EP2217523B1 - Vorrichtung zum verschliessen von behältern - Google Patents

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EP2217523B1
EP2217523B1 EP08855056.1A EP08855056A EP2217523B1 EP 2217523 B1 EP2217523 B1 EP 2217523B1 EP 08855056 A EP08855056 A EP 08855056A EP 2217523 B1 EP2217523 B1 EP 2217523B1
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EP
European Patent Office
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screw
closing
machine
rotor
movement
Prior art date
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Lothar Wilhelm
Thomas Schneider
Igor Singur
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KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Publication date
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    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67B—APPLYING CLOSURE MEMBERS TO BOTTLES JARS, OR SIMILAR CONTAINERS; OPENING CLOSED CONTAINERS
    • B67B3/00—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps
    • B67B3/28—Mechanisms for causing relative movement between bottle or jar and capping head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67B—APPLYING CLOSURE MEMBERS TO BOTTLES JARS, OR SIMILAR CONTAINERS; OPENING CLOSED CONTAINERS
    • B67B3/00—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps
    • B67B3/02—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps by applying flanged caps, e.g. crown caps, and securing by deformation of flanges
    • B67B3/10—Capping heads for securing caps
    • B67B3/12—Capping heads for securing caps characterised by being movable axially relative to cap to deform flanges thereof, e.g. to press projecting flange rims inwardly
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B67B—APPLYING CLOSURE MEMBERS TO BOTTLES JARS, OR SIMILAR CONTAINERS; OPENING CLOSED CONTAINERS
    • B67B3/00—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps
    • B67B3/20—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps by applying and rotating preformed threaded caps
    • B67B3/2013—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps by applying and rotating preformed threaded caps by carousel-type capping machines
    • B67B3/2033—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps by applying and rotating preformed threaded caps by carousel-type capping machines comprising carousel co-rotating capping heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67B—APPLYING CLOSURE MEMBERS TO BOTTLES JARS, OR SIMILAR CONTAINERS; OPENING CLOSED CONTAINERS
    • B67B3/00—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps
    • B67B3/20—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps by applying and rotating preformed threaded caps
    • B67B3/2066—Details of capping heads

Definitions

  • the invention relates to a capping machine (capper) according to the preamble of claim 1.
  • Closing machines for closing bottles with screw caps, which are fastened by screwing on a bottle-side external thread in the area of the bottle mouth, are known in various designs.
  • Known capping machines ie screw cappers and also (crown) corkers, have on a rotating around a vertical axis rotating machine rotor several Verschdorfpositionen each with a closing tool and with a bottle or container carrier, which is controlled by a lifting cam and rotatable up and down with rotating rotor , For merging the respective bottle with the closing tool before closing and for separating the sealed bottle and closing tool.
  • the container to be closed remains at a height level, while the capping cone performs all the necessary movements in the vertical plane or in the vertical direction.
  • Closing machines which close containers by virtue of a closure, for example a crown cap, being plastically deformed by deliberate application of force, as a result of which the container to be closed is securely closed. Even with such sealing machines, there is a change in the distance between the container mouth and Verschegakonus. The necessary with screw caps rotary motion is eliminated.
  • Hubkurvenantrieben A disadvantage of such Hubkurvenantrieben is that they can not be changed flexibly after their production, so that even the smallest changes in the desired movement in the height level make the preparation of a new lift curve mandatory.
  • the object and purpose of the present invention is to avoid these disadvantages.
  • the present invention provides for the formation of capping machines in which the known reciprocatory cam drives are completely dispensed with.
  • the application of a controlled or regulated drive for realizing the required height movements is proposed.
  • a corresponding capping machine is the subject of claim 1 Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • FIG. 1 a state of the art sealing machine is shown.
  • the container to be closed 1 in the example shown a bottle with neck ring and screw, is located directly below the closure cone 2.
  • the container to be closed 1 is fixed to a vertically movable lifting rod 3, which by means of a roller 4 permanently and under spring tension of the Lifting curve 5 is present.
  • the container 1 revolving around the machine axis MA and to be closed follows the height-wise course of the running surface of the lifting cam 5.
  • a screwing spindle 6 is provided in the illustrated example, which is driven by a controlled or regulated drive motor 7.
  • controlled or regulated drive motor means such a drive motor which can be controlled or, preferably, regulated, inter alia, with regard to its rotational speed, its rotational angle, its total rotational angle, its torque, its angular acceleration and its angular deceleration.
  • Known embodiments are, for example, servo or stepper motors.
