für die hohen Temperaturen der SIP-Prozesse zwischen den eigentlichen Prüfphasen geeignet sein. Dabei ist eine hohe Lebensdauer der Membran zwingend erforderlich, weil der Anlagenbereich nur einmal pro Jahr für Wartungsarbeiten stillgesetzt wird. Der Prüfstandbauer, der schon viele Jahre mit Bürkert Fluid Control Systems zusammenarbeitet und die Kompetenz der Fluidikspezialisten schätzt, entschied sich aus diesen Gründen für die Bürkert-Membranventile im Rohrumformgehäuse (Tube Valve Body), die bereits in der dritten Generation auf dem Markt sind und perfekt an ihren Einsatzbereich in Pharma-, Food- und Kosmetikindustrie angepasst wurden.

Schnelles Aufheizen und Abkühlen

So tragen die besonders leichten Rohrumformgehäuse bei SIP-Prozessen zum Energie- und Kostensparen bei, da sie sich schnell aufheizen und abkühlen. Bei einer Temperaturdifferenz von 100 K können sich pro SIP-Zyklus Energieeinsparungen von über 50 % ergeben, was je nach Anzahl der CIP-/SIP-Prozesse pro Jahr zu beachtlichen Kosteneinsparungen führen kann. Die Produktion wird nachhaltiger; der CO₂e-Fussabdruck des Prozesses reduziert sich. Gleichzeitig steigt die Produktivität der Anlage, da sich durch den schnellen Aufheiz- und Abkühlprozess die Nebenzeiten für die Reinigung verkürzen.

Ausserdem haben die temperaturempfindlichen Membranen weniger thermischen Stress. Je nach Anwendung kann sich ihre Lebensdauer dadurch mehr als verdoppeln, was die notwendigen Servicezyklen deutlich verlängert und zudem den kohlenwasserstoffintensiven Elastomer-Müll reduziert. Ihre Zuverlässigkeit haben die Membranventile im Rohrumformgehäuse zudem in umfangreichen Qualitätstests bewiesen.

Testverfahren berücksichtigt die Einsatzbedingungen

Wichtig im Zusammenhang mit der Lebenserwartung eines Ventils ist der sogenannte B10-Wert gemäss der Norm DIN EN ISO 13849. Das ist der statistische Erwartungswert der Anzahl von Zyklen, bei dem 10 % aller Bauteile festgelegte Grenzwerte (Schaltspielzahl) unter definierten Bedingungen überschritten haben (90 % Überlebenswahrscheinlichkeit). Die «Problemzone» bei Membranventilen ist dabei die Membran, die immer einem gewissen Verschleiss unterliegt. Dieser wiederum ist aber abhängig von den Einsatzbedingungen, zum Beispiel den Temperaturen, der Anzahl der Schaltspiele oder den Medien. In einer speziellen Testanlage wurden deshalb realistische Daten ermittelt, um einen applikationsgerechten B10-Wert angeben zu können. Für den Prüfstand bedeutet das, dass die Ventilmembranen nur alle zwei Jahre beim turnusmässigen Wartungsintervall ausgetauscht werden müssen. «In der Praxis hat sich die Richtigkeit dieser Angabe bestätigt und die Membranventile arbeiten sehr zuverlässig», freut sich Matthias Klemet. Der Prüfstand ist seit 2018 in Betrieb und bei den Membranventilen gab es keine unerwarteten Ausfälle.

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