In vielen Bereichen der Technik,
insbesondere in der pharmazeutischen Industrie aber auch in der Lebensmittelproduktion,
der elektronischen Industrie etc. werden Filtrationssysteme zur
Sterilfiltration von Gasen und Flüssigkeiten eingesetzt. Zur
Sterilfiltration kommen Sterilfilter mit Membranen aus unterschiedlichen
Polymeren zum Einsatz. Bei der Sterilfiltration von Gasen und bei
der sterilen Belüftung
von Behältern,
insbesondere in der pharmazeutischen Industrie, werden heute standardmäßig Sterilfilter
mit Membranen auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE; Teflon®)
eingesetzt.
Um den behördlichen Anforderungen der verschiedenen
Länder
und beispielsweise auch den sogenannten cGMP-Richtlinien (= current
Good Manufacturers Practice – Richtlinien)
und den Maßgaben
des Technical Report 26 der „PDA" (Parenteral Drug
Association) der USA zu genügen,
werden die Filtrationssysteme vor und/oder nach der Filtration und/oder
nach erfolgter Sterilisation mit sterilem Reindampf periodisch auf
ihre Integrität
hin überprüft, um damit
die Filtrations- und
Produktsicherheit zu gewährleisten.
Zu den Integritätstests
gehören
je nach Art und Anwendungsgebiet der Filtermembranen der Diffusionstest,
der Druckhaltetest, der Blasendrucktest (engt. bubble point test)
und der Wasser-Intrusions-Test
(WIT-Test), die auch im Pharmabereich mit den dort herrschenden
besonderen Sicherheitsanforderungen hinsichtlich der Sterilfiltration
zugelassen sind. Die vorgenannten, nicht-destruktiven Testmethoden
korrelieren mit destruktiven Belastungstests, den sogenannten Bakterienbelastungstests
(engl. bacteria challenge tests; BCT-tests) bei denen mit Standardtestkeimen
mit Hilfe standardisierter Testmethoden (ASTM 838-83) der Grad des
Bakerienrückhaltevermögens festgestellt
wird.
Bei der Verwendung von hydrophoben
Sterilfiltern bzw. hydrophoben Membranen, beispielsweise bei der
Sterilfiltration von Gasen oder bei der sterilen Belüftung von
Behältern,
wird die Integrität
der Membranen heutzutage meist mit Hilfe des Wasser-Intrusions-Tests überprüft.
Beim WIT-Test handelt es sich um
eine Testmethode, bei welcher die Kapillardepression an einer nicht
mit Wasser benetzbaren, d.h. hydrophoben Oberfläche gemessen und bewertet wird.
Mit dieser nicht-destruktiven Testmethode wird letztlich eine Aussage
hinsichtlich der Durchmesser der innerhalb der zu überprüfenden Membranmatrix
vorhandenen Porenstruktur getroffen. Wie erwähnt, werden die auf diese Weise
ermittelten Integritätstestwerte
hin zu einem destruktiven Bakterienbelastungstest (BCT-Test) korreliert.
Im Falle der Sterilfiltration von
Flüssigkeiten mit
hydrophilen Sterilfiltern bzw. hydrophilen Membranen erfolgt die
Integritätsprüfung zumeist
mit Hilfe des Diffusionstests. Dabei handelt es sich ebenfalls um
eine nicht-destruktive Testmethode, bei welcher die Diffusion eines
Gases durch eine Flüssigkeit,
welche sich in den Poren einer benetzten Membran befindet, gemessen
und bewertet wird. Auch hier wird eine Aussage bezüglich der
Durchmesser der in der Membran vorhandenen Porenstruktur getroffen,
wobei die ermittelten Integritätstestwerte
ebenfalls zu einem BCT-Test hin korreliert werden müssen.
Die Tests (WIT-Test und Diffusionstest)
werden praktisch ausschließlich
mittels der sogenannten Druckabfallmeßmethode in der nachfolgend
beschriebenen Weise durchgeführt.
Für
beide Tests kann eine wie in 1 schematisch
gezeigte Filtervorrichtung verwendet werden, die ein Behältnis 1 aufweist,
welches ein Filtergehäuse 2 und
ein darin angeordnetes Filtermaterial 3 (z.B. eine Sterilfilterkerze)
umfaßt.
Ferner weist die Filtervorrichtung Leitungen 4, 5 und 6 auf
sowie Ventile bzw. Absperrhähne 7, 8 und 9.
