Wirbelschichtanlagen zum Granulieren und Beschichten von Partikeln sind allgemein bekannt, wobei diese An- lagen einen Behälter aufweisen, dem zu beschichtende Partikel zugeführt werden, die in einem gerichteten Gasstrom fluidisiert werden. An dem Behälter sind ein oder mehrere Sprühdüsen zum Einsprühen flüssiger und/oder gegebenenfalls pulverförmiger Stoffe ange- bracht, mit denen die fluidisierten Partikel be- schichtet werden sollen. Filter sind vorgesehen, um das Prozessgas abzuziehen, ohne die Partikel mitzu- reißen. Solche Anlagen dienen zum Verarbeiten von Partikeln in großen Mengen, d. h. zum Verarbeiten von großen Produktmengen und sie können nicht ohne weite-

res auf kleine Produktmengen angewandt werden.

Das Problem bei der Verarbeitung von Kleinstmengen besteht darin, dass sie wie bei pneumatischem Trans- port zumindest teilweise durch den Fluidisie- rungsstrom weggeführt werden, und bei den bekannten Wirbelschichtanlagen liegen diese Kleinstmengen im Rahmen der üblichen Materialverluste.

Weiterhin haften die Materialien zumindest teilweise an den Wänden oder dem Boden der Behälter an, wobei bei konventionellen Prozessen mit größeren Produkt- mengen die Produktanhaftungen durch das verwirbelte Produkt selbst abgereinigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelschichtvorrichtung für Kleinstmengen an Pro- duktteilchen zu schaffen, die einen äußerst hohen Wirkungsgrad aufweist und mit der die Feststoffteil- chen möglichst vollständig und gleichmäßig beschich- tet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Durch die in den Unteran- sprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Wei- terbildungen und Verbesserungen möglich.

Die erfindungsgemäße Wirbelschichtvorrichtung weist unter anderen einen konusförmigen Produktbehälter mit Siebboden auf, in den mittig eine Zweistoffdüse ein- gesetzt ist, die abhängig von dem zu bearbeitenden Produkt und der Prozessart in ihrer Höhe in Bezug auf den Siebboden verstellbar ist. Dem Siebboden ist min- destens ein Leitelement zugeordnet, das die Prozess- luft mit einer radialen Komponente zumindest teilwei- se in die Richtung der Zweistoffdüse führt. Aufgrund

der Luft-und Strömungsführungen und der Möglichkeit die Düse in der Düsenhalterung in ihrer Höhe ver- stellbar einzustellen, können geringe Mengen eines Produktes, die unterschiedliche Flug-und Trocken- und elektroisostatische Eigenschaften besitzen oder erhalten müssen in schonender Weise verarbeitet wer- den. Durch die Verstellbarkeit der Zweistoffdüse ge- gebenenfalls mit teilweiser Austauschbarkeit der Düsenhalterung mit unterschiedlichen Durchmessern der Ausströmöffnung des mindestens einen Luftführungska- nals ist eine gute Anpassung an die Prozessart z. B.

Coating/Granulation und die Eigenschaften des Produk- tes möglich. Aufgrund der gerichteten Luftanströmung am Siebboden wird sichergestellt, dass sich an keiner Stelle des Bodens Produkt anlagert und sich so dem Prozess entziehen kann. Insgesamt wird ein gleichmä- ßiges Granulations-oder Coatingergebnis erzielt, wo- bei eine Überfeuchtung der Feststoffteilchen aufgrund der Verstellbarkeit der Zweistoffdüse und gegebenen- falls der Austauschbarkeit der Düsenhalterung, d. h. einer den Luftführungskanal aufweisenden Ringkappe entgegengewirkt werden kann.

Vorzugsweise ist das Leitelement als am unteren Teil des Produktbehälters radial nach innen vorgesehener z. B. angeformter Flansch ausgebildet, wodurch zwi- schen Siebboden und Flansch ein Spalt mit zur Zwei- stoffdüse'gerichteten Öffnung zur radialen Luftfüh- rung entsteht. Es ist auch denkbar, dass das Leitele- ment als ringförmiger Einsatz ausgebildet ist. Die Düsenhalterung ist in dem in den Prozessbehälter hin- einragenden Bereich als gerader oder gekrümmter Kegel ausgebildet, dadurch wird die Führung der Teilchen in Bezug auf den von der Zweistoffdüse erzeugten Sprüh- kegel verbessert. Ebenfalls verbessert wird die Füh- rung der Partikel im Rückführstrom zur Düse hin.

