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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Verpacken mittels einer Vorrichtung zum Verpacken. D.h., die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verpackungen durch Steigerung
der Volumendichte der verpackten Artikel und eine Vorrichtung zum
Verpacken, die ein derartiges Verfahren verwendet.
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Verpackungen
von Artikeln, die leicht brechen und eine geringe Volumendichte
aufweisen, wie z.B. Kartoffelchips, sind schwierig wirksam zu handhaben,
da eine große
Menge Verpackungsmaterial zur Verpackung erforderlich ist, und die
Transportkosten hoch sind. In Anbetracht dieses Problems beschreibt
z.B, das US-Patent 5,540,035 ein Verfahren zum Schütteln der
Artikel, die in einen Beutel gefüllt wurden,
bevor er versiegelt wird, sodass das Volumen der zu versiegelnden
Artikelmenge vermindert wird. Wenn diese Technologie bei einer großen Verpackungsvorrichtung
zur Verpackung der zwei- oder dreifachen Menge in jedem Beutel gegenüber einer Verpackungsvorrichtung
normaler Größe verwendet wird,
ist es jedoch nicht möglich,
wirksam die Volumendichte der Artikel in dem Beutel zu erhöhen, und die
Verpackungsgeschwindigkeit wird entscheidend nachteilig beeinflußt. Hierbei
wird auf die US-A-1,278,562
Bezug genommen.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, in Anbetracht dieses Problems des
Standes der Technik ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung großer Verpackungen
zu schaffen, wobei die Volumendichte der Artikel wirksam erhöht wird,
als auch eine Vorrichtung zum Verpacken unter Verwendung eines derartigen Verfahrens
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zum Verpacken mit
folgenden Schritten gelöst:
- a) Einklemmen einer schlauchförmigen Folie
mit einer Schütteleinrichtung
an einer ersten Klemmposition an der Folie;
- b) aufeinanderfolgendes Einfüllen
einer ersten bis zu einer (n-1)-ten Menge von Artikeln einer gesamten
Menge n von Artikeln, in die mittels der Schütteleinrichtung eingeklemmte
Folie, wobei n gleich oder größer als
2 ist;
- c) Schütteln
jeder der ersten bis zur (n-1)-ten Menge von Artikeln unter Verwendung
der Schütteleinrichtung
vor dem Einfüllen
der folgenden Menge;
- d) Einfüllen
der n-ten Menge von Artikeln in die schlauchförmige Folie;
- e) Einklemmen der schlauchförmigen
Folie mit der Schütteleinrichtung
an einer zweiten Klemmposition an der Folie oberhalb der n-Mengen;
- f) Einfüllen
einer weiteren ersten Menge von Artikeln in die mittels der Schütteleinrichtung
eingeklemmte schlauchförmige
Folie;
- g) gleichzeitiges Schütteln
der weiteren ersten Menge von Artikeln oberhalb der zweiten Klemmposition
zusammen mit den n-Mengen von Artikeln unterhalb der zweiten Klemmposition;
- h) Verwenden einer Querversiegelungseinrichtung zum Versiegeln
der schlauchförmigen
Folie unterhalb der n-Mengen von Artikeln zur Ausbildung eines Bodens
eines Beutels vor der Durchführung
von Schritt e.
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Der
Betreiber kann eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe verschiedener
Verpackungszustände, wie
z.B. die Länge
jedes herzustellenden Beutels und die Verpackungsgeschwindigkeit
(d.h., die Anzahl der zu erzeugenden Verpackungen pro Zeiteinheit) verwenden.
Eine Vorrichtung zum Verpacken gemäß dieser Erfindung umfaßt eine
Steuereinheit, die bestimmt, ob die Folie intermittierend oder kontinuierlich
gefördert
wird, indem mindestens eine der eingegebenen Verpackungsbedingungen
und ein vorher gespeicherter Wert, wie z.B. die Verpackungsgeschwindigkeit,
verglichen werden. Die oben beschriebenen Schritte werden durchgeführt, wenn
die Steuereinheit bestimmt, dass die Folie in einer intermittierenden
Weise gefördert
werden soll. Wenn die Steuereinheit bestimmt, dass die Folie in
einer kontinuierlichen Weise gefördert
werden soll, wird die Folie in einer kontinuierlichen Bewegung ohne
Einwirken des Schüttelns
mittels der Schütteleinrichtung
nach unten gezogen.
