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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt in einer Getränkeabfüllanlage, welche mindestens eine Fülleinrichtung mit einem Füllorgan zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt aufweist, sowie eine nachgeschaltete Gewindeabspritzung zum Abspritzen eines Gewindebereichs eines befüllten Behälters vor dem Verschließen des befüllten Behälters mit einem Behälterverschluss.
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Stand der Technik
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In Getränkeabfüllanlagen ist es bekannt, zu befüllende Behälter mit einem Füllprodukt zu befüllen. Dabei wird mit einer Fülleinrichtung, welche mindestens ein Füllorgan umfasst, das Füllprodukt durch das Füllorgan in den zu befüllenden Behälter eingeleitet und der befüllte Behälter dann nachfolgend mit einem Behälterverschluss verschlossen. Es ist dabei bekannt, die Fülleinrichtung beispielsweise als Rundläuferfüller vorzusehen, bei welcher eine Vielzahl von Füllorganen an einem umlaufenden Füllerkarussell angeordnet ist. Nach dem Befüllen werden die befüllten Behälter aus dem Füllerkarussell entnommen und an einen nachgelagerten Verschließer übergeben, in welchem die befüllten Behälter verschlossen werden. Es sind unterschiedliche Arten von Verschließern und Behälterverschlüssen bekannt, beispielsweise solche Verschließer, welche Kronkorken aufbringen, Verschließer, welche Aufrollverschlüsse aufbringen, Verschließer, welche Korken in die befüllten Behälter eintreiben sowie Verschließer, welche bereits als fertige Formteile vorliegende Behälterverschlüsse auf ein Gewinde des befüllten Behälters aufschrauben.
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Allen Verschließertypen ist es gemein, dass der Gewindebereich beziehungsweise der Bereich, auf welchen der jeweilige Behälterverschluss aufgebracht werden soll, möglichst frei von Füllprodukt und anderen Rückständen sein soll, um ein sauberes und zuverlässiges Verschließen zu gewährleisten. Weiterhin kann so verhindert werden, dass Füllproduktreste, welche unter dem Behälterverschluss sitzen, verderben beziehungsweise schimmeln. Dies ist zu vermeiden, da der den Behälter öffnende Verbraucher hierdurch abgestoßen sein kann oder auch der Inhalt des Behälters in Mitleidenschaft gezogen sein kann. Unter „Gewindebereich“ ist im Folgenden ein Behälterbereich zu verstehen, der die Behältermündung umgibt bzw. an diese angrenzt. Dieser Bereich muss nicht zwingend ein Gewinde aufweisen.
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Es ist daher bekannt, den Gewindebereich eines befüllten Behälters vor dem Verschließen mit einer Gewindeabspritzung abzuspritzen, um Füllproduktreste aus diesem Bereich zu entfernen. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass insbesondere beim Aufschrauben von bereits als Formteilen vorliegenden Behälterverschlüssen der Schraubvorgang durch das Vorliegen von Abspritzwasser, welches hier quasi als Schmiermittel dient, vereinfacht durchgeführt werden kann, so dass eine verbesserte Verschließleistung erreicht werden kann.
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Zur Abspritzung wird üblicherweise Sterilwasser verwendet, welches in den bekannten, aufwändigen Prozessen, wie beispielsweise einer Kondensation von Dampf hergestellt wird.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern anzugeben, welche einen verbesserten Aufbau bereitstellt.
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Die vorliegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt in einer Getränkeabfüllanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt in einer Getränkeabfüllanlage vorgeschlagen, umfassend eine Fülleinrichtung mit mindestens einem Füllorgan zum Befüllen eines Behälters mit dem Füllprodukt, sowie eine nachgeschaltete Gewindeabspritzung zum Abspritzen eines Gewindebereiches eines befüllten Behälters vor dessen Verschließen mit einem Behälterverschluss, und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Sterilwasser, welches der Gewindeabspritzung zugeführt wird. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zum Erzeugen von Sterilwasser eine Wasserzuführung, ein Heizelement zum Erhitzen des zugeführten Wassers auf eine Sterilisationstemperatur und eine Verweilstrecke zum Halten des Wassers auf einer Sterilisationstemperatur auf.
