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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Befestigen von Aufreißlaschen
an Verpackungsmaterial für
flüssige Nahrungsmittel.
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Viele
flüssige
Nahrungsmittel wie Fruchtsaft, H-Milch (uperisierte) Milch, Wein,
Tomatensauce werden in Verpackungen verkauft, die aus sterilisiertem
Verpackungsmaterial hergestellt sind.
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Ein
typisches Beispiel einer solchen Verpackung ist die quaderförmige Verpackung
für flüssige oder
fließfähige Nahrungsmittel,
die als Tetra Brik Aseptic (eingetragenes Warenzeichen) bekannt
ist und durch Falten und Versiegeln eines laminierten Streifenverpackungsmaterials
gebildet ist. Das Verpackungsmaterial hat eine Mehrschichtstruktur,
welche eine Schicht aus faserigem Material, z.B. Papier aufweist,
die an beiden Seiten mit Schichten aus heißsiegelbarem Kunststoffmaterial,
z.B. Polyethylen beschichtet ist. Im Falle von aseptischen Verpackungen
für lange
lagerfähige
Produkte wie H-Milch weist das Verpackungsmaterial eine Schicht
aus Sperrmaterial, z.B. eine Aluminiumfolie auf, die über eine Schicht
aus Heißsiegel-Kunststoffmaterial
gelegt ist und wiederum mit einer weiteren Schicht aus Heißsiegelmaterial
bedeckt ist, welche die Innenseite der Verpackung bildet, die schließlich mit
dem Nahrungsmittel in Kontakt gelangt.
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Bekanntlich
werden solche Verpackungen an vollautomatischen Verpackungsmaschinen
hergestellt, an welchen ein kontinuierlicher Schlauch aus dem in
Streifenform gelieferten Verpackungsmaterial geformt wird. Der Streifen
aus Verpackungsmaterial wird an der Verpackungsmaschine sterilisiert,
z.B. durch Aufbringen eines chemischen Sterilisierungsmittels wie
einer Wasserstoffperoxidlösung;
nach der Sterilisierung wird das Sterilisierungsmittel von den Flächen des
Verpackungsmaterials entfernt, z.B. durch Erwärmung verdampft; und der derart
sterilisierte Streifen aus Verpackungsmaterial wird in einer geschlossenen
sterilen Umgebung gehalten und in Längsrichtung gefaltet und versiegelt,
um einen vertikalen Schlauch zu bilden.
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Der
Schlauch wird mit dem sterilisierten oder steril verarbeiteten Nahrungsmittel
gefüllt
und an gleich beabstandeten Querschnitten versiegelt, an welchen
er dann zu Kissenpacks geschnitten wird, die danach mechanisch zu
fertigen, z.B. im wesentlichen quaderförmigen Verpackungen gefaltet
werden.
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Die
fertige Verpackung hat eine Aufreißlasche, die an dem Verpackungsmaterial
befestigt wird, bevor das Material sterilisiert und gefaltet sowie versiegelt
wird, um den vertikalen Schlauch zu bilden.
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Genauer
wird zunächst
an einer Schneidstation eine Durchgangsöffnung in dem Verpackungsmaterial
gebildet. Ein sogenannter "Flecken", der durch einen
kleinen Bogen aus Heißsiegelkunststoffmaterial
gebildet ist, wird dann über
die Öffnung
an der Seite des Verpackungsmaterials heißgesiegelt, die schließlich die
Innenseite der Verpackung bildet – dies wird an zwei aufeinanderfolgenden
Versiegelungsstationen gemacht, um eine Überhitzung zu verhindern. Und
an diesem Punkt wird die Aufreißlasche
an der gegenüberliegenden
Seite des Verpackungs materials befestigt und an einer weiteren Versiegelungsstation
an den Flecken heißgesiegelt.
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Die
Lasche weist eine Schicht aus Aluminium und eine Schicht aus Heißsiegelkunststoffmaterial,
normalerweise Polyethylen auf, die an den Flecken gesiegelt ist.
Da die Lasche und der Flecken aneinander haften, wird der an die
Lasche gesiegelte Abschnitt des Fleckens zusammen mit der Lasche entfernt,
womit also die Öffnung
freigelegt wird, wenn die Lasche aufgerissen wird.
