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Die Erfindung betrifft die Herstellung von mit Füllgut gefüllten Behältern, wobei die Behälter durch Umformen eines thermisch konditionierten Behältervorformlings aus einem thermoplastischen Material mittels eines Blas- oder Streckblasverfahrens hergestellt werden.
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Beispielsweise ist bekannt, Behälter wie beispielsweise Getränkeflaschen aus Polyethylenterephthalat (PET) oder Polypropylen (PP) oder anderen bekannten Thermoplasten oder thermoplastischen Materialien herzustellen. Es ist auch gelungen, derartige Behälter mit ausreichender Temperaturstabilität für die Befüllung mit heißem Füllgut herzustellen. Dabei stellt sich regelmäßig das Problem, dass nach dem Befüllen und Verschließen der Behälter durch Kontraktion des Füllgutes und durch Volumenabnahme des in der Flasche verbleibenden füllguffreien Volumens beim Abkühlen ein Unterdruck in dem Behälter entsteht.
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Um trotz dieses Unterdrucks einen stabilen Behälter zu erhalten ist es im Stand der Technik bekannt, am Behälter sogenannte Panels vorzusehen, die dazu ausgelegt sind, sich bei Druckänderungen im Behälterinneren plastisch zu verformen und dadurch die Druckänderung im Behälterinneren auszugleichen. Die Bereiche zwischen den Panels, oft als Rippen bezeichnet, müssen dabei jedoch besonders formstabil ausgelegt werden, um die Stabilität des Behälters insgesamt zu gewährleisten. Dies wird in der Regel über die Wandstärke des Behälters gewährleistet, so dass dem allgemeinen Bestreben nach Material- und Gewichtseinsparung enge Grenzen gesetzt sind.
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Eine zweite bekannte Methode zum Ausgleichen eines Unterdrucks im Behälter besteht darin, unmittelbar vor dem Verschließen eine kleine Menge flüssigen Stickstoff in den Behälter zuzugeben, wobei der Stickstoff anschließend verdampft und eine Druckerhöhung im Behälter erwirkt. Hier wird ausgenutzt, dass der Behälter bei Überdruck wesentlich einfacher durch seine Formgebung zu stabilisieren ist als bei Unterdruck, unter anderem weil das Material in der dünnen Behälterwand wesentlich größere Zuglasten aufnehmen kann als Drucklasten. Allerdings hat sich gezeigt, dass der Innendruck der gefüllten Behälter bei der Zugabe von flüssigem Stickstoff sehr schwer zu kontrollieren ist und großen Schwankungen von Behälter zu Behälter unterliegt. Die Behälter müssen daher aus Sicherheitsgründen entsprechend stabil ausgelegt werden, um auch größeren Überdruck im Behälterinnern ohne Stabilitätseinbußen verkraften zu können. Auch hier sind somit enge Grenzen für dünnere Behälterwandstärken zur Einsparung von Material und Gewicht gesetzt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei den eingangs genannten Behältern, insbesondere im Bereich Heißabfüllung, Material- und Gewichtseinsparungen zu ermöglichen, ohne die Stabilität der Behälter zu beeinträchtigen.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen eines mit einem Füllgut gefüllten Behälters umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- – Umformen eines thermisch konditionierten Behältervorformlings aus einem thermoplastischen Material in einen Zwischenbehälter mittels eines Blas- oder Streckblasverfahrens unter Verwendung einer die Außenkontur des Zwischenbehälters vorgebenden Blasform, wobei der Zwischenbehälter eine Behälterwandung mit einem nach außen gewölbten Umstülpbereich aufweist;
- – Befüllen des Zwischenbehälters mit einem Füllgut;
- – Verschließen des Zwischenbehälters;
- – Umformen des Zwischenbehälters in einen Behälter durch Umstülpen des Umstülpbereichs, so dass der Umstülpbereich im Behälter nach innen gewölbt ist.