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Dadurch, dass die Vorrichtung zum Erzeugen des Sterilwassers eine Wasserzuführung, ein Heizelement zum Erhitzen des Wassers sowie eine Verweilstrecke zum Halten des Wassers auf einer Sterilisationstemperatur aufweist, kann eine vereinfachte Vorrichtung zum Erzeugen des Sterilwassers bereitgestellt werden. Der vereinfachten Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Abnahme des Sterilwassers in der Gewindeabspritzung eine konstante Abnahme bei einem relativ geringen Volumen ist. Entsprechend kann die auf diese Weise ausgebildete Vorrichtung zum Erzeugen des Sterilwassers so ausgelegt werden, dass die Verweilzeit in der Verweilstrecke genau auf die jeweilige Abnahme an Sterilwasser durch die Gewindeabspritzung abgestimmt ist. Entsprechend kann mit einem sehr einfachen Aufbau ein zuverlässiges Sterilisieren des Abspritzwassers für die Gewindeabspritzung erreicht werden.
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Bevorzugt ist nach der Verweilstrecke ein Wärmetauscher zum Erwärmen des dem Heizelement zugeführten Wassers durch das die Verweilstrecke verlassende Wasser bereitgestellt. Damit kann das die Verweilstrecke verlassende Wasser herabgekühlt werden, um nachfolgend in der Gewindeabspritzung bei einer dem jeweiligen Füllprodukt und dem jeweiligen Behältermaterial angemessenen Temperatur vorzuliegen. Gleichzeitig kann das dem Heizelement zugeführte Wasser vorgewärmt werden, so dass die erforderliche Heizleistung im Heizelement reduziert werden kann. Auf diese Weise lässt sich entsprechend eine besonders effiziente und umweltfreundliche Erzeugung von Sterilwasser erreichen.
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Bevorzugt ist ein Bypass zum Überbrücken des Wärmetauschers beim Initialisieren und/oder Sterilisieren der Vorrichtung zum Erzeugen von Sterilwasser vorgesehen, so dass das von der Wasserzuführung zugeführte Wasser direkt dem Heizelement zugeführt wird. Insbesondere kann durch das Bereitstellen des Bypasses erreicht werden, dass das Wasser, welches die Verweilstrecke verlässt, auf der hohen Temperatur, welche in der Verweilstrecke vorliegt, sowohl den Wärmetauscher durchläuft, als auch die nachgelagerten Leitungsabschnitte bis hin zur eigentlichen Gewindeabspritzung, so dass auch diese Bereiche mit der hohen Wassertemperatur beaufschlagt werden. Auf diese Weise kann eine Sterilisierung der kompletten Leitungsbereiche erreicht werden, welche das Sterilwasser bis zur Gewindeabspritzung führen.
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Weiterhin ist bevorzugt ein Ablauf für das den Wärmetauscher verlassende Wasser vorgesehen, welcher parallel zu der Gewindeabspritzung liegt. Entsprechend kann bei einem Öffnen dieses Ablaufes das Wasser zunächst über diesen Ablauf austreten, wobei es nicht über die Gewindeabspritzung in die inneren Anlagenbereiche der Vorrichtung zum Befüllen der Behälter gelangt. Entsprechend kann in einer Initialisierungsphase der Vorrichtung zum Erzeugen des Sterilwassers, während das Heizelement aufwärmt und ebenso die Verweilstrecke aufgewärmt wird, das dann noch nicht sterilisierte Wasser über diesen Ablauf ausgeleitet werden, bis an diesem Ablauf die gewünschte Wassertemperatur erreicht ist. Zur Kontrolle, ob der gesamte Leitungsstrang von dem Heizelement bis hin zum Ablauf die vorgegebene Temperatur erreicht hat, kann auch der vorbeschriebene Bypass geschaltet werden, um zu verhindern, dass das erhitzte Wasser, welches den Wärmetauscher durchläuft, hier bereits abgekühlt wird. Entsprechend kann durch ein Messen der Temperatur am Ablauf bestimmt werden, ob die vorgelagerten Leitungsabschnitte die gewünschte Sterilisierungstemperatur erreicht haben und entsprechend sterilisiert werden.
