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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten einer
Verpackung, die Verwendung der Vorrichtung zum Anzeigen, welches Produkt
die Verpackung enthält,
und ein Verfahren zum Sterilisieren, Befüllen und Abdichten der Verpackung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Was
man als aseptisches Befüllen
von Lebensmittelverpackungen mit Lebensmitteln wie z.B. Milchprodukten,
Säften
usw. bezeichnet, ist kompliziert aufgrund hoher Anforderungen an
die Sauberkeit sowohl des Verpackungsmaterials als auch der Abfüllausrüstung. Akzeptabel
ist normalerweise ein relatives Risiko im Bereich von eins zu zehntausend, was
bedeutet, dass von zehntausend befüllten Verpackungen höchstens
eine Verpackung durch beispielsweise Mikroorganismen kontaminiert
sein darf.
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Ein
bekannter Verpackungstyp und ein bekanntes Prinzip zur aseptischen
Befüllung
stellt das von Tetra Pak vertriebene System Tetra Brik Aseptic® dar.
Bei diesem System wird ein Verpackungsmaterial sterilisiert, indem
man es H2O2 und
warmer Luft aussetzt. Dies erfolgt dann, wenn das Verpackungsmaterial
zu einem Schlauch geformt worden und zur Befüllung bereit ist. Vor der Sterilisationsphase
muss ein ausgiebiges Spülen
mit beispielsweise Säure
und Lauge erfolgen.
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Auf
dem Markt für
Getränke
sind jedoch Gesundheit, praktische Handhabung und Innovation gefragt.
Im Sektor Milchprodukte werden laufend neue Arten von Produkten
eingeführt.
Damit ein Produkt auf dem Markt überlebt,
ist daher die Differenzierung von Produkten, einschließlich der
Verpackungen, von höchster
Wichtigkeit. Infolgedessen steigt der Bedarf an aseptischen Kunststoffflaschen,
vor allem PET-Flaschen. PET-Flaschen sind gasdicht sowie leicht
zu öffnen
und zu verschließen
und befriedigen damit die Bedürfnisse
der Verbraucher nach Gesundheit und praktischer Handhabung. Wenn
die Öffnung der
Flasche unverändert
bleibt, können
Form und Volumen der Flasche leicht variiert werden, wodurch Differenzierung
ermöglicht
wird.
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Aseptische
Flaschenabfüllanlagen
sind besonders sperrig, kompliziert und teuer aufgrund der hohen
Hygieneanforderungen, die dem Verpackungsmaterial auferlegt werden.
Die Flaschen und Kappen müssen
gespült,
desinfiziert und sterilisiert werden. Aufgrund der Komplexität wird die
Anlage in separaten Reinräumen
aufgestellt. Die Bedienungsperson kann sich entweder in diesem Reinraum
bewegen oder bloß mithilfe
flexibler Handschuhe die Arme verwenden, um die nötigen Funktionen
in dem Reinraum bzw. in der Anlage zu berühren. Wenn es zum Stillstand
einer aseptischen Flaschenabfüllanlage
kommt, der eine Zeitlang andauert, muss eine Resterilisation durchgeführt werden.
Jeder unnötige Stillstand
und jede andere Unterbrechung führt
zu einem erhöhten
Kontaminationsrisiko und erhöhten Produktionskosten
und sollte daher so weit wie möglich
vermieden werden.
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Die
US 5,928,607 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Sterilisieren einer Flasche vor
dem Befüllen
der Flasche mit einem Produkt. In der beschriebenen Vorrichtung
wird UV-Strahlung verwendet, um Sauerstoff an der Abfüllstation
in Ozon umzuwandeln. Das Ozon fließt in die Flasche und sterilisiert
sie so. Die Flasche wird dann unmittelbar mit einem gewünschten
Produkt befüllt
und abgedichtet. Als UV-Strahlungsquelle wird eine Excimerlampe
verwendet.
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Die
in der
US 5,928,607 offenbarte
Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie nicht in einem sterilen Reinraum
aufgestellt werden muss. Stattdessen wird der "Reinraum" soweit reduziert, dass er nur das Innere
der Flasche umfasst, die unmittelbar vor der Befüllung mit Ozon sterilisiert
wird, so dass eine Kontamination der Flasche zwischen Sterilisation
und Befüllung
nicht zugelassen wird. Ein Nachteil dieser Vorrichtung und dieses
Verfahrens besteht jedoch darin, dass das Ozon mit dem Produkt reagieren kann,
wenn das Ozon aus dem Produkt extrahiert wird. Somit kann die Qualität des Produktes
verschlechtert werden, was zum Beispiel dazu führen kann, dass das Produkt
einen unangenehmen Geschmack erhält.
Auch verbleibende Ozonreste in der Flasche nach dem Befüllen können mit
dem Produkt reagieren und ihrerseits einen gewissen unangenehmen
Geschmack verursachen. Nach einer Weile zerfallen die Ozonreste
zu Sauerstoff. Wenn das Produkt beispielsweise Fettsäuren enthält, die
durch Sauerstoff ranzig werden, sind solche Ozonreste äußerst schädlich für die Haltbarkeit
des Produktes.