Beim WIT-Test von hydrophoben Filterelementen
wird das Behältnis 1 über Lei tung 4 mit
Wasser geflutet, bis das Filterelement 3 (z.B. die Filterkerze)
vollständig
von Wasser umschlossen ist.
Danach wird der Zustrom von Wasser
bei geschlossenem Ventil 8 noch so lange aufrechterhalten,
bis der Druck der oberhalb der Filterkerze 3 eingeschlossenen
Luft den Wert des einströmenden Wassers
erreicht hat. Danach wird Ventil 7 geschlossen. Zu diesem
Zeitpunkt existiert anströmseitig
in dem Raum zwischen dem Filtergehäuse 2 und der Filterkerze 3 ein
Zweistoffsystem aus Luft und Wasser, wobei die komprimierte Luft
einen Druck auf das (nicht komprimierbare) Wasser ausübt. Die
auf diese Weise auf das Wasser ausgeübte Kraft führt nun dazu, daß das Wasser
graduell in die Poren der (an sich hydrophoben) Membran der Filterkerze 3 eindringt. Durch
das Eindringen des Wassers in die Porenstruktur der Membran sinkt
das Niveau des Wassers in dem besagten Zweistoffsystem ab und das
Volumen der eingeschlossenen Luft vergrößert sich, wobei der Druck
abnimmt.
Auf andere Weise führt der
Diffusionstest von hydrophilen Filtern zum selben Ergebnis. Hier wird
ebenfalls das Behältnis 1 über Leitung 4 mit Wasser
geflutet, bis die Filterkerze 3 vollständig von Wasser umschlossen
ist. Bei geschlossenem Ventil 8 und geöffnetem Ventil 9 wird
solange Wasser zugeführt,
bis die Filterkerze über
eine gewissen Zeit komplett mit Wasser durchströmt wurde, welches über Leitung 6 aus
dem Behältnis 1 abgeleitet
wird. Danach wird das sich anströmseitig
in dem Raum zwischen Filtergehäuse 2 und
Filterkerze 3 befindliche Wasser über Leitung 4 abgelassen
und nach Entfernen des Wassers wird Ventil 7 geschlossen.
Anschließend
wird über
die Leitung 5 das Behältnis 1 mit
Druckluft beaufschlagt. Dadurch entsteht wiederum ein Zweistoffsystem
aus Luft und Wasser, wobei die komprimierte Luft einen Druck auf
das sich in den Poren der Membran der Filterkerze 3 befindliche Wasser
ausübt.
Solange der Druck der Luft nicht ausreicht, die Flüssigkeit
aus den Poren zu verdrängen, wird
ein Teil der Luft in das Wasser in den Poren eindringen und durch
die gefüllten
Poren zur sterilen Seite der Membran hindurchdiffundieren. Dadurch sinkt
ebenfalls der Druck in dem Raum zwischen dem Filtergehäuse 2 und
der Filterkerze 3.
Die Änderung des Drucks, d.h. der
erzeugte Druckgradient kann in beiden Test methoden mittels einer
hochpräzisen
Druckabfallmessung ermittelt werden. Der Druckabfall kann mit dem
Gesetz von Boyle-Mariotte in eine Volumenänderung und damit in einen
Durchflußwert
umgerechnet werden. Am Markt haben sich zwei Arten der Ermittlung
der Diffusions- bzw. Durchflußwerte
mit Hilfe der Druckabfallmeßmethode
etabliert, nämlich
die klassische Druckabfallmeßmethode
und die sogenannte Forward Flow Methode.
In der klassischen Druckabfallmeßmethode wird
der gesamte Druckabfall, welcher im Zweistoffsystem während der
gesamten Testzeit entsteht, gemessen und mit dem zu Beginn der Druckabfallmessung
vorhandenen Gasvolumen mit Hilfe des Gesetzes von Boyle-Mariotte
zu einem Durchflußwert
des Gases umgerechnet.
In der Forward Flow Methode wird
der zur Ermittlung der Integritätswerte
notwendige Druckabfall in viele kleine Einzeldruckabfälle aufgeteilt.