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Entsprechend können durch eine Schaltung sowohl des Bypasses als auch des Ablaufs in einer Initialisierungsphase der Vorrichtung zum Erzeugen des Sterilwassers die entsprechenden Leitungsabschnitte sowohl erhitzt werden, als auch sterilisiert werden, unter der Voraussetzung, dass die Sterilisiertemperatur für eine gewisse vorgegebene Zeit in allen beteiligten Leitungsabschnitten gehalten wird. Ist dies der Fall, so wird bevorzugt zum Sterilisieren auch der Gewindeabspritzung der Ablauf verschlossen, so dass das dann auf die Sterilisierungstemperatur erhitzte Wasser auch die Gewindeabspritzung durchfließt, wobei auch hier die vorgegebene Sterilisationszeit eingehalten werden muss. Ist die Anlage sterilisiert, ist die Sterilisierungsphase abgeschlossen und der Bypass kann umgeschaltet werden, derart, dass das Sterilwasser dann an der Gewindeabspritzung mit der gewünschten Temperatur bereitsteht, welche unterhalb der Sterilisierungstemperatur liegt.
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Das Heizelement ist bevorzugt so dimensioniert, dass es das von dem Wasseranschluss zugeführte Wasser auf eine Temperatur von 100°C bis 150°C, bevorzugt von 120°C bis 135°C, besonders bevorzugt zwischen 129°C und 132°C erhitzen kann. Das Heizelement wird besonders bevorzugt mit Dampf betrieben.
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Die Verweilstrecke ist bevorzugt dimensioniert, dass sie bei der vorgesehenen Sterilwasserabnahme der Gewindeabspritzung eine Verweildauer des zu sterilisierenden Wassers von zwischen 30 und 60 Sekunden ermöglicht, in welcher das Wasser auf der Sterilisationstemperatur gehalten wird. Dabei ist diese Heißhaltezeit abhängig von der Sterilisierungstemperatur.
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Vorteilhaft ist zu Beginn der Verweilstrecke und/oder zum Ende der Verweilstrecke jeweils ein Temperatursensor vorgesehen, mittels welchem das Vorliegen der Sterilisationstemperatur über die Verweilstrecke hinweg überprüfbar ist. So kann eine sichere Sterilisation des Wassers und ein entsprechend sicheres Bereitstellen des Sterilwassers zur Gewindeabspritzung ermöglicht werden.
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In einer Weiterbildung ist ein Temperatursensor auch am Ablauf vorgesehen, mittels welchem das Vorliegen der Sterilisationstemperatur zwischen dem Beginn der Verweilstrecke und dem Ablauf überprüfbar ist. So lässt sich in einer Initialisierungsphase überwachen, ob die beteiligten Leitungsbereiche bereits die Sterilisationstemperatur erreicht haben.
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Besonders vorteilhaft kann ein Isolator vorgesehen sein, in welchem die Fülleinrichtung, die Verschließeinrichtung sowie die Gewindeabspritzung aufgenommen sind zur Ausbildung einer aseptischen Getränkeabfüllanlage. So kann eine Gewindeabspritzung auf effiziente Weise in einer aseptischen Getränkeabfüllanlage vorgesehen sein.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figur näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Erzeugen des Sterilwassers zum Zuführen zur Gewindeabspritzung in einer Getränkeabfüllanlage.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figur beschrieben.