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Nach
dem Befüllen
einer Verpackung mit einem Produkt muss die Verpackung abgedichtet
werden. Da auch das Abdichten ein technisch kompliziertes Verfahren
ist, wird die gefüllte
Verpackung üblicherweise
zu einer separaten Abdichtanlage befördert, die der Verpackung, sofern
es sich um eine Flasche handelt, einen mit Gewinde versehenen Schraubverschluss
aufsetzt, und durch Biegen oder Schrumpfen eine Abdeckung anbringt,
wenn die Verpackung eine Dose ist. Auch in diesen Fällen ist
es schwierig, zu akzeptablen Kosten sterile Umgebungsbedingungen
zu schaffen. Die Abdichtung muss steril sein, und eine Kontamination
der Verpackung zwischen Befüllung
und Abdichtung sollte nicht zugelassen werden.
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Die
US 5,860,461 offenbart ein
Verfahren zum aseptischen Befüllen
einer Flasche oder einer Dose, wobei ein separates mechanisches
Abdichtungselement zum Befüllen
und Versiegeln der Flasche verwendet wird, zusätzlich zu einem manuellen Abdichtungselement,
das durch den Verbraucher zu handhaben ist. Das mechanische Abdichtungselement
kann leicht an der Flasche angebracht werden und soll daher das
Kontaminationsrisiko und die technische Komplexität bei der
Abdichtung reduzieren.
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In
manchen der beschriebenen Varianten kann das mechanische Abdichtungselement
in einer zusätzlichen Öffnung in
der Wand der Flasche aufgenommen sein, zusätzlich zu der gewöhnlichen Öffnung,
die vom Verbraucher verwendet wird. Das mechanische Abdichtungselement
und die zusätzliche Öffnung sind
lediglich zur Sterilisation und Befüllung der Flasche bestimmt
und schaffen damit zusätzliche Produktionskosten
und ein erhöhtes
Risiko der Kontamination des Produktes, wenn das endgültige Abdichtungselement
der zusätzlichen Öffnung nicht hundertprozentig
dicht ist. Außerdem
wird die Flasche durch die zusätzliche Öffnung und
das Abdichtungselement ästhetisch
beeinträchtigt.
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Eine
weitere, in der
US 5,860,661 gezeigte Variante
des mechanischen Abdichtungselementes wird vor der Befüllung in
die gewöhnliche Öffnung eingeführt, woraufhin
ein manuelles Abdichtungselement wie z.B. ein Schraubverschluss
oder eine Kappe auf das mechanische Abdichtungselement aufgesetzt
wird. In diesem Fall befindet sich das mechanische Abdichtungselement
noch in der Öffnung
der Flasche, wenn die Flasche den Verbraucher erreicht, und muss
daher durch den Verbraucher entfernt werden oder mit Haken oder
dergleichen versehen sein, so dass es das manuelle Abdichtungselement
begleitet, wenn dieses von der Flasche entfernt wird.
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In
einer weiteren, in der
US 5,860,461 offenbarten
Variante besteht das mechanische Abdichtungselement aus einem rohrförmigen Teil
des manuellen Abdichtungselementes, wobei der rohrförmige Teil
nach dem Befüllen
der Flasche zusammengedrückt
und somit verschlossen wird. Diese Variante eines mechanischen Abdichtungselementes
steht somit von dem manuellen Abdichtungselement in einer Weise
vor, die unter anderem die Stapelbarkeit der Flasche beeinträchtigt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren
zur Sterilisation einer Verpackung bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative
Vorrichtung zum Abdichten einer Verpackung bereitzustellen, wobei
die Vorrichtung eine verbesserte Sterilisation der Verpackung ermöglicht.
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Zur
Erfüllung
dieser und anderer Aufgaben werden bereitgestellt: eine Vorrichtung
zum Abdichten einer Verpackung, wie in Anspruch 1 bestimmt, ein
Verfahren zur Sterilisation, Befüllung
und Abdichtung einer Verpackung, wie in Anspruch 10 bestimmt, sowie
Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch
1, wie in Anspruch 22 bestimmt. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
bestimmt.
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Insbesondere
umfasst gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Abdichten
einer Verpackung ein Umfangsteil, das um eine Öffnung in der Verpackung mechanisch
mit der Verpackung verbunden werden kann, wobei das Umfangsteil
einen Durchlass für
die innere Sterilisation der Verpackung und Befüllung oder Verpackung mit einem
Produkt nach dem Verbinden des Umfangsteils mit der Verpackung umfasst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst ferner ein separates Oberteil für die dauerhafte gasdichte
Abdichtung des Durchlasses, wobei das Oberteil geeignet ist, dicht gegen
das Umfangsteil zu passen und mit diesem eine Einheit zu bilden.
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Unter "Einheit" wird hier etwas
verstanden, das einen einzigen physischen Gegenstand bildet und
das nicht zum Teilen in zwei oder mehr separate Gegenstände oder
Teile bestimmt ist. Bevorzugt geht die Oberfläche des Umfangsteils eben in
die Oberfläche
des Oberteils über,
wodurch scharfe Kanten oder Fugen zwischen diesen Teilen verhindert
werden.
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Mit
einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann verbesserte Sterilisation einer Verpackung dadurch
bereitgestellt werden, dass das Umfangsteil einen Durchlass aufweist,
der die innere Sterilisation der Verpackung und die Befüllung der Verpackung
mit einem Produkt nach dem Verbinden des Umfangsteils mit der Verpackung
ermöglicht.
Somit kann die gleichzeitige Sterilisation sowohl des Inneren der
Verpackung als auch des Inneren des Umfangsteils der Abdichtungsvorrichtung
unter Verwendung von beispielsweise Ozon durchgeführt werden, wonach
die Verpackung befüllt
und mit einem endgültigen
Abdichtungselement in Form des separaten Oberteils versehen wird.
