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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Füllvorrichtung zur Befüllung eines Behältnisses, insbesondere mit einer pharmazeutischen Flüssigkeit.
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Bei derartigen Füllvorrichtungen zur Befüllung von Behältnissen, insbesondere mit pharmazeutischen Flüssigkeiten, müssen selbst kleine Füllmengen mit einem Höchstmaß an Dosiergenauigkeit abgefüllt werden. Die pharmazeutischen Behältnisse werden hierbei mittels eines Füllsystems in einem einzigen Füllvorgang mit einer definierten Füllmenge befüllt. Das Füllgewicht wird in einer Steuereinheit über eine Differenzbildung von Bruttogewicht nach der Befüllung und Taragewicht vor der Befüllung ermittelt und das ermittelte Nettogewicht zur Regelung des Füllsystems herangezogen. Zu Beginn der Abfüllung sind einige zu verwerfende Probefüllungen notwendig, um das Füllsystem zu entlüften und in einen akzeptablen Bereich um die Sollfüllmenge zu regeln. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 199 51 555 A1 bekannt. Hierbei ist bei einem fast leeren Vorratsbehälter ein Wiegevorgang vorgesehen, um während der Befüllung des Behältnisses das Gesamtgewicht zu messen. Auf der Basis des gemessenen Gewichts und des vorbestimmten Sollgewichts des Behältnisses wird die abzufüllende Flüssigkeitsmenge dosiert. Der Füllvorgang erfolgt jedoch sehr langsam, da in einem einzigen Abfüllschritt die gesamte Füllmenge mit hoher Genauigkeit befüllt werden muss.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Befüllung eines Behältnisses, insbesondere mit einer pharmazeutischen Flüssigkeit, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der Füllvorgang mit höherer Geschwindigkeit und mit höherer Präzision ausgeführt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Füllvorrichtung eine erste Fülleinheit, welche eine Teilbefüllung des Behältnisses ausführt und das Behältnis nur teilweise befüllt, und eine zweite Fülleinheit umfasst, welche eine Endbefüllung des Behältnisse ausführt und das Behältnis abschließend befüllt. Ferner ist wenigstens eine Waage, welche das leere Behältnis, das teilbefüllte Behältnis und das endbefüllte Behältnis wiegt, sowie eine Steuereinheit vorgesehen, welche mit der ersten Fülleinheit, der zweiten Fülleinheit und der Waage verbunden ist und ausgelegt ist, basierend auf den ermittelten Werten der Wiegevorgänge durch die Waage die erste und/oder zweite Fülleinheit zu steuern. Weil das Füllgewicht der Teilbefüllung gemessen wird und eine Abweichung durch Anpassung einer erforderlichen Restfüllmenge kompensiert wird, ist das ermittelte Nettogewicht nur durch die Waage und die zweite Fülleinheit toleranzbehaftet. Somit kann die Gesamt-Fülltoleranz gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbessert werden. Die erfindungsgemäße Füllvorrichtung kann problemlos auch zur Befüllung von Kleinstmengen mit sehr enger Gewichtstoleranz von pharmazeutischen Flüssigkeiten in Behältnisse eingesetzt werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Füllvorrichtung eine zweite Waage, welche mit der Steuereinheit verbunden ist. Hierbei wiegt die erste Waage ausschließlich das leere Behältnis und die zweite Waage wiegt das teilbefüllte Behältnis und das endbefüllte Behältnis. Weiterhin bevorzugt umfasst die Füllvorrichtung eine dritte Waage, wobei die erste Waage das leere Behältnis wiegt und die zweite Waage das teilbefüllte Behältnis wiegt und die dritte Waage das endbefüllte Behältnis wiegt. Durch diese Anordnungen kann ein Höchstmaß an Prozesssicherheit sichergestellt werden. Zudem ist eine deutliche Steigerung der Geschwindigkeit bzw. Optimierung der Taktzeit des gesamten Befüllungsprozesses und somit des Durchsatzes befüllter Behältnisse erreichbar.
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Vorzugsweise beträgt eine Füllmenge der ersten Fülleinheit 80% bis 99%, vorzugsweise 90% bis 95% der gesamten Füllmenge des Behältnisses. Somit kann der überwiegende Teil der Füllmenge mit minimalem Zeitaufwand und großem Toleranzbereich in das Behältnis eingefüllt werden. Die hierbei auftretenden Füllmengentoleranzen können bei der Endbefüllung mittels der zweiten Fülleinheit entsprechend kompensiert werden.