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In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit Füllprodukt in einer Getränkeabfüllanlage gezeigt, wobei eine Ausschnittdarstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von Sterilwasser 3 gewählt ist, welche das Sterilwasser einer schematisch angedeuteten Gewindeabspritzung 2 zuführt. Die Gewindeabspritzung 2 ist nachgelagert einer Fülleinrichtung mit mindestens einem Füllorgan zum Befüllen eines Behälters mit dem Füllprodukt angeordnet, und liegt vor dem eigentlichen Verschließen der befüllten Behälter mit einem Behälterverschluss. Die Gewindeabspritzung 2 kann entsprechend entweder noch in der Fülleinrichtung, oder an einem Behälterauslauf der Fülleinrichtung, oder an einer Zwischenstation zwischen der Fülleinrichtung und einem Verschließer, oder am Verschließer selbst vorgesehen sein.
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Im Nachfolgenden wird auf die Vorrichtung zum Erzeugen von Sterilwasser 3 Bezug genommen.
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Eine Wasserzuführung 4 ist vorgesehen, an welcher Wasser aus einem üblichen Wasseranschluss zugeführt wird, wobei das Wasser hier unter netzüblichen Drücken, wie beispielsweise 3–4 bar, anliegt. Vorteilhaft ist das Wasser aufbereitet, beispielsweise wenigstens teilentsalzt, sodass es einen nur geringen Härtegrad aufweist. Das Wasser von dem Wasseranschluss gelangt über eine entsprechende Leitung 40 zu einem Wärmetauscher 5, von dem Wärmetauscher 5 über eine weitere Leitung 50 zu einem Heizelement 6, aus dem Heizelement in eine Verweilstrecke 7, dann wiederum durch den Wärmetauscher 5, um dann über eine Spritzwasserzuleitung 20 der Gewindeabspritzung 20 zugeführt zu werden.
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Das Wasser, welches über den Wasseranschluss 4 und den Wärmetauscher 5 dem Heizelement 6 zugeführt wird, wird im Heizelement 6 auf die vorgegebene Sterilisationstemperatur erhitzt, beispielsweise auf eine Temperatur von über 121°C, um eine zuverlässige Pasteurisierung beziehungsweise Sterilisierung des Wassers zu erreichen. Das Heizelement 6 ist bevorzugt dampfbetrieben, und der entsprechende Heißdampf wird über eine schematisch angedeutete Dampfzuführung 60 und eine Dampfabführung 62 sowie einen Kondensatabfluss 64 in bekannter Weise beheizt. So können Wassertemperaturen von 100°C bis 150°C, bevorzugt von 120°C bis 135°C, besonders bevorzugt zwischen 129°C und 132°C erreicht werden. Diese Temperaturen sind für die Sterilisierung des Wassers besonders geeignet.
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Die hinter dem Heizelement 6 anstehende Wassertemperatur beim Eintritt in die Verweilstrecke 7 wird mittels eines ersten Temperatursensors 70 gemessen. Ein zweiter Temperatursensor 72 ist am Ende der Verweilstrecke 7 vorgesehen. Entsprechend kann sowohl die Eintrittstemperatur in die Verweilstrecke 7, als auch die Austrittstemperatur aus der Verweilstrecke 7 heraus gemessen und überprüft werden. Sowohl zu Beginn der Verweilstrecke 7 als auch zum Ende der Verweilstrecke 7 muss das Wasser eine vorgegebene Temperatur mindestens erreichen, im gezeigten Ausführungsbeispiel mindestens 121°C, um eine entsprechende Sterilisierung des Wassers in der Verweilstrecke 7 zu erreichen. Die Verwendung zweier Temperatursensoren 70 und 72 macht den Betrieb der Vorrichtung sicher. Um die Vorrichtung günstiger und einfacher zu gestalten kann alternativ jedoch auch auf einen der zwei Temperatursensoren 70, 72 oder sogar auf beide Temperatursensoren verzichtet werden.