Das Kontaminationsrisiko und die technische Komplexität bei der
endgültigen Abdichtung
können
dementsprechend dadurch reduziert werden, dass das separate Oberteil
dazu ausgestaltet ist, auf einfache Weise angebracht zu werden, indem
es z.B. mit dem bereits auf der Verpackung angeordneten Umfangsteil
zusammengedrückt
wird.
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Da
das Umfangsteil mechanisch mit der Verpackung verbunden ist, kann
dieses Abdichtungselement durch den Verbraucher zum Öffnen und
Wiederverschließen
der Verpackung verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
löst auch die
obigen Probleme bezüglich
der verschiedenen Varianten eines mechanischen Abdichtungselementes,
wie in der
US 5,860,461 offenbart.
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Erstens
ist zum Befüllen
der Verpackung keine zusätzliche Öffnung erforderlich,
da zu diesem Zweck der Durchlass in dem Umfangsteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendet wird. Anstelle des mechanischen Abdichtungselementes gemäß der
US 5,860,461 kann ein temporäres Abdichtungselement
verwendet werden, das noch einfacher als Teil der Sterilisations-
und/oder Abfüllanlage
gestaltet sein kann oder z.B. die Form einer Folie haben kann, die
zu dem Umfangsteil der Vorrichtung passt.
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Zweitens
verbleibt kein separates mechanisches Abdichtungselement in der Öffnung der
Verpackung, das vom Verbraucher zu entfernen ist. Wird für die temporäre Abdichtung
eine Folie verwendet, so kann diese allerdings zusammen mit dem
Umfangsteil der Vorrichtung gleich unter dem Oberteil verbleiben,
ohne für
den Verbraucher störend
zu sein.
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Drittens
können
Probleme bezüglich
reduzierter Stapelbarkeit und beeinträchtigten Erscheinungsbildes
der fertigen Verpackung als ganzer durch die vorliegende Erfindung
vermieden werden, da das endgültige
Abbdichtungselement durch das Oberteil gebildet wird, das eine Einheit
mit dem Umfangsteil bildet. Das Oberteil und das Umfangsteil können zusammen
beispielsweise die Form eines herkömmlichen Schraubverschlusses
für eine
Flasche bilden, wobei das Umfangsteil das Gewinde des Schraubverschlusses
aufweist.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Oberteil farbig und/oder dazu
ausgebildet, das Erkennen des Produktes unter anderen Produkten
in ähnlichen
Verpackungen zu erleichtern. Der Markt erfordert heute verschiedene
Farben für Abdichtungselemente
wie z.B. Schraubverschlüsse, Kappen
usw., damit eine Differenzierung verpackter Produkte möglich wird.
Abdichtungselemente in verschiedenen Farben führen zu aufwendiger manueller Handhabung,
was sich wiederum hygienisch negativ auswirkt. Gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung kann eine Differenzierung hinsichtlich Farbe und Form
dadurch bereitgestellt werden, dass lediglich das Oberteil der Abdichtungsvorrichtung
verändert
wird. Die manuelle Handhabung kann unter anderem durch Verringerung
der Komplexität
der endgültigen
Abdichtung reduziert werden. Anstatt dass die endgültige Abdichtung
beispielsweise dadurch erfolgt, dass ein herkömmlicher Schraubverschluss unter
Verwendung einer Schraubvorrichtung und anderer komplizierter Ausrüstung in
Reinraumumgebung an der Verpackung angebracht wird, wobei die komplizierte
Ausrüstung
dann schwierig steril zu halten ist und leicht Betriebsprobleme
auftreten können, kann
die endgültige
Abdichtung gemäß dieser
Ausführungsform
dadurch erfolgen, dass das Oberteil der Vorrichtung auf einfache
Weise mit dem bereits an der Verpackung befestigten Umfangsteil
zusammengedrückt
wird. Oberteile, die vorteilhafterweise symmetrisch ausgebildet
sind, können
leicht in Rohren der "Zusammendrückvorrichtung" zugeführt werden,
die nicht sehr kompliziert zu sein braucht und daher zuverlässiger ist
und einfacher steril zu halten ist. Das Umfangsteil, das z.B. "den Gewindeteil" eines gewöhnlichen
Schraubverschlusses bilden kann, kann außerhalb des Reinraumbereiches
mit Ausrüstung,
die nicht dieselben Sterilitätsanforderungen
zu erfüllen
braucht, auf die Verpackung geschraubt werden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Verpackung eine Flasche. In einer weiteren
Ausführungsform
ist die Verpackung eine Dose. Es könnte sich bei der Verpackung
jedoch um jede Art von Verpackung handeln, beispielsweise auch einen
Karton oder einen Beutel.
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In
einer Ausführungsform
kann das Umfangsteil einen zylindrischen Teil zum Umgeben einer äußeren Teilfläche der
Verpackung um die Öffnung aufweisen.
Der zylindrische Teil kann z.B. der "Seitenteil" eines Verschlusses oder einer Kappe
sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Umfangsteil Gewinde. Ein typisches Beispiel für ein solches
Umfangsteil ist der Gewindeseitenteil eines Schraubverschlusses.
