und Verfahren zur vollständigen Benetzung einer Filtermembran

Die Erfindung betrifft eine Filtrationsvorrichtung, insbesondere eine Einweg- Filtrationsvorrichtung, mit einem integrierten Flussminderer. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur vollständigen Benetzung einer Filtermembran in einer solchen Filtrationsvorrichtung.

In der pharmazeutischen Industrie werden Filtrationsvorrichtungen vor ihrer Verwendung in der Regel einem Integritätstest unterzogen. Alternativ oder zusätzlich kann ein solcher Test auch nach einem Filtrationsprozess durchgeführt werden. Für einen Integritätstest sollte ein Filter vorher benetzt werden. Dazu wird die Filtereinheit mit einer Referenzflüssigkeit (z. B. hochreines Wasser) gespült. Bei einem solchen Spülvorgang wird ein Filter effizienter benetzt - und damit im Anschluss sicherer auf Integrität getestet - wenn er gegen einen Gegendruck gespült wird. Der Gegendruck sorgt dafür, dass eingeschlossenes Gas besser gelöst wird bzw. Blasen sich verkleinern und durch die Filtermembran wandern können. Aufgrund des durch den Gegendruck verringerten Transmembrandrucks (z. B. 0,5 bar bei einem Spüldruck von 2,5 bar, erreicht durch 2 bar Gegendruck) ist deutlich weniger Wasser zur sicheren Benetzung notwendig.

Für die Einstellung des Gegendrucks sind üblicherweise ein regelbares Ventil und ein Drucksensor stromabwärts des Filters vorgesehen. Mit Hilfe des Regelventils wird der Gegendruck bei einem bestimmten Volumenstrom auf einen gewünschten Wert angepasst (z. B. auf 2 bar).

Insbesondere bei der Verwendung von Einweg-Komponenten (single use) ist die Integration eines Regelventils und eines Drucksensors aufwendig und erfordert zusätzliche Konnektierungen. Außerdem ist bei der Verwendung von Einweg- Komponenten eine Ersparnis von Wasser von besonderer Wichtigkeit, da hier steriles Wasser in Beuteln bereitgestellt werden muss. Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige, effektive Spülung einer Filtereinheit und eine effektivere Benetzung der Filtermembran zu ermöglichen, die insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf Einweg-Anwendungen abgestimmt ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Filtrationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Filtrationsvorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Filtrationsvorrichtung ist insbesondere als Einweg- Filtrationsvorrichtung ausgelegt und umfasst einen Strömungspfad, in dem eine Filtereinrichtung und ein, vorzugsweise integrierter, Flussminderer hintereinander angeordnet sind. Der Flussminderer kann in eine erste Betriebsstellung gebracht werden, die einen definierten ersten Volumenstrom zulässt, und wenigstens in eine zweite Betriebsstellung, die einen definierten zweiten Volumenstrom zulässt, der geringer als der erste Volumenstrom ist. Gemäß der Erfindung liegt das Verhältnis zwischen dem zweiten Volumenstrom (Spülbetriebsstellung) und dem ersten Volumenstrom (Filtrationsbetriebsstellung) zwischen 0,05 und 0,9.

Die Anordnung der Filtereinrichtung und des vorzugsweise in die Filtrationsvorrichtung integrierten Flussminderers„hintereinander" bezieht sich auf die Strömungsrichtung des Mediums im Strömungspfad. Die Strömungsrichtung muss nicht zwingend die Strömungsrichtung im bestimmungsgemäßen Filtrationsbetrieb der Filtereinrichtung sein. So kann z. B. eine Hohlfasercapsule mit separat ausgebildetem Eingang und Ausgang grundsätzlich von beiden Seiten, d. h. in unterschiedlichen Richtungen, beschickt werden. Entscheidend ist nur, dass der Flussminderer beim Spülen der Filtereinrichtung stromabwärts der Filtereinrichtung angeordnet ist.

Unter einem „integrierten" Flussminderer im Sinne der Erfindung ist ein Flussminderer zu verstehen, der nicht vor seinem Einsatz neu an die Filtrationsvorrichtung angeschlossen werden muss, sondern bereits fester Bestandteil der Filtrationsvorrichtung ist. Für den Wechsel zwischen den beiden Betriebsstellungen des Flussminderers müssen keine Bauteile hinzugefügt oder entfernt werden. Deshalb lässt sich die gesamte Filtrationsvorrichtung, sofern diese als Einweg-Filtrationsvorrichtung ausgelegt ist, einschließlich des Flussminderers sterilisieren. Dies vereinfacht die Handhabung der Filtrationsvorrichtung ganz erheblich. Die Sterilität des Flussminderers wird später auch durch das Umschalten zwischen seinen beiden Betriebsstellungen nicht beeinträchtigt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass beim Spülen einer

Filtereinrichtung eine sicherere Benetzung resultiert, wenn während des Spülbetriebs ein geeigneter Gegendruck bereitgestellt wird. Die dank der effektiveren Benetzung erzielte Wasserersparnis kann bis zu 95 % betragen, sodass die aufwendig in Beuteln bereitgestellte Menge an Spülmedium drastisch reduziert werden kann.

Die erfindungsgemäße Filtrationsvorrichtung hat den Vorteil, dass der Flussminderer für den bestimmungsgemäßen Filtrationsbetrieb nicht entfernt werden muss, sondern einfach von der „Spülbetriebsstellung" in die „Filtrationsbetriebsstellung" umgeschaltet werden kann. Der Flussminderer kann also nach dem Spülen als integrierter Bestandteil in der Filtrationsvorrichtung verbleiben.

Im Hinblick auf die bevorzugte Verwendung in einer Einweg- Filtrationsvorrichtung ist es vorteilhaft, dass der Flussminderer vollständig aus Materialien besteht, die sterilisierbar sind, insbesondere durch Gammastrahlen, Heißdampf oder Autoklavieren. So kann der Flussminderer zusammen mit den anderen Komponenten der Filtrationsvorrichtung - oder separat als eigene vorgefertigte Baueinheit - sterilisiert werden.