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Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass durch das Umstülpen des Umstülpbereichs eine genau vorbestimmte Volumenänderung zwischen dem Zwischenbehälter und dem endgültigen Behälter erreicht wird. Durch geeignete Ausführung des Umstülpbereichs ist somit eine sehr genau vorherbestimmbare Anpassung des Behältervolumens an den Volumenverlust des Füllgutes beim Abkühlen ermöglicht, so dass der Innendruck des fertig gefüllten Behälters sehr genau einstellbar ist. Entsprechend ermöglicht die Erfindung eine optimale Auslegung des Behälters mit minimalem Materialeinsatz und somit minimalem Behältergewicht.
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Der Umstülpbereich ist hierfür insbesondere derart ausgebildet, dass es zwei stabile Zustände für die Behälterwandung im Umstülpbereich gibt, nämlich einen nach außen gewölbten Zustand beim Zwischenbehälter und einen nach innen gewölbten Zustand beim fertigen Behälter. Der Umstülpbereich kann insbesondere mit Vorteil im Bereich des Behälterbodens angeordnet sein.
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Vorzugsweise weist die Behälterwandung während des Umstülpens zumindest im Umstülpbereich eine Temperatur auf, die geringer als eine Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Materials des Behältervorformlings bzw. des Zwischenbehälters bzw. des Behälters ist. Hierdurch wird insbesondere verhindert, dass sich die Behälterwandung im Umstülpbereich beim Umstülpen unkontrolliert plastisch verformt. Auch wird durch eine Temperatur unter der Glastemperatur eine gewisser Widerstand der Behälterwandung gegen Umformung erreicht, so dass ein unerwünschtes Rückspringen des Umstülpbereichs aus dem nach dem Umformen gewünschten, nach innen gewölbten Zustand mit höherem Behälterinnendruck in den nach außen gewölbten Zustand mit geringerem Behälterinnendruck sicher unterbunden wird, selbst wenn die Umformung des Umstülpbereichs gegen einen Innendruck im Zwischenbehälter bzw. Behälter erfolgt, beispielsweise weil das Füllgut noch nicht abschließend abgekühlt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft weitergebildet, wenn der Zwischenbehälter mit einem heißen Füllgut befüllt wird, wobei der gefüllte Zwischenbehälter und das Füllgut, insbesondere nach dem Verschließen des Zwischenbehälters, auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Materials des Zwischenbehälters abgekühlt wird.
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Im Rahmen der Erfindung wird unter einem heißen Füllgut insbesondere ein Füllgut mit einer Temperatur von über 70°C, insbesondere von über 80°C, verstanden.
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Des Weiteren besonders vorteilhaft im Rahmen der Erfindung ist, wenn die Behälterwandung im Umstülpbereich formstabile und/oder formstabilisierte Stabilabschnitte aufweist, zwischen denen, insbesondere reversibel, verformbare Scharnierabschnitte angeordnet sind.
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Dadurch wird insbesondere nicht die gesamte Behälterwandung im Bereich des Umstülpbereichs verformt, sondern in erster Linie die Scharnierbereiche. Dadurch wird der Kraftaufwand zum Umformen der Behälterwandung im Umstülpbereich reduziert und die Kontrollierbarkeit der Volumenänderung vom Zwischenbehälter zum Behälter weiter erhöht. Vorteilhafterweise macht die Gesamtheit der Scharnierbereiche maximal die Hälfte, weiter bevorzugt maximal ein Drittel, des gesamten Umstülpbereichs aus.
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Die Stabilabschnitte sind beispielsweise dadurch formstabil oder formstabilisiert ausgebildet, dass die Stabilabschnitte jeweils eine in zwei unterschiedlichen Richtungen gewölbte Oberfläche aufweisen.
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Die Scharnierbereiche sind beispielsweise dadurch verformbar ausgestaltet, dass die Scharnierabschnitte jeweils eine ebene oder eine in lediglich einer Richtung gewölbte Oberfläche aufweisen.
