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Verfahren und Vorrichtung zum sterilen Verpacken von sterilem Verbrauchsgut
Die Erfindung betriftt ein Verfahren zum sterilen Verpacken von sterilem Verbrauchsgut,
bei welchem eine sterile biegsame Bahn in eine Abfüll- und Verpackungsmaschine geführt,
hier zu einem Tubus geformt. dieser mit dem zu verpackenden Gut gefüllt und durch
ein Zusammendrücken cluer zu seiner Längsrichtung zu geschlossenen Behältern geformt
wird.
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Für eine Arbeitsweise der geschilderten Art ist bereits vorgeschlagen
worden alle Arbeitsgänge einschließlich Zusammendrücken des Tubus und Abtrennen
der gefüllten behälter im Innern eines unter sterilen Bedingungen gehaltenen Raumes
durehzuführen. Die sterilen Verhältnisse in diesem Raum sollen durch Bestrahlen
nlit ultraviolettem Licht aufrechterhalten werden. Diese Maßnahme mag gewisse l>akterogene
Keime vernichten. reicht aller nicht aus, um die Haltbarkeit von Milch und anderen
empsindlichen Nahrungsmitteln in derart hergestellten Behältern zu gewährleisten.
Da die Haltbarkeit von der Vernichtung außerordentlich widerstandsfähiger Mikrolebewesen
abhängt, ist man in der Regel darauf angewiesen, durch eine scharfe Erhitzung vor
der Inbetriebsetzung der Abfüll- und Verpackungsmaschine fiir sterile Bedingungen
zu sorgen. Das Herstelleii und Füllen der Packungen in einem sterilen Raum bedingt
deshalb, dal;' die für die einzelnen Operationen nötigen Einrichtungsteile einer
Anfangssterilisierung unterworfen werden, wozu beispielsweise Erhitzungsteniperaturen
von etwa 400° C nötig sind. Eine Erhitzung der für das Zusammendrücken des gefüllten
Tubus dienenden Einrichtung auf solche Temperaturen läßt sich praktisch überhaupt
nicht verwirklichen. Es ist zu berücksichtigen, daß. es sich um komplizierte feinmechanische
Einrichtungen mit zahlreichen geschmieren Lagerstellen handelt. An und für sich
ist es bereits bekannt. durch Erhitzen für sterile Verhältnissf zu sorgen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es genügt, einzig das
Fnrmen des Tubus im sterilen Jr;,,ll7 durchzuführen. Die Erfindung besteht deshalb
dariii, daß das Formen und Füllen des Tubus in an sich bekannter Weise in einem
vorgängig mit Hilfe eines auf Sterilisationstemperatur erhitzten Wärmeträgers sterilisierten
Raum. das Zusammendrücken des gefiillten Tubus jedoch außerhalb dieses Raumes durchgeführt
wird.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des
geschilderten Verfahrens; die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen mit Mitteln
zum vorgängigen Zuführen des Wärmeträgers versehenen sterilen Raum, welcher die
Formorgane zum Formen des Tubus aus der in den Raum geführten Bahn enthält, ferner
durch eine Austrittsöffnung in der Wand des sterilen Raumes. durch welche der geformte
Tubus in einen außerhalb des sterilen Raumes hefindlichen zweiten Raum austritt.
der die zum Zusammendrücken des Tubus dienenden Preßorgane enthält, und schließlich
durch ein in den sterilen Raum eingeführtes und in Abfüllverbindung mit dem Tubus
stehendes Zuführrohr für das abzufüllende Gut.
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Vorteilhaft sind Mittel vorgesehen, mit deren Hilfe dem sterilen
Raum ein unter geringem Überdruck stehendes steriles gas- oder dampfförmiges Medium
zugeführt werden kann. Ferner kann die Austrittsöffnung zweckmäßig mit der Außenwand
des geformten Tubus einen Spalt bilden, durch welchen das dem sterilen Raum zugeführte
sterile Medium über den zweiten Raum in die Atmosphäre entweichen kann.
