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Verfahren zur Ab füllung von pulverförmigen oder granulat-
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förmigen Produkten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur
Abfüllung von pulverförmigen oder granulatförmigen Produkten. Das Verfahren beruht
darauf, daß die Produkte volumetrisch in Behälter eindosiert werden, und hat sich
vor allem bei der Abfüllung von Pharmazeutika in pharmazeutischen Produktionsbetrieben
bewährt.
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Bei volumetrisch dosierenden Abfüllmaschinen für pulverförmige Materialien
wird ein vorgegebenes Meß- oder Dosiervolumen mit dem pulverförmigen Gut gefüllt
und anschließend in den für die Aufnahme bestimmten, darunter stehenden Behälter
entleert. Solche Dosiervorrichtungen sind z.B. in den Offenlegungsschriften 30 40
658 und 31 20 017 beschrieben. Dichteschwankungen des Pulvers und Unregelmäßigkeiten
bei der Entleerung des Dosiervolumens führen zu relativ großen Schwankungen der
Füllgewichte. Dies gilt vor allem für pulverförmige Materialien, die zum Anhaften
und zur Brückenbildung neigen. Aus diesem
Grund sind Stichproben
erforderlich, um das Füllgewicht zu überwachen und Gewichtsausreißer zu erkennen.
In der Praxis werden ca. 2 bis 3 % der Gesamtzahl der abgefüllten Flaschen einer
Stichprobenkontrolle unterzogen.
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Die Kontrolle auf Einhaltung der Füllgewichtstoleranz geht in der
Weise vor sich, daß hinter der Abfüllmaschine von 1.000 Flaschen 20 bis 30 Stück
manuell entnommen, entleert und der Inhalt abgewogen wird. Liegt das Füllgewicht
einer oder mehrerer Flaschen außerhalb der festgelegten Grenzen, so wird die Eindosierung
an der Abfüllanlage nachgestellt, um die Abweichungen vom Sollwert zu minimieren.
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Es leuchtet ein, daß dieses Verfahren folgende Nachteile mit sich
bringt: 1. Eine Stichprobenkontrolle ist grundsätzlich unbefriedigend, da die statistisch
immer vorhandenen GewichtsausreiBer entweder gar nicht oder nur selten erkannt werden.
Dies führt zu Reklamationen seitens der Kunden bzw. zur nachträglichen Sperrung
ganzer Partien.
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2. Das bei den Stichproben entnommene Material geht der Produktion
verloren, so daß Ausbeuteverluste entstehen.
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3. Die manuelle Füllgewichtsüberprüfung ist zeitaufwendig und erfordert
zusätzliches Personal.
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4. Bei einer modernen, schnell laufenden Abfüllstrecke ist die durch
die Füllgewichtskontrolle bedingte Zeitverzögerung so groß, daß bereits eine erhebliche
Produktionsmenge abgefüllt ist, bevor eine über schreitung der Füllgewichtstoleranzen
erkannt wird und entsprechende korrigierende Maßnahmen an der Abfüllanlage getroffen
werden können.
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5. Bei der Abfüllung von sterilen Arzneimitteln wird das Kontaminationsrisiko
durch den Eingriff in den Sterilbereich bei der Füllgewichtskontrolle vergrößert.
Durch den Eingriff können Partikel und Keime in den Sterilbereich eingeschleppt
werden.
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Hier setzt die Erfindung an. Es liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten
Abfüllmaschinen für pulverförmige oder granulatförmige Materialien so zu verbessern,
daß in Zukunft Ausreißer bezüglich des Füllgewichts schnell und zuverlässig ausgeschieden
werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren, bei dem die Produkte volumetrisch
in Behälter eindosiert werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mikrowellenabsorption
der gefüllten Behälter gemessen wird und als Meßgröße für die Füllgewichtskontrolle
verwendet wird. Das Verfahren beruht darauf, daß die abgefüllte Produktmenge eindeutig
mit der Mikrowellenabsorption korreliert ist. Voraussetzung dafür ist zunächst einmal,
daß das Produkt entweder eine hinreichend große Grund-
absorption
im Mikrowellenbereich zeigt oder - wie dies bei pharmazeutischen Produkten häufig
der Fall ist -einen Restwassergehalt besitzt, der für die Mikrowellenabsorption
verantwortlich ist. Dabei liefern die Behälter selbst einen Beitrag zur Absorption.
Sofern dieser Beitrag jedoch annähernd konstant ist und nicht so groß ist, daß er
die Produktabsorption überdeckt, wird die Messung nicht gestört.
