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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tankdruckregelung für ein, vorzugsweise
steriles, Abfüllen
eines Produkts aus einem Tank in eine Vielzahl von Containern.
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Beim
Abfüllen
eines sterilen Produkts aus einem Tank, bei dem es sich um eine
Art Zwischenspeicher handelt, muss in einem Kopfbereich des Tanks über dem
Produkt stets eine sterile Atmosphäre aufrecht erhalten werden.
Gleichzeitig ist es für das
Abfüllen
von immer gleichen Füllmengen
wichtig, dass der Druck im Kopfbereich des Tanks möglichst konstant
bleibt. Durch das wiederholte Abfüllen von Produkt kann der Produktspiegel
und damit ebenfalls der Druck im Kopfbereich deutlich absinken.
Dies kann zu geringeren Füllmengen
führen.
Andererseits kann durch ein zwischenzeitliches Nachfüllen einer zu
großen
Menge an Produkt die Atmosphäre
im Kopfbereich des Tanks so stark komprimiert werden, dass zu hohe
Drücke
und damit zu große
Füllmengen die
Folge sind.
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Die
bekannten Verfahren zur Druckregelung für das, vorzugsweise sterile,
Abfüllen
des Produkts aus einem Tank bedienen sich daher einer speziellen Einrichtung
zur Regelung des Drucks im Kopfbereich des Tanks. Man spricht in
diesem Zusammenhang auch von einem so genannten Sterilluftknoten.
Diese Einrichtung ist entweder dem Kopfbereich des Tanks oder einer
Leitungen zum Be- und Entlüften
des Tanks zugeordnet. Die Einrichtung weist neben einem Druckaufnehmer
auch einen Drucksteller auf.
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Sinkt
der Druck im Kopfbereich unter einen vorgegebenen Wert, so wird
sterile Luft in den Tank gedrückt,
bis sich der gewünschte
Druck im Kopfbereich einstellt. Zudem wird der Tankdruck bei Bedarf mit
der selben Einrichtung, und zwar durch Abblasen von steriler Luft
aus dem Kopfbereich, abgesenkt.
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Nachteilig
an dem bekannten Verfahren zur Tankdruckregelung sind der hohe Aufwand
für die Wartung
des Sterilluftknotens und die mit dem Ausfall eines Sterilluftknotens
verbundenen Stillstandszeiten der Abfüllanlage.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs
genannte und zuvor näher
beschriebene Verfahren zur Tankdruckregelung so auszugestalten und
weiterzubilden, dass die Wartungskosten eingespart und die Stillstandszeiten
der Abfüllanlage
verringert werden.
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Diese
Aufgabe ist bei dem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch
die folgenden Schritte:
- – Öffnen des Füllventils wiederholt zum wiederholten
Abfüllen
von Produkt,
- – Überwachen
eines von einem Füllstand
des Produkts im Tank abhängigen
Messwertes,
- – Verändern eines Öffnungsgrades
eines Pruduktzulaufventils zum Befüllen des Tanks in Abhängigkeit
des überwachten
Messwertes und
- – Halten
eines Belüftungsventils
zum Belüften
des Tanks während
des wiederholten Öffnens
des Füllventils,
des Überwachens
des Messwertes und des Veränderns
des Öffnungsgrades
in einer geschlossener Position.
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Die
Erfindung hat überraschenderweise
erkannt, dass auf die beim Verfahren des Standes der Technik verwendete
Druckregeleinrichtung ohne negative Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit
des Verfahrens verzichtet werden kann. Folglich lässt sich erfindungsgemäß der Wartungsaufwand
für die
apparativ aufwändig
ausgeführte
Druckregeleinrichtung einsparen.
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Des
Weiteren hat die Erfindung erkannt, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren
höhere
Betriebssicherheiten und damit verringerte Stillstandszeiten erzielt
werden können.
