Druck- oder Volumenschwankungen eines Mediums in einem

kontinuierlich geführten biopharmazeutischen Prozess

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausgleich von kurzfristigen Druck- oder Volumenschwankungen eines Mediums in einem kontinuierlich geführten biopharmazeutischen Prozess.

Aus der Biopharmazie ist eine Vielzahl von Prozessen wie etwa Zellabtrennung (z.B. durch Tiefenfiltration), Sterilfiltration, Chromatographie, Virusinaktivierung, Virusfiltration und Crossflow-Filtration bekannt. Alle diese Prozesse stellen Grundoperationen dar, die regelmäßig zu unterschiedlichen Gesamtprozessen verschaltet werden. Hierbei wird unterschieden zwischen Chargenprozessen (engl.: batch mode), bei denen nach jedem Prozessschritt bzw. jeder Grundoperation das jeweilige Zwischenprodukt in einem Behälter gesammelt wird, und kontinuierlichen Prozessen, bei denen das Medium kontinuierlich und „on demand“ zur Verfügung gestellt wird. Unter einem kontinuierlichen Prozess soll hier auch ein quasikontinuierlicher Prozess verstanden werden, bei dem ein Zwischenpuffern und/oder ein Umschalten zwischen mehreren alternativen Flusswegen in einzelnen Prozessschritten stattfindet, aber dennoch ein stetiger Produktstrom generiert wird.

Wird eine Produktion in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt, so sind zur Verschaltung einzelner Prozessschritte besondere Vorkehrungen zu treffen. Bei den einzelnen Schritten kann prinzipbedingt, z.B. bei der Filtration, der Volumenfluss oder der Druck im verbindenden Leitungssystem stark schwanken. Auch spezielle Ereignisse, z.B. das Umschalten von einer Filtrationseinheit auf eine andere im Falle einer Verblockung eines Filters führt zu kurzeitig stark schwankenden Prozessbedingungen. Da jedoch viele Prozessschritte auf eine stationäre Bedingungen ausgelegt sind, ist ein kurzes Anhalten und ein anschließendes Wiederaufnehmen („Anfahren“) des Prozesses mit schwankenden Prozessbedingungen und damit mit schwankender Ausgangsqualität verbunden.

Um diesem Verhalten entgegenzuwirken, sind nach bestimmten Teilschritten oder nach den einzelnen Grundoperationen in der Regel Puffertanks vorgesehen, die ein gewisses Volumen Zwischenspeichern können, um so Schwankungen auszugleichen. Ein wesentlicher Nachteil der Verwendung solcher Puffertanks ist jedoch, dass jeweils ein aktives Element, insbesondere in Form einer Pumpe, benötigt wird, um gegebenenfalls den Volumenstrom und/oder den Druck im System aufrechtzuerhalten. Dies wiederum erfordert ein hohes Maß an Automatisierung.

Aufgabe der Erfindung ist es, in einem kontinuierlich geführten biopharmazeutischen Prozess auf einfache und effektive Weise einen Ausgleich von kurzfristigen Druck- oder Volumenschwankungen zu ermöglichen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausgleich von kurzfristigen Druck oder Volumenschwankungen eines Mediums in einem kontinuierlich geführten biopharmazeutischen Prozess umfasst einen mit einer Medium-durchströmten Prozessleitung in Strömungsverbindung stehenden Aufnahmeraum zum kurzzeitigen Speichern einer in den Aufnahmeraum hineinströmenden Überschussmenge des Mediums. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner einen Ausgleichsraum, der vom Aufnahmeraum durch ein auslenkbares, insbesondere flexibles und elastisch auslenkbares, Element getrennt ist und ein im Ausgleichsraum angeordnetes Gegendruckmittel zum Ausüben eines Gegendrucks auf das auslenkbare Element in Richtung des Aufnahmeraums. Alle medienberührenden Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind als Einweg-Komponenten ausgelegt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einem kontinuierlich geführten biopharmazeutischen Prozess die durch kurzfristige Druck- oder Volumenschwankungen verursachten Qualitätseinbußen vermieden werden können, indem nicht nur Auffangbehälter für das Medium bereitgestellt werden, sondern gleichzeitig Maßnahmen getroffen werden, um das nach einem Druckstoß oder einem Volumenüberschuss aufgefangene Medium dem Prozess automatisch wieder zuzuführen, sobald gegenteilige Bedingungen vorliegen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich also bei Bedarf Volumenschwankungen ausgleichen, und der Systemdruck kann weitgehend konstant gehalten werden, sodass die Prozessbedingungen stabil bleiben, ohne dass hierfür aufwendigere Lösungen mit zusätzlichen Pumpen in den Prozessleitungen notwendig werden. Insbesondere bei inkompressiblen Medien erhöht sich die Prozesssicherheit, da auch eine plötzliche dauerhafte Druckerhöhung abgefangen werden kann und der Druckanstieg im System langsamer voranschreitet bzw. reduziert wird. Damit verlängert sich auch das Zeitfenster für eine Notabschaltung des Prozesses.

Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung umfasst das Gegendruckmittel - abstrakt betrachtet - einen Energiespeicher, der durch das in den Aufnahmeraum hineinströmende Medium aufgeladen wird. Der Energiespeicher kann z.B. durch ein elastisch verformbares Element, wie etwa ein Schaumstoff oder ein Federelement, realisiert sein. Die gespeicherte Energie wird dann bei entsprechenden Bedingungen dazu genutzt, das Medium wieder aus dem Aufnahmeraum auszustoßen. Im einfachsten Fall wird dann überhaupt keine externe Energie benötigt, um die Druck- bzw. Volumenschwankungen auszugleichen.

Als auslenkbares Element eignet sich insbesondere eine Membran. Das Einspannen einer elastisch auslenkbaren Membran hat sich in anderen technischen Bereichen bereits bewährt, beispielsweise bei Ventilen zum Freigeben oder Schließen eines Ventilsitzes. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient die Membran dazu, das Volumen des Aufnahmeraums auf Kosten des Volumens des Ausgleichsraums kurzzeitig zu vergrößern, um dadurch einen Gegendruck im Ausgleichsraum aufzubauen. Als medienberührende Komponente ist die Membran als sterilisierte Einweg-Membran ausgelegt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht den Einsatz einer semipermeablen Membran oder allgemein eines semipermeablen auslenkbaren Elements vor. Dadurch lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung neben dem Ausgleich von Druck- oder Volumenschwankungen zusätzlich auch eine Entgasung des Mediums erreichen, was insbesondere bei Abfüllprozessen von Bedeutung ist.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann als auslenkbares Element auch ein Aufnahmekörper, insbesondere ein Ballon, oder ein dehnbarer Schlauchabschnitt zum Einsatz kommen. Der Aufnahmekörper bzw. Schlauchabschnitt bildet dann im Wesentlichen den gesamten Aufnahmeraum und ist dementsprechend als Einweg-Komponente ausgelegt.

Es ist grundsätzlich möglich, den Aufnahmeraum für das kurzzeitig zu speichernde Medium in einem Mehrweg-Behälter vorzusehen. Um einen Kontakt des Mediums mit der Behälterwand zu vermeiden, was ein Reinigen bzw. Sterilisieren vor und nach dem Prozess erfordern würde, kann der Aufnahmeraum in dem Behälter wenigstens teilweise durch eine Einweg-Einlage, beispielsweise eine geeignete Folie, begrenzt sein, d.h. diejenigen Bereiche des Aufnahmeraums, die nicht bereits durch eine Einweg-Membran oder dergleichen gebildet sind, werden durch die Einweg-Einlage begrenzt.

Als Gegendruckmittel im Ausgleichsraum kann ein Gas mit Überdruck (über Atmosphärendruck) vorgesehen sein, d.h. der Ausgleichsraum ist mit einem unter Druck gesetzten Gas befüllt. Grundsätzlich ist es auch möglich, einfach eine Flüssigkeit oder einen Festkörper im Aufnahmeraum zu platzieren, die/der dann mit ihrer/seiner Gewichtskraft einen Gegendruck auf die Membran in Richtung Aufnahmeraum ausübt. Als Festkörper eignet sich, wie oben bereits angedeutet, insbesondere ein elastischer Festkörper, der durch seine Verformung einen zusätzlichen Gegendruck ausübt.

