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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verteilen
von Medien und insbesondere eine Vorrichtung zum Verteilen von Flüssigkeiten.
Im Bereich der getränkeherstellenden
Industrie sind aus dem Stand der Technik Verteilbehältnisse
für Getränke bekannt,
welche das betreffende Getränk
aus einem Behälter
in eine Vielzahl von einzelnen Abfülleinrichtungen verteilen,
damit diese Abfülleinrichtungen
wiederum das Getränk
in die zu befüllenden
Behältnisse
einbringen können.
Auch ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Behältnisse
mit gasförmigen
Substanzen wie beispielsweise Wasserstoffperoxidgas, Sterilluft
oder Heißluft
zu befüllen, bevor
sie mit dem eigentlichen Medium, wie dem Getränk, befüllt werden.
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Dabei
ist es bei manchen aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen üblich, dass die
Leitung, durch welche hindurch das Getränk eingefüllt wird, stationär angeordnet
ist und sich das Behältnis,
in welches das Getränk
eingefüllt
wird, demgegenüber
dreht. Zu diesem Zweck ist es nötig,
die entsprechenden stationär
angeordneten Bestandteile der Anordnung gegenüber den rotierend angeordneten
Bestandteilen abzudichten. Dazu wird teilweise ein Sperrmedium oder
ein Dichtungsmedium eingesetzt, welches zwischen den stationären und
den rotierenden Teilen der Anordnung strömt und welche eine Abdichtung
des stationären
Bereichs bewirkt und auch verhindert, dass von außen Fremdstoffe
in die abzufüllenden
Behältnisse
gelangen können.
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Derartige
Dichtungseinrichtungen, bei denen es sich beispielsweise um Gleitringdichtungen
handelt, arbeiten im Stand der Technik zufriedenstellend. Allerdings
kann es infolge unterschiedlicher Effekte zu Ausfällen dieser
Dichtung kommen. Wenn ein derartiger Ausfall nicht rechtzeitig detektiert
wird, kann in der Folge das abzufüllende Medium kontaminiert werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehverteiler
zur Verfügung
zu stellen, der in seiner Betriebszuverlässigkeit gegenüber dem
Stand der Technik verbessert ist. Genauer gesagt, soll ein Drehverteiler
zur Verfügung
gestellt werden, der Ausfälle
der Dichtungseinrichtung erkennt.
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Dies
wird erfindungsgemäß durch
einen Drehverteiler nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben
eines Drehverteilers nach Anspruch 12 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
erfindungsgemäßer Drehverteiler
weist eine Transportleitung zum Befördern eines Medium auf, sowie
ein Gehäuse,
wobei das Gehäuse
die Transportleitung wenigstens abschnittsweise umgibt und wobei
die Transportleitung stationär
gegenüber dem
drehbaren Gehäuse
angeordnet ist. Weiterhin ist eine Dichtungseinrichtung vorgesehen,
welche die Transportleitung insbesondere gegenüber der Umgebung abdichtet,
wobei die Dichtungseinrichtung einen Kanal aufweist, innerhalb dessen
ein Dichtungsmedium fließen
kann.
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Erfindungsgemäß weist
der Drehverteiler wenigstens eine erste Sensoreinrichtung auf, welche eine
physikalische Eigenschaft des Dichtungsmediums erfasst und welche
ein Messsignal ausgibt, welches für diese physikalische Eigenschaft
charakteristisch ist.
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Über die
Transportleitung wird insbesondere ein Getränk gefördert und beispielsweise in
ein sich drehendes Behältnis
eingeführt.
Es wäre
jedoch auch möglich, über die
Transportleitung ein gasförmiges
Medium zu führen.
Vorzugsweise ist die Transportleitung stationär angeordnet und das Behältnis dreht
sich ihr gegenüber.
Die Anordnung kann aber auch umgekehrt mit stehendem Behältnis und
drehender Transportleitung ausgeführt sein. Die Dichtungseinrichtung
verhindert, dass unerwünschte
Medien zusätzlich
in das Behältnis
eindringen können. Weiterhin
verhindert die Dichteinrichtung ein ungewolltes Austreten des Getränks. Unter
der Dichtungseinrichtung werden nicht nur Dichtungselemente im engeren
Sinn verstanden, wie etwa Gleitringdichtungen, sondern die Gesamtheit
der Elemente, welche diese Dichtwirkung erreichen bzw. fördern, wie
beispielsweise der Kanal.