Für die Erzeugung eines geeigneten Gegendrucks beim Spülen der Filtereinrichtung sollte das Verhältnis zwischen dem zweiten Volumenstrom (Spülbetriebsstellung) und dem ersten Volumenstrom (Filtrationsbetriebsstellung) zwischen 0,05 und 0,5, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,15 liegen.

Gemäß einem grundlegenden Aspekt der meisten bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Filtrationsvorrichtung ist ein verstellbares Stellglied vorgesehen, das in der ersten Betriebsstellung des Flussminderers eine definierte erste Stellung einnimmt, in der es einen ersten effektiven Strömungsquerschnitt freigibt. In der zweiten Betriebsstellung des Flussminderers nimmt das Stellglied dagegen eine definierte zweite Stellung ein, in der es einen zweiten effektiven Strömungsquerschnitt freigibt, der (deutlich) kleiner als der erste effektive Strömungsquerschnitt ist. Das Vorsehen eines solchen verstellbaren Stellglieds erlaubt einen einfachen und schnellen Wechsel zwischen den zwei Betriebsstellungen des Flussminderers, ohne dass hierfür besondere Maßnahmen ergriffen werden müssen, wie etwa ein Umbau der Filtrationsvorrichtung oder dergleichen.

Für ein komfortables Umschalten zwischen den Betriebsstellungen des Flussminderers und/oder die Einbettung des Umschaltens in einen automatisierten Betrieb der Filtrationsvorrichtung basierend auf einem Steuerungsalgorithmus kann optional eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, mit der das Stellglied automatisiert in die erste Stellung und in die zweite Stellung bewegbar ist.

Im Hinblick auf ein erweitertes Anwendungsspektrum des Flussminderers kann vorgesehen sein, dass das Stellglied neben der ersten und der zweiten Stellung weitere definierte Stellungen einnehmen kann, insbesondere Zwischenstellungen. Der Druck kann dann nicht nur zwischen zwei Werten, sondern über einen wählbaren Bereich eingestellt werden.

Gemäß einem bevorzugten Konzept zur technischen Umsetzung des Erfindungsgedankens ist das Stellglied mit einem Schiebemechanismus oder einem Drehmechanismus in die definierten Stellungen bewegbar. Schiebe- oder Drehbewegungen lassen sich sowohl manuell als auch automatisiert leicht und schnell durchführen. Das bedeutet, dass für das Umschalten des Flussminderers zwischen seinen Betriebsstellungen keine komplexen Vorgänge erforderlich sind.

Damit die verschiedenen Stellungen des Stellglieds und die damit verbundenen unterschiedlichen Volumenströme reproduzierbar erreicht werden können, sind die definierten Stellungen des Stellglieds vorzugsweise als Raststellungen ausgebildet. Raststellungen sind robust gegenüber leichten Berührungen, Erschütterungen und vielen sonstigen Einflüssen, die ein unbeabsichtigtes Verstellen des Stellglieds verursachen könnten. Außerdem haben Raststellungen den Vorteil, dass der Benutzer anhand des haptischen Feedbacks eindeutig erkennt, dass das Stellglied eine bestimmte Stellung eingenommen hat.

Das Stellglied lässt sich beispielsweise mit einem vorgespannten Betätigungselement in die einzelnen Raststellungen überführen. Zum Schutz des Schiebe- oder Drehmechanismus und gegebenenfalls des Betätigungselements ist eine Schutzhülle vorteilhaft, die die entsprechenden Komponenten umgibt. Vorzugsweise ist die Schutzhülle aus einem verformbaren und sterilisierbaren Elastomer gebildet. Die Schutzhülle stellt eine flexible Sterilbarriere dar, die dennoch eine äußere Betätigung des Schiebe- oder Drehmechanismus zulässt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Stellglied eine Blende mit einer Durchgangsöffnung, die in einen Leitungsabschnitt des Flussminderers eingeführt werden kann. Ähnlich wie bei einem Diaprojektor wird die Blende in den Strömungsweg eingebracht, um den effektiven Strömungsweg auf ein bestimmtes Maß zu reduzieren. Der Volumenstrom lässt sich durch entsprechendes Design der Blende (Größe und Form) wie gewünscht einstellen.

Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Stellglied einen in einem Leitungsabschnitt des Flussminderers beweglichen Körper mit einem Durchgang, der in der ersten Stellung des Stellglieds in Strömungsrichtung und in der zweiten Stellung des Stellglieds im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Das bedeutet, dass der Durchgang in der ersten Stellung des Stellglieds ein im Wesentlichen ungehindertes Durchströmen des Leitungsabschnitts erlaubt, während in der zweiten Stellung der Durchgang aus dem Strömungsweg weggedreht ist, sodass der Körper des Stellglieds den Mediumdurchgang großteils blockiert.

Damit in der zweiten Stellung des Stellglieds, die dem Spülbetrieb entspricht, ein bestimmter kleiner Volumenstrom am Stellglied vorbei gewährleistet ist, können der Körper und der Durchgang des Stellglieds ohne besonderen Aufwand so gestaltet sein, dass sichelförmige Durchgangskanäle bereitgestellt werden.

Das Stellglied kann gemäß einer weiteren Ausführungsform auch als Scheibe ausgebildet sein, die in einem Leitungsabschnitt des Flussminderers drehbar ist. Der Außendurchmesser der Scheibe ist um ein definiertes Maß kleiner als der Innendurchmesser des Leitungsabschnitts, und/oder die Außenkontur der Scheibe weist eine oder mehrere sich von außen nach innen erstreckende Ausnehmungen auf. Durch Drehen der Scheibe von einer ersten Stellung, in der nur deren Schmalseite der Strömung entgegensteht, in eine zweite Stellung, in der die Scheibe den Großteil des Strömungsquerschnitts des Leitungsabschnitts abdeckt, kann die gewünschte Verringerung des Volumenstroms auf einfache Weise erreicht werden.