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Die Verweilstrecke 7 ist so dimensioniert, dass sie eine Länge aufweist, welche es ermöglicht, bei dem erwarteten Volumenstrom des Sterilwassers, welcher durch die Abnahme an der Gewindeabspritzung 2 definiert wird, eine Verweilzeit von etwa 30 bis 60 Sekunden zu ermöglichen. Da die Gewindeabspritzung 2 ein Konstantverbraucher ist, dessen Verbrauch eindeutig zu bestimmen ist, kann auf diese einfache Weise entsprechend eine Sterilisierung des Wassers erreicht werden und die aus dem Stand der Technik bekannten aufwändigen Sterilisierungsvorrichtungen müssen hier nicht verwendet werden.
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Die Sterilisierung kann entsprechend auf konstruktiv einfache Weise erreicht werden. Insbesondere werden keine Pumpen oder Verdichter zur Herstellung des Sterilwassers benötigt, sondern die vorgeschlagene Vorrichtung kommt mit dem über die Leitung bereitgestellten Druck aus.
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Am Ausgang der Verweilstrecke 7 schließt sich der Wärmetauscher 5 an. Mittels des Wärmetauschers 5 kann die hohe, am Ende der Verweilstrecke 7 vorliegende Temperatur des dann sterilen Wassers dazu verwendet werden, das vom Wasseranschluss 4 frisch zugeführte Wasser, welches dem Heizelement 6 zugeführt werden soll, vorzuwärmen. Auf diese Weise kann ein Teil der Energie, welche zum Aufheizen des Wassers verwendet wird, rekuperiert werden. Entsprechend lässt sich durch das Bereitstellen des Wärmetauschers 5 eine energieeffiziente und entsprechend umweltfreundliche Herstellung des Sterilwassers erreichen.
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Das der Gewindeabspritzung 2 zugeführte Sterilwasser weist dann eine Temperatur auf, welche unterhalb der Sterilisationstemperatur liegt, die durch eine entsprechende Dimensionierung des Wärmetauschers 5 auf die für die Gewindeabspritzung 2 gewünschte Temperatur abgesenkt wurde. Um die jeweiligen Gewindebereiche der befüllten Behälter abzuspritzen, ist es besonders bevorzugt, eine dem jeweiligen Behältertyp, Behältermaterial sowie dem Füllprodukt angepasste Temperatur des Sterilwassers vorzusehen. Beispielsweise kann bei Abfüllung von schwach sauren Produkten eine höhere Temperatur angewandt werden als bei der Abfüllung von stark sauren Produkten.
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Der Wärmetauscher 5 kann mittels eines Bypasses 8 überbrückt werden. Die Überbrückung findet durch ein Schalten der entsprechenden Ventile 80, 82 statt, welche entsprechend ein Umleiten des von dem Wasseranschluss 4 zugeführten frischen Wassers zum Heizelement 6 ermöglicht, derart, dass dieses Wasser den Wärmetauscher 5 nicht mehr durchfließt. Entsprechend wird auch das am Ende der Verweilstrecke 7 anstehende heiße Wasser im Wärmetauscher 5 nicht mehr heruntergekühlt, so, dass das heiße Wasser dann durch den Wärmetauscher 5 sowie durch die Spritzwasserzuführung 20 bis zur Gewindeabspritzung 2 fließt. Auf diese Weise kann eine Sterilisierung der Leitungsbereiche, welche der Verweilstrecke 7 nachgelagert sind, ebenfalls erreicht werden. Entsprechend kann durch das Schalten des Bypasses 8 die Anlage so sterilisiert werden, dass die Anlagenbereiche, welche das Sterilwasser führen, ebenfalls sterilisiert werden können.
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Weiterhin ist ein Ablauf 9 vorgesehen, welcher parallel zur Gewindeabspritzung 2 liegt, und welcher entsprechend über Ventile 90, 92 geschaltet werden kann. Entsprechend ist es möglich, das nach dem Wärmetauscher 5 in die Spritzwasserzuleitung 20 fließende Wasser nicht durch die Gewindeabspritzung 2, sondern auf den Ablauf 9 zu schalten. Dies ist von Vorteil, da in einer Initialisierungsphase der Vorrichtung zum Erzeugen des Sterilwassers 3 das Heizelement 6 und die Verweilstrecke 7 aufgeheizt werden müssen und entsprechend auf die Sterilisationstemperatur angehoben werden müssen. Entsprechend werden zum Initialisieren der Vorrichtung die Ventile 90, 92 so geschaltet, dass das Wasser zunächst auf den Ablauf 9 geschaltet ist. Bevorzugt wird gleichzeitig auch der Bypass 8 so geschaltet, dass das Wasser, welches den Wärmetauscher 5 verlässt, nicht durch den Wärmetauscher 5 abgekühlt wird.