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Weiterhin bevorzugt ist die erste Fülleinheit auf eine hohe Füllgeschwindigkeit ausgelegt und die zweite Fülleinheit vorzugsweise auf eine hohe Füllgenauigkeit ausgelegt. Hierbei weist die erste Fülleinheit vorzugsweise eine höhere Füllgeschwindigkeit als die zweite Fülleinheit auf, vorzugsweise mindestens doppelt so hoch. Die zweite Fülleinheit weist weiter bevorzugt eine höhere Füllgenauigkeit als die erste Fülleinheit auf, vorzugsweise mindestens doppelt so genau. Dadurch kann die von der ersten Fülleinheit abgefüllte Teilfüllmenge mit einer Dosiervorrichtung, insbesondere einer Dosiernadel, mit großem Durchmesser und/oder mit einem hohen Dosierdruck in das Behältnis gefüllt werden. Eine enge Fülltoleranz ist hierbei nicht erforderlich. Die Auslegung der zweiten Fülleinheit auf eine hohe Füllgenauigkeit kann mittels Dosiervorrichtungen mit kleinem Durchmesser und/oder mit einem niederen Druck erfolgen, da der Anteil der Restfüllmenge an der Gesamtfüllmenge sehr gering ist. Damit ist auch der Anteil der Fülltoleranz an der Gesamtfüllmenge sehr gering, was zu einer signifikanten Verbesserung der Füllgenauigkeit führt. Auch wird die Gesamtfüllzeit deutlich reduziert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste und zweite Fülleinheit eine Vielzahl von parallelen Füllstrecken, um gleichzeitig mehrere Behältnisse zu befüllen. Die ersten und zweiten Fülleinheiten können hierbei vorzugsweise nebeneinander bzw. in Reihe angeordnet sein, wodurch eine besonders kompakte Bauform der gesamten Füllvorrichtung realisiert wird. Ferner wird dadurch ein wirtschaftlicher Betrieb der Füllvorrichtung in einem größeren Durchsatzbereich mit minimiertem Platzbedarf ermöglicht.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Befüllen eines Behältnisses mittels einer Füllvorrichtung mit einer ersten Fülleinheit, einer zweiten Fülleinheit, wenigstens einer Waage und einer Steuereinheit. Hierbei erfolgt in einem ersten Schritt das Wiegen des leeren Behältnisses, um einen ersten Gewichtswert zu bestimmen. In einem zweiten Verfahrensschritt wird das leere Behältnis mittels der ersten Fülleinheit teilbefüllt. In einem dritten Verfahrensschritt wird das teilbefüllte Behältnis gewogen, um einen zweiten Gewichtswert zu bestimmen. In einem nachfolgenden dritten Verfahrensschritt wird eine Restfüllmenge basierend auf den ersten und zweiten Gewichtswerten und einer Sollfüllmenge des Behältnisses bestimmt. In einem abschließenden Verfahrensschritt wird das teilbefüllte Behältnis mittels der zweiten Fülleinheit mit der Restfüllmenge endbefüllt, so dass die Sollfüllmenge im endbefüllten Behältnis eingefüllt ist. Aufgrund des einfachen Verfahrensablaufs kann eine betriebssichere und kostengünstige Gewichtsbestimmung des Behältnisses im fortlaufenden Prozessverlauf realisiert werden. Zudem kann die Restfüllmenge basierend auf den ersten und zweiten Gewichtswerten mit hoher Präzision bestimmt werden. Dies trägt zu einer höchst möglichen Dosiergenauigkeit der Sollfüllmenge der pharmazeutischen Flüssigkeit im Behältnis bei reduzierter Gesamtfüllzeit bei.
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Vorzugsweise wird das Behältnis nach der Endbefüllung nochmals zur Kontrolle gewogen. Dadurch können ggf. Behältnisse mit einer fehlerhaften Füllmenge erfasst und aus dem Herstellungsprozess aussortiert werden.