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Erfindungsgemäß wird während des
wiederholten, hintereinander erfolgenden Abfüllens gleicher Füllmengen
Produkt in verschiedene Container die Menge eines sterilen Gases
im Kopfbereich des Tanks konstant gehalten. Anders ausgedrückt bedeutet
dies, dass während
einer Reihe von aufeinander folgenden Abfüllprozessen weder steriles
Gas in den Kopfbereich des Tanks hinein gedrückt noch aus diesem abgelassen
wird. Das Belüftungsventil
wird statt dessen während
der gesamten Zeitdauer des Abfüllens
in einer geschlossenen Position gehalten.
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Währenddessen
wird jedoch ein Messwert überwacht,
der mit dem Füllstand
des Produkts im Tank variiert. Ausgelöst durch eine Variation des Messwertes
wird das Produktzulaufventil wenigstens zeitweise und wenigstens
teilweise bzw. wenigstens etwas weiter geöffnet. Durch das in den Tank
strömende
Produkt wird das sterile Gas im Kopfraum des Tanks sodann komprimiert,
bis die gewünschten
Bedingungen für
die nachfolgenden Abfüllprozesse, vorzugsweise
der gewünschte
Druck im Kopfraum, eingestellt sind/ist.
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Bei
dem sterilen Gas handelt es sich vorzugsweise um sterile Luft. Es
kann sich aber auch um jedes andere, vorzugsweise inerte, Gas handeln. Ebenso
spielt es grundsätzlich
keine Rolle, um welche Art von Produkt es sich handelt. Vorzugsweise handelt
es sich jedoch um ein fließfähiges Produkt. Zu
den fließfähigen Produkten
werden hier neben den flüssigen
Produkten auch pastöse
Produkte und Produkte mit sowohl flüssigen als auch stückigen Anteilen
gezählt.
Grundsätzlich
kann das Verfahren auch zum Abfüllen
rieselfähiger
Produkte verwendet werden. Dies ist jedoch weniger bevorzugt, da
die rieselfähigen
Partikel des Produkts in der Regel von einem kompressiblen Medium
wie Luft umgeben sind, wodurch die Tankdruckregelung erschwert wird.
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Das
Verfahren ermöglicht
ein Abfüllen
des Produkts sowohl unter atmosphärischen Bedingen als auch unter
einem Überdruck
oder einem Unterdruck, selbst wenn das Abfüllen im Unterdruck grundsätzlich nicht
und nur in Sonderfällen
bevorzugt sein wird. Flüssige
Produkte mit einer geringen Viskosität werden vornehmlich unter
atmosphärischem
Druck abgefüllt,
während
höherviskose
Produkte vorzugsweise unter einem Überdruck in die Container abgefüllt werden,
damit diese überhaupt
oder schneller in die Container gelangen.
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Unter
einem Container soll im Folgenden jeder Behälter verstanden werden, der
zur Aufnahme einer bestimmten Füllmenge
des Produkts vorgesehen werden kann. Bevorzugt handelt es sich um
eine Karton/Kunststoff-Verbundpackung.
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Nach
einer Lehre der Erfindung wird, sobald der Messwert einen ersten
Grenzwert unterschreitet, der Öffnungsgrad
des Produktzulaufventils vergrößert, bedarfsweise
ganz geöffnet.
Zusätzlich
oder alternativ kann der Öffnungsgrad
des Produktzulauftventils auch verringert bzw. in die geschlossene
Position gebracht werden, wenn der Messwert einen zweiten Grenzwert überschreitet.
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Die
Begriffe „Unterschreiten" und „Überschreiten" sind hier nicht
zwingend wörtlich
zu verstehen. Die Verwendung der Begriffe dient lediglich des besseren
Verständnisses,
da die Mehrzahl der vom Füllstand
des Produkts beeinflussten Messwerte wie hydrostatischer Druck,
Füllhöhe, Kapazität und der gleichen
mit abnehmendem Füllstand
ebenfalls sinken. Das „Überschreiten" und das „Unterschreiten" des jeweiligen Grenzwertes
unterscheidet sich lediglich darin, ob die Messwerte unmittelbar
vor dem Erreichen des Messwertes größer oder kleiner werden sind,
unabhängig
davon ob dem Begriff „Überschreiten" oder „Überschreiten" nun steigenden oder
fallenden Messwerten zugeordnet ist und damit dem üblichen
Sprachgebrauch entspricht. Um dem allgemeinen Sprechgebrauch zu
entsprechen kann der Messwert bedarfsweise auch mit dem Faktor „–1" multipliziert werden.