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Der Umstülpbereich ist vorzugsweise an einem Boden des Zwischenbehälters bzw. des Behälters angeordnet. Hierdurch werden insbesondere unerwünschte Beeinträchtigungen des Erscheinungsbildes des Behälters durch die Ausgestaltung des Umstülpbereichs vermieden und eine Ausgestaltung des Umstülpbereichs vorrangig nach technischen Gesichtspunkten, insbesondere im Hinblick auf die angestrebte Volumenänderung und die erreichbare Stabilität des fertigen Behälters, ermöglicht.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren gelöst von einer Vorrichtung zur Herstellung von mit Füllgut gefüllten Behältern, umfassend eine Füllvorrichtung zur Befüllung von Zwischenbehältern mit einem Füllgut, wobei die Zwischenbehälter jeweils eine Behälterwandung mit einem nach außen gewölbten Umstülpbereich aufweisen, die Vorrichtung ferner umfassend eine Verschließvorrichtung zum Verschließen der mit Füllgut gefüllten Zwischenbehälter, die Vorrichtung ferner umfassend eine Umstülpvorrichtung zur Umformung jeweils eines Zwischenbehälters in einen Behälter durch Umstülpung des jeweiligen Umstülpbereichs, so dass der jeweilige Umstülpbereich nach der Umstülpung im Behälter nach innen gewölbt ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet zur Ausführung des vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch weitergebildet, dass die Vorrichtung ferner umfasst eine zwischen der Verschließvorrichtung und der Umstülpvorrichtung angeordnete Fördervorrichtung zum Fördern von mittels der Verschließvorrichtung verschlossenen Zwischenbehältern zur Umstülpvorrichtung. Dabei ist die Fördervorrichtung bevorzugt als Kühlvorrichtung zur Abkühlung der gefüllten Zwischenbehälter ausgebildet.
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Eine geeignete Kühlwirkung ist dabei beispielsweise über eine geeignete Länge der Fördervorrichtung und eine entsprechende Förderdauer der Zwischenbehälter von der Verschließvorrichtung zur Umformvorrichtung erreichbar. In anderen Ausführungsformen der Erfindung weist die Fördervorrichtung beispielsweise wenigstens eine geeignete Kühleinrichtung zum Abkühlen der gefüllten und verschlossenen Zwischenbehälter auf. Geeignete Kühleinrichtungen verwenden beispielsweise flüssige Kühlmedien, die mit den Zwischenbehältern in Kontakt gebracht werden und diesen durch Konvektion und/oder Verdampfung Wärme entziehen.
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Ferner umfasst die Fördervorrichtung beispielsweise Greifer oder Zangen, die im Mündungsbereich der Zwischenbehälter angreifen und entlang eines Förderweges mitführen. Dabei treten jedoch hohe Belastungen aufgrund des Gewichtes der gefüllten Zwischenbehälter auf.
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Alternativ werden die Zwischenbehälter stehend, beispielweise mittels eines Bandförderers, von der Fördervorrichtung gefördert. Dies ist jedoch nur möglich, wenn bereits die Zwischenbehälter über eine ausreichende Standfestigkeit verfügen, beispielsweise wenn der Umstülpbereich an einer anderen Stelle der Behälterwandung als am Boden der Zwischenbehälter ausgebildet ist, oder der Umstülpbereich einen Standbereich des Bodens nicht nach außen überragt.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch ausgezeichnet, dass die Fördervorrichtung wenigstens einen Fördertopf für einen Zwischenbehälter aufweist, wobei insbesondere der Fördertopf Klemmmittel zur kraftschlüssigen Halterung eines in dem Fördertopf geförderten Zwischenbehälters aufweist.