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Weiterhin bevorzugt werden alle Wiegevorgänge mit der gleichen Waage ausgeführt oder zumindest ein Wiegevorgang oder mehrere Wiegevorgänge mit unterschiedlichen Waagen ausgeführt. Hierdurch kann einerseits die Anzahl der Komponenten der Füllvorrichtung reduziert werden, was zu einer deutlichen Kostenreduzierung und einer verbesserten Wirtschaftlichkeit beiträgt; andererseits ist auf der Basis der von unterschiedlichen Waagen ermittelten Gewichtswerte eine weiter optimierte Steuerung/Regelung der Fülleinheiten erreichbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird beim Schritt des Teilbefüllens des Behältnisses zwischen 80% bis 99%, vorzugsweise 90% bis 95%, der Sollfüllmenge in das Behältnis eingefüllt. Dieser Schritt kann mit maximaler Geschwindigkeit bzw. großer Toleranzbreite ausgeführt werden, da die zweite Fülleinheit etwaige Toleranzabweichungen durch eine Anpassung der Endfüllmenge kompensiert. Da die Endfüllmenge im Vergleich zur Teilfüllmenge nur ungefähr 5% bis 10% beträgt, ist auch der Anteil der Fülltoleranz proportional dazu sehr gering. Dies resultiert in einer signifikanten Verbesserung der Füllgenauigkeit.
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Vorzugsweise wird die mittels der ersten Fülleinheit eingefüllte Teilmenge von der Steuereinheit basierend auf der Differenz zwischen dem zweiten Gewichtswert und dem ersten Gewichtswert eines vorhergehenden Füllvorgangs angepasst. Durch die während des Befüllungsprozesses erfolgende kontinuierliche Anpassung der von der ersten Fülleinheit befüllten Teilmenge ist eine rasche, angepasste Einregelung der Endfüllmenge in den vorgesehenen Mengenbereich erreichbar. Ferner können die im Allgemeinen erforderlichen und zu verwerfenden Probefüllungen zur Entlüftung der Füllvorrichtung deutlich reduziert werden. Ein Erreichen der Sollfüllmenge schon im Entlüftungs- bzw. Einregelbetrieb wird auch dann ermöglicht, wenn durch die erste Fülleinheit nicht die geforderte Teilfüllmenge dosiert wird. Wenn die Dosiervorrichtung der zweiten Fülleinheit kleinere Querschnitte als die erste Fülleinheit aufweist, kann eine Entlüftung sehr schnell erfolgen, so dass die entlüftete Menge im Vergleich zur Sollfüllmenge gegebenenfalls vernachlässigt werden kann.
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Vorzugweise erfolgt der Schritt des Teilbefüllens mit einer höheren Füllgeschwindigkeit, insbesondere mindestens doppelt so schnell, wie eine Füllgeschwindigkeit beim Schritt des Endbefüllens. Weiter bevorzugt ist eine Füllgenauigkeit beim Schritt des Endbefüllens höher, insbesondere mindestens doppelt so hoch, wie beim Schritt des Teilbefüllens. Hierdurch wird eine deutliche Reduzierung der Gesamtfüllzeit der Befüllung des Behältnisses erreicht sowie ein erheblich engerer Toleranzbereich der Sollfüllmenge realisiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Darstellung einer Füllvorrichtung zur Befüllung eines Behältnisses gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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2 eine schematische Darstellung der Füllvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine erfindungsgemäße Füllvorrichtung 1 zur Befüllung eines Behältnisses, insbesondere mit einer pharmazeutischen Flüssigkeit, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich, umfasst die Füllvorrichtung eine erste Fülleinheit 10, die ein Ventil 12, eine Schlauchvorrichtung 13 sowie eine Dosiervorrichtung 14 aufweist. Das Ventil 12 ist mit einem hier nicht dargestellten Vorratsbehälter verbunden, aus dem die abzufüllende pharmazeutische Flüssigkeit, wie durch einen Pfeil V veranschaulicht, der Fülleinheit 10 zugeführt wird. Ferner ist eine zweite Fülleinheit 11 vorgesehen, die ein Ventil 15, eine Schlauchvorrichtung 16 sowie eine Dosiervorrichtung 17 aufweist. Der zweiten Fülleinheit 11 wird gleichermaßen wie der ersten Fülleinheit 10 die abzufüllende Flüssigkeit in Richtung des Pfeils V zugeführt. Ferner ist eine Fördervorrichtung 7 vorgesehen, auf der die abzufüllenden Behältnisse in einer durch einen Pfeil X gekennzeichneten Förderrichtung zu den ersten und zweiten Fülleinheiten 10, 11 transportiert werden.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich, weist die Füllvorrichtung 1 ferner eine Waage 3 zur Gewichtsbestimmung eines jeden leeren Behältnisses 21, teilbefüllten Behältnisses 22 und endbefüllten Behältnisses 23 auf. Die Waage 3 ist zur Übertragung der ermittelten Werte der Wiegevorgänge mit einer Steuereinheit 6 verbunden. Die Steuereinheit 6 ist ferner mit dem Ventil 12 der ersten Fülleinheit 10 und dem Ventil 15 der zweiten Fülleinheit 11 verbunden und steuert auf der Basis der ermittelten Werte der Wiegevorgänge durch die Waage 3 die erste und zweite Fülleinheit 10, 11.