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Weiter empfiehlt es sich, das Zuführrohr für das abzufüllende Gut
so anzuordnen, daß es in das Innere des geformten Tubus ragt. Das Zuführrohr kann
hierbei zweckmäßig als Teleskoprohr ausgebildet sein derart, daß sich das in den
Tubus ragende Rohrstück so weit in seinem Führungsrohr verschieben läßt, daß sein
Austrittsende sich jenseits der Austrittsöffnung im sterilen Raum befindet. Vorteilhaft
kann ferner ein zum vorgängigen Sterilisieren der Einrichtung die -Nustrittsöffnung
verschließender Deckel vorgesehen sein, der mit Austrittskanälen für den erhitzten
Wärmeträger versehen ist, welcher vor Inbetriebnahme der Einrichtung in den sterilen
Raum und durch das Zuführrohr geführt wird. Schließlich kann dieser Deckel zweckmäßig
mit getrennten Austrittskanälen für den in den sterilen Raum und für den
durch
das Zuführrohr geführten Wärmeträger versehen sein, wobei bei verschlossener Austrittsöffnung
das Zuführrohr auf seiner Sitzfläclle des Deckels ruht.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 schematisch und teilweise
im Längsschnitt eine Abfüll- und Verpackungsmaschine mit vorgeschalteter Sterilisiereinrichtung
für die biegsame Bahn.
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Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der in Fig. 1 dargestellten
Sterilisiereinrichtung.
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Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Abfüll- und Verpackungsmaschine,
Fig. 4 den sterilen Raum der Abfüll- und Verpackungsmaschine mit an seiner Austrittsöffnung
angebrachtem Deckel und Fig. 5 schematisch dargestellt die Anordnung der zur Sterilisation
der Einrichtung nötigen Apparate und Leitungen.
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Die zur Herstellung der Verpackungen dienende biegsame Bahn besteht
zweckmäßig aus einer Papierbahn, welche einseitig mit Kunststoff. z.B. Polyäthylen.
beschichtet ist Diese Bahn wird in der nachsteheiid (Fig. 1 und 2) beschriebenen
Einrichtung sterilisiert uiid anschließend in sterilem Zustand zu Packungen geformt.
in welche ein steriles Gut. z. B. feste oder flüssige Nahrungsmittel, abgefüllt
werden. Die mit Kunststoff beschichtete Bahn 1 wird von der Rolle 2 abgezogen uiid
gelangt silber die Umlenkrolle 3 und elli angetriebene Klemmrollenpaar 4 in den
Sterilisationsraum 5, der sich im Inneren des Gehäuses 6 befindet. Der Sterilisationsraum
5 ist von der Wand 7 umschlossen, welche teilweise aus wärmeisolierendem Material
besteht. Im Inneren des Sterilisationsraumes befinden sich Führungsrollen 8, wovon
die Rollen 8a und 8b mit Hilfe nicht gezeichneter Antriebsmittel in Umdrehung gesetzt
werden können. Über die Rollen 8 sind zwei in sich geschlossene Kettenbänder 9a
und 9b gelegt, welche in Zähne der Führungsrollen eingreifen und lvei Drehung der
Rollen 8 a und 8b in Umlauf versetzt werden. Die Ketten 9a und 9b sind durch parallel,
horizontal und in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnete Tragstäbe 10 verbunden.
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Die von der Rolle 2 abgezogene Bahn 1 wird derart über die Tragstäbe
10 geführt, daß das Innere des iiterilisationsraumes teri Ii sationsraumes von einer
Mehrzahl frei hängender Bahnschleifen gefüllt ist, welche mit ihrer Papierseite
auf den Tragstäben 10 aufliegen und durch die Wanderbewegung der Stäbe von links
nach rechts transportiert werden. Die Bahn gelangt anschließend in die Befeuchtungskammer
11 und hierauf in die Trocknungskammer 12, wo sie durch das angetriebene Klemmrollenpaar
13 und über die Umlenkrolle 14 geführt ist. An die Trocknungskammer schließt der
Transportkanal 15 an, in dem sich ein weiteres antreibbares Klemmrollenpaar 16 befindet.
Der Transportkanal 15 mündet in die Verpackungs- und Abfüllmaschine 17.