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Hierdurch wird eine sichere und einfache Förderung der Zwischenbehälter selbst bei fehlender Standfestigkeit ermöglicht, ohne einzelne Komponenten der Fördervorrichtung übermäßigen mechanischen Belastungen auszusetzen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise dadurch ergänzt, dass die Vorrichtung ferner umfasst eine Heizvorrichtung zum thermischen Konditionieren von Behältervorformlingen und eine Blasvorrichtung zum Umformen jeweils eines thermisch konditionierten Behältervorformlings in einen Zwischenbehälter mittels eines Blas- oder Streckblasverfahrens, wobei die Blasvorrichtung eine eine Außenkontur der Zwischenbehälter vorgebende Blasform aufweist, wobei die Vorrichtung insbesondere ferner Fördermittel zum Fördern der mittels der Blasvorrichtung hergestellten Zwischenbehälter zur Füllvorrichtung umfasst.
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Dadurch wird insbesondere ermöglicht, alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer einzigen Produktionslinie auszuführen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen mit einem Füllgut gefüllten Behälter, erhältlich durch ein erfindungsgemäßes Verfahren, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Blasform für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Blasform ist insbesondere dazu ausgebildet, in eine Blasvorrichtung eingebaut zu werden und bei einem Blas- oder Streckblasverfahren unter Verwendung dieser Blasvorrichtung die Außenkontur eines bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zu formenden Zwischenbehälters vorzugeben.
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Die erfindungsgemäße Blasform umfasst vorzugsweise zwei Blasformhälften und eine Bodenform.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch eine Blasstation mit einer erfindungsgemäßen Blasform,
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2 schematisch einen Zwischenbehälter gemäß der Erfindung in Seitenansicht,
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3 schematisch eine Draufsicht auf den Bodens des Zwischenbehälters aus 2,
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4 schematisch einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von mit Füllgut gefüllten Behältern, und
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5 schematisch einen erfindungsgemäßen mit Füllgut gefüllten Behälter, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem Zwischenbehälters aus 2.
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1 zeigt eine Blasstation 3 zur Herstellung eines Zwischenbehälters 2 im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Blasstation 3 umfasst eine geteilte Blasform 4 mit zwei von Formhalterungen 5', 6' gehalterten Blasformhälften 6, wobei in der Darstellung die zweite Blasformhälfte von der Formhalterung 5' verdeckt und dadurch nicht sichtbar ist. Die Blasform 4 kann im Rahmen der Erfindung auch über andere geeignete Teilungen verfügen, beispielsweise mit zwei Blasformhälften 6 und einer separaten Bodenform.
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In 1 dargestellt ist der Zustand der Blasstation 3 nach dem Blasen des Zwischenbehälters 2. Entsprechende Blas- oder Streckblasverfahren sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung. Die Blasform 4 ist im dargestellten Zustand bereits geöffnet, um eine Entnahme des fertig geblasenen Zwischenbehälters 2 zu ermöglichen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Zwischenbehälter 2 und der entsprechende, vor dem Blas- oder Streckblasformen in die Blasstation 3 eingefügte, Behältervorformling über Kopf orientiert, d. h. mit ihrem offenen Mündungsbereich 11 nach unten weisend. Andere Orientierungen, z. B. mit dem Mündungsbereich 11 nach oben weisend, sind ausdrücklich ebenfalls von der Erfindung umfasst.
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2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Zwischenbehälters 2 in Seitenansicht. Der Zwischenbehälter 2 besteht aus einer komplex geformten Behälterwandung 13 und ist im inneren hohl zur Aufnahme eines insbesondere flüssigen Füllgutes. Der Zwischenbehälter 2 umfasst einen Mündungsabschnitt 11 und einen dem Mündungsabschnitt gegenüberliegend angeordneten Boden 15. Am Boden 15 des Zwischenbehälters 2 weist die Behälterwandung 13 einen nach außen gewölbten Umstülpbereich 20 auf.