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden, zeigen Ausführungsformen
der Erfindung, die zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung
der Erfindung dienen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung in Form eines Blockdiagramms einer Vorrichtung
zum Verpacken gemäß der Erfindung;
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2A und 2B eine
Aufsicht bzw. eine Seitenansicht der Schüttelvorrichtung der Vorrichtung
zum Verpacken gemäß 1;
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3A, 3B, 3C, 3D, 3E und 3F schematische
Ansichten zur Darstellung der Folge der Verpackungsvorgänge mittels
der Vorrichtung zum Verpacken gemäß 1 bei einer
intermittierenden Weise der Folienförderung;
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4 ein
Zeitdiagramm für
die Verpackungsvorgänge
gemäß 3A, 3B, 3C, 3D, 3E und 3F;
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5A, 5B, 5C, 5D und 5E schematische
Ansichten zur Darstellung der Abfolge der Verpackungsvorgänge mittels
der Vorrichtung zum Verpacken gemäß 1 bei einer
kontinuierlichen Weise der Folienförderung; und
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6 ein
Zeitdiagramm für
die Verpackungsvorgänge
gemäß den 5A, 5B, 5C, 5D und 5E.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. 1 zeigt schematisch
die Struktur einer Vorrichtung zum Verpacken gemäß der Erfindung. Ein längliches
beutelformendes Material (die „Folie") 100 wird
mittels einer Formeinrichtung 2 gefördert, wobei sie schlauchförmig um
eine Schlauchstruktur gebogen wird, die einstückig mit einem Trichter 1 ausgebildet
ist, und wird nach unten längs
dieser Schlauchstruktur mittels eine Paares von nach unten ziehenden
Ziehriemen 31 (nur ein Paar ist in 1 sichtbar),
die mittels eines von einer Steuereinheit gesteuerten Riemen-Antriebmotors 33 angetrieben
werden, gezogen. Das Paar der Nachunten-Ziehriemen 31 und
eine längliche
Versiegelungseinrichtung 32, umfassend eine Heizeinrichtung
zum Versiegeln der gegenüberliegenden überlappenden
Seitenrändern
der Folie 100, bilden zusammen eine Nachunten-Ziehmechanismus 3,
der unterhalb der Formeinrichtung 2 angeordnet ist.
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Unter
diesem Nachunten-Ziehmechanismus 3 und unmittelbar oberhalb
einer Querversiegelungseinrichtung 7 ist eine Schütteleinrichtung 5 angeordnet,
die das Einfüllen
der Artikel von einer Waage (nicht dargestellt) in das Innere des
herzustellenden Beutels bewirkt, wobei die schlauchförmige Folie 100 koordiniert
mit dem Betrieb der Waage eingeklemmt wird, sodass die Volumendichte
der Artikel erhöht wird.
Die Querversiegelungseinrichtung 7 dient zur Versiegelung
der schlauchförmigen
Folie 100 in Querrichtung und umfaßt ein Paar Siegelklemmbacken 71 und
Antriebsmotore 73 und 74 für die Klemmbacken, die mittels
einer Steuereinheit 9 gesteuert werden, sodass das Paar
der Siegelklemmbacken 71 eine zyklische Bewegung längs allgemein D-förmigen Bewegungsbahnen
durchführt,
wie dies im Einzelnen in dem US-Patent 5,753,067 beschrieben ist.
Bezugszeichen 10 zeigt eine Eingabeeinrichtung, mit der
eine Bedienungsperson „Verpackungsbedingungen" eingeben kann, wie
z.B. die Länge
der herzustellenden Beutel, das Soll-Gewicht der in jedem Beutel
zu verpackenden Artikel, die Verpackungsgeschwindigkeit oder die
Anzahl der pro Zeiteinheit herzustellenden Verpackungen, woraufhin
die verschiedensten Vorgänge
durchgeführt
werden.