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Das Befüllen eines Behältnisses mittels der Füllvorrichtung 1 erfolgt in mehreren Schritten, die nachfolgend mit Bezug auf 1 detailliert beschrieben werden. Die nachfolgend beschriebenen Schritte sind in den 1 und 2 durch Pfeile gekennzeichnet. In einem ersten Arbeitsschritt A wird das leere Behältnis 21 von der Fördereinrichtung 7 der Waage 3 zugeführt und gewogen, um einen ersten Gewichtswert zu bestimmen. In einem zweiten Schritt B wird das leere Behältnis 21 zur Fördereinrichtung 7 zurückgeführt. In einem dritten Schritt C wird das leere Behältnis 21 in Förderrichtung X unter die erste Fülleinheit 10 befördert, wo mittels der Dosiervorrichtung 14 eine durch einen Pfeil T gekennzeichnete Teilbefüllung des Behältnisses mit der pharmazeutischen Flüssigkeit erfolgt.
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Beim Schritt des Teilbefüllens werden ca. 90% bis 95% einer definierten Sollfüllmenge in das leere Behältnis 21 eingefüllt. Hierbei ist die erste Fülleinheit 10 vorzugsweise auf eine höhere Füllgeschwindigkeit als die zweite Fülleinheit 11 ausgelegt. Die Dosiervorrichtung 14 weist hierzu insbesondere eine Dosiernadel 24 mit großem Durchmesser auf. Dadurch kann die Teilbefüllung mit einem großen Flüssigkeitsdurchsatz beziehungsweise in einer sehr kurzen Zeit erfolgen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch ein hoher Dosierdruck in der Dosiervorrichtung 14 eingesetzt werden. Die Einhaltung einer engen Fülltoleranz ist bei der Teilbefüllung nicht erforderlich, da die zweite Fülleinheit etwaige Toleranzabweichungen durch eine Anpassung der Endfüllmenge kompensiert.
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In einem vierten Schritt D wird das teilbefüllte Behältnis 22 von der Transporteinrichtung 7 der Waage 3 zugeführt und gewogen, um einen zweiten Gewichtswert zu bestimmen. In einem nachfolgenden fünften Schritt E wird das teilbefüllte Behältnis 22 zur Transporteinrichtung 7 zurückgeführt und auf dieser weiter bis zur zweiten Fülleinheit 11 befördert, wo mittels der Dosiervorrichtung 17 eine durch einen Pfeil Z gekennzeichnete Endbefüllung des Behältnisses mit der pharmazeutischen Flüssigkeit erfolgt.
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Beim Schritt des Endbefüllens wird eine Restfüllmenge von ca. 5% bis 10% in das teilbefüllte Behältnis 22 eingefüllt. Die Restfüllmenge wird von der Steuereinheit 6 hierbei auf der Basis der ersten und zweiten Gewichtswerte und einer definierten Sollfüllmenge des Behältnisses bestimmt. Hierzu ist die zweite Fülleinheit 11 vorzugsweise auf eine höhere Füllgenauigkeit als die erste Fülleinheit 10 ausgelegt. Die Dosiervorrichtung 17 weist hierbei insbesondere eine Dosiernadel 27 mit kleinem Durchmesser auf. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch ein niederer Dosierdruck in der Dosiervorrichtung 17 eingesetzt werden. Dadurch kann die Endbefüllung mit einer sehr hohen Dosiergenauigkeit erfolgen und die Sollfüllmenge in einem sehr engen Toleranzbereich erreicht werden.