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3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den im Wesentlichen im Querschnitt runden Boden 15 des Zwischenbehälters 2 aus 2. Der Boden 15 weist einen im Wesentlichen ringförmigen Standring 16 und einen konzentrisch innerhalb des Standrings 16 angeordneten Umstülpbereich 20 auf. Der Umstülpbereich 20 ist ebenfalls im Querschnitt im Wesentlichen rund ausgebildet und umfasst gleichmäßig in radialer Umfangsrichtung verteilt angeordnete Stabilbereiche 22 sowie zwischen den Stabilbereichen 22 angeordnete Scharnierbereiche 24. Die Stabilbereiche 22 sind jeweils durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch eine in zwei unterschiedlichen Richtungen gewölbte Oberfläche, formstabil oder formstabilisiert ausgebildet. Die Scharnierbereiche 24 hingegen sind im Vergleich zu den Stabilbereichen 22 wesentlich leichter verformbar ausgebildet, beispielsweise durch eine flache oder in lediglich einer Richtung gewölbte Oberfläche.
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Erfindungsgemäß werden die Zwischenbehälter 2 mit Füllgut, insbesondere heißem Füllgut, gefüllt. Unter heiß wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Temperatur zwischen 70°C und 100°C verstanden. Die Heißabfüllung hat insbesondere den Vorteil, dass Keime im Füllgut und im Innenvolumen des Zwischenbehälters abgetötet werden. Die Zwischenbehälter 2 werden anschließend erfindungsgemäß verschlossen, beispielsweise mittels jeweils einer Verschlusskappe 18 oder einem anderen geeigneten Verschlussmittel. Ab dem Verschließen der Zwischenbehälter 2 sinkt aufgrund der Kontraktion des abkühlenden Füllgutes der Innendruck. Auch das mit eingeschlossene, füllgutfreie Volumen kühlt ab und nimmt ein geringeres Volumen ein. Dieser Druckverlust wird erfindungsgemäß dadurch wenigstens teilweise kompensiert, dass durch Umstülpen des Umstülpbereichs 20 aus einem Zwischenbehälter 2 ein Behälter 1 geformt wird, wobei der Behälter 1 in Folge des Umstülpens ein geringeres Innenvolumen als der Zwischenbehälter 2 aufweist.
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4 zeigt schematisch ein Umformrad als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung erfindungsgemäßer, mit Füllgut gefüllter Behälter 1. Dem Umformrad werden gefüllte und verschlossene Zwischenbehälter 2 über eine Förderstrecke 30 zugefördert, wobei die Zwischenbehälter 2 jeweils einzeln mittels einer Bearbeitungsstation 47 des Umformrades 46 in Behälter 1 umgeformt werden, indem der im Zwischenbehälter 2 nach außen gewölbte Umstülpbereich 20 nach innen gestülpt, beispielsweise gedrückt, wird.
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Entlang der Förderstrecke 30 werden die Zwischenbehälter 2 in Fördertopfen 32 gefördert, wobei jeweils ein Zwischenbehälter 2 einem Fördertopf 32 zugeordnet ist. Innerhalb eines Fördertopfes 32 ist der entsprechende Zwischenbehälter vorzugsweise gehaltert, beispielsweise mittels geeigneter, kraftschlüssig arbeitender Klemmlippen. Dadurch wird wirksam verhindert, dass der Zwischenbehälter 2 innerhalb des Fördertopfes 32 verkippt oder gar aus ihm herausfällt.
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Auf der Förderstrecke 30 werden die Fördertöpfe 32 beispielsweise vereinzelt, insbesondere mit gleichbleibender Fördergeschwindigkeit und/oder gleichbleibendem Trennungsabstand zueinander, bewegt, wodurch die Bearbeitung der Zwischenbehälter 2 auf dem Umformrad 46 mit der Taktfrequenz vorangegangener Maschinen, beispielsweise eines Füllers zum Füllen der Zwischenbehälter 2 mit dem Füllgut und/oder einer Verschlussmaschine zum Verschließen der gefüllten Zwischenbehälter 2, synchronisiert. Die Vereinzelung der Fördertöpfe kann jedoch auch entlang der Förderstrecke 30 aufgehoben sein, um in gewissen Grenzen eine asynchrone Bearbeitung der Zwischenbehälter 2 auf den genannten Maschinen zu ermöglichen. Bevorzugt arbeiten die genannten Vorrichtungen in einem kontinuierlichen Betrieb, wie es bei Füllern, Verschließern oder Blasmaschinen nach dem Rundläuferprinzip üblich ist. Grundsätzlich ist die Erfindung aber auch bei taktweise arbeitenden Vorrichtungen ausführbar.