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Im Inneren des Sterilisationsraumes 5 sind mit Öffnungen versehene
Verteilleitungen 18a und 18 b angeordnet. Diese Leitungen stehen in Verbindullg
mit der Zuleitung 19, welcher aus dem an die Dampfzuleitung 20 angeschlossenen Überhitzer
21 Wasserdampf unter geringem Überdruck und mit einer Temperatur von etwa 400° C
zugeführt werden kann. Auf der Oberseite des sterilisationsraumes ist eine Abführleitung
21' für den Wasserdampf vorgesehen. Die Zufuhr des als Wärmeträger zur Durchführung
der
Sterilisation dienenden Wasserdampfes kann mittels des Ventils 22 eingestellt
werden. Durch die Entspan-Ilung des in den Sterilisation-,raun eingcführtell Dampfes
sowie infolge von Wärmeverlusten ergibt sich eine mittlere Sterilisationstemperatur
von etwa 200° C.
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In der Befeuchtungskammer 11 sind zwei an die Zuleitung 23 angeschlossene
Rohre 24 und 25 angeordnet. Der Zuführleitung 23 kann aus einer nicht gezeichneten
Quelle steriles Wasser zugeführt werden.
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Die Rohre 24 und 25 sind mit Öffnungen versehen. durch welche das
unter Druck zugeführte Wasser gegen die Papierseite der laufenden Bahn gespritzt
werden kann, womit eine Kühlung und eine Befeuchtung der Eahn herbeigeführt werden.
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Den anschließenden Trocknungsraum 12 durchläuft die Bahn als frei
nach unten hängende Schleife. In das Innere der Trocknungskammer kann über die Leitung
26 sterile Trocknungsluft eingeführt werden. die durch den Kompressor 27 aus der
Atmosphäre abgesaugt. im Überhitzer 28 erhitzt und im Sterilfilter 29 von mitgeführten
Keimen befreit werden kann. Die in den Trocknungsraum eingeführte sterile Luft durchströmt
den allseitig geschlossenen Transportkanal 15 im Gleichstrom Illit der laufenden
Bahn und entweicht auf später beschriebene Weise all einer geeigneten Stelle der
Abfüll- und Verpackungsmaschine 17 in die Atmosphäre. Das in der Befeuchtungskammer
sich ansammelnde AVasser wird über die als Sipholl ausge bildete Leitung 30 abgeführt,
wobei die sich hildellde Wassersäule das Eindringen von keimhaltiger Außenluft verhindert.
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Im weiteren soll angenommen werden, daß als Verbrauchsgut Milch in
die aus der biegsamen Bahn zu formenden Packungen abgefüllt werden soll. Die Rohmilch
gelangt durch die Leitung 35 in die schematisch angedeutete Entkeimungseinrichtung
36 (Fig. 3). wo sie beispielsweise durch Einführen voll erhitzten Wasserdampf kurzzeitig
- d.h. während Sekundenbruchteilen - auf eine Temperatur voil 1500 C oder darüber
erhitzt und anschließend sofort gekiihlt wird.
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Die so behandelte keimfreie Milch strömt durch das Zuführrohr 37 in
die Verpackungs- und Abfüllmaschine 17.
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Die Ahfüll- und Verpackungsmaschine 17 weist einen sterilen Raum
41 auf. in welchen der Transportkaiial 15 mündet. Der sterile Raum 41 wird durch
das Gehäuse 42 gebildet, das mit hermetisch schließenden Sichtfenstern 43 versehen
ist. Im sterilen Raum 41 befindet sich ein zylindrischer Formdorn 45, der von einem
am Gehäuse 42 befestigten Träger 46 gehaltell ist. Die laufend aus dem Transportkanal
15 zugeführte Bahn 1 wird derart auf den Formdorn geführt. daß sich ein Tubus 1
bildet, und zwar liegt die Bahn 1 mit ihrer beschichteten Seite auf dem Formdorn
auf.
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I)ie Seitenkanten der Bahn 1 überlappen sich und bilden Mantellinien
des geformten Tubus. Eill am Träger 44 befestigter Heizschuh 47 liegt unter Druck
auf der überlappten Partie der Balon auf und bewirkt durch Erwärmen des Kunststoffbelages
ein Zusammenkleben. Der Heizschuh 47 ist elelitrisch beheizt. Im Bereich des Heizschuhs
ist die überlappte Partie des Tubus auf einer im Tubusinneren befindlichen Rolle
48 abgestützt. Letztere ist in einer Ausfräsung 49 (Fig. 4) des Formdorns 45 angeordnet
und drehbar gelagert.