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Bei
dem Kanal handelt es sich vorzugsweise um einen zwischen den drehbaren
und den nicht drehbaren Teilen angeordneten Kanal. Dieser Kanal umgibt
bevorzugt die Transportleitung vollständig. Vorzugsweise handelt
es sich bei dem Dichtungsmedium um ein gasförmiges Medium vorzugsweise
um ein steriles Medium und besonders bevorzugt um ein steriles Gas.
Es wäre
jedoch auch möglich,
ein nicht steriles Gas als Dichtungsmedium einzusetzen. Die Sensoreinrichtung
erfasst, wie ausgeführt,
wenigstens eine physikalische Eigenschaft des Dichtungsmediums und
kann aufgrund dieser Messung feststellen, ob beispielsweise ein
Anteil des Dichtungsmediums verloren gegangen ist, oder ob eine Flüssigkeit
aus der Transportleitung ungewollt in das Dichtungsmedium eingetreten
ist.
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Vorzugsweise
sind das Dichtungsmedium und das in der Transportleitung geführte Medium
vollständig
getrennt voneinander und vorzugsweise handelt es sich um voneinander
unterschiedliche Medien.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei der physikalischen Eigenschaft um eine Dichte
des Dichtungsmediums. Falls beispielsweise Flüssigkeit aus der Transportleitung
in den Kanal tritt, wird sich dies in der Dichte des Dichtungsmediums
bemerkbar machen. In diesem Falle können geeignete Gegenmaßnahmen
eingeleitet werden.
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Vorzugsweise
ist die Sensoreinrichtung stromabwärts bezüglich eines Auslasses des Dichtungsmediums
aus dem Kanal angeordnet. Unter stromabwärts wird dabei eine Strömungsrichtung
im Bezug auf das Dichtungsmedium verstanden. Es wäre jedoch
auch möglich,
eine Sensoreinrichtung beispielsweise unmittelbar nach dem Auslass
der Dichtung anzuordnen. Damit ist hier die Sensoreinrichtung nach
dem Kanal bzw. Rückraum
angeordnet. Es wäre
jedoch auch möglich,
eine Sensoreinrichtung vor dem Kanal und eine Sensoreinrichtung nach
dem Kanal anzuordnen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Drehverteiler
wenigstens ein Dichtelement auf, welches die Transportleitung gegenüber dem
Gehäuse
abdichtet, bzw. welches die drehenden Teile des Drehverteilers gegenüber den stehenden
Teilen abdichtet. Bei diesem Dichtelement handelt es sich besonders
bevorzugt um eine Gleitringdichtung, welche diese Dichtwirkung auch
während
der Drehbewegung des Gehäuses gegenüber der
Transportleitung aufrechterhält.
Vorteilhaft sind mehrere derartige Dichtelemente, besonders bevorzugt
jeweils in Form von Gleitringdichtungen vorgesehen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens eine
Sensoreinrichtung aus einer Gruppe von Sensoreinrichtungen ausgewählt, welche
induktiv arbeitende Sensoreinrichtungen, Biegerschwingersensoreinrichtungen
und dergleichen aufweist. Als besonders geeignet hat sich eine sogenannte
Biegerschwingersensoreinrichtung gezeigt. Dabei wird ein Biegerschwinger
mittels eines Piezoelements in Schwingung versetzt. Die Schwingungsfrequenz
dieses Biegerschwingers steht dabei in direktem Zusammenhang mit
der Dichte der eingeführten
Probe. Je höher
die Dichte, desto niedriger wird die Frequenz dieses Biegeschwingers
ausfallen. Aus diesem Zusammenhang wird über die gemessene Frequenz
des Biegerschwingers direkt die Dichte der Probe ermittelt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Dichtungseinrichtung eine zweite Sensoreinrichtung auf.
Bei dieser Ausführungsform sind
besonders bevorzugt die Sensoreinrichtungen an Eingang und Ausgang
des Kanals angeordnet. So ist es möglich, durch einen Vergleich
der von den Sensoreinrichtungen ausgegebenen Signale auf mögliche Leckagen
des Kanals und damit der Dichtungseinrichtung zu lesen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Vergleichseinrichtung
vorgesehen, die die Messsignale der beiden Sensoreinrichtungen miteinander
vergleicht. Aus diesem Vergleich kann, wie oben erwähnt, auf
Leckagen innerhalb der Dichtungseinrichtung geschlossen werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung
wenigstens zwei Sensoreinrichtungen unterschiedlicher Gattung auf. So
kann beispielsweise sowohl eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung
einer Dichte vorhanden sein, als auch eine Sensoreinrichtung zur
Ermittlung einer Durchflussmenge. Damit ist es möglich, den Drehverteiler flexibel
hinsichtlich der verwendeten Substanzen zu gestalten und insbesondere
flexibel hinsichtlich sowohl gasförmigen als auch flüssigen Substanzen.