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Der
Flecken und die Lasche werden normalerweise unter Verwendung des
sogenannten "Wärmeplattenversiegelungs"-Verfahrens aneinander heißgesiegelt,
wobei der Flecken und die Lasche durch Druckluft gegen eine erwärmte Platte
geblasen werden.
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Wie
dies beispielsweise in der von der vorliegenden Anmelderin eingereichten
Patentschrift EP-B-149130 beschrieben ist, wird alternativ auch ein
Heißsiegelverfahren
verwendet, das üblicherweise
als "Induktionsversiegelung" bekannt ist, wobei das
Verpackungsmaterial an der Öffnung
zwischen ein Heizelement an der Fleckenseite und eine Hinterlegungsplatte
an der Laschenseite gepreßt
wird. Das Heizelement weist eine zentrale Versorungsleitung mit
komprimiertem Fluid, z.B. Druckluft auf, um den Flecken auf die
Lasche und gegen die Hinterlegungsplatte zu schieben, sowie einen
Induktor, der in die Arbeitsfläche
des Heizelements eingefügt
ist, um einen elektrischen Strom in dem Material zu induzieren,
das von dem komprimierten Fluid gegen die Hinterlegungsplatte gehalten
wird.
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Kurz
gesagt, besteht das obengenannte Verfahren unabhängig von der verwendeten Versiegelungstechnik
darin, Abschnitte des Verpackungsmaterials zu entfernen, um die Öffnungen
zu bilden, und dann das Verpackungsmaterial zu "reparieren", indem die Flecken aufgebracht werden,
woraus sich ein mäßiger Wirkungsgrad
und relativ hohe Kosten ergeben.
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Darüber hinaus
ist zwar das störungsfreie Öffnen der
Verpackungen sichergestellt, aber das obengenannte Verfahren stellt
einige Probleme, was die Integrität der Verpackungen angeht,
und insbesondere als ein Ergebnis eines überhitzten Fleckens, der mit
den normalerweise zackigen Kanten der Öffnung in Wechselwirkung tritt,
die ein der Schicht aus faserigem Material gebildet ist.
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Eine
mögliche
Alternative liegt darin, die Durchgangsöffnung direkt in der Schicht
des Verpackungsmaterials aus faserigem Material zu bilden, bevor
die faserige Schicht mit den Kunststoff- und Aluminiumschichten
kombiniert wird, die im folgenden einfach als "Laminierungsschichten" bezeichnet werden.
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Am
Ende des Laminierungsvorgangs ist die Öffnung deshalb von den Laminierungsschichten
bedeckt; die Verpackung ist perfekt integral, und kein Flecken ist
erforderlich.
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Wie
in dem vorhergehenden Fall wird die Lasche an der Seite des Verpackungsmaterials
befestigt, die schließlich
die Außenseite
der Verpackung bildet, und sie wird mit der Schicht aus Kunststoffmaterial
versiegelt, welche die Öffnung
bedeckt.
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Um
ein störungsfreies Öffnen der
Verpackungen zu gewährleisten,
müssen
die Lasche und die daran versiegelten Laminierungsschichten fest haften.
In dem fraglichen Fall ist jedoch der Grad an Haftung ziemlich mäßig, der
von den oben beschriebenen herkömmlichen
Heißsiegelverfahren
geliefert wird, so daß dann,
wenn die Lasche aufgerissen wird, Teile der Laminierungsschichten
innerhalb der Öffnung
bleiben, womit ein glattes Ausfließen des Nahrungsmittels durch
die Öffnung
verhindert ist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum
Befestigen von Aufreißlaschen
an Verpackungsmaterial für
flüssige
Nahrungsmittel vorzusehen, das derart ausgelegt ist, daß die typischerweise
mit bekannten Verfahren verbundenen Nachteile beseitigt sind.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Befestigen von
Aufreißlaschen
vorgesehen, die aus Heißsiegelmaterial
hergestellt sind, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Befestigen
von Aufreißlaschen vorgesehen,
die aus Heißsiegelmaterial
hergestellt ist, an Streifenverpackungsmaterial, wie sie in Anspruch
5 beansprucht ist.