In einer weiteren Ausführungsform
weist das Umfangsteil ein Schnappmittel auf, d.h. ein Mittel, mit
dem das Umfangsteil um die Öffnung
in der Verpackung herum durch "Zuschnappen" oder Einhaken in
die Verpackung befestigt werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Umfangsteil eine obere Seite für die Verpackung, wobei in
der oberen Seite ein Durchlass für
die innere Sterilisation und Befüllung
der Verpackung ausgebildet ist. Eine solche obere Seite kann typischerweise die "Abdeckung" für eine Aluminiumdose
sein.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist das Umfangsteil in der Weise formschlüssig, dass
es dicht gegen ein Verschlussmittel zum temporären, teilweisen Verschließen des
Durchlasses während der
inneren Sterilisation der Verpackung passt. Durch diese Formschlüssigkeit
mit einem äußeren Verschlussmittel
kann so weit wie möglich
verhindert werden, dass während
der Sterilisationsphase Verunreinigungen von außen in die Verpackung eindringen.
Das temporäre
Verschlussmittel bedeckt den Durchlass "teilweise" in dem Sinne, dass eine oder mehrere Öffnungen
verbleiben sollten, durch die beispielsweise sterilisierendes Gas
hineingelangen oder entweichen kann. Solch ein temporäres Verschlussmittel
kann auch während
der Befüllungsphase
verwendet werden.
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In
einer speziellen Ausführungsform
umfasst das Umfangsteil eine durchdringbare Folie, die über dem
Durchlass angeordnet ist. Die durchdringbare Folie kann sehr einfach
zu fertigen und anzuwenden sein und dient als das oben erwähnte temporäre Verschlussmittel
durch Abdecken des Durchlasses des Umfangsteils. Wenn beispielsweise
sterilisierendes Gas in die Verpackung eingeleitet werden soll,
so kann ein Zufuhrrohr durch die durchdringbare Folie eingeführt werden,
wobei der Durchlass ansonsten noch im Wesentlichen vollständig von
der Folie abgedeckt ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung besteht das Oberteil aus demselben Basismaterial wie das
Umfangsteil, so dass beispielsweise das Verschweißen der
verschiedenen Teile erleichtert wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren
zur Sterilisation, Befüllung
und Abdichtung einer Verpackung die Schritte des Verbindens eines
Umfangsteils einer Abdichtungsvorrichtung mit der Verpackung um
eine Öffnung
in der Verpackung herum, des Sterilisierens der Verpackung innen
durch einen Durchlass in dem Umfangsteil, des Befüllens der
Verpackung mit einem Produkt durch den Durchlass und des gasdichten
Abdichtens der Verpackung durch permanentes Abdichten des Durchlasses
mit einem separaten Oberteil für
die Abdichtungsvorrichtung.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
es, den "Reinraum" zu reduzieren, so
dass er nur das Abteil bzw. Volumen der Verpackung umfasst, wodurch
große
Vorteile erzielt werden, wie zum Beispiel Kostenersparnis und reduzierte
Komplexität gegenüber herkömmlichen
Systemen, bei denen die gesamte Sterilisations- und Abfüllanlage
in einer Reinraumumgebung aufgestellt ist oder eine solche Umgebung
aufweist. Die Sterilisations- und Abfüllanlage kann somit auch hinsichtlich
des Volumens kleiner gestaltet werden.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass das Umfangsteil der Abdichtungsvorrichtung, das beispielsweise
aus dem Gewindeseitenteil eines Schraubverschlusses bestehen kann,
mit der vorliegenden Erfindung gleichzeitig mit dem Inneren der
Verpackung sterilisiert werden kann. Dies vereinfacht das gesamte
Abdichtungsverfahren – beispielsweise
verringern sich die Hygieneanforderungen im Zusammenhang mit Transport
und Abdichtung. Auf diese Weise können die Transportkosten durch
das erfindungsgemäße Verfahren
weiter reduziert werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Schritt der Sterilisation der Verpackung
des Weiteren die Schritte des Einleitens eines sterilisierenden
Gases in die Verpackung durch den Durchlass und der Extraktion des
sterilisierenden Gases durch Einleiten eines schwereren Extraktionsgases
durch den Durchlass. Diese Ausführungsform löst das erwähnte Problem
auf dem Wege der Einleitung, d.h. dass das sterilisierende Gas,
beispielsweise in Form von Ozon, mit dem Produkt reagieren kann,
wenn das Ozon aus dem Produkt extrahiert wird. Stattdessen wird
das sterilisierende Gas vermittels eines anderen, schwereren Gases
extrahiert, das bevorzugt inert ist und daher nicht mit dem Produkt
reagiert. Ein schwereres Gas kann auch sowohl vor als auch nach
der Befüllung
der Verpackung mit dem Produkt in der Verpackung verbleiben und
als Abdeckung wirken, die das Eindringen von Verunreinigungen verhindert.
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Es
versteht sich, dass dieses Verfahren der Sterilisation einer Verpackung,
d.h. vermittels eines sterilisierenden Gases und eines Extraktionsgases, nicht
auf die Sterilisation von Verpackungen beschränkt ist, die mit einer Abdichtungsvorrichtung
abgedichtet werden, welche ein Umfangsteil und ein Oberteil aufweist,
sondern auch zur Sterilisation jeder [anderen] Verpackung verwendet
werden könnte. Die
obigen Vorteile der Verwendung des Extraktionsgases könnten somit
unabhängig
von der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein Verfahren zur Sterilisation,
Befüllung
und Abdichtung einer Verpackung könnte die Schritte umfassen,
ein sterilisierendes Gas in die Verpackung einzuleiten, das sterilisierende
Gas durch Einleiten eines schwereren Extraktionsgases in die Verpackung
zu extrahieren, die Verpackung mit einem Produkt zu befüllen und
die Verpackung gasdicht abzudichten.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt, das sterilisierende
Gas für
eine vorbestimmte Zeit in der Verpackung wirken zu lassen, wodurch eine
wirksame Sterilisation des Inneren der Verpackung sichergestellt
wird. Die vorbestimmte Zeit beträgt
vorzugsweise zwischen einer und zehn Sekunden für ein Verpackungsvolumen bis
zu 10 Litern.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Verfahren des Weiteren den Schritt, das sterilisierende
Gas in der Verpackung relativ zum Umgebungsgasdruck unter Überdruck
zu setzen. Auf diese Weise kann noch wirksamer verhindert werden,
dass Verunreinigungen aus der Umgebung in die Verpackung eindringen,
während
gleichzeitig bewirkt wird, dass das sterilisierende Gas tiefer in
das Verpackungsmaterial eindringt und beispielsweise auch tiefer
zwischen den Windungen des Umfangsteils hindurchdringt, wenn dieses
die Form eines Schraubverschlusses hat.