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So
wäre es
beispielsweise möglich,
dass zwei Sensoreinrichtungen in Form von Durchflussmengensensoren
und eine Sensoreinrichtung in Form einer Dichtemesseinrichtung vorgesehen
sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben
eines Drehverteilers gerichtet, wobei mit Hilfe einer Transportleitung
ein Medium transportiert wird, und wenigstens abschnittsweise um
diese Transportleitung herum ein Gehäuse angeordnet ist, wobei sich
das Gehäuse
gegenüber der
Transportleitung dreht und wobei eine Dichtungseinrichtung die Transportleitung
gegenüber
dem Gehäuse
abdichtet und diese Dichtungseinrichtung einen Kanal aufweist, innerhalb
dessen ein Dichtungsmedium fließt.
Erfindungsgemäß wird mittels
einer ersten Sensoreinrichtung eine physikalische Eigenschaft des
Dichtungsmediums erfasst und ein Messsignal ausgegeben, welches
für diese
physikalische Eigenschaft charakteristisch ist.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen:
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Darin
zeigen:
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1a Eine
erste Darstellung eines Drehverteilers;
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1b Den
Drehverteiler aus 1a in einer weiteren Perspektive;
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2 Eine
Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Drehverteiler;
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3 Eine
Ansicht des Drehverteilers aus 2 entlang
der Linien B-B aus 2;
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4 Eine
Ansicht des Drehverteilers aus 2 entlang
der Linien A-A aus 2; und
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5 Eine
Ansicht des Drehverteilers entlang der Linien C-C aus 2.
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1a zeigt
eine erste Ansicht eines Drehverteilers 1. Dieser Drehverteiler 1 weist
eine Transportleitung 2 auf, durch welche hindurch ein
Medium, wie beispielsweise ein Getränk, geführt werden kann. Das Bezugszeichen 22 bezieht
sich auf einen Flansch, mit dem diese Transportleitung 2 an
einem Rohr angeflanscht werden kann. Das Bezugszeichen 4 bezieht
sich in seiner Gesamtheit auf ein Gehäuse, welches um die Transportleitung 2 herum
angeordnet ist. Dabei ist im Betrieb üblicherweise die Transportleitung 2 stehend
angeordnet und das Gehäuse 4 demgegenüber drehend.
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Das
Bezugszeichen 23 kennzeichnet eine Öffnung, um ein weiteres Medium
zuzuführen,
wie beispielsweise eine Reinigungsflüssigkeit. Das Bezugszeichen 36 kennzeichnet
eine Öffnung
zum Abführen
eines Mediums, wie beispielsweise der Reinigungsflüssigkeit.
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1b zeigt
eine weitere Ansicht des in 1a gezeigten
Drehverteilers 1. Man erkennt hier, dass unterhalb der Öffnungen 36 eine
weitere Reihe an Öffnungen 38 vorgesehen
ist. Bei diesen Öffnungen 38 handelt
es sich ebenfalls um Austrittsöffnungen
für ein
Medium wie beispielsweise eine Flüssigkeit für eine CIP-Reinigung.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf den Drehverteiler zur Veranschaulichung der
in den 3–5 gezeigten
Schnitte A-A, B-B
und C-C.
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3 zeigt
einen Schnitt des in 2 gezeigten Drehverteilers entlang
der Linien B-B. Man erkennt auch hier die Transportleitung 2 und
das drehbar um diese Transportleitung 2 angeordnete Gehäuse 4.
Oberhalb des Drehverteilers 1 ist ein Ringkessel (nicht
gezeigt) ebenfalls drehend angeordnet.
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Zur
drehbaren Anordnung des Gehäuses 4 gegenüber der
Transportleitung 2 sind mehrere Kugellager 19, 20 vorhanden.
Zum Abdichten des Gehäuses
gegenüber
der Transportleitung ist eine Vielzahl von Gleitringdichtungen 16, 17 und 18 vorgesehen.