Die Einstellung unterschiedlicher Volumenströme kann auch durch ein Stellglied mit Blendenabschnitten erreicht werden, die mit Blendenabschnitten an einer Austrittsöffnung des Flussminderers zusammenwirken. Eine solche Ausführungsform kommt mit vergleichsweise wenigen Bauteilen aus.

In der ersten Stellung des Stellglieds liegen die jeweiligen Blendenabschnitte weitestgehend übereinander, sodass freie Zwischenräume für einen großen Volumenstrom verbleiben. In der zweiten Stellung des Stellglieds decken die Blendenabschnitte die freien Zwischenräume weitestgehend ab, wobei für einen deutlich kleineren Volumenstrom ein definierter freier Strömungsdurchgang verbleibt.

Gemäß einem anderen Konzept zur technischen Umsetzung des Erfindungsgedankens weist der Flussminderer einen in zwei Teilabschnitte unterteilten Leitungsabschnitt mit Mündungen auf, die sich gegenüberliegen. Das Stellglied umfasst einen axial verschiebbaren Kegel, der in der ersten Stellung des Stellglieds weniger weit in die Mündung eines der Teilabschnitte eintaucht als in der zweiten Stellung des Stellglieds. Der Volumenstrom ist abhängig von der Position des Kegels, da mit steigender Eintauchtiefe mehr vom verfügbaren Strömungsquerschnitt vom Kegel blockiert wird. Selbstverständlich muss das Stellglied keine perfekte Kegelform haben. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, muss das Stellglied einen in Verschieberichtung allgemein ansteigenden Querschnitt aufweisen. Entsprechend ist der Begriff„Kegel" auszulegen. Der Kegel kann an einer axial positionierbaren Hülse angebracht sein, die die beiden Teilabschnitte miteinander verbindet. Die Hülse dient somit sowohl zur Positionierung des Kegels als auch zur Abdichtung der Teilabschnitte des Leitungsabschnitts.

Die axiale Positionierung der Hülse mit dem Kegel lässt sich über eine fein justierbare Gewindeverbindung realisieren. Hierzu weist die Hülse ein Innengewinde auf, das in ein Außengewinde an einem der Teilabschnitte des Leitungsabschnitts eingreift, wobei die Hülse vorzugsweise fest mit dem anderen Teilabschnitt verbunden ist und dieser Teilabschnitt demzufolge der Rotation der Hülse folgt.

Es muss in beiden Stellungen gewährleistet sein, dass mehr oder weniger Medium am Kegel vorbeiströmen kann. Eine bevorzugte Bauform sieht in diesem Zusammenhang vor, dass der Kegel mit Streben an der Hülse gehalten ist, wobei zwischen den Streben freie Zwischenräume verbleiben.

Der Leitungsabschnitt im Flussminderer, dessen Strömungsquerschnitt veränderbar sein soll, kann auch als flexibler Schlauch ausgebildet sein. Das Stellglied verringert dann in seiner zweiten Stellung den effektiven Strömungsquerschnitt des Schlauchs um ein bestimmtes Maß für den Spülbetrieb, was auf unterschiedliche Weise erreicht werden kann.

Gemäß einer ersten Variante ist das Stellglied eine Schlauchklemme mit zwei relativ zueinander auslenkbaren Klemmenabschnitten, die an der Außenwand des Schlauchs angreifen. Mit einer solchen Schlauchklemme kann der effektive Strömungsquerschnitt des Schlauchs an der Stelle der Klemmung gezielt verkleinert werden.

Zur relativen Auslenkung der Klemmenabschnitte sind diese vorzugsweise über ein Gelenk miteinander verbunden.

Gemäß einer zweiten Variante ist das Stellglied als abwinkelbare Gelenkschiene mit zwei im Wesentlichen starren Manschettenabschnitten und einem dazwischen liegenden Knickgelenk ausgebildet. Die beiden Manschettenabschnitte der Gelenkschiene umgeben jeweils einen Teilabschnitt des Leitungsabschnitts. Ähnlich wie bei einer Knieorthese kann ein Winkel eingestellt werden, der eine abgewinkelte Endstellung der beiden Manschettenabschnitte vorgibt. Mithilfe der Gelenkschiene kann so ein definierter Knick mit reduziertem Strömungsquerschnitt im Schlauch erzeugt werden.

Bei beiden Varianten ist vorteilhaft, dass keine zusätzlichen Dichtungen benötigt werden.

Ein wiederum anderes Konzept sieht vor, dass das Stellglied bewegliche Klappen umfasst, die in einem Leitungsabschnitt des Flussminderers angeordnet sind und mittels eines außerhalb des Leitungsabschnitts erzeugten Kraftfelds auslenkbar sind. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da keine zusätzlichen Dichtungen etc. benötigt werden. Die beweglichen Bauteile des Stellglieds befinden sich innerhalb des Leitungsabschnitts und können berührungslos angesteuert werden. Das hierzu notwendige Kraftfeld kann von einem außerhalb des Leitungsabschnitts angeordneten Kraftfeldgenerator bereitgestellt werden.

Gemäß einer bevorzugten Gestaltung dieser Ausführungsform sind die Klappen mittels Gelenken an einer Wand des Leitungsabschnitts montiert.

Für eine definierte Endstellung der Klappen kann vorgesehen sein, dass die Auslenkung der Klappen durch Klappenanschläge begrenzt ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Leitungsabschnitt des Flussminderers einen Hauptleitungsabschnitt mit einem ersten Ventil als Stellglied und einen Bypassleitungsabschnitt zur Umgehung des ersten Ventils. Der Strömungsquerschnitt des Bypassleitungsabschnitts ist (deutlich) kleiner als der Strömungsquerschnitt des Hauptleitungsabschnitts. Ein solcher Aufbau des Flussminderers ermöglicht es, für den Spülbetrieb den Hauptleitungsabschnitt zu sperren, sodass das Spülmedium nur durch den Bypassleitungsabschnitt strömen kann. Da dieser einen deutlich kleineren Strömungsquerschnitt hat, ist der Volumenstrom entsprechend geringer. Für diese grundlegende Funktionalität sollte das erste Ventil den Hauptleitungsabschnitt vollständig öffnen und vollständig schließen können.