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In
einer Ausführungsform
enthält
das sterilisierende Gas Ozon. In einer weiteren Ausführungsform
enthält
es Wasserstoffperoxid.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Verfahren des Weiteren den Schritt, das
Extraktionsgas in der Verpackung relativ zum Umgebungsgasdruck unter Überdruck
zu setzen. Genau wie oben hinsichtlich des sterilisierenden Gases
erwähnt,
kann auch das Extraktionsgas auf diese Weise noch wirksamer verhindern,
dass Verunreinigungen aus der Umgebung in die Verpackung eindringen.
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Das
Extraktionsgas enthält
in einer Ausführungsform
Stickstoffgas, ein relativ schweres Gas, das auch verhältnismäßig inert
ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt, den Durchlass
während
des Schrittes der inneren Sterilisation der Verpackung temporär und teilweise
zu verschließen.
Auch dies verhindert, dass Verunreinigungen in die Verpackung eindringen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Verfahren auch den Schritt, das Oberteil vor dem Schritt,
die Verpackung gasdicht abzudichten, separat zu sterilisieren. Daraus resultierend
kann das endgültige
Abdichtungselement vermittels des Oberteils steril und gleichzeitig
einfach gestaltet sein.
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Der
Schritt der separaten Sterilisation des Oberteils umfasst entsprechend
einer Ausführungsform
die Sterilisation des Oberteils mit Ozon und/oder Wasserstoffperoxid,
wobei beide Gase für
diesen Zweck wirksam sind.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung
einer Vorrichtung gemäß Anspruch
1 zum Anzeigen, welches Produkt in einer Verpackung enthalten ist,
wobei dem Oberteil eine Farbe und/oder Form gegeben wird, die dieses Anzeigen
ermöglicht.
Wie oben erwähnt,
erfordert der Markt verschiedenfarbige Abdichtungselemente, um die
Differenzierung verpackter Produkte zu erleichtern. Diese Verwendung
der Erfindung ermöglicht
es, Differenzierung hinsichtlich sowohl der Farbe als auch der Form
auf einfache Weise bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun detaillierter unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, für
die gilt:
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1 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht einer im Querschnitt
dargestellten Vorrichtung zum Abdichten einer Verpackung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung ein Umfangsteil
und ein separates Oberteil umfasst;
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2–10 stellen
schematisch ein Verfahren gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Sterilisation, Befüllung und
Abdichtung einer Verpackung dar, in welchem die Vorrichtung gemäß 1 verwendet
wird;
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11–15 zeigen
schematisch ein Verfahren gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Sterilisation, Befüllung und
Abdichtung einer Verpackung;
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16–18 zeigen
schematisch ein Verfahren gemäß wiederum
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Sterilisation, Befüllung und
Abdichtung einer Verpackung;
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19 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht einer im Querschnitt
gezeigten Vorrichtung zum Abdichten einer Verpackung gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung, wobei die Vorrichtung ein Umfangsteil und ein separates
Oberteil umfasst;
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20 ist
eine schematische, perspektivische Annsicht der Vorrichtung aus 19,
die auf einer Flasche angeordnet ist, welche im Querschnitt dargestellt
ist; und
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21 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum
Abdichten einer Verpackung gemäß wiederum
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, die auf einer Verpackung in Form einer Dose angeordnet
ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 illustriert
eine Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Abdichten einer Verpackung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Vorrichtung umfasst ein Umfangsteil 10,
das um eine Öffnung
in der Verpackung herum mechanisch mit der Verpackung zu verbinden
ist. Die mechanische Verbindung wird in dieser Ausführungsform
mit einem Gewinde des Umfangsteils hergestellt, das geeignet ist,
in einem Gewinde der Verpackung zu laufen. Die Vorrichtung umfasst
des Weiteren ein separates Oberteil 11, das so gestaltet
ist, dass es zu dem Umfangsteil 10 passt. Das Umfangsteil 10 weist
einen Durchlass 12 auf, der vermittels des Oberteils 11 gasdicht
abgedichtet wird, wenn dieses, beispielsweise indem es in den Durchlass 12 eingedrückt wird,
mit dem Umfangsteil 10 verbunden wird. Das "Gasabdichtungselement" kann möglicherweise
z.B. durch Kleben in oder Verschweißen der Fuge zwischen dem Umfangsteil 10 und
dem Oberteil 11 verbessert werden.