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Um
die Abdichtung zu verbessern, weist die in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete
Dichtungseinrichtung neben den Gleitringdichtungen 16–18 einen Kanal 12 auf,
durch den ein Dichtungsmedium strömen kann. Dabei ist dieser
Kanal 12, wie in 3 gezeigt,
so angeordnet, dass das Dichtungsmedium das Kugellager 19 und
die Gleitringdichtungen 16–18 durch- bzw. umströmt. Die
Bezugszeichen 13 und 15 beziehen sich auf zwei
Auslässe
für das
Dichtungsmedium. An diese Auslässe 13, 15 des
Kanals 12, der als Rückraum
bezeichnet werden kann, schließen
sich regelbare Ventile 51 und Sensoreinrichtungen 14 bzw. 14a und 24 bzw. 24a an.
Die Sensoreinrichtungen 14 und 14a sowie 24 und 24a können dabei
alternativ oder auch gemeinsam vorgesehen sein.
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Das
Bezugszeichen 11 kennzeichnet eine Bundschraube zum Anbringen
von Leitungen (nicht gezeigt). Die Bezugszeichen 26, 27 und 28 beziehen sich
jeweils auf O-Ringe zum Abdichten voneinander getrennter Gehäuseteile.
Das Bezugszeichen 25 zeigt einen Sicherungsring für das Lager 19.
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Weiterhin
sind in 3 auch Transportwege 55 und 56 für das Reinigungsmedium
und ein CIP-Medium dargestellt. Das Bezugszeichen 5 zeigt eine
Zuleitung für
das Dichtungsmedium, welches anschließend in den Rückraum bzw.
den Kanal 12 eingeführt
wird.
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4 zeigt
einen Schnitt des Drehverteilers aus 2 entlang
der Linie A-A. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 48 auf
ein oberes Teilgehäuse und
das Bezugszeichen 49 auf einen Gehäusedeckel, wobei dieser Gehäusedeckel 49 mittels
Sechskantschrauben 31 an dem oberen Teilgehäuse 48 angeschraubt
ist. Das Bezugszeichen 33 bezieht sich auf eine Federungseinrichtung.
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Das
Bezugszeichen 47 kennzeichnet einen weiteren Bereich des
Verteilergehäuses,
welches die oben erwähnten Öffnungen 36 aufweist.
Mittels einer Zylinderschraube 66 ist ein Zwischenring 45 des
Gehäuses
mit einem weiteren Teil 46 des Verteilergehäuses, der
die Öffnungen 38 aufweist,
verbunden.
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Das
Bezugszeichen 43 kennzeichnet einen unteren Teil des Gehäuses 4 und
das Bezugszeichen 44 einen Lagerklemmflansch zu dessen
Befestigung. Mit Sechskantschrauben 30 ist dieser Lagerklemmflansch
an dem unteren Bereich 43 des Gehäuses 4 befestigt.
Ein Lagerklemmring 42 arretiert das Lager 20.
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5 zeigt
eine Ansicht des Drehverteilers entlang der Linie C-C aus 2.
Man erkennt hier wiederum die Zuleitung 5, über welche
mittels einer Leitung 7 dem Rückraum bzw. Kanal 12 das
Dichtungsmedium zugeführt
wird. An dem Eingang dieses Anschlusses kann wiederum eine Sensoreinrichtung 64, 64a,
genauer eine Durchflussmengenmesseinrichtung 64 und/oder
eine Dichtenmesseinrichtung 64a vorgesehen sein.
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Unter
Bezugnahme auf die 3–5 wird nunmehr
die Anordnung der einzelnen Sensoreinrichtungen 14, 14a, 24, 24a, 64, 64a dargestellt.
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Der
erfindungsgemäße Drehverteiler
ist sowohl für
Anwendungen im Bereich der Aseptik als auch für Standardanwendungen, das
heißt
Anwendungen, bei denen kein Sterilgas verwendet werden muss, geeignet.
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Im
Bereich der Aseptik treten drei verschiedene Drücke auf, nämlich zum einen ein Produktdruck
Pp (in der Transporteinrichtung 2),
ein Druck P1 innerhalb des Rückraums 12 und
ein atmosphärischer
Druck Pat außerhalb des Drehverteilers.
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In
einem ersten Fall ist der Druck des Produkts Pp höher als
der atmosphärische
Druck Pat. Weiterhin ist der Druck P1 höher
als der Druck des Produkts Pp. Hier kann
der Fall eintreten, dass ein steriles Medium aus dem Rückraum 12 durch
eine Leckageöffnung
in das Produkt gelangen kann, da der Druck P1 größer ist
als der Druck Pp des Produkts. Dieser Fall
kann detektiert werden, in dem sowohl an dem Zulauf 5 des
Rückraums
ein Durchflussmengen-sensor 64 angeordnet ist als auch
an den (in 3 gezeigten) Abflüssen ein
Durchflussmessgerät 14 bzw. 24 vorgesehen
ist. Falls diese Durchflussmengensensoren 14, 24 und 64 unterschiedliche Durchflussmengen
detektieren, kann hieraus auf ein Leck geschlossen werden.