Das Verfahren wird wie vorstehend beschrieben durchgeführt mit
dem Unterschied, daß dann,
wenn ein zuvor festgelegter Druckabfallwert erreicht wurde, jeweils
die Menge an Gas aus einem Gasreservoir mit bekanntem Druck und
Volumen in das Meßsystem
nachgeliefert wird, die benötigt
wird, damit der Druck wieder auf den zu Beginn zur Messung vorhandenen
Ausgangsdruck gebracht wird.
Zur Ermittlung der Volumenänderung
und damit des Durchflußwertes
werden die einzelnen Druckluftportionen ermittelt und aufsummiert.
Dabei ist im Falle des WIT-Tests bei hydrophoben Filterns zusätzlich zu
beachten, daß das
System komplett mit Wasser geflutet sein muß, damit sich nur in dem nachzuliefernden
Gasvolumen ein Druckabfall bilden kann.
In der Forward Flow Methode erfolgt
die Ermittlung des notwendigen Durchflußwertes ebenfalls mit dem Gesetz
nach Boyle-Mariotte.
Die beschriebenen Meßmethoden
haben den Vorteil, daß die
Messung eines Druckabfalls mit den zur Verfügung stehenden Drucksensoren
sehr genau durchgeführt
werden kann. Ferner ist die Druckabfallmessung steuerungs- und verfahrenstechnisch
einfach zu bewerkstelligen.
Diesen Vorteilen stehen jedoch erhebliche Nachteile
gegenüber,
die in den physikalischen Gesetzmäßigkeiten begründet sind.
Die Meßmethoden verwenden
Gase als Meßmedium
und hängen
daher stark von der Thermodynamik der Gase ab. Dadurch reagieren
die Meßmethoden
sehr sensibel auf Umwelteinflüsse,
wie Temperaturschwankungen und auf kleinste Systemundichtigkeiten.
Zudem muß das
Volumen aus welchem heraus die Meßwerte ermittelt werden, sehr
akkurat ermittelt werden.
Ein weiterer gravierender Nachteil
besteht in dem Umstand, daß während der
Messung der Druck im System nicht konstant ist. Dies führt zu einer
unerwünschten
Verfälschung
der ermittelten Testresultate wegen der Abnahme des Transmembrandrucks
während
der Testzeit.
Schließlich ist als weiterer Nachteil
der bekannten Meßmethoden
anzuführen,
daß zur
möglichst
genauen Ermittlung von verläßlichen
Testresultaten eine relativ lange Meßzeit nötig ist. Wird diese Meßzeit nicht
eingehalten, sinkt die Prägnanz
und Genauigkeit der ermittelten Meßresultate in erheblichem Maße.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zur Prüfung
der Integrität von
Filterelementen, insbesondere Sterilfiltern anzugeben, welches die
Nachteile der bekannten Meßverfahren
nicht aufweist.
Insbesondere ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Integritätsprüfung von
Filterelementen bereitzustellen, das sowenig wie möglich von
sich ändernden
Umweltbedingungen beeinflußt
wird, das unter konstanten Druckverhältnissen durchgeführt werden
kann, um damit die systembedingte Ungenauigkeit der Messung bei herkömmlichen
Verfahren, die durch den während der
Messung sich verändernden
Testdruck hervorgerufen wird und die damit verbundenen Ergebnisverfälschungen
zu vermeiden, und das weniger Zeit als herkömmliche Prüfverfahren benötigt.
Diese Aufgabe wird durch die in den
Ansprüchen
gekennzeichneten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gelöst.
Die vorliegende Erfindung beruht
auf der Erkenntnis, daß die
vorgenannten Probleme dadurch gelöst werden können, daß bei dem erfindungsgemäßen Meßverfahren
der Durchfluß nicht
mehr über die
Umrechnung eines in einem Gasvolumen gemessenen Druckabfalls mit
Hilfe des Gesetzes von Boyle-Mariotte ermittelt wird, sondern über eine
direkte Messung eines Flüssigkeitsstroms.
Das erfindungsgemäße Verfahren
beruht somit auf der direkten Messung des Massenstroms einer Flüssigkeit,
was mehrere Vorteile mit sich bringt.
Bei der Flüssigkeit, zumeist Wasser, deren Massenstrom
gemessen wird, handelt es sich um ein in dem zu betrachtenden Druckbereich
nicht kompressiblen Stoff. Damit entfallen alle bei einer Messung
eines Gases sich als störend
auswirkenden Umwelteinflüsse.