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Der geformte Tubus tritt durch eine Austrittsöffnung 50 in einen
zweiten Raum 51 aus. der sich außerhalb des sterilen Raumes 41 befindet. Der Raum
51 wird durch das Gehäuse 52 gebildet. das durch Schrauben
mit dem
Gehäuse 42 verbunden ist. In der Wand des Gehäuses 52 sind Öffnungen 53 enthalten,
die in den die Maschine enthaltenden Raum ausmünden. Die Austrittsöffnung 50 bildet
mit der Wand des nach unten geführten Tubus einen Ringspalt 54.
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Der Raum 51 weist die zum Zusammendrücken des Tubus 1' dienenden
Preßorgane auf. Diese sind als elektrisch beheizte Preßbackenpaare 55 und 56 ausgebildet,
welche auf den in sich geschlossenen Ketten 57 und 58 umlaufen. Die Ketten 57 und
58 laufen über die Führungsräder 59, 60 bzw. 61 und 62, von denen die Räder 59 und
61 durch nicht gezeichnete Antriebsmittel in Drehung versetzt werden können. Weitere,
nicht gezeichnete Preßbackenpaare arbeiten senkrecht zur Zeichenebene derart, daß
der laufend nach unten geführte Tubus abwechselnd in zwei zueinander senkrechten
Richtungen zusammengedrückt und nach unten transportiert wird. Die Preßbacken 55
und 56 sind in Arbeitsstellung auf den Schienen 63 und 64 abgestützt.
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Durch das Zusammendrücken mit Hilfe der beheizten Preßbacken wird
der Tubus 1' in geschlossene Behälter 65' abgeteilt.
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Die abzufüllende Milch wird der geschilderten Einrichtung durch das
Rohr 37 zugeführt, das von außen gasdicht in den sterilen Raum 41 eingeführt ist
Das Rohr 37 ragt durch das Innere des Formdorns 45 in den geformten Tubus 1'.
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Das Rohr 37 besitzt eine teleskopartige Verlängeruilg 65, die sich
so weit in dem zu ihrer Führung dienenden Rohr 37 nach oben verschieben läßt. bis
ihr Austrittsende 66 sich jenseits der Austrittsöffnung 50 im sterilen Raum befindet.
Die Austrittsöffnung 50 ist mit Hilfe eines Deckels 67 (Fig. 4) verschließbar, der
von außen durch eine der Öffnungen 53 in das Innere des Raumes 51 eingeführt und
mittels Bajonettverschlusses befestigt werden kann. Der Deckel 67 weist zwei zugleich
als Handgriff dienende Rohrstücke 68 und 69 auf. Das Rohrstück 68 schließt an eine
Bohrung 70 im Deckelboden an, während das Rohrstück 69 in einen zentralen Stutzen
71 ausmündet, der einen Sitz für das Ende des Rohres 65 bildet. Zum Montieren des
Deckels 67 an der Austrittsöffnung 50 wird der Deckel gegen das in seiner unteren
Endlage befindliche Rohr 65 bewegt. derart. daß letzteres in das Innere des Stutzens
71 zu liegen kommt und bei montiertem Dedel angehoben ist.
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Vorgängig der Inbetriebnahme der geschilderten Vorrichtung wird diese
sterilisiert, und zwar mit Hilfe eines auf Sterilisationstemperatur erhitzten Wärmeträgers.
Als solcher kann zweckmäßig überhitzter Wasserdampf oder ein Gemisch von Verbrennungsgasen
und Wasserdampf verwendet werden. Eine Temperatur von etwa 4000 C hat sich als geeignet
erwiesen, um mit Sicherheit auch hitzeresistente Keime zu vernichten. Zweckmäßig
wird im Überhitzer 21 (Fig. 2) erhitzter Dampf verwendet, dem zweckmäßig Verbrennungsgase
beigemischt sein können, die durch einen zur Beheizung des Überhitzers dienenden
Gasbrenner erzeugt werden. Der Wärmeträger wird durch die Leitung 26 in den Trocknungsraum
12 eingeführt, aus dem er in die Befeuchtungskammer 11 übertritt.