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Die Absorptionsmessung kann in einer Transmissionsanordnung erfolgen,
wobei sich der Mikrowellensender auf der einen Seite und der Empfänger auf der anderen
Seite des gefüllten Behälters befindet. Werden höhere Anforderungen an die Meßempfindlichkeit
gestellt, so reicht eine einfache Durchstrahlung für die Bestimmung der Absorption
nicht mehr aus. Bei einer verbesserten Ausführung werden daher die gefüllten Behälter
taktweise in einen Meßresonator eingeschoben und die Mikrowellenabsorption als Gütefaktoränderung
des Resonators bestimmt (Vielfach-Durchstrahlung).
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Um den störenden Einfluß der Behälter zu eliminieren, ist eine Weiterentwicklung
der Erfindung mit zwei Meßstellen vorgesehen. An der ersten Meßstelle wird vor der
Eindosierung des pulverförmigen Gutes die Mikrowellenabsorption der leeren Behälter
gemessen. Diese Absorptionswerte werden dann als Referenzwerte bei der Messung der
gefüllten Behälter (2. Meßstelle) zugrunde gelegt.
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Auf diese Weise können die individuellen Absorptions-
beiträge
der leeren Behälter erfaßt und vom Meßwert subtrahiert werden.
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Mit der Erfindung werden folgende Vcrteile erzielt: a) Die Messung
geht sehr schnell vonstatten (kurze Meßzeit). Es tritt keine Verzögerung der Produktionsgeschwindigkeit
auf, so daß der Durchsatz nicht beeinträchtigt wird. Dadurch ist es möglich, daß
das Füllgewicht jedes einzelnen Behälters kontrolliert werden kann, so daß praktisch
keine Ausreißer mehr vorkommen.
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b) Die Füllgewichtskontrolle erfolgt bei geschlossener Flasche. Es
findet keine Produktberührung statt (zerstörungsfreie Prüfung).
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c) überraschenderweise ergab sich eine eindeutige Korrelation zwischen
Füllgewicht und Mikowellensignal, die eine relativ hohe Meßgenauigkeit bei der Füllgewichtskontrolle
erlaubt.
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e) Der Meßvorgang erfordert keinerlei manuelle Eingriffe in die Füllstrecke
und kann mit einer Steuerlogik kombiniert werden, die bei einer außerhalb der Füllgewichtstoleranzen
liegenden Abweichung anspricht und solche Behälter automatisch aussortiert. Durch
die Füllgewichtskontrolle werden damit nicht mehr wie füher die Sterilraumbedingungen
beeinträchtigt.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine Abfüllstrecke für pulverförmige pharmazeutische Produkte
mit- einer Füllstation und einer Meßapparatur für die Füllgewichtskontrolle auf
der Basis der Mikrowellenabsorption, Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Mikrowellenmeßanordnung,
Fig. 3 den Meßresonator (Meßkopf) für die Bestimmung der Mikrowellenabsorption und
Fig. 4 den Graph für die Mikrowellenabsorption als Funktion des Füllgewichtes.
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Gemäß Fig. 1 werden die leeren Flaschen 1 mittels eines Transportbandes
2 unter einer Füllstation 3 hindurchgeführt, die nach dem Prinzip der volumetrischen
Dosierung arbeitet. Die Füllstation 3 besteht aus einem umlaufenden Dosierrad 4
mit Meßkammern 5, die einseitig abgeschlossen sind. Oberhalb des Dosierrades 4 ist
ein Einfüllschacht 6 angeordnet, in dem sich das pulverförmige Gut 7 befindet. Durch
Anlegen von Vakuum an die Meßkammer wird das Pulver 7 angesaugt und das Meßvolumen
gefüllt (Position F). Beim Weiterdrehen des Dosierrades 4 bleibt das Vakuum so lange
bestehen, bis das Meßvolumen 5 genau über der Öffnung einer Flasche 1
steht
(Position E). Zu diesem Zeitpunkt wird das Vakuum abgeschaltet und das Meßvolumen
5 stattdessen mit Preßluft beaufschlagt. Dadurch wird das im Meßvolumen 5 befindliche
Pulver ausgestoßen und in die Flasche 1 überführt. Das Dosierrad 4 und das Transportband
2 bewegen sich taktweise aufeinander abgestimmt. Das Füllgewicht pro Flasche ist
gleich dem Produkt aus Meßvolumen und Dichte des pulverförmigen Materials. Die Dosiergenauigkeit
wird durch mehrere Faktoren bestimmt. Um die bei dieser Art der Dosierung auftretenden
Füllgewichtsschwankungen zu erkennen und Flaschen mit außerhalb der Toleranzen liegendem
Gewicht auszusortieren, ist eine Apparatur zur Füllgewichtskontrolle nachgeschaltet,
die aus einem Meßgerät 8 zur Bestimmung der Mikrowellenabsorption der eindosierten
Pulvermenge beruht. Wichtig ist dabei, daß das Füllgewicht jeder einzelnen Flasche
Bontrolliert wird. Das Mikrowellenmeßgerät wird nachfolgend anhand der Fig. 2 bis
4 erläutert. Das Herzstück des Mikrowellenmeßgerätes ist ein 1,9 GHz-Rechteckresonator,
in den die gefüllten Flaschen 1 nacheinander mittels eines Greifers (nicht gezeigt)
ein- und wieder ausgeschleust werden. Der Meßresonator 9 wird über eine Einwegleitung
10 von einem frequenzmodulierten Oszillator 11 (Seep-Generator 12 mit Meßbereichsumschaltung
(13) gespeist. Ein entsprechendes Gerät ist in dem Europäischen Patent 11 185 beschrieben.