In vorteilhafter Weise wird somit die Prozessluft in drei Komponenten aufgeteilt, eine Hauptprozessluft, die durch die Freifläche des Siebbodens strömt, eine erste Teilprozessluft, die in dem Spalt radial nach innen strömt und eine zweite Teilprozessluft, die ko- axial um die Düse herum in den Produktbehälter strömt.

Durch Vorsehen, eines Übergangsgehäuses zwischen Pro- duktbehälter und Filtergehäuse ist die Flugstrecke der Partikel verlängerbar, so dass ein Anhaften an den Filtern in dem Filtergehäuse verringert wird.

In vorteilhafter Weise ist in der Wand des Filterge- häuses oder des Übergangsgehäuses eine Beschickungs- vorrichtung eingesetzt, die eine dichtende Aufnahme für einen Versorgungsbehälter des Ausgangsproduktes aufweist. Diese Beschickungsvorrichtung ist so ausge- bildet, dass der Versorgungsbehälter in einer ersten Stellung verschlossen ist und in einer zweiten Stel- lung mit dem Innenraum der Vorrichtung in Verbindung steht. Es ist dadurch eine staubfreie und kontamina- tionsarme Befüllung der Anlage im laufenden Betrieb und eine geschlossene aseptische Prozessführung mög- lich. Die Anlage kann zusätzlich aufgrund der Größe im Gesamten in einen Abzugsschrank gestellt werden, so dass in Anlagenumgebung laminare Strömungsverhält- nisse der Luft erzielt werden können, die Kontamina- tionskeime der Luft gezielt abziehen.

Die Beschickungsvorrichtung kann revolverförmig aus- gebildet sein, d. h. es können mehrere Versorgungsbe- hälter an einer Trommel befestigt sein und eines der Behälter steht mit dem Innenraum in Verbindung.

In vorteilhafter Weise ist das Filtergehäuse und/oder das Übergangsgehäuse in Wirkverbindung mit einer Rüt- telvorrichtung, wodurch Anhaftungen an den Wänden des Gehäuses gelöst werden können.

Dadurch, dass die einzelnen Gehäuseteile durch lösba- re Schnellverbindungen miteinander verbunden sind, kann die Vorrichtung ohne Schwierigkeiten und in schneller Weise in ihre Einzelteile zerlegt und wie- der montiert werden, wodurch eine einfache Reini- gungsmöglichkeit und durch zusätzliche Autoklavier- barkeit die Voraussetzungen für eine aseptische Pro- zessführung gegeben sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich- nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be- schreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Wirbelschichtvorrichtung, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Produktbehäl- ters mit eingesetzter Düse, Fig. 3 einen Teilschnitt der verwendeten Zweistoff- düse, und Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt durch den Bo- denbereich des Produktbehälters.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfasst als Hauptbestandteile einen trichterförmigen Produktbe- hälter 1, der über einen Siebboden 2 mit einem Unter- teil 3 in Verbindung steht. Über dem trichterförmigen Produktbehälter ist ein Übergangsgehäuse 4 angeord- net, das gegebenenfalls weggelassen werden kann. Dies

ist durch die strichpunktierte Darstellung angedeu- tet. Weiterhin ist über dem Übergangsgehäuse 4 ein Filtergehäuse 5 vorgesehen, in das vorteilhaft als Metallfilter ausgebildete Filter 6 eingesetzt sind.

Es sind jedoch auch andere Filterarten verwendbar.

Produktbehälter 1, Unterteil 3, Übergangsgehäuse 4 und Filtergehäuse 5 sind lösbar miteinander verbun- den, wobei zwischen ihnen nicht dargestellte Dicht- ringe eingesetzt sind und wobei die jeweiligen Ver- bindungen über lösbare Schnellverbindungen, wie Klemmverbindungen realisiert sind, die beispielsweise aus die Außenränder der verschiedenen Gehäuseteile übergreifende Klemmreifen ausgebildet sind.