Optional kann im Bypassleitungsabschnitt ein zweites Ventil vorgesehen sein, um gegebenenfalls den Strömungsquerschnitt und damit den Volumenstrom im Spülbetrieb an die gegebenen Anforderungen anzupassen bzw. den Bypassleitungsabschnitt zu schließen, um nur über den Hauptleitungsabschnitt zu strömen.

Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind das erste Ventil und/oder das zweite Ventil so ausgebildet, dass sie mehrere Stellungen einnehmen können, in denen unterschiedliche Strömungsquerschnitte freigegeben werden. Dadurch stehen mehr Einstellmöglichkeiten zur Verfügung, um das Anwendungsspektrum zu erweitern, wobei das zweite Ventil sich auch vollständig schließen ließe.

Ein Verfahren zur vollständigen Benetzung einer Filtermembran in einer erfindungsgemäßen Filtrationsvorrichtung im Rahmen eines Spülvorgangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Flussminderer in der Spülstellung ist, d. h. in der zweiten Betriebsstellung, die einen definierten zweiten Volumenstrom zulässt, der geringer als der erste Volumenstrom ist. So erfolgt die Spülung der Filtervorrichtung mit reduziertem Volumen, so dass der Filter zuverlässiger vollständig benetzt wird. Nach dem Spülvorgang wird der Flussminderer für die Durchführung eines Filtrationsprozesses in die erste Betriebsstellung gebracht.

Dieses Verfahren zur vollständigen Benetzung einer Filtermembran erfolgt unter Einsparung von Spülmedium, insbesondere von Wasser für Injektionszwecke (WFI, water for injection), um 10 bis 95 %, vorzugsweise um 50 bis 95 %, weiter vorzugsweise um 85 bis 95 % im Vergleich zur vollständigen Benetzung ohne Druckminderung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen schematisch:

- Figur 1 a eine erste Ausführungsform eines Flussminderers für eine erfin- dungsgemäße Filtrationsvorrichtung in einer ersten Betriebsstellung in Strömungsrichtung betrachtet;

- Figur 1 b den Flussminderer aus Figur 1 a in einer zweiten Betriebsstellung;

- Figur 2a eine zweite Ausführungsform eines Flussminderers für eine erfindungsgemäße Filtrationsvorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung in perspek- tivischer Ansicht;

- Figur 2b den Flussminderer aus Figur 2a in einer ersten Betriebsstellung in Strömungsrichtung betrachtet;

- Figur 2c den Flussminderer aus Figur 2a in der zweiten Betriebsstellung in Strömungsrichtung betrachtet; - Figur 2d das Stellglied des Flussminderers aus Figur 2a in perspektivischer Ansicht;

- Figur 3a eine dritte Ausführungsform eines Flussminderers für eine erfindungsgemäße Filtrationsvorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung in perspek- tivischer Ansicht;

- Figur 3b den Flussminderer aus Figur 3a in einer ersten Betriebsstellung in Strömungsrichtung betrachtet;

- Figur 3c den Flussminderer aus Figur 3a in der zweiten Betriebsstellung in Strömungsrichtung betrachtet; - Figur 3d das Stellglied des Flussminderers aus Figur 3a in perspektivischer Ansicht;

- Figur 4a eine vierte Ausführungsform eines Flussminderers für eine erfindungsgemäße Filtrationsvorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung in perspektivischer Ansicht; - Figur 4b den Flussminderer aus Figur 4a in einer ersten Betriebsstellung in Strömungsrichtung betrachtet;

- Figur 4c den Flussminderer aus Figur 4a in der zweiten Betriebsstellung in Strömungsrichtung betrachtet;

- Figur 4d das des Stellglieds des Flussminderers aus Figur 4a in perspekti- vischer Vorder- und Rückansicht;

- Figur 5a eine fünfte Ausführungsform eines Flussminderers für eine erfindungsgemäße Filtrationsvorrichtung in einer ersten Betriebsstellung in teiltransparenter Seitenansicht;

- Figur 5b den Flussminderer aus Figur 5a in der ersten Betriebsstellung in Strömungsrichtung betrachtet;

- Figur 6a eine sechste Ausführungsform eines Flussminderers für eine erfindungsgemäße Filtrationsvorrichtung in einer ersten Betriebsstellung in teilweise geschnittener Seitenansicht;

- Figur 6b den Flussminderer aus Figur 6a in einer zweiten Betriebsstellung; - Figur 7 eine siebte Ausführungsform eines Flussminderers für eine erfindungsgemäße Filtrationsvorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung in teilweise geschnittener Seitenansicht;

- Figur 8a eine achte Ausführungsform eines Flussminderers für eine erfin- dungsgemäße Filtrationsvorrichtung in einer ersten Betriebsstellung in Seitenansicht;

- Figur 8b den Flussminderer aus Figur 8a in einer zweiten Betriebsstellung; und

- Figur 9 eine neunte Ausführungsform eines Flussminderers für eine erfin- dungsgemäße Filtrationsvorrichtung in Seitenansicht.

Allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen eines Flussminderers 10 für eine Filtrationsvorrichtung ist gemein, dass sie ein bislang übliches separates Regelventil einer Filtereinrichtung der Filtrationsvorrichtung zur Einstellung eines definierten Gegendrucks beim Spülen der Filtereinrichtung ersetzen können.