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Wird
der Öffnungsgrad
des Produktzulaufventils lediglich beim Überschreiten und/oder Unterschreiten
des jeweiligen Grenzwertes variiert, ist nur ein geringer regelungstechnischer
Aufwand zu betreiben.
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Der
Aufwand kann alternativ oder zusätzlich verringert
werden, indem der Öffnungsgrad
des Produktzulaufventils nur von einer, vorzugsweise vollständig, geschlossenen
Position in eine, vorzugsweise vollständig, geöffnete Position verändert wird.
Erfolgt die derartige Veränderung
des Öffnungsgrades in
Abhängigkeit
des Überschreitens
und/oder Unterschreitens eines entsprechenden Grenzwertes basiert
das Verfahren zur Tankdruckregelung bedarfsweise auf einer einfachen
Steuerung.
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Der
Umstand, dass in einem solchen Fall eigentlich nicht von einem Verfahren
zur Tankdruckregelung gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1 gesprochen werden kann, soll der Einfachheit halber
im Zusammenhang mit der Erfindung ohne Einschränkung derselben hingenommen
werden.
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Die
Stabilität
und die Zuverlässiger
des Verfahren können
verbessert werden, wenn der Öffnungsgrad
je nach Bedarf in einer Vielzahl möglicher Zwischenschritte zwischen
der, vorzugsweise vollständig,
geschlossenen Position und der, vorzugsweise vollständig, geöffneten
Position des Produktzulaufventils verändert werden kann. Das Verfahren kann
dabei wahlweise auf einer Steuerung oder einer Regelung beruhen.
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Der Öffnungsgrad
des Produktzulaufventils kann auch in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen
einem Ist-Wert des Messwertes und einem Soll-Wert des Messwertes
verändert
werden, wobei der Sollwert vorher festgelegt oder während der Durchführung des
Verfahrens veränderlich
sein kann. Es handelt sich dann um eine Regelung im eigentlichen
Sinne. Für
das Verfahren muss zwar ein entsprechender Regler vorgesehen werden.
Die Stabilität
und Zuverlässigkeit
des Verfahrens lässt
sich so jedoch steigern.
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Dies
lässt sich
alternativ oder zusätzlich auch
dadurch erreichen, dass der Öffnungsgrad
in Abhängigkeit
der Historie des Messwertes verändert wird.
Bedarfsweise kann der Öffnungsgrad
auch in Abhängigkeit
der Historie der Abweichung zwischen Ist-Wert und Soll-Wert verändert werden.
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Zur
Ermittlung des Messwertes kann ohne größeren messtechnischen Aufwand
beispielsweise der Druck im Kopfbereich des Tanks, der Druck des Produkts
auf einer Höhe
unterhalb des Füllstands, insbesondere
im Bodenbereich des Tanks aufgenommen werden. Ein aufwendigeres
aber gegebenenfalls auch genaueres Verfahren bedient sich eines
der vorgenannten Druckwerte lediglich zur rechnerischen Ermittlung
eines Messwertes. Zur rechnerischen Ermittlung können viele geeignete Parameter auch
ein weiterer der vorgenannten Druckwerte als Eingangsgrößen der
Berechnung verwendet werden.
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Die
Erfindung ist im Übrigen
nicht auf die Aufnahme von Druckwerten beschränkt. Zusätzlich oder alternativ zu einem
oder mehreren der vorgenannten Druckwerte kann beispielsweise auch
eine, vorwiegend elektrische, Füllstandsmessung
für das Verfahren
verwendet werden.
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Bildet
mehr als nur ein Messergebniss bzw. Messwert eine Eingangsgröße für die rechnerische Bestimmung
des Messwertes, kann es sich um Messungen unterschiedlicher physikalischer
Größen, vorzugsweise
jedoch um Messungen derselben physikalischen Größe an unterschiedlichen Messstellen handeln.