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D.h.,
die Schütteleinrichtung 5 dient
zum Einklemmen eines Abschnitts der Folie 100 periodisch, einmal
zu jeder Zeit, wenn die Folie 100 um eine der Länge der
herzustellenden Beutel entsprechenden Distanz nach unten gezogen
wurde. Bei einer Arbeitsweise, bei der z.B. die Artikel mit einem
gewünschten
Gesamtgewicht aufeinanderfolgend in zwei Mengen in einen Verpackungsbeutel
gefüllt
werden, schüttelt
die Schütteleinrichtung 5 die
Artikel der ersten Menge, die zuerst eingefüllt wird, wodurch ihre Volumendichte
erhöht
wird. Die Schütteleinrichtung 5 gibt
dann das Einklemmen frei, wenn die Artikel der zweiten Menge in
die Folie 100 gefüllt
werden. Hierdurch füllen
die Artikel das Innere der schlauchförmigen Folie 100 mit
einer erhöhten
Volumendichte, wobei der Boden des Beutels quer versiegelt wird.
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2A und 2B zeigen
die Struktur dieser Schütteleinrichtung 5 im
Einzelnen. Ihr Hauptkörper
(„Schütteleinrichtungshauptkörper") 51 ist
rahmenförmig
und umgibt die schlauchförmige
Folie 100 und ist an einem Paar linken und rechten Rahmenstrukturen 53 mittels einer
Welle 52 angebracht, die durch den Schütteleinrichtungshauptkörper 51 in Richtung
seiner Breite verläuft
(die vertikale Richtung in 2A), sodass
eine Schwingung ermöglicht
wird. An einem Ende des Schütteleinrichtungshauptkörpers 51 in
seiner Längsrichtung
(die horizontale Richtung in 2A) ist
eine sich in Längsrichtung
erstreckende Welle 54 angeordnet, die exzentrisch mit einer
Verbindungsstange 58 mit der Welle 56 eines Untersetzungsgetriebes 55 verbunden
ist, sodass die Drehbewegung eines Schüttelmotors 57 zum
Schütteln,
der mittels der Steuereinheit 9 gesteuert wird, in eine
Auf-Abbewegung umgewandelt wird, sodass der Hauptkörper 51 eine
Schwingbewegung in vertikaler Richtung um die Welle 52 durchführt.
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Ein
Ritzel 61 ist an einem Ende dieser Welle 52, die
durch den Hauptkörper 51 der
Schütteleinrichtung
verläuft,
angebracht, das mit einer Zahnstange 60 in Eingriff steht,
die mittels eines Antriebszylinders 59 angetrieben wird,
der von einer Steuereinheit 9 gesteuert wird, sodass sie
eine Hin- und Herbewegung in Längsrichtung
nach vorne und hinten durchführt.
Zwischen einer an der Welle 52 befestigten Antriebsriemenscheibe 62 und
einer Abtriebsriemenscheibe 63 am Hauptkörper 51 der
Schütteleinrichtung
ist ein Riemen 64 gelagert. An den gegenüberliegenden
zugewandten Flächen
dieses Riemens 64 ist ein Paar Verschlußklappen 66 und 67 so angebracht,
dass sich diese Verschlußklappen 66 und 67 aufeinander
zu oder voneinander weg durch die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Zahnstange 60 zur
Bewegung des Riemens 64 bewegen können.
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Wie
in 2 dargestellt, ist ein Sensor 68 zum
Zählen
der Schwingungen des Hauptkörpers 51 der
Schütteleinrichtung
vorgesehen, indem er eine an der Welle 56 des Untersetzungsgetriebes 55 angebrachte
Platte 69 erfaßt.
Die Steuereinheit 9 dient zur Steuerung des Betriebs der
Bewegung der Motoren 33, 57, 73 und 74 für die Riemen 31 zum
Nachuntenziehen, für
den Hauptkörper 51 der
Schütteleinrichtung 5 und
für die
Querversiegelungseinrichtung 7. Der Zeitablauf der Steuerung
dieser Motoren mittels der Steuereinheit 9 wird im Folgenden
unter Bezugnahme auf die Diagramme in den 3A, 3B, 3C, 3D, 3E und 3F als auch
auf das Zeitdiagramm gemäß 4 beschrieben.