Wie näher aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist mittig in den Siebboden 2 eine Düsenhalterung 7 eingesetzt, in der eine als Zweistoffdüse ausgebildete Sprühdüse 8 verstellbar befestigt ist. Die Verstellbarkeit ist durch die die Düsenhalterung 7 durchgreifende und die Sprühdüse 8 festklemmende Rändelschraube 9 angedeu- tet. Selbstverständlich kann die Höhe der Zweistoff- düse 8 auch durch eine nicht dargestellte mechanische oder elektromechanische Verstelleinrichtung von außen verstellt werden, dies auch während des eigentlichen Prozesses, wobei eine Revisionsöffnung vorgesehen sein kann.

Die Sprühdüse 8 ist mit einer flexiblen Zerstäuber- luftzuführung 10 und einer flexiblen Sprühflüssig- keitszuführung 11 verbunden, die einerseits am Gehäu- se des Unterteils 3 und andererseits an der Sprühdüse 8 durch Schraubverbindungen festgelegt sind. Diese Zuführungen 10,11 sind mit entsprechenden Material- quellen verbunden.

Wie in Fig. 2 und Fig. 4 zu erkennen ist, ragt die

Sprühdüse 8 und ein Teil der Halterung 7 in den In- nenraum 12 des Produktbehälters 1 hinein und die zur Düsenachse koaxiale Düsenhalterung 7 ist in diesem hineinragenden Bereich als Kegel ausgebildet, gegebe- nenfalls kann sie auch eine mit einer konvexen oder konkaven Krümmung versehene Oberfläche haben. Die Dü- senhalterung 7 besteht aus zwei Teilen, einer Ring- kappe 13 und einer unteren Verschraubung 35, die vom Produktbehälter 1 und vom Unterteil 3 her, die Ränder des Siebbodens 2 einklemmend, miteinander verschraubt sind. Wie zu erkennen ist, ist die Halterung 7 mit Kanälen versehen, durch die Prozessluft 14-von unten in die Halterung 7 einströmen kann. Die Kanäle leiten Prozessluft durch die Halterung, derart, dass sie ne- ben der Sprühdüse 8 austreten und zur Führung der Partikel beitragen kann. Im Ausführungsbeispiel ist ein Ringkanal 36 vorgesehen, der in unmittelbarer Nä- he der Sprühdüse 8 liegt. Die Ringkappe 13 ist aus- tauschbar und kann so unterschiedliche Durchmesser des Ringkanals 36 umfassen, um an die jeweiligen Pro- zessbedingungen angepasst zu werden.

Das Unterteil 3 besitzt eine nicht dargestellte Zu- führung für den Prozess führende Prozessluft im Saug- oder Druckverfahren, die durch die Pfeile 14 angedeu- tet ist. Der Siebboden 2 ist in eine Vertiefung auf der Unterseite des Produktbehälters eingesetzt und wird durch das Unterteil 3 in der dargestellten Stel- lung festgelegt.

Der Produktbehälter ist in dem Übergangsbereich zwi- schen der Behälterwand und dem Boden mit Abrundungen versehen, die eine gleichmäßige Luftströmung unter- stützen. Selbstverständlich können andere Einbauten für die Luft-und Strömungsführung vorgesehen sein.

Oberhalb des Siebbodens 2 ist ein Leitelement 15 (siehe Fig. 4) angeordnet, das die durch den Siebbo- den 2 nach oben strömende Prozessluft 14 zumindest teilweise in eine radiale Richtung umlenkt, derart, dass ein zur Düse 8 gerichteter Luftstrom mit radia- ler Komponente entsteht. In der Detailansicht der Fig. 4 ist zu erkennen, dass das Leitelement 15 als ringflanschartiger Vorsprung ausgebildet ist, der an die Wand zusammen mit dem gekrümmten Übergangsbereich am unteren Teil des Produktbehälters 1 angeformt ist.