  • FIG. 2 shows a capper in erversch amongerbauweise.
  • the known from the prior art Hubkurvenantrieb for the vertical movements has been replaced according to the teachings of the present invention by a, preferably separately provided for each closing station controlled or regulated drive motor 7 with associated moving member, such as a threaded spindle 8.
  • each drive motor 7 is equipped with a rotary encoder or else an odometer for the lifting movement.
  • This embodiment makes it possible for the first time, the height movements required for the closing, ie screw or even (Kron) corks to make freely programmable.
  • the individual capping stations are wrapped around the machine axis MA with the capper and the container mouth and / or the closure cone / closing tool must occupy different height positions during one revolution around the machine axis MA depending on the current angular position within one revolution.
  • This target motion profile is stored in the machine control for each expected application, and can be called there by the machine operator, whereby the conversion to the new requirements is essentially completed.
  • FIG. 3 shows a capper in (crown) Korkerbauweise, In contrast to the embodiment of FIG. 2 this is a capper in which the container 1 is closed by a closure that is to be plastically deformed, for example a crown cap 9.
  • FIG. 4 shows an inventive embodiment of the present invention.
  • This embodiment is characterized in that at each capping station for the lifting and / or rotational movement linear motors (traveling field machines) be used.
  • linear motors traveling field machines
  • Such linear motors or traveling field machines are sufficiently well known to the person skilled in the art, so that at this point only the aspects relevant to the invention need to be explained in more detail.
  • Linear motors are characterized essentially by a stationary, the exciter windings-containing stator and a movable rotor.
  • the movable rotor can perform rotational movements and / or translational movements.
  • screwing spindle 6 or closing punch 10 are designed in such a way that they have the necessary magnets 13, as required for generating the linear and rotational movements.
  • a stator 11 is first arranged to generate a rotational movement.
  • the generation of the desired rotational movements is possible in a manner known to those skilled in the art.
  • a further stator 12 for generating a linear movement is arranged on the circumference of the screw 6. This acts, for example, on magnets within or on the circumference of the Verschraubspindel 6, which have different polarity or orientation in the vertical direction.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschließmaschine (Verschließer) gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
  • Verschließmaschinen zum Verschließen von Flaschen mit Schraubverschlüssen, die durch Auf- bzw. Verschrauben auf ein flaschenseitiges Außengewinde im Bereich der Flaschenmündung befestigt werden, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
  • Grundsätzlich erfolgt das Aufbringen des jeweiligen Verschlusses mit einem Verschlusselement oder Verschließkonus, in welchem der Flaschenverschluss bis zum Aufbringen auf eine Flasche gehalten ist und welcher zum Aufbringen des Verschlusses auf die Flasche bzw. zum Verschrauben durch einen Antrieb rotierend antreibbar ist.
  • Während des gesamten Verschließprozesses ist es aufgrund der geometrischen Gegebenheiten an einer Verschließmaschine stets erforderlich, den Abstand zwischen der Unterkante des Verschließkonus und der Oberkante der Flaschenmündung zu verändern, z.B. um die sich durch den Aufschraubvorgang ergebende Veränderung des Abstandes zwischen der Unterkante des Konus und der Flaschenmündung auszugleichen. Bei bestimmten Ausführungsformen bekannter Verschließer geschieht dieses dadurch, dass die Unterkante des Verschließkonus auf einer Höhenebene verbleibt, während der zu verschließende Behälter aller erforderlichen Bewegungen in der Höhenebene durchführt.
  • Bekannte Verschließmaschinen, also Schraubverschließer und auch (Kron)Korker, weisen an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor mehrere Verschließpositionen mit jeweils einem Verschließwerkzeug sowie mit einem Flaschen- oder Behälterträger auf, der bei umlaufendem Rotor durch eine Hubkurve gesteuert auf- und abbewegbar ist, und zwar zum Zusammenführen der Jeweiligen Flasche mit dem Verschließwerkzeug vor dem Verschließen sowie zum Trennen von verschlossener Flasche und Verschließwerkzeug.
  • Das Nachführen der Flaschen beim Verschrauben wird bei bekannten Verschließmaschinen beispielsweise durch Anheben des Flaschenträgers erreicht.
  • Bei einer anderen Ausführungsform bekannter Verschließmaschinen verbleibt der zu verschließende Behälter auf einer Höhenebene, während der Verschließkonus alle erforderlichen Bewegungen in der Höhenebene bzw, in vertikaler Richtung durchführt.