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Wenn
die durch die Eingangseinrichtung 10 eingegebene Verpackungsgeschwindigkeit
größer als
ein vorbestimmter spezifischer Wert ist („spezifische Verpackungsgeschwindigkeit"), der vorher in der
Steuereinheit 9 gespeichert wurde, oder wenn die zu einer
Packung zu verpackenden Artikel zusammen auf einmal als eine Menge
gemäß einer
ausgewählten
Betriebsweise eingefüllt
werden, führt
die Steuerungseinheit 9 eine normale kontinuierliche Folienförderung
durch, wobei die Folie 100 kontinuierlich ohne Schütteln der
Artikel, die eingefüllt
wurden, gefördert
wird. Wenn die durch die Eingabeeinrichtung 10 eingegebene
Verpackungsgeschwindigkeit geringer als die spezifische Verpackungsgeschwindigkeit
ist, oder wenn die Artikel mit einem gesamten Soll-Gewicht aufeinanderfolgend
in mehreren Mengen gemäß einer
ausgewählten
Betriebsart eingefüllt werden,
führt die
Steuereinheit 9 andererseits die Folie 100 intermittierend
um jeweils einen Betrag zu, der gleich der Länge der einzelnen herzustellenden
Beutel ist.
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Es
soll ein Betrieb beschrieben werden, bei dem die Artikel mit einem
gesamten Soll-Gewicht aufeinanderfolgend in zwei Mengen zugeführt werden,
wobei jede Menge das halbe Soll-Gewicht aufweist. Diese Betriebsart
wird z.B. in dem US-Patent 4,508,185 beschrieben und wird daher
hier nicht weiter im Einzelnen beschrieben. Nach einem Verfahrensabslauf,
umfassend das Wiegen und Verpacken (d.h., zur Zeit. ta in 4)
werden die Versiegelungsklemmbacken 71 der Querversiegelungseinrichtung 7 an
bestimmten Ausgangspositionen angehalten (siehe Bezugszeichen 710 in 1),
und zwar unmittelbar, bevor sie sich berühren, und die Verschlußklappen 66 und 67 der
Schütteleinrichtung 5 sind
stationär,
wobei sie die schlauchförmige
Folie 100 einklemmen (siehe 3A), und
die Riemen 31 zum Nachuntenziehen befinden sich in der Ruheposition. Wenn
die Waage von der Verpackungsmaschine unter dieser Bedingung ein
Bereit-Signal erhält,
das eine Ausgabe der gewogenen Artikel anfordert, wird eine Artikelmenge
mit einem Gesamtgewicht, das etwa der Hälfte des gesamten Soll-Gewichts
entspricht, abgewogen und in die schlauchförmige Folie 100 im
abgeklemmten Zustand gefüllt,
woraufhin sich der Schüttelmotor 57 für eine bestimmte
Zeitdauer T1 (von der Zeit tb in 4)
dreht, wodurch der Hauptkörper 51 der
Schütteleinrichtung
um die Welle 52 nach oben und unten schwingt, sodass die
Volumendichte der eingefüllten
Artikel erhöht
wird, wie in 3B dargestellt. Darauf, wenn
eine zweite Artikelmenge, die ebenfalls etwa die Hälfte des
gesamten Soll-Gewichts wiegt (sodass die Summe der Gewichte der
ersten und zweiten Artikelmenge gleich dem gesamten Soll-Gewicht
ist), von der Waage in Abhängigkeit
eines weiteren von der Verpackungsmaschine ausgegebenen Bereit-Signals
eingefüllt
wird, und ein Ausgabeendsignal zur Anzeige der Beendigung einer
Artikelausgabe von der Waage zur Zeit tc zurückgeführt wird,
drehen sich die Motoren 73 und 74 für die Versiegelungsklemmbacken 71 nach
einer kurzen Wartezeitdauer von T2. Nach einer weiteren Zeitdauer
T3 (zur Zeit. td), treten die Versiegelungsklemmbacken 71 miteinander
in Eingriff, unmittelbar, bevor die Artikel der zweiten Menge die
Schütteleinrichtung 5 erreichen
und versiegeln den Bodenrand des zu bildenden Beutels. Gleichzeitig
(zur Zeit. td) beginnt die Abwärtsbewegung
der Folie 100 gleichzeitig mit der Drehung der Versiegelungsklemmbacken 71,
und der Antriebszylinder 59 wird ebenfalls aktiviert, sodass
sich das Paar der Verschlußklappen 66 und 67 mittels
der Zahnstange 60 voneinander weg bewegen, wobei das Ritzel 61 mit
der Zahnstange 60 in Eingriff steht und sich die Antriebsriemenscheibe 62 mit
dem Ritzel 61 dreht, und der zwischen der Antriebsriemenscheibe 62 und
der Abtriebsriemenscheibe 63 gespannte Riemen 64 dreht.