Im Querschnitt gesehen ist das Leitelement 15 zungen- förmig und zwischen Siebboden 2 und Leitelement 15 entsteht ein Spalt 37, der eine zur Sprühdüse 8 hin gerichtete Öffnung aufweist. Die im Randbereich durch den Siebboden tretende Prozessluft 14 wird an der Un- terseite des Leitelementes 15 abgelenkt und des ent- steht eine Strömung mit radialer Komponente.

Es sind neben der Zerstäuberströmung somit drei aus der Prozessluft abgeleitete, den Prozess unterstüt- zende Luftströmungskomponenten vorhanden, die eigent- liche Hauptprozessluft, die Radialströmung durch den Spalt 37 und die Strömung durch den Ringkanal 36. Der Spalt 37 hat dabei etwa eine Höhe von 1 mm. Die Weite des Ringkanals 36 der Ringkappe 13 kann zwischen 1/10 und 2 mm liegen.

Zur Messung der Prozesstemperatur im Produktbehälter 1 ist ein Temperaturfühler 16 in die Behälterwand eingesetzt.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist mit einer Rüttelvor- richtung bzw. einem mechanischen Klopfer 17 ausges- tattet, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als pneumatischer Vibrator ausgebildet und an der Wand des Filtergehäuses 5 befestigt ist, wobei der Klopfer

intermittierend aktiviert wird und gegebenenfalls an- haftendes Produkt von den Wänden ablöst.

Weiterhin ist eine Beschickungseinrichtung 18 für das Ausgangsprodukt vorgesehen, die einen in die Gehäuse- wand eingesetzten Stutzen 19 und eine drehbar mit dem Stutzen verbundene Hülse 20 umfasst. In dem Stutzen 19 ist ein Verbindungskanal 21 zum Innenraum des Fil- tergehäuses 5 eingearbeitet und die Hülse 20 umfasst eine Aufnahme 22 für einen Behälter 23 mit Ausgangs- produkt auf die Aufnahme 22 ist mit einem Gewinde und einem Dichtungsring 24 versehen, wobei der Behälter 23, der vorzugsweise als Aufgabeglas ausgebildet ist, ein entsprechendes Gewinde aufweist, derart, dass er in die Aufnahme 22 eingeschraubt werden kann. Im dar- gestellten Zustand, der die Beschickungsstellung zeigt, steht das Innere des Behälters 23 mit dem Ka- nal 21 und somit mit dem Innenraum des Filtergehäuses 5 in Verbindung. Die Hülse 20 ist in eine um 180° versetzte Stellung drehbar, in der das Glas bzw. der Behälter 23 mit seiner Öffnung nach oben zeigt, der Stutzen 19 jedoch die Öffnung verschließt. Die Be- schichtungseinrichtung ist so ausgelegt, dass er in geschlossenem Zustand auch einem eventuell in der An- lage auftretenden Überdruckereignis Stand hält, ohne Produkt an die Umgebung abzugeben. Ebenfalls aus Si- cherheitsgründen kann das Glas mit einem Edelstahl- mantel gekapselt sein. Somit hält die Anordnung auch während des Befüllvorganges einem Überdruckereignis stand.

An einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Beschi- ckungseinrichtung nach Art eines Revolvers angebildet sein, wobei an der Hülse 20 mehrere über den Umfang verteilte Aufnahmen 22 vorgesehen sind, von denen a- ber nur jeweils eine mit dem Verbindungskanal 21 in

Verbindung steht. Es können somit mehrere unter- schiedliche Ausgangsmaterialien und/oder gleiche Ma- terialien zu unterschiedlichen Zeiten eingeführt wer- den.