Auch der gegenüber
Gasen wesentlich höhere
spezifische Wärmeinhalt
einer Flüssigkeit,
insbesondere Wasser, macht das System thermisch wesentlich stabiler
gegen schwankende Umweltbedingungen. Kleinste Systemundichtigkeiten
machen sich nicht oder zumindest nur in vernachlässigbarer Weise bemerkbar.
Die erfindungsgemäße Technologie
erlaubt die Durchführung
der Messung bei einem während
der Meßdauer
konstanten Systemdruck. Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
die benötigte
Testzeit in signifikanter Weise verkürzt werden.
Bei der Prüfung von hydrophoben Filtern
mit dem WIT-Test kommt noch hinzu, daß es sich bei der Flüssigkeit,
deren Massenstrom zu messen ist, um exakt den Stoff handelt, welcher
letztlich für
die Kapillardepression an einer nicht benetzbaren Fläche, d.h. der
hydrophoben Membran und somit für
die Intrusion in die Poren der hydrophoben Membran direkt verantwortlich
ist. Somit entfallen alle bisher notwendigen Umrechnungen zwischen
der Masse des gemessenen Gasstroms und der dazu korrelierenden Masse
der in die Membran eingedrungenen Flüssigkeitsmenge.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren
durchzuführende
Messung des flüssigen
Massenstroms kann in an sich bekannter Weiser durchgeführt werden
und ist nicht besonders beschränkt.
Als im erfindungsgemäßen Verfahren
besonders geeignete Verfahren sind das Hitzdraht-Meßverfahren
und das Coriolis-Meßverfahren
anzuführen,
wobei das letztgenannte zwar kostenintensiver ist, als das erste,
dafür über eine
extrem genaue Messung des Massenstroms der Flüssigkeit gestattet.
Beiden Verfahren ist gemeinsam, daß es sich
um Verfahren handelt, welche eine direkte Messung eines flüssigen Massenstroms
gestatten und die dafür
notwendigen Vorrichtungen sich in kompakt aufgebauten Meßzellen
unterbringen lassen. Damit sind beide Verfahren sowohl für die Integritätsprüfung von
hydrophoben als auch hydrophilen Filtermaterialien bestens geeignet.
Die Messung des Massenstroms der
Flüssigkeit
geschieht in einer Meßzelle,
wobei beide Meßzellentypen
(d.h. Meßzellen
für das
Hitzdraht-Verfahren und das Coriolis-Verfahren) jeweils einen Einlaß und einen
Auslaß für das zu
messende flüssige
Medium aufweisen. Die Ausgabe der jeweilig ermittelten Meßwerte kann
in analoger Weise (z.B. als 4–20
mA Signal) oder in digitaler Weise (z.B. in Form eines entsprechenden
RS–232/RS–485 Signals)
erfolgen.
Beide Massenstrommeßzellen
haben den Vorteil, daß sie
auch z.B. mittels Reindampf mit einer Temperatur von 121 °C sterilisiert
werden können. Dadurch
können
sie selbst in sterile Systeme integriert werden, wie sie in der
pharmazeutischen Industrie verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Dabei zeigen
2 eine
schematische Meßanordnung
zur Integritätsprüfung von
hydrophoben Filtern gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung; und
3 eine
schematische Meßanordnung
zur Integritätsprüfung von
hydrophilen Filtern gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung.
Da die Integritätsprüfung von hydrophoben und hydrophilen
Filtermaterialien gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung zwar demselben Prinzip unterliegt, jedoch
in unterschiedlicher Weise durchgeführt wird, werden beide Vorgehensweisen nachfolgend
näher erläutert.
Zunächst wird unter Bezugnahme
auf 2 die Integritätsprüfung eines
hydrophoben Filtermaterials mit dem WIT-Test beschrieben.
Die Meßanordnung umfaßt ein Behältnis 1 mit
einem Filtergehäuse 2 und
einem darin angeordneten Filterelement 3, z.B. eine Filterkerze,
dessen filterwirksame Fläche
aus einer hydrophoben Mikrofiltrationsmembran zur Sterilfiltration
gebildet ist. Ferner umfaßt
die Meßanordnung
einen druckfesten Vorlagentank 10 mit einer kapazitiven
Niveausonde und einer Temperaturmeßsonde, eine Druckregulierstation 17 zur
Regulierung des Gasdrucks, eine Druckgasquelle 18 und eine
Durchflußmeßzelle 24 mit
Meßwertaufnehmern
für Druck
und Durchflußmenge.