Der Flussminderer 10 ist im selben Strömungspfad wie die Filtereinrichtung stromabwärts von dieser angeordnet und fest in die Filtrationsvorrichtung integriert. Insbesondere im Hinblick auf den bevorzugten Einsatz des Flussminderers 10 in einer Einweg-Filtrationsvorrichtung ist der Flussminderer 10 vollständig aus sterilisierbaren Materialien hergestellt. Somit kann die gesamte Einweg-Filtrationsvorrichtung, einschließlich des Flussminderers 10, vor oder nach dem Verpacken der Filtrationsvorrichtung, ggf. zusammen mit dem Verpackungsmaterial, sterilisiert werden, beispielsweise durch Gammastrahlen, Heißdampf oder Autoklavieren. Der Flussminderer 10 kann zwischen einer ersten Betriebsstellung, die einen definierten ersten effektiven Strömungsquerschnitt freigibt, und einer zweiten Betriebsstellung wechseln, die einen definierten zweiten effektiven Strömungsquerschnitt freigibt, der deutlich kleiner als der erste effektive Strömungsquerschnitt ist. Zum Spülen der Filtereinrichtung wird der Flussminderer 10 in die zweite Betriebsstellung mit vermindertem Strömungsquerschnitt gebracht, sodass der Volumenstrom durch den Flussminderer 10 verringert ist. Somit wird dem Druck, mit dem das Spülmedium durch die Filtereinrichtung gedrückt wird, ein definierter Gegendruck entgegengesetzt. Beispielsweise kann ein Spüldruck von 2,5 bar vorgegeben sein, und der Flussminderer 10 setzt diesem Druck in seiner zweiten Betriebsstellung einen Gegendruck von 2 bar entgegen, sodass die Filtereinrichtung letztlich bei einem resultierenden Druck von 0,5 bar mit dem Spülmedium benetzt wird.

Der Gegendruck wird durch die gezielte Verringerung des Volumenstroms erreicht. Das Verhältnis zwischen dem Volumenstrom bei Spülbetrieb zum Volumenstrom bei bestimmungsgemäßem Filtrationsbetrieb liegt zwischen 0,05 und 0,9, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,5, weiter vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,15.

Meistens weisen Filtereinrichtungen einen dedizierten Eingang und einen dedizierten Ausgang auf, zwischen denen wenigstens eine Filtermembran angeordnet ist. Dabei beziehen sich die Begriffe„Eingang" und„Ausgang" auf den bestimmungsgemäßen Filtrationsbetrieb. Für den Spülbetrieb soll hier aber auch eine mögliche umgekehrte Beschickung grundsätzlich mit umfasst sein, d. h. ein Eintritt des Spülmediums durch den Ausgang und ein Austritt durch den Eingang.

Für den Wechsel zwischen den beiden Betriebsstellungen des Flussminderers 10 müssen keine Bauteile hinzugefügt oder entfernt werden, und es müssen keine Konnektierungen bzw. Diskonnektierungen durchgeführt werden. Die Sterilität des Flussminderers 10 wird durch das Umschalten nicht beeinträchtigt.

In den Figuren 1 a und 1 b ist eine erste Ausführungsform eines solchen Flussminderers 10 für eine Filtrationsvorrichtung mit wenigstens einer Filtereinrichtung dargestellt. Der Flussminderer 10 ist stromabwärts der Filtereinrichtung angeordnet und umfasst einen Leitungsabschnitt 12 mit einem definierten Strömungsquerschnitt, der in der Regel durch den Innendurchmesser bestimmt ist. Durch den Leitungsabschnitt 12 strömt das Medium, das zuvor durch die Filtereinrichtung gedrückt wurde.

Der Flussminderer 10 umfasst außerdem ein Stellglied 14, hier in Form einer Blende 16 mit einer Durchgangsöffnung 18. Das Stellglied 14 kann zwischen einer definierten ersten Stellung, die in Figur 1 a gezeigt ist, und einer definierten zweiten Stellung, die in Figur 1 b gezeigt ist, bewegt werden. In der ersten Stellung ist der Leitungsabschnitt 12 vom durchströmenden Medium weitestgehend ungehindert passierbar. Das Stellglied 14 ragt allenfalls geringfügig in den Leitungsabschnitt 12 und verringert den Strömungsquerschnitt des Leitungsabschnitts 12 an dieser Stelle nur unwesentlich oder gar nicht. In der zweiten Stellung ist das Stellglied 14 vollständig in den Leitungsabschnitt 12 eingeführt und erstreckt sich im Wesentlichen über den ganzen Strömungsquerschnitt - mit Ausnahme der kleinen Durchgangsöffnung 18 mit einem definierten Querschnitt.

Grundsätzlich können noch weitere Stellungen des Stellglieds 14 vorgesehen sein, insbesondere Zwischenstellungen mit einem gegenüber der ersten Stellung verringerten, gegenüber der zweiten Stellung jedoch vergrößerten effektiven Strömungsquerschnitt.

Die definierten Stellungen des Stellglieds 14 sind Raststellungen, die von einem Rast-/Schiebemechanismus bereitgestellt werden. Der Rast-/Schiebemechanismus weist ein an das Stellglied 14 gekoppeltes Betätigungselement 20 auf, hier eine Art Druckknopf, das mittels eines Federelements vorgespannt ist. Durch manuelle Betätigung des Druckknopfes kann das Stellglied 14 aus der ersten Raststellung (Fig. 1 a) in die zweite Raststellung (Fig. 1 b) überführt werden. Durch erneute Betätigung kehrt optional das Stellglied 14 in die erste Raststellung zurück usw.

Grundsätzlich ist - ebenso wie bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen - auch eine automatisierte Betätigung des Stellglieds 14 oder des Betätigungselements 20 in Verbindung mit einer Steuereinrichtung möglich.

Eine Schutzhülle 22, beispielsweise aus einem verformbaren und sterilisierbaren Elastomer, umgibt den Rast-/Schiebemechanismus einschließlich des Betätigungselements 20. Die Schutzhülle 22 dient als äußere Sterilbarriere und schützt das Innere des Flussminderers 10 vor möglicher Kontamination.