  • Bekannt sind auch Ausführungsformen, bei denen sowohl der Behälter, als auch der Verschließkonus einen Teil der erforderlichen Bewegungen in der Höhenebene durchführen.
  • Ebenfalls bekannt sind Verschließmaschinen, welche Behälter dadurch verschließen, dass ein Verschluss, beispielsweise ein Kronkorken durch gezielte Krafteinwirkung plastisch verformt wird, wodurch der zu verschließende Behälter sicher verschlossen wird. Auch bei derartigen Verschließmaschinen kommt es zu einer Veränderung des Abstandes zwischen Behältermündung und Verschließkonus. Die bei Schraubverschlüssen erforderliche Drehbewegung entfällt.
  • Bei allen bekannten Ausgestaltungen von Verschließmaschinen werden erforderlichen Bewegungen in der Höhenebene durch eine Kombination aus einer vorzugsweise ortsfesten Hubkurve und um die Maschinenachse umlaufenden, sich auf der Hubkurve abrollenden oder gleitenden Tastelementen, welche die Höhenbewegung von der Hubkurve abgreifen und an die, in der Höhenebene zu bewegenden Bauteile übertragen, realisiert.
  • Derartige Hubkurven sind dem Fachmann seit vielen Jahren bekannt, so dass an dieser Stelle auf eine Beschreibung solcher Hubkurven verzichtet werden kann.
  • Nachteilig an derartigen Hubkurvenantrieben ist, dass diese nach deren Herstellung nicht flexibel verändert werden können, so dass selbst kleinste Veränderungen im Soll-Bewegungsablauf in der Höhenebene die Anfertigung einer neuen Hubkurve zwingend erforderlich machen.
  • Ebenfalls ist es von großem Nachteil, dass derartige Hubkurven relativ schnell verschleißen und somit häufig nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden ausgetauscht werden müssen. Da sich diese Hubkurven zusätzlich In der Regel im Unterbau der Verschließmaschinen befinden, ist ein Austausch sehr aufwändig und teuer, was in der Praxis ebenfalls unerwünscht ist.
  • Ebenfalls bekannt ist eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus der WO 2005/007556 A1 . Bei dieser Vorrichtung ist an jeder Verschließstation ein Elektromotor vorgesehen. Zur Erzeugung der für einen Verschließvorgang erforderlichen vertikalen Linearbewegung wirken diese Elektromotoren jeweils über ein Antriebsritzel auf eine Zahnstange, wodurch diese Zahnstange in vertikaler Richtung aufwärts und abwärts verfahren werden kann. Am unteren Ende der Zahnstange ist die eigentliche Verschließvorrichtung angeordnet. Nachteilig an einer solchen Vorichtung ist, dass die Verbindung zwischen Antriebsritzel und Zahnstange immer mit einem unvermeidbaren Spiel behaftet ist, wodurch schließlich die höhenmäßige Positionierung der Verschließvorrichtung nicht genau bestimmt werden kann, wodurch es zu beschädigten oder nur unzureichend verschlossenen Behältern kommen kann, was in der Praxis nicht erwünscht ist.
  • Aufgabe und Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.
  • Dazu sieht die vorliegende Erfindung die Ausbildung von Verschließmaschinen vor, bei welchen auf die bekannten Hubkurvenantriebe vollständig verzichtet wird. Dazu wird die Anwendung eines gesteuerten oder geregelten Antriebes zur Realisierung der erforderlichen Höhenbewegungen vorgeschlagen.
  • Eine entsprechende Verschließmaschine ist Gegenstand des Anspruches 1 Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine dem Stand der Technik entsprechende Verschließmaschine;
    Fig. 2
    in Einzeldarstellung und teilweise im Schnitt eine der Verschließstationen einer Verschließmaschine in Schraubverschließerbauweise;
    Fig. 3
    in Einzeldarstellung und teilweise im Schnitt eine der Verschließstationen einer Verschließmaschine in (Kron)Korkerbauweise;
    Fig. 4
    in Teildarstellung eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Verwendung von Linearantrieben;
    Fig. 5
    in einer Übersichtszeichnung eine mögliche Anordnung von Magneten unterschiedlicher Polariät.
  • In der Figur 1 ist eine dem Stand der Technik entsprechende Verschließmaschine dargestellt. Der zu verschließende Behälter 1, im dargestellten Beispiel eine Flasche mit Halsring und Schraubverschluss, befindet sich direkt unterhalb des Verschlusskonus 2. Der zu verschließende Behälter 1 ist an einer, in Vertikalrichtung bewegbaren Hubstange 3 fixiert, welche mittels einer Rolle 4 permanent und unter Federvorspannung an der Hubkurve 5 anliegt. Durch diese Anordnung folgt der, um die Maschinenachse MA umlaufende und zu verschließende Behälter 1 dem höhenmäßigen Verlauf der Lauffläche der Hubkurve 5.
