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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft eine Stellplatte für eine Gefriertrocknungsanlage und eine Gefriertrocknungsanlage mit einer Produktkammer und mindestens einer in der Produktkammer angeordneten Stellplatte.
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Gefriertrocknung, auch als Lyophilisation oder Sublimationstrocknung bezeichnet, ist ein Verfahren zur schonenden Trocknung hochwertiger Produkte, insbesondere Pharmaprodukte oder Biotechprodukte, beispielsweise Impfstoffe. Bei der Gefriertrocknung werden Eiskristalle eines zuvor tiefgefrorenen Produkts sublimiert.
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Bekannte Gefriertrocknungsanlagen umfassen eine Produktkammer, welche mit einem Kondensator verbunden ist. In der Produktkammer sind mehrere beheiz- und kühlbare Stellplatten vorgesehen, auf welchen insbesondere kleine Fläschchen, sogenannte Vials, platziert sind, in welche das zu trocknende Produkt abgefüllt ist.
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Die Stellplatten werden zum Temperieren des Produkts verwendet. Zum Trocknen des Produkts wird beispielsweise in einem ersten Schritt das in dem Produkt enthaltene gefrorene Wasser sublimiert. Zum Kühlen und/oder Wärmen der Stellplatten wird ein Wärme- und/oder Kälteträgerfluid, insbesondere ein Silikonöl durch die Stellplatten geführt. Für einen guten Kälte- und/oder Wärmeübergang ist es wünschenswert, eine Materialdicke der Stellplatten möglichst gering zu halten.
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Weiter ist es bekannt, die Stellplatten zum Verschließen insbesondere der Vials zu verwenden. Hierfür werden beispielsweise nach Abschluss des Gefriertrocknungsprozesses sämtliche Stellplatten derart eng zusammengefahren, dass eine oberhalb der Vials angeordnete Stellplatte die jeweils auf den Vials locker aufgesetzten Verschlüsse in die Vials drückt. Die Stellplatten müssen daher eine zur Aufbringung der Kräfte ausreichende Festigkeit aufweisen.
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Aus
WO 2007/085869 A1 und
EP 2 306 130 A2 sind jeweils eine Stellplatte und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt, wobei ein geeignet geformtes Stahlblech zwischen zwei Stahlplatten angeordnet ist und die so geschaffene Struktur mittels Endplatten verschlossen wird. Mittels des geformten Stahlblechs wird eine Vielzahl an parallel angeordneten Kanalabschnitten geschaffen, welche unter mehrfacher Umkehrung einer Strömungsrichtung seriell durchströmt werden.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Stellplatte für eine Gefriertrocknungsanlage und eine Gefriertrocknungsanlage mit einer Produktkammer und mindestens einer in der Produktkammer angeordneten Stellplatte zu schaffen, wobei die Stellplatte ein geringes Gewicht bei hoher Festigkeit aufweist.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Stellplatte für eine Gefriertrocknungsanlage geschaffen, welche zumindest teilweise aus Metallschaum, insbesondere aus einem Metallschaum aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, hergestellt ist.
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Als Metallschaum wird ein aufgeschäumter metallischer Werkstoff bezeichnet. Je nach Verfahren wird eine geschlossenporige oder offenporige Struktur geschaffen. Metallschäume weisen aufgrund ihrer Poren eine geringere Dichte und damit ein geringeres Gewicht als Bauteile mit gleichen Abmessungen aus dem gleichen Basismaterial auf. Metallschäume zeichnen sich aber auch durch eine hohe Festigkeit aus.
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Je nach Anforderung sind Metallschäume aus Kupfer, Titan, Stahl/Eisen oder deren Legierungen denkbar. Insbesondere werden in vorteilhaften Ausgestaltungen Metallschäume aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen eingesetzt. Derartige Metallschäume weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie hohe Festigkeiten bei geringer Dichte auf.
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In einer Ausgestaltung wird ein offenporiger Metallschaum eingesetzt, wobei eine Wärme- und/oder Kälteträgerfluid unmittelbar durch den Metallschaum geführt ist.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen ist ein Plattenelement aus einem offenporigen oder geschlossenporigen Metallschaum vorgesehen, in welches ein Kühlrohr eingebettet ist. Das Kühlrohr ist vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium. Ein Wärme- und/oder Kälteträgerfluid ist dabei durch das Kühlrohr geführt. Dadurch ist eine sichere Trennung des Wärme- und/oder Kälteträgerfluids von einem Produktraum gewährleistet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Stellplatte zwei planparallel angeordnete Plattenelemente aus Metallschaum, wobei zwischen den Plattenelementen ein Kühlrohr angeordnet ist. Die Plattenelemente weisen zu diesem Zweck insbesondere an den einander zugewandten Flächen jeweils eine nutförmige Ausnehmung für das Kühlrohr auf. Die nutförmigen Ausnehmungen sind auf einfache Weise in den Plattenelementen durch ein geeignetes Verfahren, insbesondere durch Fräsen, erzeugbar. Der Verlauf der Ausnehmung und damit auch des Kühlrohrs ist je nach Anwendungsfall geeignet wählbar. Vorzugsweise ist das Kühlrohr mäanderförmig gebogen, wobei einzelne Abschnitte des Kühlrohrs in einer Ebene der Stellplatte parallel zueinander angeordnet sind und in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden.