Zur Aufnahme jeder der verwendeten physikalischen Größen an jeder
verwendeten Messstelle kann vorzugsweise eine an sich bekannte Messeinrichtung
verwendet werden.
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Ganz
allgemein ist es bevorzugt, wenn in einem einleitenden Schritt des
Verfahrens das Belüftungsventil
zum Belüften
wenigstens des Kopfbereichs des Tanks mit dem sterilen Gas geöffnet wird, so
dass wenigstens der Kopfbereich des Tanks, vorzugsweise jedoch der
Tank als solches zunächst
unter sterilen Bedingungen mit dem sterilen Gas, vorzugsweise Luft,
gefüllt
ist. Das einleitende Öffnen
des Belüftungsventils
kann auch dem Einstellen eines gewünschten Drucks im bereits mit
Produkt gefüllten Tank
vor dem ersten Abfüllen
dienen.
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Erst
wenn das Produkt zu einem späteren Zeitpunkt
gewechselt werden soll, Wartungsarbeiten oder Reinigungsarbeiten
durchgeführt
werden sollen oder das Verfahren aus einem sonstigen Grund unterbrochen
werden muss, wird das Belüftungsventil wieder
geöffnet.
Dies kann dann sowohl einen Belüften
als auch einem Entlüften
dienen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand lediglich einer einzigen eine Vorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens schematisch darstellenden Figur näher erläutert.
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Die
dargestellte und in soweit bevorzugte Vorrichtung umfasst einen
Tank 1 mit einem Produkt 2 unter einer sterilen
Luftatmosphäre 3 im
Kopfbereich 4 des Tanks 1. Der Kopfbereich 4 kann über das Belüftungsventil 5 belüftet und
entlüftet
werden. Im Bodenbereich 6 des Tanks 1 ist ein
mit einem Füllventil 7 verbundener
Anschlussstutzen vorgesehen, durch den das im Tank 1 befindliche
Produkt 2 über eine
Füllleitung 8 in
die verschiedenen Container P abgefüllt wird. Das bereits abgefüllte Produkt,
um dessen Volumen der Füllstands
des Produkts 2 im Tank 1 abgenommen hat, kann über eine
ein Produktzulaufventil 9 aufweisende Produktzulaufleitung 10 ersetzt
werden Des weiteren weist der in der einzigen Figur dargestellte
Tank 1 im Bodenbereich 6 einen Druckaufnehmer 11 zur
Füllstandsmessung
auf.
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Verfahrensmäßig ist
vorgesehen, dass zunächst
der Tank 1 gereinigt und sterilisiert wird. Anschließend wird
bedarfsweise der Tank 1, das Belüftungsventil 5, das
Füllventil 7 und/oder
das Produktzulaufventil 9 geschlossenen, damit keine Verunreinigungen
in den Tank 1 gelangen können. Des Weiteren wird der
Tank 1 zu diesem Zweck mit steriler Luft gefüllt.
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Zum
Füllen
des Tanks 1 mit dem Produkt 2 wird das Produktzulaufventil 9 geöffnet. Das
in den Tank 1 strömende
Produkt 2 verdrängt
die im Tank vorhandene sterile Luft. Je nachdem, ob das Belüftungsventil 5 geschlossen
oder noch geöffnet
ist, wird die sterile Luft im Kopfbereich 4 des Tanks 1 komprimiert
oder entweicht die verdrängte,
sterile Luft über das
Belüftungsventil 5 und
die Belüftungsleitung 12. Ist
das Belüftungsventil 5 beim
erstmaligen Füllen des
Tanks 1 mit Produkt 2 noch nicht geschlossen,
so geschieht dies mit Erreichen eines vorbestimmten Füllstands
des Produkts 2, jedenfalls aber mit dem Ende des Einfüllens von
Produkt 2 in den Tank 1.