Die Meßanordnungsbestandteile
sind in der in 2 angegebenen
Weise durch druckfeste Leitungen (4, 5, 6, 14, 15, 16, 19, 20, 22)
miteinander verbunden, wobei in den Leitungen an den gezeigten Stellen
Ventile (7, 8, 9, 11, 12, 13, 21, 23, 25)
angeordnet sind.
An der Kopfseite des Vorlagentanks 10 befinden
sich eine Leitung 14 mit Membranventil 11 zum Befüllen des
Vorlagentanks 10 mit WFI-Wasser (d.h. "water for injection", ein hochreines, pyrogenfreies Wasser
mit einer Oberflächenspannung
von mindestens 70 dyn/cm2); eine Leitung 15 mit
Proportionaldruckregelventil 13 zur Verbindung des Vorlagentanks 10 mit
der Druckregulierstation 17, mit welcher der Druck des
für das
Verfahren benötigten
Druckgases (meist Druckluft) geregelt wird; und eine Leitung 16 mit
einem Sicherheitsventil 12. Die Druckregulierstation 17 ist über Leitungen 19 mit
Ventil 25 mit einer Druckgasquelle 18 verbunden.
Vom Boden des Vorlagentanks 10 führt eine Leitung zu einem T-Stück, von
welchem zwei Leitungen abzweigen, nämlich Leitung 20 mit
Ventil 21 zum Entleeren des Vorlagentanks 10 und
Leitung 22 mit Ventil 23, welche zur Durchflußmeßzelle 24 führt. Die
Durchflußmeßzelle 24 ist über Leitung 4 und
Ventil 7 mit dem Behältnis 1 verbunden.
Dieses weist am Kopfteil eine Leitung 5 mit Ventil 8 zum
Entlüften
des Behältnisses 1 auf.
Ein dem Behältnis 1 über Leitung 4 zugeführtes Medium kann
das Behältnis 1 auf
der Anströmseite
(Retentatseite) des Filterelements 3, z.B. einer Filterkerze
bei geöffnetem
Ventil 8 über
Leitung 5 verlassen oder bei geschlossenem Ventil 5 und
geöffnetem
Ventil 9 nur nach Passieren des Filterelements 3 über Leitung 6, welche
sich auf der Reinseite (Filtratseite) des Filterelements 3 befindet.
Im folgenden wird das Verfahren unter
Verwendung einer Filterkerze als Filterelement und Luft als gasförmiges Medium
beschrieben.
Zu Beginn der Messung wird der Vorlagentank 10 über Leitung 14 mit
WFI-Wasser gefüllt. Danach
werden die Ventile 11 und 12 geschlossen und der
Vorlagentank 10 über
das Proportionaldruckregelventil 13 mit Druckluft aus der
Druckluftquelle 18 beaufschlagt. Der im Vorlagentank 10 erzeugte Überdruck
fördert
das unter Druck stehende WFI-Wasser bei geschlossenem Ventil 21 und
geöffnetem
Ventil 23 über
die beiden Meßwertaufnehmer
für Druck
und Durchfluß in
der Durchflußmeßzelle 24 und
durch das geöffnete
Ventil 7 in den Anströmraum
des Behältnisses 1,
wobei das Entlüftungs-
bzw. Absperrventil 8 im Kopfteil des Behältnisses 1 geöffnet ist.
In Behältnis 1 steigt
das Niveau der Flüssigkeit
solange, bis der Flüssigkeitsspiegel
bis in das Entlüftungs- bzw.
Absperrventil 8 gestiegen ist. Das Entlüftungs- bzw. Absperrventil 8 wird
dann geschlossen bzw. ist so ausgestaltet, daß es in diesem Moment automatisch
schließt.
Sobald der Testdruck im System erreicht wurde,
beginnt die sogenannte Stabilisierungsphase. Dabei wird der im System
herrschende Druck soweit erhöht,
daß das
Wasser in die Poren der hydrophoben Membran einzudringen beginnt.
Dieser Druck wird als Arbeitsdruck oder Testdruck bezeichnet. Nun steht
das System unter dem realen Testdruck, welcher während der gesamten Stabilisierungszeit
(und der anschließenden
Meßphase)
konstant gehalten wird.
Sobald der vorbestimmte reale Testdruck
im System erreicht ist, beginnt die Stabilisierungszeit zu laufen.