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Das
Oberteil 11 passt in der Weise zu dem Umfangsteil 10,
dass beide Teile zusammen eine "Einheit" bilden, in diesem
Fall in Form eines herkömmlichen
Schraubverschlusses für
eine Flasche. Diese "Einheit" kann auch einen "Schnappverschluss", d.h. eine Kappe
die, wenn sie auf die Öffnung
der Verpackung gedrückt
wird, auf der Öffnung festhakt
oder "einschnappt", eine Abdeckung,
ein Oberteil usw. bilden. Beispiele für Verpackungen, für welche
die erfindungsgemäße Abdichtungsvorrichtung
verwendet werden kann, sind Flaschen wie z.B. PET-Flaschen oder
Glasflaschen, Dosen wie z.B. Aluminiumdosen, Kartons, Beutel usw.
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Vermittels
des Durchlasses 12 kann die Verpackung sterilisiert werden,
während
gleichzeitig das Umfangsteil 10 um die Öffnung der Verpackung herum
mit der Verpackung verbunden wird. Wie dies bewerkstelligt wird,
wird unten detaillierter beschrieben.
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2–10 stellen
ein Verfahren zur Sterilisation, Befüllung und Abdichtung einer
Verpackung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung Schritt für
Schritt dar. Das Verfahren verwendet die erfindungsgemäße Abdichtungsvorrichtung,
in diesem Fall die Ausführungsform
der Vorrichtung wie in 1 gezeigt.
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2 zeigt
in einem ersten Schritt ein Umfangsteil 10, das auf eine
Verpackung in Form einer Flasche 13 aufgeschraubt ist.
Der Durchlass 12 des Umfangsteils 10 stimmt mit
der gewöhnlichen Öffnung der
Flasche 13 überein,
so dass die Sterilisation des Inneren der Flasche und das Befüllen der
Flasche mit einem Produkt durch den Durchlass/die Öffnung nach
dem Befestigen des Umfangsteils 10 an der Flasche erfolgen
können.
Die endgültige
Abdichtung erfolgt dann vermittels des Oberteils 11, das
einfach durch Anwendung von Druck anstatt durch einen komplizierteren
Schraubvorgang befestigt werden kann. Dies ist vorteilhaft, da die
Hygieneanforderungen nach der Befüllung schwierig zu erfüllen sind, wenn
die endgültige
Abdichtung kompliziert ist.
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3 zeigt
in einem zweiten Schritt, wie ein temporäres Verschlussmittel, hier
in Form einer Abdeckung 14, die formschlüssig ist
und dicht gegen das Umfangsteil 10 passt und eine Vertiefung 14a aufweist, über den
oberen kreisförmigen
Rand des Umfangsteils 10 angebracht worden ist. Dieses
Verschlussmittel, das bevorzugt aus einem flexiblen Material besteht,
wird zum teilweisen Verschließen
des Durchlasses 12 während
der anschließenden
inneren Sterilisation und Befüllung
der Verpackung verwendet.
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4 zeigt
in einem dritten Schritt, wie ein Rohr 15 zur Sterilisation
durch die Vertiefung 14a der Abdeckung 14 heruntergedrückt worden
ist. Eine sterilisierendes Gas, hier in Form von Ozon (O3), wird durch ein inneres Rohr 15a des
Rohres 15 in die Flasche 13 eingeleitet, während gleichzeitig
die von Anfang an in der Flasche vorhandene Luft durch ein äußeres Rohr 15b des
Rohres 15 herausgedrückt
wird. Auf diese Weise wird eine wirksame Sterilisation des Inneren
der gesamten Flasche durchgeführt.
Anstelle von oder in Kombination mit Ozon kann für die Sterilisation Wasserstoffperoxid
H2O2 oder ein anderes geeignetes
Gas bzw. eine andere geeignete Gaszusammensetzung verwendet werden.
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5 zeigt,
wie das Rohr 15 entfernt worden ist, um das sterilisierende
Gas eine Zeitlang in der Flasche 13 wirken zu lassen. Die
flexible Vertiefung 14a in der Abdeckung 14 passt
dann relativ eng, so dass während
der Sterilisation weitere Verunreinigungen nicht in die Flasche
gelangen. Die Zeit, während
derer das sterilisierende Gas wirken gelassen wird, ist bevorzugt
so vorbestimmt, dass sie für
ein Flaschenvolumen bis zu 10 Litern zwischen einer und zehn Sekunden
oder besonders bevorzugt zwischen acht und zehn Sekunden beträgt. Die
Zeit hängt
von dem Volumen der Flasche/Verpackung ab – je größer das Volumen, desto länger die
Zeit des Einwirkens.
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Dadurch,
dass das Umfangsteil 10 des Abdichtungselementes bereits
vor der inneren Sterilisation der Flasche mit der Flasche 13 verbunden
ist, wird eine gleichzeitige Sterilisation eines Teils des Inneren
des Umfangsteils durchgeführt.
In dieser Ausführungsform
umfasst das Umfangsteil 10 den "Gewindeteil" einer Kappe. Das sterilisierende Gas
kann zwischen den Gewinden der Flasche 13 und des Umfangsteils 10 hindurchdringen,
bis zu dem Punkt, an dem die Gewinde vollkommen gasdicht gegeneinander
passen.
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Das
sterilisierende Gas wird bevorzugt relativ zum Umgebungsgasdruck/Atmosphärendruck
unter einen gewissen Überdruck
gesetzt, so dass verhindert wird, dass weitere Verunreinigungen
aus der Umgebung während
der Sterilisation in die Flasche 13 gelangen. Der Überdruck
ermöglicht
es auch, dass das sterilisierende Gas mit größerer Kraft zwischen dem Umfangsteil 10 und
der Flasche 13 hindurch in die mechanische Verbindung,
hier die Gewinde, eindringt, wodurch die Sterilität des Inneren des
Abdichtungselementes zu der Flasche hin sichergestellt wird.