Die Resonanzamplitude im Meßresonator, die ein Maß für den Gütefaktor darstellt,
wird mit einem in Spitzespannungs-Gleichrichterschaltung 14 betriebenen Detektor
15 erfaßt. Dieses Signal wird dann mittels einer Sichtanzeige 16 dargestellt, die
in / /-Füllgewicht geeicht ist.
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Der Aufbau des Meßresonators ist aus Fig. 3 ersichtlich.
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Er besteht aus einem Rechteck-Hohlleiter 17 mit einer zentralen Öffnung
18, in die ien Quarzrohr 19 eingesetzt ist. Es dient zur Aufnahme der mit dem pulverförmigen
Gut 7 gefüllten Glasflaschen 1 und ist an seinem unteren Ende in der Weise mit einem
Ansc:llagring 20 versehen, daß sich der Gummistopfen 21 der Flasche außerhalb des
Resonatorfeldes befindet, während das Felumaximum im Bereich der Pulverfüllung 7
liegt. Die Mikrowellenenergie wird mittels der Antennen 22 ein- bzw. ausgekoppelt.
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Den Zusazzenhang zwischen Mikrowellenabsorption (Resonanzsignal im
Meßresonator 9) und Füllgewicht zeigt die Fig. 4. Im Bereich von 0 bis 3 g Füllgewicht
ergibt sich mit shr guter Genauigkeit eine Gerade. Die Glasflaschen selbst liefern
dabei einen vom Füllgewicht unabhängigen Grundbeitrag zur Absorption. Aus diesem
Grund verläuft die Gerade nicht durch den Nullpunkt. Bei diesem Verfahren wird vorausgesetzt,
daß die Grundabsorption der Glasflaschen nahezu konstant bleibt. Es hat sich herausgestellt,
daß diese Voraussetzung bei Flaschen aus Röhrenglas, die gegenüber Flaschen aus
Hüttenglas dünnere und gleichmäßigere Wandstärken haben, erfüllt ist. Bei den Flaschen
aus Hüttenglas ist dagegen die Streuung der Eigenabsorption so groß, daß diese individuell
berücksichtigt werden muß. Zu diesem Zweck wird in Transportrichtung vor der Füllstation
ein weiteres Mikrowellenmeßgerät gleicher Bauart installiert, in dem die Absorption
der leeren Glasflaschen 1 gemessen wird. Diese
Werte werden gespeichert
und anschließend bei der Absorptionsmessung im zweiten Gerät 8 als Referenzwerte
zugrunde gelegt. Dies geschieht dadurch, daß von dem Meßwert des zweiten Gerätes
in einer Differenzschaltung die Eigenabsorption der jeweils im Resonator befindlichen
Flasche abgezogen wird.
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Nach der Füllgewichtskontrolle im Mikrowellenmeßgerät 8 werden die
Flaschen mittels des Greifers 1 auf dasselbe oder ein anderes Band 23 gesetzt und
abtransportiert. Bei diesem Transportband ist eine Weiche 24 eingebaut, die von
dem Mikrowellenmeßgerät 8 gesteuert wird. Bei einer Überschreitung der Füllgewichtstoleranz
wird die Weiche bei der betreffenden Flasche aktiviert, so daß die Flasche seitlich
ausgelenkt und automatisch aussortiert wird. Dagegen laufen die Flaschen, die innerhalb
der Füllgewichtstoleranzen liegen, in gerader Richtung auf dem Band weiter. Derartige
Weichen gehören zum Stand der Technik und sind als Bauelemente kommerziell erhältlich.
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Anstelle eines Dosierrades kann natürlich auch ein anderes volumetrisch
arbeitendes Füllprinzip zur Abfüllung des Pulvers in die Flaschen 1 herangezogen
werden. Wesentlich ist dabei nur, daß die Messung der Mikrowellenabsorption an den
gefüllten Flaschen so schnell erfolgt, daß die Füllgewichtskontrolle arbeits- und
maschinentechnisch in den Dosiervorgang integriert werden kann.
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Auf diese Weise ist ein On-line-Überwachung der Produktion möglich.