In der ersten Betriebsstellung des Flussminderers 10, in der das Stellglied 14 seine erste Stellung einnimmt, kann die Filtereinrichtung bestimmungsgemäß zur Filtration mit einem vorgegebenen Mediumdruck, d. h. ohne substantiellen Gegendruck, benutzt werden. In der zweiten Betriebsstellung des Flussminderers 10, in der das Stellglied 14 seine zweite Stellung einnimmt, blockiert das Stellglied 14 den größten Teil des Strömungsquerschnitts im Leitungsabschnitt 12. Das Medium kann nur noch durch die kleine Durchgangsöffnung 18 in der Blende 16 strömen. Aufgrund des nun signifikant verringerten effektiven Strömungsquerschnitts und des dadurch bedingten verringerten Volumenstroms wird im Leitungsabschnitt 12 ein definierter Gegendruck aufgebaut. In dieser zweiten Betriebsstellung des Flussminderers 10 findet der Spülvorgang statt.

Vorzugsweise wird der Flussminderer 10 in der zweiten Betriebsstellung (Spülstellung) ausgeliefert, um dann nach dem Spülen ein einem einzigen Schritt in die erste Betriebsstellung (Filtrationsstellung) überführt zu werden.

Bei der Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsformen des Flussminderers 10 gelten die zuvor beschriebenen allgemeinen Grundsätze genauso. Es wird daher lediglich auf die konstruktiven Unterschiede eingegangen. So ist bei der in den 2a bis 2d gezeigten zweiten Ausführungsform das Stellglied 14 anders ausgebildet, und der Schiebemechanismus ist durch einen Drehmechanismus ersetzt, der grundsätzlich dem eines Absperrhahns ähnlich ist.

Das in Figur 2d separat gezeigte Stellglied 14 hat hier eine im Wesentlichen zylindrische Kontur. Der ansonsten massive Körper 24 des Stellglieds 14 weist einen ebenfalls im Wesentlichen zylindrischen Durchgang 26 auf, dessen Achse senkrecht zur Achse des zylindrischen Körpers 24 verläuft. Der Körper 24 und/oder der Durchgang 26 können grundsätzlich auch anders geformt sein, z. B. kegelförmig.

Das Stellglied 14 ist im Leitungsabschnitt 12 des Flussminderers 10 in einer passenden Fassung 28 aufgenommen, in der sich das Stellglied 14 um die Achse des Körpers 24 drehen kann. Zum Verdrehen des Stellglieds 14 ist wiederum ein Betätigungselement 20 vorgesehen, hier eine Art Knebelgriff, das mit dem Körper 24 des Stellglieds 14 verbunden ist.

Die Fassung 28 im Leitungsabschnitt 12 sowie der Körper 24 und der Durchgang 26 des Stellglieds 14 sind so aufeinander abgestimmt, dass in einer ersten Stellung des Stellglieds 14, die in Figur 2b gezeigt ist, die Achse des Durchgangs 26 parallel zur Achse des Leitungsabschnitts 12 (Strömungsrichtung) verläuft. In dieser Stellung kann das Medium ungehindert durch den Durchgang 26 des Stellglieds 14 strömen, da der Durchmesser des Durchgangs 26 quer zur Strömungsrichtung im Wesentlichen dem Durchmesser des Leitungsabschnitts 12 entspricht, sodass der Strömungsweg im Leitungsabschnitt 12 vollständig freigegeben ist.

In der in den Figuren 2a und 2c gezeigten zweiten Stellung ist das Stellglied 14 um 90° gedreht. In dieser Stellung versperrt der Körper 24 des Stellglieds 14 den Strömungsweg zum größten Teil. Nur die zwei verbleibenden, in Strömungsrichtung betrachtet sichelförmigen Durchgangskanäle 30 erlauben einen deutlich verringerten definierten Volumenstrom durch den Leitungsabschnitt 12.

Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform können grundsätzlich auch weitere Stellungen des Stellglieds 14, insbesondere Zwischenstellungen, vorgesehen sein, und die definierten Stellungen des Stellglieds 14 können als Raststellungen ausgebildet sein. Dies gilt auch für alle weiteren Ausführungsformen.

Die in den Figuren 3a bis 3d gezeigte dritte Ausführungsform des Flussminderers 10 ist der zweiten Ausführungsform sehr ähnlich. Der Körper 24 des Stellglieds 14 ist hier als Scheibe mit einer definierten Dicke ausgebildet. Der Außendurchmesser des Körpers 24 ist um ein definiertes Maß kleiner als der Innendurchmesser des Leitungsabschnitts 12, und/oder die Außenkontur des Körpers 24 ist so angepasst, dass sich eine oder mehrere Ausnehmungen von außen nach innen erstrecken.

Zur Freigabe des größtmöglichen Durchflusses wird das Stellglied 14 mithilfe des Betätigungselements 20 (Knebelgriff) in die in Figur 3b gezeigte erste Stellung gedreht, in der die Zylinderachse des Körpers 24 quer zur Strömungsrichtung steht, sodass das Stellglied 14 die Strömung durch den Leitungsabschnitt 12 nur geringfügig beeinflusst.

Für den Spülbetrieb wird das Stellglied 14 in die in Figur 3c gezeigte Stellung gedreht, in der die Zylinderachse des Körpers 24 parallel zur Strömungsrichtung orientiert ist. Eine definierte Durchflussmenge wird durch den im Vergleich zum Inneren des Leitungsabschnitts 12 geringeren Außendurchmesser bzw. die Ausnehmung(en) erreicht, wodurch um den Körper 24 herum ein freier Ringkanal bzw. eine oder mehrere anders geformte Kanäle entstehen, durch die das Medium strömen kann.