Hierdurch werden die Artikel der ersten Menge, deren Volumendichte
mittels der Schütteleinrichtung 5 erhöht wurde,
und die Artikel der darauf erhaltenen zweiten Menge zusammen in
den Beutel gefüllt,
dessen unterer Rand zwischen den Versiegelungsklemmbacken 71 versiegelt
wurde, wie in 3D dargestellt.
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Die
Folie 100 wird mittels der Riemen 31 mit der gleichen
Geschwindigkeit wie der Abwärtsbewegung
der Versiegelungsklemmbacken 71 auf den gradlinigen Abschnit ten
ihrer allgemein D-förmigen Bahn
nach unten gezogen. Zur Zeit te, wenn die
Folie 100 um die Länge
des Beutels nach unten gezogen wird, befinden sich die erste und
zweite Menge der Artikel zusammen vollständig im Inneren, und die Versiegelungsklemmbacken 71 befinden
sich an ihren bestimmten Anfangspositionen 710, wie in 3E dargestellt.
Nachdem die Abwärtsbewegung des
Films 100 etwa zur gleichen Zeit unterbrochen wird, warten
die Verschlußklappen 66 und 67 eine bestimmte
Zeitdauer T4, bis sich die eingefüllten Artikel gesetzt haben,
und dann wird die Folie 100 oberhalb dieser Artikel eingeklemmt.
Zur gleichen Zeit tf wird die Schütteleinrichtung 5 erneut
aktiviert, wie in 3F dargestellt, wodurch der
Hauptkörper 51 der Schütteleinrichtung
um die Welle 52 nach oben und unten schwingt, sodass die
Volumendichte nicht nur der Artikel der bereits im geschlossenen
Beutel befindlichen zweiten Menge erhöht wird, sondern ebenfalls
die nächste
in der Zwischenzeit für
den nächsten erzeugten
Beutel gefüllte
Artikelmenge erhöht
wird. Somit wird ein Raum oberhalb der eingeschlossenen Artikel
zum Querversiegeln der Folie 100 mit den Versiegelungsklemmbacken 71 geschaffen,
und die oben beschriebenen Schritte werden daraufhin wiederholt.
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Im
Folgenden soll die Situation beschrieben werden, bei der die Folie 100 kontinuierlich
gefördert und
die Artikel mit einem gesamten Soll-Gewicht zusammen als einzige
Menge eingefüllt
werden. Bei dieser Betriebsart verbleiben die Verschlußklappen 66 und 67 geöffnet, und
die Schütteleinrichtung 5 bleibt
inaktiv. 5A zeigt die Situation zur Zeit
ta' in 6 vor
der Ausgabe eines Bereit-Signals. Wenn ein Bereit- Signal von der Verpackungsmaschine
(zur Zeit tb' in 6) unter
dieser Bedingung ausgegeben wird, und die Waage die gewogenen Artikel
in einer einzigen Menge ausgibt, und ein Ausgabeendsignal ausgibt
(zur Zeit tc' in 6), bewirkt
die Steuereinheit 9 den Start der Motoren 73 und 74 für die Klemmbacken,
wodurch sich die Versiegelungsklemmbacken 71 bewegen, und
der Motor 33 zieht die Folie 100 nach unten nach
einer vorbestimmten Zeitdauer T2 (zur Zeit td'), wie in 5B und 5C dargestellt,
sodass die Versiegelungsklemmbacken 71 den Beutel rechtzeitig
schließen,
um die Artikelmenge aufzunehmen, wie in 5D dargestellt.