Ein Teil der Sprühdüse 8 ist in Fig. 3 dargestellt, sie weist einen Grundkörper 26 und einen dichtend in den Grundkörper eingesetzten Einsatz 27 auf. In den Grundkörper sind Kanäle 28,29 für die Zuführung von Sprühflüssigkeit und Zerstäuberluft eingearbeitet, wobei der Sprühdüsenkanal mit einer Düsenspitze 30 verbunden ist, die eine Düsenöffnung 31 für die Sprühflüssigkeit aufweist und von dem Einsatz 27 ü- bergriffen wird. Der Zerstäuberluftkanal 29 endet in einem um die Düsenspitze 30 vorgesehenen Ringraum 32, von wo die Zerstäuberluft durch einen Kanal 33 in der Düsenspitze 30 in einen Ringspalt 34 geleitet wird, derart, dass die aus dem Ringspalt 34 austretende Zerstäuberluft die aus der Düsenöffnung austretende Sprühflüssigkeit umgibt und mitreißt.

Die Funktionsweise und der Betrieb der Wirbelschicht- vorrichtung sind wie folgt. Bei Prozessstart wird zu- erst die gesamte aus den Gehäuseteilen 3, 1, gegebe- nenfalls 4,5 und einem Gehäuseteil, das auf das Fil- tergehäuse 5 aufsetzbar ist und den Luftabzug reali- siert, bestehende Prozesskammer mittels der"Haupt- prozessluft"14 so konditioniert, dass die maximale Temperaturdifferenz zwischen Zu-und Abluft minimiert ist, z. B. ein Kelvin beträgt. Während dieser Konditi- onierung bleibt die Prozesskammer leer, es wird kein Startmaterial vorgelegt und weiterhin wird auch noch keine Flüssigkeit versprüht. Dadurch wird sicherge- stellt, dass an den Behälterwänden kein Temperatur- gradient zur Prozessluft entsteht, wodurch es nicht zu Kondensationsvorgängen bzw. Anhaftungen von Pro-

dukt an der Behälterwand kommt.

Nach der durchgeführten Konditionierung wird über die Beschickungsvorrichtung 18 gezielt Startmaterial (Trägermaterialien wie z. B. Zucker, insbesondere Lak- tose, Saccharose, Mannitol, Sorbitol oder auch Treha- lose) der Prozesskammer zugeführt. Das Vorsehen der Beschickungsvorrichtung an der Seitenwand ist bewusst gewählt, damit das Produkt in den Einflussbereich der von der Sprühdüse 8 erzeugten Zerstäuberluftstrom kommt. Die Beschickung erfolgt bei geschlossener An- lage und bei weiterhin anstehender Prozessluft, d. h. der Prozess des Konditionierens wird nicht unterbro- chen. Durch die Gestaltung der Beschickungsvorrich- tung 18 wird sichergestellt, dass tatsächlich die ge- samte vorzulegende Startmenge dem Prozess verlustfrei zugeführt wird. Vorgesehen ist, dass unterschiedliche Startmengen zwischen 2 und z. B. 100 g zugeführt wer- den können. Dies ist möglich, da unterschiedlich gro- ße Aufgabegläser mit der Beschickungsvorrichtung ver- wendet werden können, wobei die Startmengen in den als handelsübliches Schnappdeckelglas ausgebildeten Behälter 23 eingefüllt oder direkt eingewogen wird.

Dieses Glas 23 wird mit der Öffnung nach oben in die Aufnahme 22 der Hülse 20 eingerastet, wobei sich die Beschickungsvorrichtung 18 dann in einer um 180° ge- schwenkten Position zu der Position in Fig. 1 befin- det. Beim Befüllen wird die Hülse 20 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung gedreht, wobei das Glas 23 exakt über dem schrägen Kanal 21 positioniert wird. Das Startmaterial wird quantitativ in die Prozesskammer überführt und nach dem Befüllvorgang wird die Hülse in die Ausgangsposition zurückgedreht. Danach wird das Ausgabeglas zurückgewogen, um die exakte Menge des wirklich zugeführten Startmaterials festzustel- len. Dies ist bei den zu verarbeitenden Kleinstmengen

sehr wichtig.

Bei einer revolverartigen Beschickungsvorrichtung sind mehrere feste Zwischenstellungen möglich, die Hülse 20 kann jeweils um einen durch die Anzahl der Aufnahmen vorgegebenen Winkelabschnitt gedreht wer- den.