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Aus der Förderstrecke 30 werden die Fördertöpfe 32 zusammen mit den Zwischenbehältern 2 an die Bearbeitungsstationen 47 des Umformrades 46 übergeben. Gegebenenfalls ist dabei eine Förderschnecke 34 zu Vereinzelung der Fördertöpfe 32 aus der Förderstrecke 30 sowie ein Einlaufrad 40 zur Übergabe der vereinzelten Fördertöpfe 32 mit den Zwischenbehältern 2 an das Umformrad 46 bzw. die Bearbeitungsstationen 47 des Umformrades 46 vorgesehen.
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Auf dem Umformrad 46 werden die Zwischenbehälter 2 aus den Fördertöpfen 32 entnommen und die leeren Fördertöpfe 32 mittels eines ersten Auslaufrades 42 von dem Umformrad entnommen und der Förderstrecke 30 zugeführt. Über die Förderstrecke 30 gelangen die Fördertöpfe 32 zurück zu den vorausliegenden Maschinen und werden erneut mit Zwischenbehältern 2 bestückt.
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In der jeweiligen Bearbeitungsstation 47 des Umformrades 46 wird ein Zwischenbehälter 2 des Weiteren durch Umstülpen seines Umstülpbereichs 20 in einen Behälter 1 ungeformt. Dieser Bearbeitungsschritt kann vor, während oder nach Entnahme des Zwischenbehälters 2 aus dem jeweiligen Fördertopf 32 erfolgen. Ebenso ist im Rahmen der Erfindung ein Umstülpen des Umstülpbereichs 20 im Bereich A des Umformrades, d. h. vor Auslaufen des Fördertopfes 32, oder im Bereich B des Blasrades, d. h. nach Auslaufen des Fördertopfes 32, möglich.
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Schließlich werden die fertigen Behälter 1 mittels eines zweiten Auslaufrades 44 von der jeweiligen Bearbeitungsstation 47 des Umformrades 46 entnommen und abgeführt.
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Zum Verdeutlichen des beschriebenen Ablaufs sind Drehrichtungen der Räder 40, 42, 44, 46 sowie Förderrichtungen der Fördertöpfe 32 mit Zwischenbehälter 2, der leeren Fördertöpfe 32 sowie der Behälter 1 jeweils durch Pfeile dargestellt.
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5 schließlich zeigt einen erfindungsgemäßen Behälter 1, wie er gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des in 2 gezeigten Zwischenbehälters 2 erhältlich ist. Zur Veranschaulichung der Formgebung des Umstülpbereichs 20 im Boden 15 des fertigen, gefüllten und mit einer Verschlusskappe 18 verschlossenen Behälters 1 ist der Behälter im unteren Bereich als Aufschnitt dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 2
- Zwischenbehälter
- 3
- Blasstation
- 4
- Blasform
- 6
- Blasformhälfte
- 5', 6'
- Formhalterung
- 11
- Mündungsbereich
- 13
- Behälterwandung
- 15
- Boden
- 16
- Standring
- 18
- Verschlusskappe
- 20
- Umstülpbereich
- 22
- Stabilbereich
- 24
- Scharnierbereich
- 30
- Förderstrecke
- 32
- Fördertopf
- 34
- Förderschnecke
- 40
- Einlaufrad
- 42
- Auslaufrad für Fördertöpfe
- 44
- Auslaufrad für Behälter
- 46
- Umformrad
- 47
- Bearbeitungsstation