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6 zeigt,
wie ein anderes oder dasselbe Rohr 15 wiederum nach unten
durch die Vertiefung 14a gedrückt worden ist, diesmal um
ein schwereres Extraktionsgas durch das innere Rohr 15a in
die Flasche 13 einzuleiten, um das sterilisierende Gas
durch das äußere Rohr 15b aus
der Flasche zu extrahieren. Das Extraktionsgas ist ein relativ schweres
Gas, das mindestens schwerer als das sterilisierende Gas und bevorzugt
auch schwerer als die Umgebungsluft ist. Das Extraktionsgas ist
vorteilhafterweise ebenfalls inert, d.h. nicht reaktionsfreudig,
so dass etwaige Reste des Extraktionsgases nicht mit dem Produkt reagieren,
damit dieses nicht beeinträchtigt
wird. Das Extraktionsgas enthält
bevorzugt Stickstoffgas (N2), jedoch kann
auch ein anderes Gas oder eine andere Gaszusammensetzung wie z.B.
Kohlendioxid (CO2) verwendet werden, um
das sterilisierende Gas zu extrahieren.
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Wenn
das sterilisierende Gas Ozon enthält, kann das extrahierte Ozon
vorteilhafterweise durch einen Katalysator (nicht dargestellt) abgebaut
werden.
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Dadurch,
dass das Extraktionsgas ein relativ schweres Gas ist, wirkt es auch
sowohl vor als auch nach dem Befüllen
der Flasche 13 mit dem Produkt als temporäres Abdichtungselement,
indem es als Abdeckung in der Flasche verbleibt und auf diese Weise
verhindert, dass mehr oder weniger kontaminierte Luft in die Flasche
eindringt.
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Bevorzugt
wird sichergestellt, dass das Extraktionsgas ebenso wie das sterilisierende
Gas relativ zu dem Umgebungsgasdruck/Atmosphärendruck unter einem gewissen Überdruck
steht, so dass ab dem Moment des Einleitens des Extraktionsgases
in die Flasche 13 Gas kontinuierlich aus der Flasche ausgelassen
wird, wodurch ein Eindringen von Verunreinigungen aus der Umgebung
in die Flasche noch weiter erschwert wird. Nach dem Befüllen der Flasche 13 mit
dem Produkt verbleibt eine gewisse Menge Extraktionsgas noch in
der Öffnung
der Flasche als Abdeckung über
dem Produkt, die auch bei der endgültigen Abdichtung mit dem Oberteil 11 Kontamination
bis zu einem gewissen Grad verhindern kann.
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7 und 8 stellen
den nächsten
Schritt dieser Ausführungsform
des Verfahrens dar, in welchem das temporäre Verschlussmittel in Form
der Abdeckung 14 von dem Umfangsteil 10 und der
Flasche 13 entfernt wird, indem das Rohr 15 nach
oben gezogen wird, während
gleichzeitig das innere Rohr 15a in dem äußeren Rohr 15b nach
oben bewegt wird, so dass sich in dem unteren Teil des Rohrs 15 eine
Kugel bildet. Diese Kugel ist so beschaffen, dass sie sich nicht
durch die Vertiefung 14a zwängt, wenn das Rohr 15 nach
oben gezogen wird, und stattdessen die Abdeckung 14 nach
oben und von dem Umfangsteil 10 wegdrückt. Nach der Entfernung der
Abdeckung 14 bleibt das Extraktionsgas als temporäres Abdichtungselement
in der Flasche 13, wie oben beschrieben, um zu verhindern,
dass Verunreinigungen in die Flasche eindringen.
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9 zeigt
den nächsten
Schritt des Verfahrens, in dem das Befüllen der Flasche 13 mit
dem Produkt durch den Durchlass 12 erfolgt. Durch den Durchlass 12 wird
ein Befüllungsrohr 16 nach
unten bewegt, durch welches man das Produkt fließen lässt. Der Großteil des
Extraktionsgases wird von dem Produkt durch den Zwischenraum zwischen dem
Umfangsteil 10 und dem Befüllungsrohr 16 nach außen gedrückt, aber
ein Teil des Extraktionsgases bleibt als isolierende Decke über dem
Produkt in der Flasche.
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Die
Befüllung
erfolgt bevorzugt in einer Reinraumumgebung. Die vorliegende Erfindung
erlaubt die Verwendung von auf dem Markt erhältlichen Abfüllanlagen.
Eine einfachere Sterilisationsanlage, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren funktioniert
und die keine Reinraumumgebung aufzuweisen braucht, kann an die
vorhandene Abfüllanlage
angebaut werden, so dass die Verpackungen unmittelbar nach der Sterilisation
in die Reinraumumgebung der Abfüllanlage
gelangen, um befüllt
zu werden.
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10 zeigt
den letzten Schritt des Verfahrens, in welchem die Flasche 13 gasdicht
abgedichtet wird, indem der Durchlass 12 vermittels des
separaten Oberteils 11 der Abdichtungsvorrichtung permanent
abgedichtet wird. Das Oberteil 11 wird mit dem Umfangsteil 10 auf
einfache Weise verbunden, indem es nach unten über und/oder in den Durchlass 12 hineingedrückt wird.
Die Abdichtung kann möglicherweise
durch Verkleben oder Verschweißen
der Verbindung zwischen dem Oberteil 11 und dem Umfangsteil 10 verbessert
werden.