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In einem nachfolgenden sechsten Schritt F wird das endbefüllte Behältnis 23 von der Transporteinrichtung 7 der Waage 3 zugeführt und zur Kontrolle der exakten Füllmenge nochmals gewogen. In einem abschließenden siebten Schritt wird das endbefüllte Behältnis 23 wieder zur Transportvorrichtung 7 zurückgeführt. Hierbei sei angemerkt, dass die Steuereinheit 6 auch mit einer hier nicht dargestellten, in Förderrichtung X nach der zweiten Fülleinheit 11 angeordneten Aussortiervorrichtung verbunden sein kann, damit bei Feststellung einer falschen Sollfüllmenge das entsprechende Behältnis aussortiert werden kann. Gegebenenfalls kann auch auf das Wiegen des endbefüllten Behältnisses 23 verzichtet werden. Es sei weiterhin angemerkt, dass ggf. auch auf eine Steuerung der ersten Fülleinheit 10 verzichtet werden kann und die erste Fülleinheit 10 auf eine konstante Füllmenge, z. B. 95% der Gesamtfüllmenge eingestellt sein kann, da durch das Wiegen des teilbefüllten Behältnisses 22 eine exakte Restfüllmenge für die zweite Fülleinheit 11 für jedes teilbefüllte Behältnis 22 individuell bestimmt wird.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 2 eine Füllvorrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Gleiche oder funktional gleiche Bauteile sind hier mit denselben Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel weist die Füllvorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels zwei parallel angeordnete erste Fülleinheiten 10 zum Teilbefüllen von leeren Behältnissen 21 und zwei parallel angeordnete zweite Fülleinheiten 11 zum Endbefüllen von teilbefüllten Behältnissen 22 auf. Es sei angemerkt, dass auch eine Vielzahl paralleler erster und zweiter Fülleinheiten 10, 11 vorgesehen werden kann. Darüber hinaus sind neben der Waage 3 eine zweite Waage 4 und eine dritte Waage 5 vorgesehen. Die erste Waage 3 wird zur Gewichtsbestimmung des leeren Behältnisses 21 eingesetzt, während die zweite Waage 4 und die dritte Waage 5 zur Gewichtsbestimmung der teilbefüllten Behältnisse 22 bzw. der endbefüllten Behältnisse 23 eingesetzt wird. Die erste, die zweite und die dritte Waage 3, 4, 5 ist zur Übertragung der ermittelten Werte der Wiegevorgänge jeweils mit der Steuereinheit 6 verbunden. Die Steuereinheit 6 steuert basierend auf den ermittelten Werten der Wiegevorgänge der Waagen 3 und 4 die erste und zweite Fülleinheit 10, 11.
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Der Prozess des Befüllens der Behältnisse mittels der Füllvorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass in den Schritten D und E das Zuführen des teilbefüllten Behältnisses 22 von der Transportvorrichtung 7 zur zweiten Waage 4 bzw. das Zurückführen zur Transportvorrichtung 7 erfolgt. Außerdem erfolgt in den Schritten F und G das Zuführen des endbefüllten Behältnisses 23 von der Transportvorrichtung 7 zur zweiten Waage 4 bzw. das Zurückführen zur Transportvorrichtung 7.
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Die in beiden Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäßen Füllvorrichtungen 1 weisen den Vorteil auf, dass hierbei zwei separate, seriell angeordnete Fülleinheiten 10, 11 verwendet werden, die die definierte Sollfüllmenge in zwei Schritten durch schnelles Teilbefüllen mit einer großen Teilfüllmenge und exaktes Endbefüllen mit einer sehr kleinen Restfüllmenge in das Behältnis einfüllen. Dadurch kann der Durchsatz der Füllvorrichtung 1 beträchtlich gesteigert werden. Da die Sollfüllmenge im Wesentlichen nur durch die zweite Fülleinheit 11 und die Waagen 3, 4, 5 toleranzbehaftet ist, kann zudem die Gesamt-Fülltoleranz signifikant verbessert werden. Aufgrund der kleinen Querschnitte der zweiten Fülleinheit 11 ist ferner eine erhebliche Reduzierung der Anzahl der zu verwerfenden Probefüllungen zur Entlüftung und Einregelung der Füllvorrichtung zum Beginn des Abfüllprozesses erreichbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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