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Der Wärmeträger strömt durch den Transportkanal 15 in den Raum 41
der Abfüll- und Verpackungsmaschine 17 und entweicht durch die Bohrung 70 im Deckel
67 und durch das Rohrstück 68 ins Freie.
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Andererseits wird auch des Zuführrohr 37 für die Milch vorgängig der
Inbetriebnahme sterilisiert. Dies geschieht ebenfalls so, daß ein auf Sterilisationstemperatur
erhitzter Wärmeträger - z.B. überhitzter Wasserdampf - durch das Rohr geleitet und
durch
den Stutzen 71 und das Rohrstück 69 in die Atmosphäre abgeführt wird. Die zur
Erreichung vollständiger Sterilität nötige Zeit beträgt etwa ½ Stunde.
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Unter Umständen kann auch durch die Leitung 72 zusätzlich überhitzter
Wasserdampf in den Raum 41 eingeführt werden. Eine Sterilisation des Raumes 51 und
der in ihm enthaltenen Organe findet nicht statt.
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Nach abgeschlossener Sterilisation wird die Wärmeträgerzufuhr in
die geschilderten Anlageteile unterbrochen und auf beschriebene Weise sterile Luft
unter geringem Überdruck durch die Leitung 26 in die Trocknungskammer 12 eingeführt.
Hierauf wird der Deckel 67 von der Austrittsöffnung 50 entfernt, womit die sterile
Luft durch die Austrittsöffnung 50 und die Öffnungen 53 in die Atmospäre entweichen
kann.
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Fig. 5 zeigt schematisch eine zweckmäßige Anordnung der zur geschilderten
Sterilisation dienenden Apparate und Leitungen. Die an eine nicht gezeichnete Sattdampfquelle
angeschlossene und mit dem Ventil 22 versehene Leitung 20 mündet in den Dampfüberhitzer
21. Dieser kann mit Hilfe des Gasbrenners 75 beheizt werden, dessen Verbrennungsgase
durch Wärmeaustausch den Dampf überhitzen. Die Austrittsseite des Dampfüberhitzers
steht einerseits über die Leitung 19 und über das Ventil 73 mit den im Sterilisationsraum
5 befindlichen Verteilrohren 18a und 18b in Verbindung. Andererseits zweigt aus
der Leitung 19 eine Leitung 74 ab, die über das Ventil 75 in den Injektor 77 führt.
Dessen Saugseite ist über die Leitung 78 mit der Haube 79 verbunden, welche sich
im Strömungsweg der hochsteigenden Verbrennungsgase oberhalb des Dampfüberhitzers
21 befindet. An den Injektor 77 schließt die Leitung 80 an. welche in die vom Dreiwegeventil
81 bis in die Trocknungslsalllmer 12 hineinführende Leitung 26 mündet. An das Dreiwegeventil
81 schließt auch die aus dem Sterilfilter 29 kommende Leitung 82 an. Der Sterilfilter
steht mit seiner Einlaßseite über die Leitung 83 mit der Austrittsseite des Lufterhitzers
28 in Verbindung. Die Eintrittsseite des Luftcrhitzers ist durch die Leitung 84
am Kompressor 27 angeschlossen, dessen Saugseite mit der Atmosphäre in Verbindung
steht. Schließlich führt eine Leitung 85 von der Sattdampfleitung 20 zum Dreiwegeventil
81. Die Verbrennungsgase entweichen durch den Kamin 86.
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Zur Sterilisation der geschilderten Einrichtung wird bei geschlossenem
Ventil 73 und geöffnetem Ventil 75 im Überhitzer 21 erhitzter Dampf in den Injektor
77 geleitet. Ferner wird das Dreiwegeventil 81 so gestellt, daß, wie gezeichnet,
die Leitung 85 mit der Leitung 82 in Verbindung steht. Im Injektor 77 werden Verbrennungsgase
angesaugt, und das erhaltene Gemisch von überhitztem Dampf und Verbrennungsgasen
strömt durch die Leitungen 80 und 26 in die Trocknungskammer 11 und weiter durch
den Transportkanal 15 in den Raum 41 der Abfüll- und Verpackungsmaschine 17. Gleichzeitig
strömt Sattdampf durch die Leitungen 85 und 82 in das Sterilfilter 29.
