Der Automatisierungsgrad pharmazeutischer Abfüll- und Verpackungsanlagen hat sich in den vergangenen Jahrzehnten kontinuierlich erhöht. In modernen Hochleistungsanlagen überwacht das Bedienpersonal daher hauptsächlich Prozesse. Ob Qualitätskontrolle oder die Bestückung der Anlage: die meisten Arbeitsschritte übernimmt heute die Technik. Das betrifft auch so sensible und arbeitsintensive Tätigkeiten wie die Reinigung und Sterilisation der Anlage. CIP-Komponenten (Cleaning in Place) und SIP-Komponenten (Sterilisation in Place) sorgen dafür, dass die Anlage nach kürzester Zeit wieder produktionsbereit ist. Daher zahlt sich die Investition in solche Komponenten schnell aus.
CIP/SIP-Systeme kommen seit gut 50 Jahren in Branchen mit besonders kritischen Hygieneanforderungen zum Einsatz – neben der Pharmazie sind das vor allem die Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Das Grundprinzip ist seit jeher das gleiche: Mithilfe von Wasser, Hitze oder Reinigungsmitteln werden alle Maschinenteile, die mit dem Abfüllgut in Berührung kommen, gereinigt und sterilisiert. Und das, ohne dass Teile aus der Maschine aus- und wieder eingebaut werden müssen. Im Gegensatz zu den Anfängen sind diese Systeme heute technisch ausgefeilt und bieten eine große Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten. Sie sind für die meisten Dosiersysteme verfügbar, seien das Zeit-Druck-Verfahren, Peristaltikpumpen, Drehkolbenpumpen oder Einrichtungen zur Pulverdosierung. „In der Zwischenzeit können wir auch im Bereich Pulverabfüllung mit Schneckendosierern CIP/SIP-Lösungen anbieten“, sagt Andreas Bürckert, Experte für diese Systeme bei Bausch+Ströbel. Auch zahlreiche weitere Maschinenkomponenten, wie etwa Begasungseinrichtungen sind heute CIP/SIP-fähig.
Auf die Füllmaschine kommt es an
Die technischen Möglichkeiten sind in diesem Bereich inzwischen so groß, dass für fast jeden Anwendungsfall eine Lösung gefunden wird. Das bedeutet aber auch, dass ein auf den Kunden speziell zugeschnittenes System sorgfältig und in enger Zusammenarbeit mit ihm geplant und eingerichtet werden muss, weiß Bürckert. Das heißt, während die Verantwortlichen die Füllmaschine durchgehen, klären sie zeitgleich das CIP/SIP-System. Je nachdem, wie komplex das System ist, erfordert es einen mehr oder weniger intensiven Austausch zwischen Kunde und Planer. „Ist das System aber einmal in Betrieb, bietet es eine Fülle von Vorteilen“, hebt Bürckert hervor. Ein validierbarer Reinigungs- und Sterilisationsprozess geht dann ohne Aufwand automatisiert über die Bühne. Das System bietet so eine gleichbleibende Reinigungsqualität, Produktwege werden ohne Eingriffe sterilisiert. Da keine Montage und Demontage nötig ist, das Bedienpersonal in der Regel nicht in den Prozess eingreifen muss, sind mit dem CIP/SIP-System Bedienungsfehler und das Kontaminationsrisiko durch den Menschen minimiert. Umgekehrt muss auch das Bedienpersonal nicht mehr mit den zum Teil hochwirksamen Abfüllprodukten oder den Reinigungsmitteln in Berührung kommen. Da mittels CIP/SIP der Zeitablauf der Reinigung definierbar ist, wird auch die Produktionsplanung erleichtert.
Ablauf eines kundenspezifischen Projekts
Wie genau wird nun aber ein ganz auf die Bedürfnisse des jeweiligen Kunden abgestimmtes CIP/SIP-System entwickelt? Am Beginn jedes Projekts steht die Abklärungsphase, die in der Regel sehr intensiv ist; egal, ob es sich um eine gänzlich neue Abfüllanlage oder die Nachrüstung einer bereits bestehenden Maschine handelt. In dieser Phase wird gemeinsam mit dem Kunden ein Lastenheft erstellt. Hilfreich sind Standard-Schemata für verschiedene Abfüllsysteme, an denen sich der Kunde orientieren kann. Zudem ist es wichtig, Schnittstellen zu definieren. Vor allem, wenn es sich um die Integration eines CIP/SIP-Systems in eine bereits bestehende Anlage handelt. „Auf der Grundlage dieser Informationen erstellen wir ein kundenspezifisches Schema und darauf basierend ein Angebot“, erläutert Bürckert.
Ist das abgeklärt, geht es in die Konstruktions- und Fertigungsphase. Sie beginnt mit dem detaillierten kundenspezifischen Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema. Ist das vom Kunden geprüft und freigegeben, startet die Konstruktionsphase. In diesem Projektzeitraum ist es möglich, die Platzierung der geplanten Komponenten mit Hilfe eines Mockups zu prüfen und zu optimieren, zum Beispiel die optimalen Positionen für die Handschuheingriffe zu ermitteln. Hierfür gibt es die klassischen Mockups, vereinfachte, aus Holz oder Karton gefertigte Modelle der Anlage. Möglich ist aber auch der Einsatz eines Virtual Reality-Systems. Aus den Konstruktionsdaten erstellen die Planer ein 3D-Modell.