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In einer Ausgestaltung weist die Stellplatte an mindestens einer Außenseite an mindestens einer Außenseite eine Beschichtung auf. Mittels der Beschichtung wird beispielsweise ein Eindringen einer die Stellplatte umgebenden Flüssigkeit oder eines die Stellplatte umgebenden Gases in die Stellplatte verhindert. Gleichzeitig ist zumindest an einer Oberseite der Stellplatte, auf welcher die Vials im Gebrauch abgestellt werden, eine ausreichende Gleiteigenschaft sicherzustellen, sodass ein Verschieben der Vials beim Be- und Entladen möglich ist. Bei der Beschichtung handelt es sich in einer vorteilhaften Ausgestaltung um eine metallische Schutzschicht. Die metallische Schutzschicht wird in einer Ausgestaltung galvanisch in einer anderen Ausgestaltung durch Eintauchen in das jeweilige geschmolzene Metall aufgetragen. In anderen vorteilhaften Ausgestaltungen ist alternativ oder unter der metallischen Schutzschicht eine auf Keramik basierende Beschichtung vorgesehen, durch welche insbesondere verbesserte Gleiteigenschaften, eine verbesserte Verschleißfestigkeit und/oder verbesserte Reinigungseigenschaften, beispielsweise durch einen Lotuseffekt, erzielt wird. Die keramische Beschichtung wird vorzugsweise lackiert oder auf andere Weise mit einer Schutzschicht versehen.
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Für eine sichere Trennung von einer Umgebung und gute Gleiteigenschaften ist in einer Ausgestaltung eine Schutzschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung vorgesehen.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer Schutzschicht ist in einer anderen Ausgestaltung an mindestens einer Außenseite der Stellplatte eine Deckplatte vorgesehen. Die Deckplatte ist vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. In einer Ausgestaltung sind zwei Plattenelemente vorgesehen, welche vollständig durch Deckplatten eingehaust sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Gefriertrocknungsanlage mit einer Produktkammer und mindestens einer, in der Produktkammer angeordneten Stellplatte, die zumindest teilweise aus Metallschaum hergestellt ist, geschaffen. Die Gestaltung der Stellplatte, insbesondere eine Verwendung offenporiger oder geschlossenporiger Metallschäume, eine Dicke der Stellplatte etc. ist dabei in vorteilhaften Ausgestaltungen an die Anforderungen der Gefriertrocknungsanlage angepasst.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen schematisch:
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1 eine Gefriertrocknungsanlage mit einer Produktkammer,
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stellplatte in einer Vorderansicht,
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3 eine geschnittene Draufsicht auf die Stellplatte gemäß 2 bei einem Schnitt entlang einer Ebene III-III in 2,
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4 eine Vorderansicht eines Plattenelements Stellplatte gemäß 2, und
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5 ein zweite Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stellplatte in einer Vorderansicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt schematisch eine Gefriertrocknungsanlage 1 mit einer Produktkammer 10, in welcher mehrere, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel fünf Stellplatten 2 vertikal verstellbar gelagert sind. Oberhalb der Stellplatten 2 ist ein Drucktisch 14 vorgesehen. Der Drucktisch 14 ist mittels einer Hydraulikstange 15 mit einem außerhalb der Produktkammer 10 angeordneten Hydraulikzylinder 16 wirkverbunden. An einer Wand der Produktkammer 10 ist eine Be- und Entladetüre 18 vorgesehen. In anderen Ausgestaltungen erfolgen ein Beladen und ein Entladen über zwei, beispielsweise an gegenüberliegenden Seiten angeordnete Türen.
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Das in einer Gefriertrocknungsanlage zu trocknende Produkt ist in kleinen Fläschchen, sogenannten Vials (nicht dargestellt), oder andere Primärpackmittel abgefüllt.
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Zum Beladen der Produktkammer werden in einer Ausgestaltung die Stellplatten 2 nacheinander innerhalb der Produktkammer 10 auf Höhe der Be- und Entladetüre 18 angeordnet. Mit einem noch offenen Deckel versehene Vials werden über die Be- und Entladetüre 18 in die Produktkammer 10 auf eine der Stellplatten 2 transportiert. Nach dem Beladen wird die Stellplatte 2 zusammen mit bereits zuvor beladenen Stellplatten 2 in Vertikalrichtung nach oben verstellt. Dieser Vorgang wird bedarfsweise wiederholt.
