April 2011
| von Sharon Nowak,

  • Ein Doppelschnecken-Pharmadosierer in Sanitär-Ausführung ist leicht zu reinigen und erfüllt die hohen Anforderungen der Pharma-Industrie.
  • Der Pharmadosierer hat eine rostfreie Stahlkonstruktion ohne flexible Teile, die Kontaminationen verursachen könnten und eine völlig geschlossene Motor- und Getriebeeinheit, welche klar von der Prozess-Seite getrennt ist.
  • Druckbeaufschlagte Dichtungen verhindern das Eindringen von Wirkstoffen in das Antriebsgehäuse, eine Optionen für Stickstoff-Belüftung sowie eine Glove-Box bestehen.

Strahlmühlen zur Zerkleinerung aktiver Wirkstoffe und schüttgutartiger Pharmazeutika sowie von Trägerstoffen wie Lactose oder HPMC (Hydroxypropylmethyl-Cellulose) sind in der Pharmaindustrie weit verbreitet. Die Partikelverkleinerung vergrößert die Oberfläche sowie das Vermögen, Lösungen aufzunehmen. Auch kommt dadurch eine gleichmäßige Partikelverteilung zu Stande, die die Mischungsqualität bei der Weiterverarbeitung zu Tabletten und Kapseln verbessert.

Bei den meisten Mühlen für dieZerkleinerung von Stoffen ist die Beschickung ein wichtiger Faktor für gleichmäßige Partikelverteilung. Da die geforderte Qualität hauptsächlich von der Aufenthaltsdauer in der Mühle abhängt, ist der Dosierer ein wichtiges Werkzeug, um die Zeitdauer und damit die gewünschte Partikelverteilung zu steuern. Als Dosiergeräte kommen Drehschieber, Vibrationsdosierer oder Dosierschnecken mit Einfach- oder Doppelschnecken in Frage. Nun ist es wie in jedem anderen Prozess: Die Fließeigenschaften des zu dosierenden Stoffes bestimmen das Dosiergerät, das sich am besten eignet.

Zwangsförderung bei kohäsiven und schwierigen Pulvern

Da die meisten in der Pharmaindustrie verarbeiteten Pulver und Mischungen eher schlecht fließen, ist ein Doppelschnecken-Dosierer oft die beste Wahl. Das Doppelkonkavprofil erlaubt eine Zwangsförderung durch die ineinander greifenden Schneckengänge. Damit lassen sich schwierige und kohäsive Pulver zuverlässig dosieren. Klebrige Pulver, die sich besonders kohäsiv verhalten, oder Partikel mit extremem Längenverhältnis tendieren zum Verklumpen. Dadurch wird der Dosierfluss in einem Vibratordosierer oder einem Drehschieber empfindlich gestört und demzufolge auch die Partikelverteilung.

Typische Dosierleistungen bei diesen pharmazeutischen Zerkleinerungen liegen zwischen 20g/h (für eine kleine Strahlmühle) und 840kg/h bei einer Produktionsmühle. Bei diesen Angaben muss der Anwender die Gerätekonfiguration sowie die Art des Antriebes des Stellbereiches berücksichtigen. So hat eine Steuerung mit einem DC-Motor einen Stellbereich von 100:1, eine Steuerung mit einem Frequenz-Wechselrichter hingegen einen Bereich von 17:1.

Volumetrisch oder gravimetrisch?

Da die Dosiergenauigkeit nicht immer gleich ist, lassen sich verschiedene Schneckendosierer in volumetrischer oder in gravimetrischer Ausführung einsetzen. Ist das Material frei fließend und bleibt das Schüttgewicht konstant, sind die Erfahrungswerte mit einem volumetrischen Dosierer oft akzeptabel. Sobald aber eine starke Veränderung im Schüttgewicht eintritt, wird die Dosierschnecke unregelmäßig oder überhaupt nicht mehr gefüllt. Dies ist bei klebenden oder sich verhakenden Stoffen der Fall.