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Handelt
es sich bei dem Produkt 2 um ein Medium mit einer höheren Viskosität, so wird
das Belüftungsventil 5 vorzeitig
geschlossen, damit das Produkt unter einem Überdruck besser und schneller
in die dafür
vorgesehenen Container 8 abgefüllt werden kann. Bei Flüssigkeiten
mit einer niedrigen Viskosität wird
das Belüftungsventil 5 vorzugsweise
erst mit, vorzugsweise kurz vor, dem Ende des Einfüllens von Produkt 2 in
den Tank 1 geschlossen, da ein deutlicher Überdruck
für das
Abfüllen
solcher Flüssigkeiten
nicht erforderlich ist.
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Der
Anstieg des Füllstands
kann während des
erstmaligen Füllens
des Tanks 1 mit Produkt 2 über den im Bodenbereich 6 vorgesehenen
Druckaufnehmer 11 verfolgt werden. Das wiederholte Abfüllen von
Produkt 2 in die verschiedenen Container 8 wird
eingeleitet, indem das Füllventil 7 wiederholt und
aufeinanderfolgend geöffnet
und geschlossen wird.
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Im
Laufe der Zeit sinkt dann der Füllstand
im Tank 1. Währenddessen
erzeugt der Druckaufnehmer 11, vorzugsweise kontinuierlich,
einen vom Füllstand
abhängigen
Messwert und leitet diesen an eine Regeleinrichtung 13 weiter.
Diese speichert und verarbeitet die eingehenden Messwerte und entscheidet anhand
vorgegebener Regelparameter, ob Produkt 2 zugeführt werden
soll. Ist dies der Fall, steuert die Regeleinrichtung 13 das
Produktzulaufventil 9 an, woraufhin dieses ganz oder teilweise öffnet.
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Das
in den Tank 1 einströmende
Produkt 2 beeinflusst nun seinerseits den Messwert, so
dass die Regeleinrichtung 13 anschließend bedarfsweise eine variierte
Ansteuerung des Produktzulaufventils 9 vornimmt. Dann wird
das Produktzulaufventil 9 entweder etwas weiter geöffnet oder
etwas weiter, ggf. vollständig,
geschlossen.
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Obwohl
das Belüftungsventil 5,
vorzugsweise über
lange Zeit, geschlossen bleibt, wird das Belüftungsventil 5 bei
dem dargestellten und insoweit bevorzugten Verfahren der Einfachheit
halber ebenfalls von der Regeleinrichtung 13 angesteuert. Grundsätzlich könnte das
Belüftungsventil 5 aber auch
von einem anderen Stellwertgeber angesteuert oder sogar von Hand
betätigt
werden.
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Wie
der einzigen Figur ferner zu entnehmen ist, wird auch das Füllventil 7 von
der Regeleinrichtung 13 angesteuert. Auf diese Weise wird
der apparative Aufwand verringert, auch wenn die Ansteuerung des
Füllventils 7 grundsätzlich nichts
mit der Ansteuerung des Produktzulaufventils 9 zu tun hat.
Die Ansteuerung des Füllventils 7 könnte daher
ebenso von einem anderen Stellwertgeber übernommen werden. Einzig der
Druckaufnehmer 11 und das Produktzulaufventil 9 müssen über die
Regeleinrichtung 13 miteinander verbunden sein.
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Das
Belüftungsventil 5 wird
vorzugsweise erst dann wieder geöffnet,
wenn Wartungsarbeiten bevorstehen, eine Reinigung des Tanks erforderlich ist,
ein Produktaustausch ansteht oder dergleichen. Während der gesamten Zeitdauer,
in der das Belüftungsventil 5 geschlossen
ist, wird mit Hilfe der Regeleinrichtung 13 und durch die
Ansteuerung des Produktzulaufventils 9 sowie der dementsprechenden Veränderung
des Öffnungsgrades
desselben dafür gesorgt,
dass immer genügend
Produkt 2 im Tank 1 zum Abfüllen in die Container P vorhanden
ist und dass der Druck der sterilen Luft im Kopfraum 4 des Tanks 1 im
Wesentlichen konstant gehalten wird.