Während
der gesamten Stabilisierungszeit wird bereits der entsprechende
Wasserdurchfluß in der
Durchflußmeßzelle 24 ermittelt
und protokolliert. Überschreitet
der während
der Stabilisierungsphase gemessene Durchfluß einen vom Filterhersteller
vorgegebenen Grenzwert, wird das Verfahren nicht in die Meßphase übergehen.
Vielmehr wird das Verfahren an dieser Stelle abgebrochen und es
wird eine entsprechende Fehlermeldung generiert, was im Ergebnis
bedeutet, daß das
Filtermaterial bzw. die Membran nicht mehr integer ist.
Nachdem sich in der Stabilisierungsphase ein
quasi-konstanter Durchfluß eingestellt
hat, beginnt die eigentliche Meßphase.
Während
der Meßphase
steht das System unter dem realen Testdruck.
Die Testzeit kann im Verfahren der
vorliegenden Erfindung sehr kurz angesetzt werden. Im Prinzip reichen
für die
Prüfung
des Filtermaterials auf Integrität
wenige Sekunden aus. Aus praktischen Gründen und um eine längere Aufzeichnungszeit
der Testwerte zu ermöglichen,
ist es vorteilhaft, die Testzeit auf etwa 10 Sekunden bis 2 Minuten
festzulegen; eine Testzeit von 60 Sekunden hat sich in der Praxis als
vorteilhaft erwiesen. Nach Ablauf der Meßzeit wird das System entleert.
Wenn das Behältnis 1 vollständig entleert
ist und der Druck im System vollständig abgebaut ist, ist der
Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prüfung der
Integrität
mit Hilfe des WIT-Tests beendet.
Die Prüfung der Integrität von hydrophilen Filterelementen
mit Hilfe des Diffusionstests in dem erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt mit einer wie in 3 schematisch
dargestellten Meßanordnung,
die gegenüber
der Meßanordnung
gemäß 2 abgeändert und ergänzt ist.
Die Meßanordnung zur Durchführung des Diffusionstests
umfaßt,
wie in 3 gezeigt, ebenfalls
ein Behältnis 1 mit
einem Filtergehäuse 2 und mindestens
einem darin angeordneten Filterelement 3, dessen filterwirksames
Material aus einer hydrophilen Mikrofiltrationsmembran zur Sterilfiltration
gebildet ist. Ferner umfaßt
die Meßanordnung
ebenfalls einen druckfesten Vorlagentank 10, eine Druckregulierstation 17,
eine Druckgasquelle 18 und eine Durchflußmeßzelle 24 sowie
Leitungen und Ventile, wie sie in 2 beschrieben
sind.
Zusätzlich bzw. in Abänderung
weist die Meßanordnung
gemäß 3 einen Zwischenbehälter 27 auf,
der über
Leitung 26 stromaufwärts
mit der Durchflußmeßzelle 24 und
stromabwärts über das Ventil 30 mit
dem Kopfteil des Behältnisses 1 verbunden
ist. Außerdem
ist die Druckregulierstation 17 über Leitung 28 mit
Ventil 29 ebenfalls mit dem Kopfteil des Behältnisses 1 verbunden. Über Leitung 31 und Ventil 32 kann
der Anströmraum
des Behältnisses 1 befüllt oder
entleert werden.
Vor Beginn der Integritätsprüfung mit
dem Diffusionstest wird das Filterelement 3, z.B. die hydrophile
Mikrofiltrationsmembran einer Filterkerze in an sich bekannter Weise
mit dem flüssigen
Meßmedium,
hier WFI-Wasser, benetzt.
Dann wird der Vorlagentank 10 über Leitung 14 mit
WFI-Wasser gefüllt.
Danach werden die Ventile 11, 12 und 29 geschlossen
und der Vorlagentank 10 über das Proportionaldruckregelventil 13 mit Druckgas,
d.h. im beschriebenen Fall mit Druckluft aus der Druckluftquelle 18 beaufschlagt.