In einer einfachen Ausführungsform ist der Ausgleichsraum mit dem darin befindlichen Gegendruckmittel geschlossen, sodass dieses (insbesondere im Falle von Druckgas) nicht entweichen kann. In einer komplexeren Ausführungsform ist ein in den Ausgleichsraum mündender Anschluss für eine Zufuhr oder eine Entnahme von Fluid vorgesehen. Mithilfe dieses Anschlusses lässt sich die Fluidmenge bzw. dessen Druck im Ausgleichsraum bei Bedarf verändern. An den Anschluss kann beispielsweise eine Konstantdruckquelle angeschlossen sein, um einen gleichmäßigen Druck im Ausgleichsraum zu gewährleisten, oder eine Spritze mit einer Spritzenpumpe.

Der in den Ausgleichsraum mündende Anschluss schafft auch die Möglichkeit, mithilfe einer Steuerung den Gegendruck im Aufnahmeraum in Abhängigkeit von gemessenen Druck- bzw. Volumenschwankungen zu regeln. Der Gegendruck wird in diesem Fall automatisch an die jeweiligen Bedingungen angepasst.

Bei der Wahl eines Gehäuses oder Behälters für die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf bewährte Einweg-Gehäusedesigns zurückgegriffen werden. Der Aufnahmeraum und der Ausgleichsraum können insbesondere in einem Einweg-Filtercapsulen-Gehäuse oder in einem Einweg-Filterkassetten-Gehäuse angeordnet sein. Solche Gehäuse haben den Vorteil, dass ihre Sterilisierbarkeit, Druckbeständigkeit und weitere Parameter genau bekannt sind. Außerdem lässt sich wenigstens einer der vorhandenen Anschlüsse des bekannten Gehäusedesigns bei erfindungsgemäßer Anwendung an die Prozessleitung anschließen und/oder für eine Zufuhr oder eine Entnahme von Fluid in bzw. aus dem Ausgleichsraum nutzen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Aufnahmeraum und der Ausgleichsraum in einem Gehäuse, vorzugsweise einem Zylinder, angeordnet und durch einen im Gehäuse verschiebbaren und gegen das Gehäuse abgedichteten Kolben getrennt. Der Kolben kann durch das in den Aufnahmeraum eindringende Medium gegen einen Widerstand in die eine Richtung und zum Ausstößen des Mediums in die andere Richtung verschoben werden.

Dazu kann der Kolben mit einer (mechanischen, pneumatischen oder elektromagnetischen) Kraft in Richtung des Aufnahmeraums beaufschlagt sein, insbesondere mit einer einstellbaren oder regelbaren Kraft.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung muss nicht zwingend an einer Abzweigung einer Prozessleitung angeordnet sein. Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht einen Mediumeinlass in den Aufnahmeraum und einen Mediumauslass aus dem Aufnahmeraum vor, wobei der Aufnahmeraum vom Ausgleichsraum umgeben ist, sodass die Vorrichtung im Durchfluss angeordnet werden kann. Das Medium durchströmt also den Aufnahmeraum und kann diesen bei Bedarf radial nach außen ausdehnen, wobei das Gegendruckmittel im Ausgleichsraum einen radial nach innen gerichteten Gegendruck aufbaut.

Bei dieser Ausführungsform kann der Aufnahmeraum zwischen dem Einlass und dem Auslass insbesondere durch einen elastisch dehnbaren Einweg- Schlauchabschnitt gebildet sein, der von einem starren oder flexiblen Behälter, insbesondere einer Hülle, umgeben ist, die stabiler als der Schlauchabschnitt ist.

Der dehnbare Schlauchabschnitt kann sich bei zu hohem Druck weiten und dadurch kurzfristig mehr Volumen aufnehmen. Das im Ausgleichsraum zwischen dem Schlauch und dem starren Behälter bzw. der stabilen Hülle angeordnete Gegendruckmittel sorgt dafür, dass sich der Schlauchabschnitt bei gegenteiligen Bedingungen wieder zusammenzieht, gegebenenfalls auf einen kleineren Durchmesser als unter Normalbedingungen, um jegliche Druckschwankungen zu glätten.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Ausgleich von kurzfristigen Druck- oder Volumenschwankungen eines Mediums in einem kontinuierlich geführten biopharmazeutischen Prozess, vorzugsweise unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Bereitstellen eines mit einer Medium-durchströmten Prozessleitung in Strömungsverbindung stehenden Aufnahmeraums;

- Aufnehmen einer ein den Aufnahmeraum strömenden Überschussmenge des Mediums im Falle eines Überdrucks oder eines Volumenüberschusses in der Prozessleitung;