Mit Hilfe von 3D-Brillen ist es dann möglich an einer großen Leinwand mit einer stereoskopischen Darstellung der Maschine im Maßstab 1:1, die Erreichbarkeit einzelner Bauteile, zum Beispiel Filtergehäuse mit Integrititätstestanschlüssen, zu prüfen und Verbesserungsvorschläge sofort umzusetzen. Erst wenn alle Punkte vollständig abgeklärt sind startet die Fertigungsphase. Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Programmierphase. Für diese erstellt der Planer zunächst den Ventilstellungsplan, anhand dessen der gesamte Prozessablauf beschrieben werden kann – dies erfolgt in einer Excel-Datei. Um das Ablaufschema nachvollziehbarer zu machen, visualisiert er zudem den CIP/SIP-Ablauf. Ein interaktiver Rohrplan ermöglicht es, einzelne Schritte des Prozesses sichtbar zu machen. Ventile oder Rohrleitungen wechseln die Farbe, wenn eine Aktion ausgelöst wird. Für jeden Prozessschritt entsteht so eine eigene Aktionskarte. Besonders hilfreich sind diese bei umfangreichen Anlagen. So sieht der Bediener zum Beispiel auf einen Blick, welche Ventile geöffnet sein müssen, um einen bestimmten Strang zu reinigen.
Die einzelnen Verfahrensschritte werden dann automatisiert in das SPS-Programm der Anlage übertragen. Im Rahmen der Werksabnahme, des FAT (Factory Acceptance Test), zeigt sich nun Anhand verschiedener Testverfahren, ob das System tatsächlich die anfangs festgelegten Reinigungsergebnisse erbringt. Zum Standard gehört in dieser Phase auch ein Temperaturmapping. Hier klärt der Planer, ob sich am kältesten Punkt des Systems tatsächlich ein fest installierter Temperaturfühler befindet und das System über die komplette Sterilisationsphase konstant auf über 121 Grad aufgeheizt ist. Im eigenen Werk macht der Kunde dann Tests mit den tatsächlichen Abfüllprodukten. Auch hierfür steht das B+S-Team unterstützend zur Seite. „Dann steht dem Einsatz in der Produktion nichts mehr im Weg“, sagt Bürckert. Im Laufe seiner Tätigkeit hat er viele Systeme für Kunden geplant und installiert. „Über die Jahre hat sich die Technik natürlich immer weiter verfeinert“, hebt der Experte hervor. Derzeit gehe der Trend eindeutig zu mehr Flexibilität der Anlagen, wozu etwa die Möglichkeit eines Parallelbetriebs gehört – ein Dosiersystem wird gereinigt und sterilisiert während ein weiteres schon wieder im Produktionsmodus ist. „Sinnvolle Ergänzung klassischer CIP/SIP-Systeme sind auch Single-Use-Komponenten“, erwähnt Bürckert.
Diese Einweg-Systeme werden hauptsächlich für kleine Chargen verwendet und, um Kreuzkontamination zum CIP/SIP-System zu verhindern. Produktführende Teile wie zum Beispiel Schläuche und Behälter, sogenannte Bags, werden bei diesem Verfahren nach Gebrauch entsorgt. „Klassische Abfüllmethoden und Single-Use-Anwendungen stehen nicht in Konkurrenz“, weiß Bürckert aus Erfahrung. Vielmehr ist es der Wunsch der Pharmazeuten, je nach Anwendungsfall das eine oder andere Verfahren wählen zu können – und das auf ein und derselben Anlage. Sogenannte Hybridverfahren, also Anlagen, die sowohl Single-Use-Systeme verarbeiten können als auch festinstallierte Edelstahl-Bauteile enthalten, die ins CIP/SIP-System integriert sind, seien derzeit sehr gefragt, sagt Bürckert. Auch weitere unterschiedliche Füllsysteme lassen sich auf einer Anlage kombinieren – ebenfalls mit Anbindung an das CIP/SIP-System.
CIP/SIP-System in Racks und Schränken
Außerdem schreitet der Grad der Automatisierung weiter fort. So werden oftmals Produktprobeentnahmestationen vor und nach dem Produktfilter installiert, sowie Stationen für Probeentnahmen des Reinigungsmediums ohne Vorspülen, mit Vorspülen und mit Sterilisierung und Vorspülen. Bei herkömmlichen Anlagen muss das Bedienpersonal oftmals den richtigen Zeitpunkt abpassen, um ein Handventil zur Probeentnahme zu öffnen. In der integrierten Version wird dem Bedienpersonal zum richtigen Zeitpunkt die Meldung angezeigt, dass eine Probe entnommen werden muss. Auf diese Weise wird die Probeentnahme dokumentiert und kann im Batchreport aufgenommen werden. Wartungsfreundlichkeit ist eine weitere Anforderung, die an die Anlagen gestellt werden. Deshalb gehen Hersteller heute dazu über, das CIP/SIP-System statt in den Unterbau der Anlage in angeschlossenen Racks oder Schränken einzubauen. „Das braucht erst mal mehr Platz im Füllraum, zahlt sich auf Dauer aber aus, da die einzelnen Bauteile viel besser zu erreichen sind“, sagt der Experte des Spezialmaschinenbauers. Ein CIP/SIP-System erfordert zwar zunächst einen erhöhten Planungs- und Investitionsbedarf. „Durch die zahlreichen Vorteile, die sich durch die Installation bieten, etwa weniger Kontaminationsrisiken oder bessere Produktionsplanung, zahlt sich das aber wieder aus“, sagt Bürkert.