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Eine
bevorzugte, nicht einschränkende
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft unter Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
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1 eine
Explosionsschnittansicht einer Vorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung zum Befestigen von Aufreißlaschen an Verpackungsmaterial
für flüssige Nahrungsmittel;
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2 einen
schematischen Schnitt der Vorrichtung von 1 in der
Arbeitsposition und der Komponentenschichten des Verpackungsmaterials und
der Aufreißlasche
in größerem Maßstab;
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3 eine
Draufsicht eines Abschnitts des Verpackungsmaterials, an welchem
eine entsprechende Aufreißlasche
befestigt ist;
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4 eine
Seitenansicht eines Induktionsheizelements der Vorrichtung von 1;
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5 einen
Schnitt entlang der Linie V-V in 4.
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In 1 und 2 gibt
die Ziffer 1 insgesamt eine Vorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung zum Befestigen von Aufreißlaschen 2 über entsprechenden Öffnungen 3 (nur
eine ist gezeigt) an, die in dem Streifenverpackungsmaterial 4 ausgebildet
sind.
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Die
Vorrichtung 1 kann in eine (nicht gezeigte) Verpackungseinheit
zum kontinuierlichen Formen von aseptischen versiegelten Verpackungen
aus Verpackungsmaterial 4 eingebaut sein, die ein flüssiges Nahrungsmittel
wie pasteurisierte oder H-Milch, Fruchtsaft, Wein usw. enthalten.
Insbesondere wird das Ver packungsmaterial 4 auf bekannte
Weise gefaltet und in Längsrichtung
versiegelt, um einen vertikalen Schlauch zu bilden, der mit dem
sterilisierten oder steril verarbeiteten Nahrungsmittel zum Verpacken
gefüllt
wird, entlang gleich beabstandeter Querschnitte versiegelt wird
und aufeinanderfolgenden mechanischen Faltoperationen unterzogen
wird, um die fertigen Verpackungen zu bilden.
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Die
Vorrichtung 1 ist entlang eines Versorgungspfades für das Verpackungsmaterial 4 oberhalb
einer Station angeordnet, an welcher der vertikale Schlauch geformt
wird.
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Unter
speziellem Bezug auf 2 hat das an die Vorrichtung 1 gelieferte
Verpackungsmaterial 4 eine Mehrschichtstruktur und weist
eine Hauptlage 5 auf, die Öffnungen 3 hat und
durch eine Schicht 6 aus faserigem Material, z.B. Papier,
bedeckt ist, die an der Seite, die schließlich die Außenseite
der Verpackungen bildet, mit einem Film 7 aus Heißsiegelkunststoffmaterial,
bei dem gezeigten Beispiel Polypropylen, bedeckt ist.
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An
der Seite, die schließlich
die Innenseite der Verpackungen bildet, ist die Hauptlage 5 mit
einer Laminierungslage 8 bedeckt, welche die Öffnungen 3 bedeckt.
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Die
Laminierungslage 8 weist eine Schicht 9 aus elektrisch
leitendem Sperrmaterial auf, das beispielsweise durch eine Aluminiumfolie
gebildet ist, die an beiden Seiten mit entsprechenden Schichten 10, 11 aus
Heißsiegelkunststoffmaterial
wie Polyethylen bedeckt ist. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Schicht 11 an
der gegenüberliegenden
Seite zu derjenigen, welche die Schicht 9 aus Sperrmaterial
kontaktiert, mit einer weiteren Schicht 12 aus Heißsiegelkunststoffmaterial,
normalerweise Polyethylen, bedeckt.
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Die
Strichlinie in 3 gibt die seitliche Kante 15 einer
in dem Verpackungsmaterial 4 ausgebildeten Öffnung 3 an,
die ein einziges Loch aufweisen kann, durch welches das Produkt
zu gießen
ist, oder zwei Löcher:
eines, durch welches das Produkt zu gießen ist, und eines, das normalerweise
kleiner ist und als Lufteinlaß wirkt.