Denselben Effekt hat eine Brückenbildung im Behälter. Da die volumetrische Dosierung nur eine Funktion der Schneckendrehzahl ist, wird ein Fehler in der Dosierung gar nicht bemerkt. Selbst ein Niveaugeber im Behälter kann solche Unregelmäßigkeiten nicht erkennen, besonders bei Hochleistungsmühlen mit sehr kurzen Durchlaufzeiten. Gravimetrische Dosierwaagen mit Wägetechnologie wiegen das pharmazeutische Produkt kontinuierlich, während es in den Prozess eindosiert wird. Die Differenzial-Dosierwaagen decken viele Materialien und einen großen Dosierleistungsbereich ab. Durch das kontinuierliche Wägen des Gerätes, einschließlich Behälter und Schüttgut, lässt sich der Austrag schnell und genau regeln. Die Eigenschaft, auch schwierige Produkte präzise zu dosieren, macht die Differenzial-Dosierwaagen in der Pharmaindustrie sehr beliebt. Differenzial-Doppelschnecken-Dosierwaagen bieten unterschiedlichen Nutzen:

Konstante Dosierleistung mit hoher Kurzzeit-Genauigkeit und minimaler Sollwert-Abweichung.
Die gravimetrische Regelung überwacht die Dosierung zuverlässig und löst bei einer Überschreitung der Grenzwerte Alarm aus.
Die digitale Wägetechnologie erfüllt die Genauigkeitsansprüche, die an Prozesse der pharmazeutischen Industrie bestehen. Die Wägetechnologie hat eine Auflösung von 1:4000000 in 80 ms, ist wegen ihrer Filtertechnik unempfindlich gegen Vibrationen und erfasst und kompensiert Temperaturänderungen.
Der Istwert lässt sich auf einem Display ablesen.
Kontinuierliche Füllstandskontrolle durch Überwachung des Gesamtgewichtes ist möglich.
Handhabung von hoch potenten Wirkstoffen

Viele Mahl- und Mikronisierungsanlagen müssen hoch potente Pharma-Wirkstoffe verarbeiten. Einige dieser Wirkstoffe können so aktiv sein, dass besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen, um sie von der Umgebung zu isolieren. Dabei muss einerseits das Personal vor den Stoffen und anderseits auch der Stoff selbst vor Kontaminationen geschützt werden. In diesen Fällen kommt eine abgedichtete Glove-Box zum Einsatz. Dosiergerät und Strahlmühle sind total geschützt, und für Manipulationen sind Öffnungen mit abgedichteten Schutzhandschuhen angebracht. Die Integration eines Pharmadosierers in eine Glove-Box erfolgt durch angepasste Montageplatten, sodass Motor und Getriebe außerhalb der Box platziert sind. Dabei ist zu beachten, dass diese Konstruktion nur für volumetrische Dosierer möglich ist.

Bei Einsatz von Dosierwaagen muss das ganze Gerät innerhalb der Glove-Box aufgebaut sein. Hier schirmt ein eigenes Gehäuse Motor und Getriebe innerhalb der Box ab und belüftet sie bei Bedarf. Beim Nachfüllen des Dosierbehälters mit hoch potenten Wirkstoffen muss der Vorgang völlig kontaminationsfrei ablaufen. Oft kommt zwischen Container und Behälter eine Doppel-Drehklappe zum Einsatz. Der Dosierbehälter ist dazu mit einer entsprechenden Kupplung ausgerüstet.

Stickstoff verhindert Explosionen

Da viele Pharma-Stoffe organischen Ursprungs sind, besteht ein hohes Explosionsrisiko. Deshalb wird, speziell bei Mühlen, das ganze System mit Stickstoff überlagert. Der Stickstoff ersetzt den Sauerstoff und minimiert das Risiko für eine Explosion. Anschlüsse für das Gas lassen sich am Behälter sowie bei allen Dichtungen (Sperrluft) anbringen. Durch einen leichten Überdruck im Stickstoff dringt das Gas nicht nur in alle Räume, sondern es unterstützt auch die Funktion der Dichtungen. Kommt für die Strahlmühle Hochdruckgas zum Einsatz, kann ein Unterdruck in der Mühle entstehen, und das Dosiergut aus dem Dosierer ziehen. Dagegen wird zwischen dem Dosierer-Austritt und dem Dosierbehälter eine Pendelleitung zum Druckausgleich angebracht.

In explosionsgefährdeten Räumen muss das gesamte Mühlensystem entsprechend ausgelegt sein. Alle Systemkomponenten in der gefährdeten Zone müssen einem Druckanstieg von 10 bar G widerstehen können. Da die Konstruktion eines Schneckendosierers für solche Drücke sehr kostspielig wäre, lässt sich zwischen Dosierer und Mühle eine überdimensionierte Zellradschleuse einbauen. Diese hat keine Mess- oder Regelfunktion. Durch die Überdimensionierung kann das Material ungehindert durchfließen. Eine zurückschlagende Druckwelle bei einem Druckanstieg würde aber verhindert. Aufgrund dieser Maßnahme lässt sich ein Standard-Pharma-Dosierer einsetzen.

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