Nachdem das Startmaterial aufgegeben wurde und sofern weiterhin keine Temperaturunterschiede zwischen Zu- und Ablufttemperatur vorliegen, kann mit dem Sprüh- vorgang begonnen werden. Beim eigentlichen Sprühpro- zess kann durch die Prozessparameter und die oben an- gegebene Verstell-und Austauschbarkeit der Sprühdüse 8 zwischen den Prozessarten Granulieren und Coating unterschieden werden.

Insbesondere bei Prozessbeginn bzw. beim Konditionie- ren der Anlage mit gerade eingefülltem Produkt ohne Flüssigkeit neigen die trockenen Partikel leicht zur elektrostatischen Aufladung und so zu Anhaftungen an der Behälterwand, so dass insbesondere in diesem Zu- stand der Klopfer 17 betätigt wird.

Die eingeführten Feststoffpartikel fallen aufgrund der entstehenden Luftströmung im Randbereich der Pro- zesskammer nach unten und gelangen in den Produktbe- hälter 1. Im, unteren Teil des Produktbehälters werden die Partikel aufgrund der am Siebboden 2 entstehenden radialen Komponente der Luftströmung zu der Düse ge- führt und dort nach oben beschleunigt. Während der Beschleunigung werden die Teilchen erwärmt und eine Trocknung findet statt. Die nach oben beschleunigten Teilchen passieren den Sprühkegel, der von der Zwei- stoffdüse 8 erzeugt wird, im Gleichstrom und mit ei- nem Abstand zur Düsenspitze. In diesem Kontaktbereich

ist der Sprühkegel bereits vollständig ausgebildet und sehr gleichmäßig, so dass es nicht zu einer Über- feuchtung der Feststoffteilchen kommt. Nach einer ge- wissen Flugstrecke nach oben wird die Strömungsge- schwindigkeit so gering, dass die Partikel umkehren und wieder in Richtung Produktbehälter 1 und Siebbo- den 2 fallen, wo sie das Luftpolster wiederum zwangs- weise in Richtung Düse führt. Einzelne Teilchen set- zen sich an den Filtern ab und werden gegebenenfalls durch Ausblasimpulse wieder dem Prozess zugeführt.

Beim Granulieren soll z. B. das vorgelegte pulverför- mige Startmaterial gezielt zu Granulaten aufgebaut werden. Derartige Granulate weisen dann die typischen Granulateigenschaften, wie z. B. Rieselfähigkeit, Staubfreiheit, Dosierbarkeit auf. Dabei muss die aus der Düse 8 ausgestoßene Sprühflüssigkeit ein Binde- mittel (wie z. B. HPMC, PVP) enthalten, wodurch das Aneinanderhaften einzelner Startkerne sichergestellt wird. Meistens ist in der Sprühflüssigkeit auch eine aktive Substanz enthalten, die so gezielt im Granulat eingelagert wird. Unter aktiver Substanz werden z. B. pharmazeutische Wirkstoffe verstanden, die im Rahmen der Laborentwicklung noch nicht in großen Mengen ver- fügbar sind und deshalb nur beschränkt zugänglich und gleichzeitig sehr teuer sind oder biopharmazeutische Wirkstoffe, wie z. B. Proteine, die entweder im huma- nen oder tierischen Organismus vorkommen und entspre- chend extrahiert werden müssen oder die rekombinant hergestellt werden können.

Bei Coating-Prozess wird gezielt vorgelegtes, verwir- beltes partikelförmiges Material oder schon zuvor be- arbeitete Granulat mit einer definierten Schicht ü- berzogen. Coating wird aufgetragen, um z. B. einen un- gewünschten Geschmack zu überdecken, um gezielten

Schutz des Kernmaterials gegen äußere Einflüsse zu erzielen oder um für pharmazeutische Wirkstoffe ein gezieltes Freisetzungsverhalten zu erreichen.

Die Wirbelschichtvorrichtung ist in ihren Abmessungen an die Kleinstmengen angepasst, beispielsweise hat der Produktbehälter ein Volumen von einem Liter. Bei diesen Kleinstmengen ist die Zerstäubung von unten nach oben sinnvoll und wichtig, wie sie oben be- schrieben wurde.