  • Zum Verschließen des Behälters 1 ist im gezelgten Beispiel eine Verschraubspindel 6 vorgesehen, welche durch einen gesteuerten oder geregelten Antriebsmotor 7 angetrieben wird.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff "gesteuerter oder geregelter Antriebsmotor" ein solcher Antriebsmotor zu versehen, der sich unter anderem hinsichtlich seiner Drehzahl, seines Drehwinkels, seines Gesamtdrehwinkels, seines Drehmomentes, seines Winkelbeschleunigung und seiner Winkelverzögerung steuern oder vorzugsweise regeln lässt. Bekannte Ausführungsformen sind beispielsweise Servo- oder Schrittmotoren.
  • Die Figur 2 zeigt einen Verschließer in Schraubverschließerbauweise. Der aus dem Stand der Technik bekannte Hubkurvenantrieb für die Vertikalbewegungen wurde entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung durch einen, vorzugsweise für jede Verschließstation separat vorgesehenen gesteuerten oder geregelten Antriebmotor 7 mit zugehörigem Bewegungsglied, beispielsweise einer Gewindespindel 8 ersetzt.
  • Gleichwertig zur Gewindespindel 8 können auch alle weiteren, dem Fachmann bekannten Möglichkeiten zur Erzeugung einer gesteuerten oder geregelten Linearbewegung verwendet werden. Dabei kann es sich beispielsweise aber nicht beschränkend um einen Riemenantrieb und/oder einen Zahnstangenantrieb und/oder Linearmotor handeln.
  • Vorzugsweise ist jeder Antriebsmotor 7 mit einem Drehgeber oder aber auch einem Wegmesser für die Hubbewegung ausgestattet.
  • Durch diese Ausführungsform wird es erstmals ermöglicht, die für das Verschließen, also Schraubverschließen oder auch (Kron)Korken, erforderlichen Höhenbewegungen frei programmierbar zu gestalten.
  • Somit ist es auf einfache Art und Weise möglich, die Höhenbewegungen jeder einzelnen Verschließstation, und somit auch den gesamten Verschließer, quasi auf Knopfdruck, auf geänderte Anforderungen umzustellen. Diese Änderungen können sich beispielsweise durch andere Flaschensorten mit geänderter Länge des Schraubverschlusses ergeben. Weitere Änderungen können sich aber auch durch einen Wechsel des verwendeten Verschlusses ergeben, beispielsweise durch den Wechsel von einem Standard-Schraubverschluss auf einen so genannten Sportcap-Verschluss.
  • Wie oben beschrieben, laufen die einzelnen Verschließstationen mit dem Verschließer um die Maschinenachse MA um, wobei die Behältermündung und/oder der Verschlusskonus/das Verschließwerkzeug während eines Umlaufs um die Maschinenechse MA in Abhängigkeit von der aktuellen Winkelposition Innerhalb eines Umlaufs andere Höhenpositionen einnehmen müssen. Dieses Soll-Bewegungsprofil ist für jeden zu erwartenden Anwendungsfall in der Maschinensteuerung hinterlegt, und kann dort durch die Maschinenbediener aufgerufen werden, wodurch die Umstellung auf die neuen Anforderungen im Wesentlichen abgeschlossen ist.
  • Konstruktion, Fertigung und Montage und Verschleißproblematiken der bekannten Hubkurven entfallen vollständig,
  • Die Figur 3 zeigt einen Verschließer in (Kron)Korkerbauweise, Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Figur 2 handelt es sich dabei um einen Verschließer, bei welchem der Behälter 1 durch einen plastisch zu verformenden Verschluss, beispielsweise einem Kronkorken 9, verschlossen wird.
  • Aus dem Stand der Technik Ist es bekannt, bei derartigen Verschließern die notwendige Höhenbewegung des Verschließstempels 10 durch eine Hubkurve zu realisieren.
  • Dazu ist vorgesehen, diese Höhenbewegung des Verschließstempels 10 durch einen gesteuerten oder geregelten Antriebsmotor 7 in Verbindung mit einem geeigneten Linearbewegungsglied, beispielsweise einer Gewindespindel 8 zu realisieren.
  • Hinsichtlich der weiteren technischen Lehre und der sich durch deren Anwendung ergebenden Vorteile gilt das oben gesagte analog.