Bei der in den Figuren 4a bis 4d gezeigten vierten Ausführungsform ist ebenfalls ein verdrehbares Stellglied 14 vorgesehen. Das Stellglied 14 ist hier im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet, weist jedoch nach innen ragende Blendenabschnitte 32 auf. Ein Deckel 34 des Flussminderers 10 ist auf das Stellglied 14 abgestimmt und weist eine Austrittsöffnung auf, die ebenfalls teilweise durch Blendenabschnitte 36 verdeckt ist. Das Stellglied 14 kann von der in Figur 4b gezeigten ersten Stellung, in der die

Blendenabschnitte 32, 36 des Stellglieds 14 und des Deckels 34 weitestgehend übereinander liegen (Filtrationsbetrieb der Filtereinrichtung), in die in Figur 4c gezeigte zweite Stellung, in der die Blendenabschnitte 32 des Stellglieds 14 die freien Zwischenräume 38 zwischen den Blendenabschnitten 36 des Deckels 34 weitestgehend abdecken (Spülbetrieb), gedreht werden (z. B. um 90°) und umgekehrt. In der zweiten Stellung verbleibt auf jeden Fall ein definierter kleiner freier Strömungsdurchgang 40 - beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein zentraler Strömungsdurchgang 40 - um einen verringerten Volumenstrom aufrechtzuerhalten. Diese Ausführungsform kann mit vergleichsweise wenigen Bauteilen hergestellt werden.

Die Figuren 5a und 5b zeigen eine fünfte Ausführungsform des Flussminderers

10.

Der Leitungsabschnitt 12 des Flussminderers 10 ist hier in zwei einander stirnseitig gegenüberliegende Teilabschnitte 42, 44 unterteilt. Der erste Teilabschnitt 42 ist fest mit einer axial überstehenden Hülse 46 verbunden. Der überstehende Teil der Hülse 46 ist mit einem Innengewinde 48 versehen, das in ein Außengewinde 50 des zweiten Teilabschnitts 44 eingreift. Auf diese Weise lässt sich durch Drehung der Hülse 46 der eine Teilabschnitt 42 in axialer Richtung auf den anderen Teilabschnitt 44 zu oder von diesem weg bewegen, je nach Drehrichtung. Die Hülse 46 bietet durch Abdichtung des Gewindelaufs eine Sterilbarriere für das Hülseninnere. Dadurch ist sichergestellt, dass der Übergang zwischen den beiden Teilabschnitten 42, 44 unabhängig von der axialen Position der Hülse 46 dicht ist und keine Kontaminationsgefahr besteht.

Wie insbesondere aus Figur 5b ersichtlich ist, ist in der Hülse 46 ein Stellglied 14 in der Form eines Kegels (Nadel) angeordnet, dessen Spitze 52 in Richtung des zweiten Teilabschnitts 44 des Leitungsabschnitts 12 weist. Das Stellglied 14 ist hier durch eine Vier-Punkt-Arretierung mit Streben 54 gehalten, die in Strömungsrichtung betrachtet Zwischenräume 56 freilässt.

In einer ersten Stellung des Stellglieds 14 ragt dieses gar nicht oder nur in vergleichsweise geringem Maße in die freie Mündung des zweiten Teilabschnitts 44 hinein. Das Medium kann weitgehend ungehindert aus dem ersten Teilabschnitt 42 in die Hülse 46 und dort durch die Zwischenräume 56 in den zweiten Teilabschnitt 44 strömen. Diese Stellung entspricht dem bestimmungsgemäßen Filtrationsbetrieb der Filtereinrichtung.

Für den Spülbetrieb wird das Stellglied 14 durch Drehen der Hülse 46 um ein definiertes Maß in Richtung des zweiten Teilabschnitts 44 verschoben (in Figur 5a nach links). Das nun weit in die Mündung des zweiten Teilabschnitts 44 eintauchende Stellglied 14 minimiert den effektiven Strömungsquerschnitt so, dass sich ein gewünschter Gegendruck aufbaut.

In den Figuren 6a und 6b ist eine sechste Ausführungsform des Flussminderers 10 dargestellt. Der Leitungsabschnitt 12 des Flussminderers 10 ist hier als flexibler Schlauch ausgebildet. An dessen Außenwand 58 greift an zwei gegenüberliegenden Seiten ein Stellglied 14 in Form einer Schlauchklemme an. Die Schlauchklemme weist zwei Klemmenabschnitte 60, 62 auf, die über ein Gelenk 64 miteinander verbunden sind. Die Schlauchklemme kann über eine Rasterung im Gelenk 64 definiert angewinkelt werden.

In der in Figur 6a gezeigten ersten Stellung (Filtrationsbetrieb der Filtereinrichtung) ist der Strömungsquerschnitt des Leitungsabschnitts 12 praktisch unbeeinträchtigt. In der in Figur 6b gezeigten zweiten Stellung (Spülbetrieb) ist einer der Klemmenabschnitte 60 um einen bestimmten Klemmwinkel α in Richtung des anderen Klemmenabschnitts 62 verschwenkt. Durch die so erreichte Klemmung vermindert sich der effektive Strömungsquerschnitt des Leitungsabschnitts 12 an der Klemmung, wodurch die gewünschte Flussminderung induziert wird.

Die Figur 7 zeigt eine siebte Ausführungsform des Flussminderers 10. Ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen sechsten Ausführungsform ist der Leitungsabschnitt 12 des Flussminderers 10 als flexibler Schlauch ausgebildet. Die gewünschte definierte Änderung des effektiven Strömungsquerschnitts, um einen normalen Filtrationsbetrieb der Filtereinrichtung mit großem Volumenstrom und einen Spülbetrieb mit deutlich verringertem Volumenstrom zu ermöglichen, erfolgt hier mit einem Stellglied 14 in Form einer abwinkelbaren Gelenkschiene. Die Gelenkschiene ist nach Art einer Knieorthese aufgebaut mit zwei im Wesentlichen starren Manschettenabschnitten 66, 68 und einem dazwischen liegenden Knickgelenk 70. Die beiden Manschettenabschnitte 66, 68 umgeben jeweils einen Teilabschnitt des Leitungsabschnitts 12. Mithilfe des Knickgelenks 70 kann der flexible Leitungsabschnitt 12 um einen bestimmten Winkel α geknickt werden, wodurch sich der effektive Strömungsquerschnitt um ein bestimmtes Maß verringert. Die zwei Knickstellungen und gegebenenfalls vorgesehene weitere Stellungen, insbesondere Zwischenstellungen, sind vorzugsweise als Raststellungen ausgebildet.