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Dieser
Fall ist jedoch als unkritisch einzustufen, da hier lediglich steriles
Medium in das Produkt gedrückt
wird.
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Bei
einem zweiten Fall ist es denkbar, dass der Druck P1 in
dem Rückraum 12 höher ist
als der atmosphärische
Druck Pat und weiterhin der Druck des Produkts
Pp in der Transportleitung 2 höher ist
als der Druck P1 in dem Rückraum 12.
In diesem Falle wird im Falle einer Leckage das Produkt in den (sterilen) Rückraum 12 gepresst
und gelangt auf diese Weise zu den Abläufen 13 und 15.
Das Produkt bildet in diesem Fall eine sogenannte Flüssigkeitsbrücke, was als
kritisch anzusehen ist. Dieses Eindringen von Produkt in den Rückraum 12 kann
durch Dichtesensoren 24a, 14a detektiert werden,
da das sterile Gas am Eingang noch nicht durch das Produkt kontaminiert
ist und daher eine andere Dichte aufweist als das Gas an den Ausgängen 13 und 15.
Damit lässt sich
auch dieser Zustand durch die erfindungsgemäßen Anordnungen sicher erkennen.
Dabei wäre
es hier auch möglich,
sowohl Dichtesensoren als auch Durchflussmengensensoren vorzusehen.
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In
einem denkbaren dritten Fall der Aseptik wird als Produkt, welches
in der Transportleitung 2 geführt wird, ebenfalls Sterilgas
verwendet. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Überlagerungsgas
handeln, welches in ein Behältnis
gefördert
wird. Dabei kann der Fall auftreten, dass der Druck P1 des Rückraums
größer ist
als der atmosphärische
Druck Pat und der Druck des Produkts Pp wiederum größer als der Druck P1 des Rückraums 12.
Dieser Fall wäre zwar
grundsätzlich
mit dem oben beschriebenen zweiten Fall vergleichbar in dem das
Eindringen von Produkt in den Rückraum
durch eine Dichtedifferenz erkennbar ist. Hier kann jedoch eine
Dichtedifferenz nicht ohne weiteres gemessen werden, da es sich
bei dem Produkt selbst ebenfalls um ein Sterilgas handelt. Daher
kann dieser Fall ebenfalls durch eine Durchflussmengendifferenz,
wie in dem oben beschriebenen ersten Fall erkannt werden, da am
Ausgang mehr Gas vorhanden sein wird als am Eingang.
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Auf
diese Weise sind alle im Fall der Aseptik möglichen Dichtigkeitsfehler
erkennbar.
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Bei
nichtaseptischen Anwendungen ist der Druck des Mediums in dem Rückraum 12 gleich
dem atmosphärischen
Druck Pat, so dass hier generell zwei Fälle auftreten
können,
nämlich
einerseits der Fall, dass der Druck Pp des
Produkts kleiner ist als der atmosphärische Druck Pat und
andererseits dass der Druck des Produkts Pp größer ist
als der atmosphärische
Druck. Der Fall, dass der Druck Pp des Produkts
kleiner ist als der atmosphärische
Druck Pat kann grundsätzlich nur im Falle einer Evakuierung auftreten
beispielsweise in Form einer Vakuumspur beim Bierfüllen. Dieser
Fall ist jedoch unkritisch, da er durch einen Zusammenbruch des
Vakuums erkannt werden kann.
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In
dem anderen Fall ist der Druck des Produkts höher als der atmosphärische Druck.
Auch in diesem Falle gelangt Produkt in den Rückraum 12. Falls es
sich dabei um ein flüssiges
Produkt handelt, kann der oben erwähnte zweite Fall herangezogen werden,
in dem das Eintreten von Produkt in einen Rückraum 12 über einen
Dichteunterschied erkannt wird. In dem Fall, in dem es sich bei
dem Produkt um ein gasförmiges
Produkt handelt, kann hier der Fehlerfall durch eine Durchflussdifferenz
erkannt werden, wie ebenfalls oben beschrieben (dritter Fall).
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Damit
kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
insgesamt unabhängig
von der Anwendung jeweils eine 100%-ige Erkennung eines Dichtungsschadens
erreicht werden und damit auch die Möglichkeit eines sicheren Stilllegens
der Maschine im Fehlerfall.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.