- Aufladen eines Energiespeichers durch das in den Aufnahmeraum strömende Medium, und

- Ausstößen zumindest eines Teils der aufgenommenen Überschussmenge des Mediums aus dem Aufnahmeraum im Falle eines Unterschreitens eines Solldruckbereichs oder eines Unterschreitens eines Solldurchflussmengen bereichs durch Umwandlung der im Energiespeicher gespeicherten Energie. Wie zuvor erläutert kann dem Energiespeicher zusätzlich Energie von außen zugeführt werden, beispielsweise durch Anschließen des Aufnahmeraums an eine Druckquelle.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels einer Steuerung die Energiezufuhr in Abhängigkeit von gemessenen Druck- bzw. Volumenschwankungen geregelt. So ist fortwährend ein optimaler Ausgleich möglich, ohne dass manuell eingegriffen werden muss.

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:

- Figur 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausgleich von kurzfristigen Druck- oder Volumenschwankungen eines Mediums in einem kontinuierlich geführten biopharmazeutischen Prozess nach einer ersten Ausführungsform;

- Figur 2 eine schematische Schnittansicht einer ersten Variante der ersten Ausführungsform;

- Figur 3 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform;

- Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer dritten Variante der ersten Ausführungsform;

- Figur 5 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Aus gleichsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform in einer ersten Variante;

- Figur 6 eine schematische Schnittansicht der zweiten Ausführungsform in einer zweiten Variante;

- Figur 7 eine Explosionsansicht der zweiten Ausführungsform in einer dritten Variante;

- Figur 8 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Aus gleichsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform; - Figur 9 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Aus gleichsvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform; und

- Figur 10 eine schematische Schnittansicht einer Variante der vierten Aus- führungsform.

In den Figuren 1 bis 4 ist eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum Ausgleich von kurzfristigen Druck- oder Volumenschwankungen eines Mediums in einem kontinuierlich geführten biopharmazeutischen Prozess in verschiedenen Varianten dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Behälter 12 mit einem Bodenteil 14 und einem Aufsatz 16. Zwischen dem Bodenteil 14 und einem Rand 18 des Aufsatzes 16 sind eine die Innenwand bzw. Innenwände des Bodenteils 14 bedeckende Folie 20 und eine darüber angeordnete flexible Membran 22 eingespannt, z. B. mit Hilfe von Schnellspannern. Die Membran 22 unterteilt den Behälter 12 funktional in einen Aufnahmeraum 24 (unter der Membran 22) und einen Ausgleichsraum 26 (über der Membran 22). Der Aufnahmeraum 24 ist an eine Prozessleitung angeschlossen, durch die ein Medium während eines kontinuierlichen Prozesses strömt. Es kann ein einzelner Anschluss 28 vorgesehen sein, durch den Medium in den Aufnahmeraum 24 sowohl hinein- als auch herausströmen kann, oder es sind zwei getrennte Anschlüsse vorgesehen, die ggf. mit Rückschlagventilen ausgestattet sind, sodass durch den einen Anschluss nur Medium in den Aufnahmeraum 24 hineinströmen und durch den anderen Anschluss nur Medium aus dem Aufnahmeraum 24 herausströmen kann.

Die Folie 20 hat an dem Anschluss 28 bzw. an den Anschlüssen entsprechende Öffnungen, die gegen das Bodenteil 14 abgedichtet sind.

Der gemäß der Figur 1 geschlossene Ausgleichsraum 26 enthält ein Gegendruckmittel 30, das einen Gegendruck auf die Membran 22 ausübt, wenn diese in Richtung des Ausgleichsraums 26 ausgelenkt wird. Prinzipiell kann dies auf unterschiedliche Weise erreicht werden. Der Ausgleichsraum 26 kann vollständig oder nahezu vollständig mit einem Fluid 32, insbesondere Gas mit Überdruck (Druck über Atmosphärendruck) befüllt sein. Im Ausgleichsraum 26 kann alternativ oder zusätzlich ein elastischer Festkörper 34, z. B. ein Schaumstoff, angeordnet sein, wie bei der in Figur 4 gezeigten Variante. Der Ausgleichsraum 26 kann auch einen Festkörper oder eine Flüssigkeit mit einer bestimmten Mindestmasse enthalten, deren Schwerkraft auf die Membran 22 drückt.