Bei der in den Figuren 8a und 8b gezeigten achten Ausführungsform ist im Leitungsabschnitt 12 des Flussminderers 10 ein Stellglied 14 in Form von beweglichen Klappen 72, 74 vorgesehen, die mittels Gelenken 76, 78 an der Wand 80 des Leitungsabschnitts 12 montiert sind. Durch Auslenkung der Klappen 72, 74 kann der effektive Strömungsquerschnitt beeinflusst werden. Die Klappen 72, 74 lassen sich durch ein Kraftfeld 82 auslenken, das die Wand 80 des Leitungsabschnitts 12 durchdringt. Das Kraftfeld 82 wird beispielsweise mithilfe eines außerhalb des Leitungsabschnitts 12 angeordneten Kraftfeldgenerators 84 durch elektromagnetische Wechselwirkung hervorgerufen.

Um ausgehend von der in Figur 8a gezeigten ersten Betriebsstellung des Flussminderers 10 eine definierte Verengung des effektiven Strömungsquerschnitts zu erreichen, wird ein Kraftfeld 82 ausreichender Stärke erzeugt. Die Klappen 72, 74 werden um ein vorbestimmtes Maß ausgelenkt. Die Auslenkung lässt sich beispielsweise durch Klappenanschläge begrenzen. Die Verengung führt zu einem um ein definiertes Maß erhöhten Flusswiderstand, was der zweiten Betriebsstellung des Flussminderers 10 entspricht.

Für diese Ausführungsform werden keine zusätzlichen Dichtungen etc. benötigt, da die beweglichen Bauteile des Stellglieds 14 innerhalb des Leitungsabschnitts 12 angeordnet sind und die Krafteinwirkung nicht mechanisch, sondern berührungslos erfolgt.

Eine neunte Ausführungsform des Flussminderers 10 ist in Figur 9 gezeigt. Der Leitungsabschnitt 12 des Flussminderers 10 umfasst hier einen Hauptleitungsabschnitt 86 mit einem Stellglied 14 in Form eines ersten Ventils 88 und einem Bypassleitungsabschnitt 90 zur Umgehung des ersten Ventils 88. Der Bypassleitungsabschnitt 90 hat einen gegenüber dem Hauptleitungsabschnitt 86 deutlich kleineren Strömungsquerschnitt und weist optional ein zweites Ventil 92 auf.

Gemäß einer ersten Variante dieser Ausführungsform wird das erste Ventil 88 im Hauptleitungsabschnitt 86 als reines Absperrventil genutzt. Im normalen Filtrationsbetrieb der Filtereinrichtung ist das erste Ventil 88 vollständig geöffnet und im Spülbetrieb vollständig geschlossen. In diesem Fall kann das Medium nur noch durch den Bypassleitungsabschnitt 90 strömen, was zu einem reduzierten Fluss durch den Flussminderer 10 mit korrespondierendem Druckanstieg (Gegendruck) führt. Das Maß der Flussminderung ist durch den Strömungsquerschnitt und die Länge des Bypassleitungsabschnitts 90 festgelegt. Optional kann durch das zweite Ventil 92 im Bypassleitungsabschnitt 90 der resultierende Fluss variiert werden.

In einer zweiten Variante der neunten Ausführungsform kann der Fluss durch den Hauptleitungsabschnitt 86 mittels des ersten Ventils 88 variiert werden. Das bedeutet, dass das erste Ventil 88 eine oder mehrere Zwischenstellungen einnehmen kann, sodass der resultierende Fluss durch den Flussminderer 10 und der Druck über einen wählbaren Bereich eingestellt werden können. Die verschiedenen Ventilstellungen sind als Raststellungen ausgebildet, um reproduzierbare Einstellungen zu ermöglichen. Auch das ggf. vorhandene zweite Ventil 92 kann so ausgebildet sein, dass es eine oder mehrere Zwischenstellungen, vorzugsweise ausgebildet als definierte Raststellungen, einnehmen kann. Dadurch stehen noch mehr Einstellmöglichkeiten zur Verfügung. Die oben beschriebenen Ausführungsformen eines Flussminderers 10 für eine Filtrationsvorrichtung sind beispielhaft und deshalb nicht einschränkend zu verstehen. So können etwa bestimmte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.

Bezugszeichenliste

10 Flussminderer

12 Leitungsabschnitt

14 Stellglied

16 Blende

18 Durchgangsöffnung

20 Betätigungselement

22 Schutzhülle

24 Körper

26 Durchgang

28 Fassung

30 Durchgangskanäle

32 Blendenabschnitte

34 Deckel

36 Blendenabschnitte

38 Zwischenräume

40 Strömungsdurchgang

42 erster Teilabschnitt

44 zweiter Teilabschnitt

46 Hülse

48 Innengewinde

50 Außengewinde

52 Spitze

54 Streben

56 Zwischenräume

58 Außenwand

60 erster Klemmenabschnitt

62 zweiter Klemmenabschnitt

64 Gelenk erster Manschettenabschnitt zweiter Manschettenabschnitt

Knickgelenk

erste Klappe

zweite Klappe

erstes Gelenk

zweites Gelenk

Wand

Kraftfeld

Kraftfeldgenerator

Hauptleitungsabschnitt erstes Ventil

Bypassleitungsabschnitt zweites Ventil