Die seitliche Kante 15 kann beispielsweise im wesentlichen
spitzbogenförmig sein,
und weist eine gerade Endseite 16 senkrecht zu dem Versorgungspfad
P des Verpackungsmaterials 4 und zwei gekrümmte Längsseiten 17, 18 auf,
die sich senkrecht von entsprechenden gegenüberliegenden Enden der Endseite 16 erstrecken,
entsprechende, einander zugewandte Konkavitäten haben und zusammenlaufen,
um eine abgerundete Endspitze 19 an dem der Endseite 16 gegenüberliegenden
Seite zu bilden.
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Jede
Lasche 2 ist rechteckig und steht bezüglich der entsprechenden Öffnung 3 nach
außen vor.
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Jede
Lasche 2 hat auch eine Mehrschichtstruktur und weist eien
Schicht 20 aus Heißsiegelkunststoffmaterial,
z.B. Polyethylen auf, von welcher eine Seite schließlich an
der entsprechenden Öffnung 3 an
die Laminierungslage 8 und an den Film 7 aus Verpackungsmaterial
in dem die Öffnung 3 umgebenden
Bereich gefügt
wird, sowie eine Schicht 21 aus Sperrmaterial, normalerweise
Aluminium, die an der Schicht 20 aus Heißsiegelkunststoffmaterial
durch eine Zwischenschicht 22 aus Kleber an der der Laminierungslage 8 gegenüberliegenden Seite
befestigt ist.
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Am
gleichen Ende wie die Spitze 19 der entsprechenden Öffnung 3 weist
jede Lasche 2 einen Griffabschnitt 23 auf, mit
welchem die Verpackung aufzureißen
ist und der von dem Film 7 aus Verpackungsmaterial 4 gelöst wird.
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Ein
wichtiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung liegt darin,
daß die
Vorrichtung 1 ein erstes Wärmeplattenversiegelungselement 25 und ein
zweites Induktionsversiegelungselement 26 aufweist, die
an gegenüberliegenden
Seiten des Verpackungsmaterials 4 angeordnet sind und gleichzeitig aktiviert
werden, um mit den Heißssiegelschichten 9, 10, 11, 12 der
Laminierungslage 8, der entsprechenden Lasche 2 und
dem Film 7 aus Verpackungsmaterial 4 an jeder Öffnung 3 in
Wechselwirkung zu treten und sie heißzusiegeln.
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Die
Versiegelungselemente 25, 26 werden durch entsprechende
bekannte (nicht gezeigte) Führungselemente,
zueinander bewegt.
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Das
Versiegelungselement 25 weist eine vorgewärmte Platte,
bevorzugt aus Keramikmaterial auf, bei dem gezeigten Beispiel Aluminiumoxid,
die außen
mit einem nichtklebenden Material im wesentlichen mit einer Chrom-
und Titannitridbais beschichtet ist.
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Das
Versiegelungselement 25 ist an der Seite der Lasche 2 angeordnet
und wirkt mit der Lasche 2 mittels einer entsprechenden
flachen Arbeitsfläche 27 parallel
zu dem Pfad P zusammen.
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Unter
Bezug auf 1, 4 und 5 weist
das Versiegelungselement 26 im wesentlichen einen Körper 28 auf,
der aus elektrisch isolierendem Material hergestellt ist und im
wesentlichen die Form eines Quaders hat, der parallel zu dem Pfad
P langgestreckt ist, und einen Induktor 30, der an einer
flachen seilichen Fläche 29 des
Körpers 28 angeordnet ist,
wobei die Fläche 29 parallel
zu der Fläche 27 des Versiegelungselement 25 ist
und mit der Laminierungslage 8 des Verpackungsmaterials 4 in
Wechselwirkung tritt.
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Insbesondere
weist der Induktor 30 eine einzige flache Windung 31 auf,
der in einer entsprechenden Nut an der Fläche 29 aufgenommen
und durch eine im wesentlichen C-förmige, leitende Platte gebildet
ist, wobei dicht beabstandete freie Enden mit der ersten bzw. der
zweiten Klemme 32, 33 verbunden sind, die wiederum
mit einer (nicht gezeigten) Treiberschaltung verbunden werden können, um
den Induktor 30 mit einem hochfrequenten elektrischen Strom
zu versorgen.