Während diejenigen Komponenten der Vorrichtung 10, die das Medium berühren, wie etwa die Membran 22, vorsterilisierte Einwegkomponenten aus Kunststoff sind, können die anderen Komponenten der Vorrichtung 10, insbesondere der Behälter 12, wiederverwendbare Komponenten aus Edelstahl oder einem leicht zu reinigenden Kunststoff sein. Selbstverständlich können auch die anderen Komponenten oder ein Teil davon als Einweg-Komponenten ausgelegt sein.

Kommt es während der Durchführung des kontinuierlichen Prozesses zu einem Überdruck (Überschreiten eines Solldruckbereichs) oder einem Volumenüberschuss (Überschreiten eines Solldurchflussmengenbereichs) in der Prozessleitung, durch die das Medium strömt, wird eine entsprechende Überschussmenge des Mediums in den Aufnahmeraum 24 der Vorrichtung 10 hineingedrückt. Dadurch wird die Membran 22 gegen den Widerstand des im Ausgleichsraum 26 befindlichen Gegendruckmittels 30 ausgelenkt, in diesem Fall nach oben. Das Gegendruckmittel 30 kann als Energiespeicher verstanden werden, der durch das in den Aufnahmeraum 24 einströmende Medium (weiter) aufgeladen wird.

Das Gegendruckmittel 30 übt über die Membran 22 einen Gegendruck auf das im Aufnahmeraum 24 zwischengespeicherte Medium aus, wobei das Gegendruckmittel 30 und die Membran 22 so abgestimmt sind, dass das zwischengespeicherte Medium aus dem Aufnahmeraum 24 wieder ausgestoßen wird, idealerweise sobald der Solldruckbereich bzw. der Solldurchflussmengenbereich in der Prozessleitung unterschritten wird. Die Energie, die für das Ausstößen des Mediums aus dem Aufnahmeraum 24 benötigt wird, stammt von dem als Energiespeicher dienenden Gegendruckmittel 30, d.h. der Energiespeicher entlädt sich wieder.

Bei den in den Figuren 1 , 3 und 4 gezeigten Varianten ist am Behälter 12 zusätzlich ein Anschluss 36 vorgesehen, der in den Ausgleichsraum 26 mündet.

Durch diesen Anschluss 36 kann ein Fluid 32 (Gas oder Flüssigkeit) in den Ausgleichsraum 26 hinein- oder herausströmen. Dadurch ist es möglich, den Gegendruck auf die Membran 22 nach Wunsch einzustellen, z.B. über eine Konstantdruckquelle oder eine Spritze mit Spritzenpumpe. Mithilfe einer geeigneten Steuerung ist auch eine automatische Regelung des Gegendrucks in Abhängigkeit der gemessenen Druck- bzw. Volumenschwankungen im System möglich.

Als Membran 22 kann bei Bedarf eine semipermeable Membran gewählt werden, die so angeordnet ist, dass sie in Richtung des Ausgleichsraums 26 gasdurchlässig ist. In diesem Fall kann die Vorrichtung 10 zusätzlich zum Entgasen des Mediums genutzt werden, da im Medium enthaltenes Gas im Behälter vom Aufnahmeraum 24 durch die Membran in den Ausgleichsraum 26 entweicht.

Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen drei Varianten einer zweiten Ausführungsform der Ausgleichsvorrichtung 10, bei denen der Aufnahmeraum 24 und der Ausgleichsraum 26 jeweils in einem Behälter 12 in Form eines sterilisierten Einweg-Kunststoffgehäuses untergebracht ist, das in seiner Grundform an sich bekannt ist. Im ersten Fall wird das Gehäuse 38 einer im Wesentlichen zylinderförmigen Einweg-Filtercapsule (Figuren 5 und 6) als Behälter 12 verwendet, im zweiten Fall das Gehäuse 40 einer Einweg-Filterkassette (Figur 7).

Bei der in Figur 5 gezeigten ersten Variante der zweiten Ausführungsform ist zwischen einem unteren Anschluss 28 und einem oder zwei oberen Anschlüssen 36 des Filtercapsulen-Gehäuses 38 eine flexible Einweg-Membran 22 eingesiegelt, eingeklebt, eingeschweißt oder dergleichen, sodass das Filtercapsulen-Gehäuse 38 in einen Aufnahmeraum 24, hier unterhalb der Membran 22, und einen Ausgleichsraum 26, hier oberhalb der Membran 22, unterteilt ist. Der untere Anschluss 28 des Filtercapsulen-Gehäuses 38 wird in diesem Fall als Anschluss für die Mediumzu- und abfuhr genutzt, während der obere Anschluss 36, oder ggf. einer der oberen Anschlüsse 36, zur Zu- und ggf.