Darauf drehen sich die Versiegelungsklemmbacken 71 weiter und
die Folie 100 bewegt sich weiter nach unten, wie in 5E dargestellt,
und die Versiegelungsklemmbacken 71 versiegeln die Folie 100,
um gleichzeitig die obere Versiegelung des Beutels, der gerade gefüllt wurde,
und die untere Versiegelung des im Folgenden zu füllenden
Beutels auszubilden. Wenn darauf das nächste Bereit-Signal von der
Verpackungsmaschine ausgegeben wird (zur Zeit ta') und ein Ausgabeendsignal
von der Waage in Abhängigkeit
empfangen wird, werden die Riemen 31 kontinuierlich bewegt,
und die Klemmbacken 71 führen gleichzeitig eine weitere
Drehbewegung durch, wie oben beschrieben. Wenn keine Ausgabe erfolgt,
und entsprechend kein Ausgabeendsignal von der Waage ausgegeben
wird, aus irgendwelchen Gründen,
bewirkt die Steuereinheit 9, wie mittels einer gestrichelten
Linie zur Zeit tf' in 6 gezeigt,
dass die Versiegelungsklemmbacken 71 das Versiegeln beenden,
wodurch das obere Ende des Beutels, der gerade vorher gefüllt wurde,
verschlossen wird, und kehren zu ihrer Ausgangsposition 710 zurück, wobei die
Riemen 31 nach einer bestimmten Zeitdauer T5 von dem Moment,
wenn ein Ausgabeendsignal empfangen wurde, angehalten werden, wie
in 6 gezeigt.
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Obwohl
die Erfindung für
einen Betrieb beschrieben wurde, bei dem die Artikel mit einem gesamten
Soll-Gewicht in
zwei Mengen zur Herstellung jeder Packung eingefüllt werden, die Artikel der
ersten Menge nach dem Einfüllen
geschüttelt
werden, sodass ihre Volumendichte erhöht wird, bevor die Artikel
der zweiten Menge eingefüllt
werden, soll dies nicht den Schutzumfang der Erfindung begrenzen. Allgemein
können
Artikel mit einem gesamten Soll-Gewicht aufeinanderfolgend in n-Mengen eingefüllt werden,
wobei n irgendeine ganze Zahl gleich oder größer 2 ist, und der Beutel kann
mittels der Schütteleinrichtung
geschüttelt
werden, nachdem die Artikel jeder der ersten (n-1)-Mengen eingefüllt wurde.
Die Artikel aller n-Mengen werden addiert, um eine Packung zu bilden,
nur nachdem die n-te Menge („Endmenge") eingefüllt wurde.
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Somit
wird der Beutel jedes Mal geschüttelt, wenn
eine der ersten (n-1)-Mengen eingefüllt wurde, sodass ihre Volumendichte
erhöht
wird, und der Beutel am Ende versiegelt und verschlossen wird, nachdem
die Endmenge der Artikel eingefüllt
wurde. Auf diese Weise erreicht man Packungen mit einem kleineren
Volumen gemäß der Erfindung,
sodass die Produktions- als auch die Transportkosten entscheidend
vermindert werden können.
Da dieses Verfahren zur Erhöhung
der Volumendichte der Artikel gleichzeitig mit der Querversiegelung
der Folie durchgeführt
wird, wird die Verpackungsgeschwindigkeit nicht nachteilig beeinflußt. Bei
einem Verfah ren, bei dem die schlauchförmige Folie intermittierend
gefördert
wird, kann weiter die Geschwindigkeit der Folienförderung
erhöht
werden, wodurch die Strecke längs
der die Folie gezogen wird, erhöht wird,
sodass der sogenannte „Browsing
Effekt" verstärkt wird.
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Die
Beschreibung soll breit ausgelegt werden. Es muss nicht erwähnt werden,
dass die Verpackungsmaschine gemäß der Erfindung
nicht nur mit einer Waage zum Füllen
der Artikel in Mengen gemäß ihrem
Gewicht verwendet werden kann, sondern ebenfalls mit einer Einrichtung
zur Zuführung von
Artikelmengen entsprechend ihrem Volumen oder der Anzahl der einzelnen
Artikel.