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Unter
speziellem Bezug auf 4 ist die Windung 31 derart
ausgebildet, daß sie
sich im wesentlichen um die Seitenkante 15 der Öffnung 3 erstreckt,
mit welcher sie in Wechselwirkung treten soll, und sie ist durch
zwei im wesentlichen gekrümmte Zweige 34, 35 gebildet,
die sich symmetrisch an gegenüberliegenden
Seiten einer Zwischenebene senkrecht zu dem Verpackungsmaterial 4 und
zu der Fläche 29 erstrecken,
und die an einem abgerundeten Spitzenabschnitt 36 verbunden
sind.
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Insbesondere
sind die Zweige 34, 35 durch dünne, flache, gekrümmte Streifen 37 gebildet,
die mit entsprechenden flachen, rechteckigen Endabschnitten 38 enden,
welche die freien Enden der Windung 31 bilden und sich
zueinander erstrecken, um entsprechende koplanare Schultern mit
entsprechenden Streifen 37 zu bilden. Die Streifen 37 und die
Endabschnitte 38 der Zweige 34, 35 der
Windung 31 treten mit den Längsseiten 17, 18 bzw.
der Endseite 16 der entsprechenden Öffnung 3 in Wechselwirkung,
während
der Spitzenabschnitt 36 mit der Spitze 19 der Öffnung 3 in
Wechselwirkung tritt.
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Die
Zweige 34, 35 bilden dazwischen einen im wesentlichen
spitzbogenförmigen
Bereich 40 der Fläche 29,
der eine äußere Kontur
hat, die derjenigen der seitlichen Kante 15 jeder Öffnung ähnlich,
aber kleiner als die Öffnung 3 ist
(4).
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Die
Querabmessungen der Streifen 37 der Zweige 34, 35 sind
kleiner als diejenigen der entsprechenden Endabschnitte 38 und
nehmen allmählich auf
minimale Werte an dem Spitzenabschnitt ab.
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Das
Versiegelungselement 26 weist auch eine Anzahl von Leitungen 41 auf,
um – bei
dem gezeigten Beispiel Druckluft – auf die Laminierungslage 8 zu
leiten, so daß die
Laminierungslage bei Verwendung auf die Lasche 2 und sowohl
die Laminierungslage als auch die Lasche gegen das Versiegelungselement 25 geschoben
werden. Die Leitungen 41 erstrecken sich innerhalb des
Körpers 28 parallel
zueinander, enden mit entsprechenden Auslaßlöchern 42 im Bereich 40 der
Fläche 29 des
Versiegelungselements 26 und sind mit einer gemeinsamen
Versorgungsleitung 43 verbunden, die sich in Längsrichtung durch
den Körper 28 erstreckt
und wie derum mit einer (nicht gezeigten) Quelle für unter
Druck stehendes Fluid verbunden werden kann.
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Um
eine Überhitzung
des Induktionsversiegelungslements 26 zu verhindern, ist
der Körper 28 mit
zwei Kühlleitungen 44 versehen,
die mit Kühlfluid versorgt
werden.
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Zur
Vereinfachung wird der Betrieb der Vorrichtung 1 unter
Bezug auf das Anbringen einer Aufreißlasche 2 über einer
entsprechenden Öffnung 3 in dem
Verpackungsmaterial beschrieben.
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Insbesondere
wenn die Lasche 2 und die Öffnung 3 korrekt zwischen
den Versiegelungselementen 25, 26 positioniert
sind, werden die Versiegelungselemente 25, 26 zusammengebracht,
um die verschiedenen Materialschichten dazwischen zu pressen.
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Zur
gleichen Zeit wird der Induktor 30 mit einem hochfrequenten
elektrischen Strom versorgt, und komprimiertes Fluid wird entlang
der Leitungen 41 in den Bereich zwischen den Versiegelungselementen 25, 26 zugeführt, um
die Laminierungslage 8 auf die Lasche 2 und gegen
das vorgewärmte
Versiegelungselement 25 zu schieben.