Abfuhr eines Fluids 32 als Gegendruckmittel 30 genutzt wird. Etwaige weitere Anschlüsse des Filtercapsulen-Gehäuses 38 bleiben im Betrieb geschlossen.

Anstelle der Membran 22 ist bei der in Figur 6 gezeigten Variante ein sterilisierter Einweg-Aufnahmekörper 42, hier in Form eines flexiblen Ballons , im Filtercapsulen-Gehäuse 38 untergebracht, das als Behälter 12 dient. Die einzige Öffnung 44 des Aufnahmekörpers 42 ist an den Mediumanschluss 28 gekoppelt und so abgedichtet, dass kein Medium in den verbleibenden Raum des Filtercapsulen-Gehäuses 38 eindringen kann. Das innere des Aufnahmekörpers 42 dient als Aufnahmeraum 24 zum Zwischenspeichern eines Mediumüberschusses, der verbleibenden Raum des Filtercapsulen-Gehäuses 38, der ggf. über einen oder mehrere weitere Anschlüsse 36 verfügt, dient als Ausgleichsraum 26, wie zuvor beschrieben.

Die grundsätzlichen Optionen für die Auswahl des Gegendruckmittels 30 und die grundlegende Funktionsweise der Vorrichtung 10, einschließlich der Optionen für die Einstellung des Gegendrucks im Ausgleichsraum 26, entsprechen bei allen Varianten der zweiten Ausführungsform denen der ersten Ausführungsform.

In Figur 7 ist eine dritte Variante der zweiten Ausführungsform der Ausgleichsvorrichtung 10 dargestellt. Hier ist als Behälter 12 das Gehäuse 40 einer quaderförmigen Filterkassette mit einem darin enthaltenen Aufnahmekörper 42 vorgesehen. Der Aufnahmekörper 42 ist an die Prozessleitung angeschlossen und passt seine Ausmaße entsprechend seinem Inhalt an (wie der Ballon bei der zweiten Variante der zweiten Ausführungsform). Der den Aufnahmekörper 42 umgebende, geschlossene Ausgleichsraum 26 enthält ein Gegendruckmittel 30, das einen Gegendruck auf den Aufnahmekörper 42 ausübt, wenn sich dieser in Richtung des Ausgleichsraums 26 ausdehnt. Grundsätzlich kann dies, wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen bzw. Varianten, auf unterschiedliche Weise erreicht werden. Der Ausgleichsraum 26 kann vollständig oder nahezu vollständig mit einem Fluid 32, insbesondere Gas mit Überdruck (Druck über Atmosphärendruck) befüllt sein. Im Ausgleichsraum 26 kann alternativ oder zusätzlich ein elastischer Festkörper 34, z. B. ein Schaumstoff, angeordnet sein. Es können auch Techniken zur Einstellung oder Regelung des Gegendrucks zum Einsatz kommen.

Eine Besonderheit aller Varianten der zweiten Ausführungsform ist die hohe Prozesssicherheit. Selbst bei Leckage der Membran 22 oder des Aufnahmekörpers 42 bleibt das Medium durch das sterilisierte Einweg-Gehäuse 38, 40 der Filtercapsule bzw. der Filterkassette steril und der Prozess bleibt geschlossen, d. h. es tritt kein Medium unkontrolliert aus dem Prozess aus.

In Figur 8 ist eine dritte Ausführungsform der Ausgleichsvorrichtung 10 dargestellt. Hier ist als Behälter 12 ein Zylinder 46 mit einem darin verschiebbaren Kolben 48 als Gegendruckmittel 30 vorgesehen. Der Kolben 48, hier im Zusammenspiel mit mehreren Dichtelementen 50, trennt den Zylinderraum in einen Aufnahmeraum 24 und einen Ausgleichsraum 26 wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Der Kolben 48 kann in Richtung des Aufnahmeraums 24 und zurück verschoben werden. Die Verschiebung des Kolbens 48 kann entweder alleine durch das in den Aufnahmeraum 24 eindringende Medium und die dagegen wirkende Gewichtskraft des Kolbens 48 gesteuert werden, oder der Kolben 48 wird in Richtung des Aufnahmeraums 24 „vorgespannt“ oder aktiv angetrieben. Dazu kann ein Fluid über einen Anschluss 36 in den Ausgleichsraum gepumpt, eine elektromagnetische Kraft oder eine Federkraft oder eine andere mechanische Kraft auf den Kolben 48 ausgeübt oder eine andere der zuvor beschriebenen Techniken zur Einstellung oder Regelung des Gegendrucks zum Einsatz kommen.