Der im Vorlagentank 10 erzeugte Überdruck fördert das unter Druck stehende
WFI-Wasser bei geschlosssenen Ventilen 21 und 30 und
geöffneten
Ventil 23 über
Leitung 22 über
die beiden Meßwertaufnehmer
für Druck
und Durchfluß zunächst durch
die Durchflußmeßzelle 24 und
dann über
Leitung 26 in den Zwischenbehälter 27. Im Zwischenbehälter 27 beginnt sodann
das Niveau der Flüssigkeit
so lange zu steigen, bis der Druck der im Kopfteil des Zwischenbehälters 27 eingeschlossenen
Luft dem Druck im Vorlagentank 10 entspricht. Parallel
dazu wird die Anströmseite
des Behältnisses 1 über die
Leitung 28 und das geöffnete
Ventil 29 mit demselben Luftdruck beaufschlagt, der im
Vorlagentank 10 herrscht. Nun herrscht im gesamten System
derselbe Druck, nämlich
der Testdruck und die Druckaufbauphase ist damit abgeschlossen.
Zu Beginn der nun folgenden Stabilisierungsphase
wird das Ventil 29 geschlossen und das Ventil 30 geöffnet. Da
sich das System in einem stabilen Druckzustand befindet führt die
durch die Diffusion der Luft durch die mit Wasser gefüllten Poren
der Filtrationsmembran der Filterkerze 3 zur Reinseite entweichende
Luft zu einem Druckabfall im Anströmraum des Filtergehäuses 2 und
im Zwischenbehälter 27.
Der auf diese Weise entstehende Druckabfall
wird nun mittels des vom Vorlagentank 10 in den Zwischenbehälter 27 ständig nachströmenden Wassers
kompensiert, so daß der
Druck im System immer konstant ist. Da das Wasser zwischen dem Vorlagentank 10 und
dem Zwischenbehälter 27 über die Meßwertaufnehmer
in der Durchflußmeßzelle 24 geführt wird,
kann die durch Diffusion ent weichende Luft mittels der Flüssigkeitsmenge,
die zur Konstanthaltung des Drucks im System notwendig ist, exakt bestimmt
werden.
Während
der gesamten Stabilisierungszeit, die im WIT-Test etwa 10 min dauert
und im Diffusionstest variabel ist und beispielsweise 1 bis 5 min
betragen kann, wird bereits der entsprechende Durchfluß ermittelt
und protokolliert. Ist der während
der Stabilisierungsphase gemessene Durchfluß zu hoch, wird das Verfahren
nicht in die Meßphase übergehen. Das
Verfahren wird in diesem Fall abgebrochen und es wird eine entsprechende
Fehlermeldung generiert, was bedeutet, daß das Filtermaterial bzw. die Membran
nicht mehr integer ist.
Nachdem sich in der Stabilisierungsphase ein
konstanter Durchfluß eingestellt
hat, der einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, beginnt die eigentliche
Meßphase.
Auch während
der Meßphase steht
das System unter dem konstanten Testdruck.
Die im Diffusionstest benötigte Zeit
bewegt sich im selben Rahmen, wie vorstehend für den WIT-Test angegeben.
Nach Ablauf der Meßzeit wird
das System druckentlastet. Sobald das Behältnis 1 entlastet
ist und der Druck im restlichen System ebenfalls vollständig abgebaut
ist, ist der Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prüfung der
Integrität
mit Hilfe des Diffusionstests beendet.
In den Meßanordnungen, wie sie schematisch
in 1 und 2 dargestellt sind, wird
ein Behältnis 1 beschrieben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
jedoch auch zwei oder mehr Behältnisse 1 mit
Filterelementen gleichzeitig getestet werden. Dazu müssen lediglich
mehrere Behältnisse 1 in
analoger Weise in das System integriert werden. Ferner kann jedes
Behältnis 1 mehr
als ein Filterelement, z.B. mehrere Filterkerzen, enthalten. Beim Prüfverfahren
können
dann die einzelnen Behältnisse 1 mit
den darin befindlichen Filterelementen der Reihe nach in der beschriebenen
Weise getestet werden. Vorteilhafterweise wird jedoch im Fall mehrerer
Behältnisse 1 die
Stabilisierungsphase für
alle Behältnisse 1 gleichzeitig
durchgeführt
und danach die Ventile derart geschlossen, daß bei der eigentlichen Messung
nurmehr ein Behältnis 1 gleichzeitig getestet
wird. Dies hat den zusätzlichen
Vorteil, daß die
Länge der
Stabilisierungszeit nur einmal aufgewendet werden muß und danach
sehr schnell die Messung der Integrität der einzelnen Filterelemente durchgeführt werden
kann.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr
anhand von Beispielen, die in keiner Weise beschränkend wirken
sollen, näher
erläutert.