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Die
Versorgung des Induktors 30 induziert einen elektrischen
Strom in der Schicht 9 aus Sperrmaterial der Laminierungslage 8,
womit die Laminierungslage 8 erwärmt wird; und der synergetische
Effekt der Erwärmungsaktion
der Versiegelungselemente 25, 26 auf die Laminierungslage 8,
die Lasche 2 und das Verpackungsmaterial 4, die
durch den von dem komprimierten Fluid ausgeübten Schub in Kontakt miteinander
gehalten werden, bewirkt, daß der Film 7 aus
Verpackungsmaterial 4 und die Schicht 20 der Lasche 2 in
dem die Öffnung 3 umgebenden
Bereich schmilzt und die Schicht 20 der Lasche 2 und die
Schicht 10 der Laminierungslage 8 in dem Bereich
der Öffnung 3 selbst
schmilzt.
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Aufgrund
der speziellen Gestalt der Windung 31 sorgt der in der
Laminierungslage 8 induzierte Strom für eine stärkere Erwärmung des Bereichs um die seitliche
Kante 15 der Öffnung 3 und
demnach für eine
verbesserte Versiegelung der Lasche 2 und der Laminierungslage 8.
Weil darüber
hinaus die Querabmessungen der Windung 31 am Spitzenabschnitt 36 minimal
sind, und da die durch die Induktion des elektrischen Stroms in
einem Abschnitt von Material erreichbare Temperatur umgekehrt proportional
zu dem Induktorquerschnitt ist, der dem Materialabschnitt zugewandt
ist, wird der Abschnitt der Öffnung 3 dicht
an der Spitze 19, wo das Aufreißen der Lasche 2 eingeleitet
wird, auf eine höhere
Temperatur als anderswo erwärmt,
woraus sich also eine stärkere
Haftung der Laminierungslage 8 und der Lasche 2 und
damit ein besseres Öffnen
der Verpackungen im Vergleich zu traditionellen Versiegelungsverfahren ergibt.
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Die
Vorteile der Vorrichtung 1 und des Verfahrens nach der
vorliegenden Erfindung werden aus der vorhergehenden Beschreibung
klar.
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Insbesondere
haben Tests gezeigt, daß die kombinierte
Induktions- und Wärmeplattenversiegelung
für eine
hervorragende Haftung der Laschen 2 und der Laminierungslage 8 aus
Verpackungsmaterial 4 sorgt. Dies liegt hauptsächlich an
der Auslegung des Induktors 30, der den Effekt des hochfrequenten elektrischen
Stroms auf die Kanten aus Verpackungsmaterials 4 maximal
ausnutzt, so daß eine stärkere Erwärmung um
die seitlichen Kanten 15 der Öffnungen 3 erhalten
wird, und zwar mit maximalen Temperaturen an den Abschnitten, wo
das Aufreißen der
Laschen 2 eingeleitet wird.
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Die
Leichtigkeit, mit welcher die aus dem Verpackungsmaterial 4 geformten
Verpackungen geöffnet
werden, ist deshalb wenigstens mit derjenigen vergleichbar, die
durch Verfahren erreicht werden kann, die Flecken innerhalb der
Verpackungen verwenden, aber es sind keine Flecken erforderlich. Durch
den Verzicht auf Flecken wird wiederum dafür gesorgt, daß die Menge
an Bearbeitung reduziert wird, die von dem Verpackungsmaterial 4 an der
Verpackungsmaschine benötigt
wird, und insbesondere daß die
Schneidstation zum Ausbilden der Durchgangsöffnungen in dem Verpackungsmaterial
beseitigt ist, es gibt keine Versiegelungsstationen zum Versiegeln
der Flecken mit dem Verpackungsmaterial, keine Sammlung des Abfallmaterials
und keine Lagerung der Flecken selbst. Die Hauptlage 5 aus
Verpackungsmaterial 4 kann deshalb direkt in der Papierfabrik
gestanzt und mit der Laminierungslage 8 bedeckt werden.
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All
dies sorgt offensichtlich für
eine Beschleunigung der Herstellung der Verpackungen.
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Darüber hinaus
ist auch die Ausfallzeit reduziert, die durch nicht sterile Verpackungen
verursacht wird, die sich aus einem untauglichen Anbringen der Flecken
ergibt.
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Natürlich können an
der hier beschriebenen und veranschaulichten Vorrichtung 1 Änderungen vorgenommen
werden, ohne daß jedoch
vom Umfang der beigefügten
Ansprüche
abgewichen wird.