Die in Figur 9 gezeigte vierte Ausführungsform der Ausgleichsvorrichtung 10 ist anders als die bisher beschriebenen Ausführungsformen nicht an einer Abzweigung einer Prozessleitung, sondern direkt im Durchfluss angeordnet. Das bedeutet, dass das Medium, dessen Druck- oder Volumenschwankungen ausgeglichen werden sollen, auf einer Seite durch einen Einlass 52 in die Vorrichtung 10 eintritt und auf einer anderen Seite durch einen Auslass 54 wieder austritt.

Die Ausgleichsvorrichtung 10 kann in eine Haupt- oder eine Nebenleitung integriert sein. Die beiden Enden der Vorrichtung 10 können z.B. als Anschlussenden ausgebildet sein, die zu einem gängigen Tri-Clamp-Konnektor passen, wie in der in Figur 10 gezeigten Variante.

Zwischen dem Einlass 52 und dem Auslass 54 ist die Prozessleitung als elastisch dehnbarer, sterilisierter Einweg-Schlauchabschnitt 56 ausgebildet, z.B. aus Gummi. Dieser Bereich ist von einem stabilen und dichten Behälter 12 umgeben, der nicht zwingend als Einweg-Behälter ausgelegt sein muss.

Der Schlauchabschnitt 56 kann sich bei einem Überdruck in der Prozessleitung oder bei einem Volumenüberschuss ausdehnen und fungiert somit als zusätzlicher Aufnahmeraum 24 für das Medium. Der Bereich zwischen der Außenwand des dehnbaren Schlauchabschnitts 56 und der Innenwand des Behälters 12 dient als Ausgleichsraum 26. Der Behälter 12 kann einen Außenanschluss 36 aufweisen. Die Bereitstellung und ggf. Einstellung oder Regelung des Gegendrucks kann wiederum auf vielfältige Weise erreicht werden, wie zuvor beschrieben.

Anstelle eines starren Behälters 12 kann auch eine feste oder flexible Hülle, beispielsweise aus einem festen Kunststoff wie PE, als Behälter 12 um den dehnbaren Schlauchabschnitt 56 angeordnet und dicht an diesem befestigt sein. Die Hülle sollte aber stabiler bzw. weniger dehnbar als der Schlauchabschnitt 56 sein, um einen ausreichenden Gegendruck bereitstellen zu können. Die Kavität zwischen dem dehnbaren Schlauchabschnitt 56 und der Hülle stellt dann den Ausgleichsraum 26 dar. Druckschwankungen können somit durch Weitung oder Verengung des Schlauchabschnitts 56 und damit durch Volumenveränderung geglättet werden.

Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform kann auch bei allen anderen Ausführungsformen die Membran 22 bzw. das jeweilige auslenkbare Element (Aufnahmekörper 42, dehnbarer Schlauchabschnitt 56, etc.) das den Aufnahmeraum 24 vom Ausgleichsraum 26 trennt, als semipermeables Element ausgeführt sein, das in Richtung des Ausgleichsraums 26 gasdurchlässig ist, um eine Entgasung des Mediums in der Vorrichtung 10 zu ermöglichen.

Bezuaszeichenliste

10 Vorrichtung

12 Behälter

14 Bodenteil

16 Aufsatz

18 Rand

20 Folie

22 Membran

24 Aufnahmeraum

26 Ausgleichsraum

28 Anschluss

30 Gegendruckmittel

32 Fluid

34 elastischer Festkörper

36 Anschluss

38 Filtercapsulen-Gehäuse

40 Filterkassetten-Gehäuse

42 Aufnahmekörper

44 Öffnung

46 Zylinder

48 Kolben

50 Dichtelemente

52 Einlass 54 Auslass

56 Schlauchabschnitt