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Am Ablauf 9 ist ein dritter Temperatursensor 94 vorgesehen, mittels welchem die Temperatur des am Ablauf 9 anstehenden Wassers gemessen werden kann. Während der Initialisierung wird entsprechend das Heizelement 6 aufgeheizt und so das auch Wasser, welches in die Verweilstrecke 7, den Wärmetauscher 5, die Spritzwasserzuleitung 20 sowie auf den Ablauf 9 fließt. Sobald der Temperatursensor 94 signalisiert, dass die Sterilisationstemperatur am Ablauf 9 erreicht wird, kann davon ausgegangen werden, dass auch die davor liegenden Anlagenbereiche zwischen dem Temperatursensor 94 und dem Heizelement 6 ebenfalls die Sterilisationstemperatur erreicht haben. Dann kann durch ein entsprechendes Schalten der Ventile 90, 92 das Sterilwasser auf die Gewindeabspritzung 2 geschaltet werden, wodurch auch hier noch eine Sterilisierung der letzten Leitungsabschnitte vor der Gewindeabspritzung 2 sowie die Leitungsabschnitte der Gewindeabspritzung 2 selbst erreicht werden kann. Der Ablauf 9 weist weiterhin eine dem dritten Temperatursensor 94 nachgeschaltete Blende 95 auf. Die Blende 95 wird ausgelegt nach erforderlichem Druck und Durchfluss.
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Durch das Bereitstellen des Ablaufes 9 kann so vermieden werden, dass unsteriles Wasser in großen Mengen während der Initialisierung beziehungsweise Aufheizung der Vorrichtung zum Erzeugen des Sterilwassers 3 über die Gewindeabspritzung 2 in die sterilen Anlagenbereiche der Vorrichtung zum Befüllen von Behältern gelangt.
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Die Vorrichtung 1 ist bevorzugt eine aseptische Abfüllanlage, bei welcher sich die Fülleinrichtung, der Verschließer sowie die Gewindeabspritzung 2 in einem aseptischen Isolator befinden.
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Entsprechend kann durch die vorgeschlagene Schaltung, insbesondere auch des Ablaufs 9 und des Bypasses 8, sichergestellt werden, dass kein oder nur geringe Mengen an nicht vollkommen sterilisiertem Wasser über die Gewindeabspritzung 2 in diesen aseptischen Bereich beziehungsweise den aseptischen Isolator eingebracht werden. Je kürzer die Abzweigung zu dem Ablauf 9 vor der Gewindeabspritzung 2 angeordnet ist, desto weniger unsteriles Wasser gelangt entsprechend über die Gewindeeinspritzung 2 in den Isolator. Demnach kann der Ablauf 9 im Isolator oder auch außerhalb des Isolators enden.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt
- 2
- Gewindeabspritzung
- 20
- Spritzwasserzuleitung
- 3
- Vorrichtung zum Erzeugen von Sterilwasser
- 4
- Wasseranschluss
- 40
- Leitung
- 5
- Wärmetauscher
- 50
- Leitung
- 6
- Heizelement
- 60
- Dampfzuführung
- 62
- Dampfabführung
- 64
- Kondensatabfluss
- 7
- Verweilstrecke
- 70
- Temperatursensor
- 72
- Temperatursensor
- 8
- Bypass
- 80
- Ventil
- 82
- Ventil
- 9
- Ablauf
- 90
- Ventil
- 92
- Ventil
- 94
- Temperatursensor
- 95
- Blende