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Nach erfolgter Sterilisation wird das Ventil 75 geschlossen, das Ventil
73 geöffnet, ferner das Dreiwegeventil 81 so umgestellt, daß die Leitung 82 mit
der Leitung 26 verbunden ist, und schließlich der Kompressor 27 eingeschaltet. Hiermit
strömt überhitzter Dampf durch die Verteilrohre 18a und 18b in den Sterilisationsraum,
während durch den Kompressor 27 aus der Atmosphäre angesaugte und verdichtete Luft
im Lufterhitzer 28 erwärmt, im Sterilfilter 29 von mitgeführten Keimen befreit und
durch die Leitung 26 in den Transportkanal und in den Raum 41 der Abfüll- und Verpackungsmaschine
geführt wird.
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Hierauf wird der Anfang der Papierbahn 1 in das angetriebene Klemmrollenpaar
4 geführt, und die Bahn wird auf hier nicht näher beschriebene Weise in Form von
hätigenden Schleifen durch das Innere des Sterilisationsraumes 5 gefiihrt und hierbei
sterilisiert. Die so sterilisierte Bahn wird in der Befeuchtungskammer 11 befeuchtet
und gekühlt, anschließend in der Trocknungskammer 12 getrocknet und gelangt in steriler
Atmosphäre durch den Transportkanal 15 in die Abfüll- und Verpackungsmaschine 17.
Hier wird der Anfang der Bahn von Hand auf den Formdorn 45 geführt. Zur Vermeidung
einer Infektion der bereits sterilisierten Organe werden hierzu die Handschuhe 87
benutzt. die gasdicht an Öffnungen 88 des Gehäuses 89 befestigt sind. Das Gehäuse
89 ist am Gehäuse 42 des sterilen Raumes 41 befestigt. Das Innere des Gehäuses 89
kann mit Hilfe des Schiebers 90 vom sterilen Raum 41 getrennt werden. Um auch die
Handschuhe zu sterilisieren. wird zu einem früheren Zeitpunkt der Schieber 90 geschlossen
und in das Innere des vonl Gehäuse 89 umschlossenen Raumes durch die Leitung 91
Sattdampf eingeführt. der z. B. aus der in Fig. 5 gezeichneten Leitung 20 abgezweigt
wird. Sach so erfolgter Sterilisation wird der Schieber 90 in die strichpunktierte
Lage bewegt, worauf der die Maschine bedienende Arbeiter mit Hilfe der Handschuhe
87 die zum Einführen der Bahn nötigen Handgriffe vornehmen kann.
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Nach erfolgtem Zusammendrücken des gebildeten Tubus 1' wird durch
die Leitung 37 entkeimte Milch eingefiihrt und die Älilchzufuhr so eingestellt.
daß der Tubus 1' dauernd teilweise mit Milch gefüllt ist. Die Preßbalken 55 und
56 befinden sich also unterhalb des im Tubus sich bildenden Milchspiegels, so daß
die erzeugten Packungen vollständig mit Milch gefüllt sind.
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Obschon der Raum 51 und die in ihm enthaltenen Organe nicht steril
sind. kann keine Nachinfektion der abzufüllenden Milch stattfinden. weil einerseits
der Tubus 1' auf seinem ganzen Weg innerhalb des Raumes 51 vollständig geschlossen
ist. Andererseits kann durch den zrvischen Tubus und Austrittsöffnung vorhandenen
Ringspalt 54 keine keimhaltige Luft in das Innere des sterilen Raumes 41 ül)ertreten.
inden: dieser Spalt von oben nach unten durch die aus dea: Transportkanal 15 zugeführte
sterile Luft durchströmt wird. Die geschilderte Anordnung macht es möglich. eine
vollständig sterile Abfüllung ohne Sterilisation d(J Raumes 51 zu gewährleisten.
Die Erhitzung des Raumes 51 und der in ihm enthaltenen Organe würde im Hinblick
auf die zahlreichen geschmierten Lagerstellen zu Schwierigkeiten führen. Andererseits
befinden ich im sterilen Raum 41 keine bewegten Teile.