  • Die Figur 4 zeigt eine erfindungsgemässe Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass bei jeder Verschließstation für die Hub- und/oder Rotationsbewegung Linearmotoren (Wanderfeldmaschinen) verwendet werden. Derartige Linearmotoren bzw. Wanderfeldmaschinen sind dem Fachmann hinreichend bekannt, so dass an dieser Stelle lediglich die erfindungsrelevanten Aspekte näher erläutert werden müssen.
  • Linearmotoren sind im Wesentlichen durch einen ortsfesten, die Erregerwicklungen beinhaltenden Stator und einem beweglichen Läufer gekennzeichnet. Dabei kann der beweglicher Läufer Rotationsbewegungen und/oder Translationsbewegungen ausführen.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, die Verschraubspindel 6 eines Schraubverschliessers als Läufer auszubilden.
  • Dazu werden Verschraubspindel 6, bzw. Verschließstempel 10 derart ausgeführt, dass diese die notwendigen Magnete 13 aufweisen, wie sie zur Erzeugung der Linear- und Rotationsbewegungen erforderlich sind.
  • Am Umfang einer Verschraubspindel 6 wird zunächst ein Stator 11 zur Erzeugung einer Rotationsbewegung angeordnet. Durch eine geeignete Anordnung und Ansteuerung der, in diesem Stator enthaltenen Erregerwicklungen ist auf dem Fachmann bekannte Weise die Erzeugung der gewünschten Drehbewegungen möglich.
  • Zusätzlich wird am Umfang der Verschraubspindel 6 ein weiterer Stator 12 zur Erzeugung einer Linearbewegung angeordnet. Dieser wirkt beispielsweise auf Magnete Innerhalb oder am Umfang der Verschraubspindel 6, welche in vertikaler Richtung unterschiedliche Polarität oder Orientierung aufweisen.
  • Durch eine geschickte Anordnung einer Vielzahl von Magneten in der Verschraubspindel 6, beispielsweise in einer, sowohl vertikal als auch mit Bezug auf den Umfang der Verschraubspindel 6 wechselweisen Anordnung von Magneten unterschiedlicher Polarität oder Orientierung, beispielsweise in einer schachbrettförmigen Anordnung, können in Verbindung mit den Statoren 11 und 12 sowohl nacheinander, als auch gleichzeitig Translations- als auch Rotationsbewegungen der Verschraubspindel 6 erzeugt werden.
  • Bei einem Verschließer in (Kron)Korkerbauweise ist die Anordnung eines Linearmotors für die Ausführung der Translationsbewegung ausreichend.
  • Es versteht sich von selbst, dass sich die Lehre der vorliegenden Erfindung auch auf solche Ausgestaltungen erstreckt, bei denen die erforderlichen Höhenbewegungen zumindest teilweise durch den Behälter 1 und zumindest teilweise durch die Verschraubspindel 6 ausgeführt werden.

Claims (3)

  1. Maschine zum Verschließen von Flaschen oder dgl. Behälter mit Schraubverschlüssen, mit mehreren am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse (MA) umlaufend antreibbaren Rotors gebildeten Verschließstationen mit jeweils einem Behälterträger und einem ein Verschlusskonus (2) aufweisenden Schraubverschliesswerkzeug, wobei zur Ausführung der, für den Verschließvorgang erforderlichen Höhenbewegungen an jeder Verschließstation ein separater, gesteuerter oder geregelter Antriebsmotor (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem gesteuerten oder geregelten Antriebsmotor (7) um einen Linearmotor mit einem ortsfesten, die Erregerwicklungen beinhaltenden Stator und mit einem beweglichen Läufer handelt, wobei der Laufer Drehbewegungen und Translationsbewegungen ausführen kann, wobei eine Verschraubspindel (6) des Schraubverschliesswerkzeuges als Läufer des Linearmotors ausgebildet ist, und dass die Verschraubspindel (6) die notwendigen Magnete (13) aufweist, wie sie zur Erzeugung der Linear- und Rotationsbewegung erforderlich sind.
  2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenpositionen von Behältermündung und Verschraubspindel (6) der einzelnen Verschließstationen während eines Umlaufs um die Maschinenachse MA in Abhängigkeit von der aktuellen Winkelposition innerhalb eines Um aufs als Soll-Bewegungsprofll in der Maschinensteuerung abrufbar hinterlegt sind.
  3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behältermündung zumindest einen Teil der erforderlichen Höhenbewegung ausführt.
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