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Für den Gefriertrocknungsvorgang wird zunächst das Produkt tiefgefroren und anschließend getrocknet. Der Trocknungsvorgang umfasst beispielsweise zwei Phasen, wobei in einer ersten Phase, der Primärtrocknung, in der Produktkammer 10 ein Vakuum erzeugt wird, um das in dem Produkt gefrorene Wasser oder Lösungsmittel zu sublimieren. Bei der Sublimation wird Energie aufgenommen. Diese Energie wird aus der Umgebungstemperatur bezogen. Um ein Abkühlen der Stellplatten 2 während der Sublimation zu vermeiden, wird den Stellplatten 2 so viel Wärme zugeführt, wie von dem Wasser oder Lösungsmittel als Sublimationsenergie aufgenommen wird. In einer zweiten Phase, der sogenannten Sekundärtrocknung, wird beispielsweise durch weiteres Erwärmen stärker gebundenes Wasser aus dem Produkt entfernt. Dabei werden die Stellplatten 2 gekühlt.
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Zum Kühlen und/oder Wärmen der Stellplatten 2 wird ein Wärme- und/oder Kälteträgerfluid durch die Stellplatten 2 geführt. Bei dem Wärme- und/oder Kälteträgerfluid handelt es sich beispielsweise um Silikonöl.
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Nach Beendigung des Gefriertrocknungsvorgangs werden die Stellplatten 2 zusammengeführt. Beim Zusammenführen kommt jeweils eine Unterseite einer Stellplatte 2 auf den Deckeln der Vials einer darunter angeordneten Stellplatte 2 zur Anlage, sodass die Deckel in die Vials mittels der Druckplatte 14 hineingedrückt werden, um die Vials zu verschließen.
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Nach Verschließen der Vials werden die Stellplatten 2 wieder voneinander entfernt und über die Be- und Entladeöffnung 18 wird die Produktkammer 10 Stellplatte 2 für Stellplatte 2 entladen.
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2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer zumindest teilweise aus Metallschaum hergestellten Stellplatte 2 in einer Vorderansicht bzw. einer geschnittenen Draufsicht bei einem Schnitt entlang einer Ebene III-III in 2. Die in 2 und 3 dargestellte Stellplatte 2 umfasst zwei planparallel angeordnete Plattenelemente 21 aus einem Metallschaum zwischen denen ein Kühlrohr 22 angeordnet ist. 4 zeigt eine Vorderansicht eines Plattenelements 21 der Stellplatte gemäß 2.
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Die Plattenelemente 21 weisen jeweils eine nutförmige Ausnehmung 23 für das Kühlrohr 22 auf. An den Enden des Kühlrohrs 22 sind Anschlussstutzen 24 vorgesehen. Eine Form der nutförmigen Ausnehmungen 23 und des Kühlrohrs 22 ist je nach Anwendungsfall durch den Fachmann geeignet wählbar.
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Im Gebrauch wird ein Wärme- und/oder Kälteträgerfluid durch das Kühlrohr 22 geführt. Bei dem Wärme- und/oder Kälteträgerfluid handelt es sich beispielsweise um ein Silikonöl. Das Kühlrohr 22 ist beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Dank des das Kühlrohr 22 umgebenden Metallschaums erfolgt eine schnelle Wärmeverteilung über die gesamte Stellplatte 2.
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Um eine Trennung der Stellplatte 2 von der Umgebung sicherzustellen weist die Stellplatte in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an den Außenseiten eine Schutzschicht 25, insbesondere eine Nickelschicht auf. Diese wird beispielsweise galvanisch aufgebracht.
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5 zeigt eine Vorderansicht einer alternativen Ausgestaltung einer zumindest teilweise aus Metallschaum gefertigten Stellplatte 2. Die Stellplatte 2 gemäß 5 ist ähnlich der Stellplatte 2 gemäß den 2 bis 4 und für gleiche Bauteile werden einheitliche Bezugszeichen verwendet. Die Stellplatte 2 gemäß 5 umfasst ebenfalls zwei Plattenelemente 20, 21 aus Metallschaum zwischen denen ein Kühlrohr 22 angeordnet ist. im Unterschied zu der oben beschriebenen Ausgestaltung weist die Stellplatte 2 gemäß 5 keine Vernickelung auf. Stattdessen ist an einer Oberseite und einer Unterseite der Stellplatte 2 jeweils eine Deckplatte 26 aus einem geeigneten Material, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung vorgesehen. Die Deckplatten 26 sind mit dem Plattenelemente 20, 21 verschweißt. Vorzugsweise sind an den senkrecht zu der Oberseite und der Unterseite angeordneten Seitenfläche der Stellplatte 2 ebenfalls Deckplatten vorgesehen, sodass die Plattenelemente 20, 21 aus Metallschaum vollständig eingehaust sind.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhaft und es sind andere Ausgestaltungen einer Stellplatte denkbar, welche zumindest teilweise aus Metallschaum hergestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/085869 A1 [0006]
- EP 2306130 A2 [0006]