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Bevor
das Oberteil 11 zum endgültigen Abdichten der Flasche 13 auf
das Umfangsteil 10 aufgedrückt wird, wird das Oberteil
separat sterilisiert, beispielsweise mit Ozon, Wasserstoffperoxid,
einem Gemisch dieser oder anderer Gase, sowie optional warmer Luft.
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Die
endgültige
Abdichtung der Flasche 13 durch Anbringung des Oberteils 11 erfolgt
bevorzugt ebenfalls in der Reinraumumgebung der Abfüllanlage,
um das Kontaminationsrisiko zu minimieren. Jedoch kann in den Fällen, in
denen es möglicherweise schwierig
erscheint, eine Maschine zum Abdichten in der Abfüllanlage
zu modifizieren oder zu integrieren, eine separate Maschine für die endgültige Abdichtung
in direkter Verbindung mit der Abfüllanlage angeordnet werden.
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11–15 stellen
in knapperer Weise die entsprechenden Schritte einer anderen Ausführungsform
eines Verfahrens zur Sterilisation, Befüllung und Abdichtung einer
Verpackung dar. In dieser Ausführungsform
des Verfahrens wird eine etwas andere Form der erfindungsgemäßen Abdichtungsvorrichtung
verwendet.
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Wie
in 11 dargestellt, hat das Umfangsteil 20 der
Abdichtungsvorrichtung eine kreisförmige Vertiefung 20a zur
Aufnahme eines temporären
Verschlussmittels in Form einer Folie 24, entweder vor oder
nach der Anbringung des Umfangsteils 20 an der Verpackung,
hier der Flasche 23.
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In 12 wird
die Folie 24 dargestellt, die in der Vertiefung 20a angeordnet
ist, wobei die Folie als temporärer
Verschluss während
der Sterilisation und Befüllung
dient, um zu verhindern, dass Verunreinigungen aus der Umgebung
in die Flasche 23 eindringen.
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13 zeigt,
wie Rohre 25a und 25b durch die Folie 24 eingeführt worden
sind, um während
der Sterilisation Gase zuzuführen
und zu extrahieren. Wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann
ein sterilisierendes Gas wie z.B. Ozon in einem ersten Schritt durch das
Rohr 25a in die Flasche 23 eingeleitet werden,
wodurch Luft durch das Rohr 25b nach außen gedrückt wird, und in einem zweiten Schritt
kann ein Extraktionsgas wie z.B. ein Stickstoffgas durch das Rohr 25a eingeleitet
werden, wodurch das sterilisierende Gas durch das Rohr 25b hinausgedrückt wird.
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14 zeigt
ein Befüllungsrohr 26,
das durch die Folie 24 in die Öffnung der Flasche 23 eingeführt ist.
Ein Produkt wird durch das Befüllungsrohr 26 eingeleitet
und drückt
den Großteil
des Extraktionsgas durch Zwischenräume zwischen der Außenseite
des Befüllungsrohres 26 und
der Folie 24 nach außen.
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15 zeigt,
wie ein Oberteil 21 nach der Befüllung gegen das Umfangsteil 20 gedrückt worden
ist, so dass die beiden Teile zusammen eine dicht passende Kappe
bilden, die durch einen Verbraucher zu- und aufgeschraubt werden
soll. Die durchdrungene Folie 24 kann in der Kappe gleich
unter dem Oberteil 21 verbleiben, ohne für den Verbraucher
störend
zu sein.
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16–18 stellen
noch knapper die entsprechenden Schritte gemäß wiederum einer weiteren Ausführungsform
eines Verfahrens zu Sterilisation, Befüllung und Abdichtung einer
Verpackung dar. In dieser Ausführungsform
des Verfahrens wird ein temporäres
Verschlussmittel 34 verwendet, das Teil eines Sterilisationskopfes
einer Sterilisationsanlage ist und das Rohre 35a und 35b zum
Einleiten und Extrahieren von sterilisierendem Gas usw. aufweist.
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16 stellt
eine Flasche 33 dar, auf der ein Umfangsteil 30 einer
Abdichtungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung angeordnet ist. Das Umfangsteil 30 weist
einen kegelstumpfförmigen oberen
Rand zum Aufnehmen des temporären
Verschlussmittels 34 und anschließenden Anfügen an ein Oberteil auf (das
nicht dargestellt ist, aber eine Form aufweisen kann, die der Form
des Verschlussmittels 34 entspricht).
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17 zeigt
den Sterilisationskopf mit dem temporären Verschlussmittel 34 und
den Rohren 35a und 35b zum Einleiten eines sterilisierenden
Gases und, nach einiger Zeit, eines Extraktionsgases, sowie zur
Extraktion von Luft und danach des sterilisierenden Gases.
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18 stellt
ein Befüllungsrohr 36 dar,
das in die Öffnung
der Flasche 33 eingeführt
ist, um die Flasche mit einem Produkt zu befüllen, wonach die Flasche endgültig abgedichtet
wird, indem das Oberteil (nicht dargestellt) auf das Umfangsteil 30 aufgedrückt wird.
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Das
Verfahren zur Extraktion des sterilisierenden Gases mit einem schwereren
Extraktionsgas, um z.B. Reste des reaktiven sterilisierenden Gases zu
entfernen und eine schützende "Gasdecke" zu erzeugen, kann
vorteilhafterweise auch bei der Sterilisation einer Verpackung verwendet
werden, obwohl die erfindungsgemäße Abdichtungsvorrichtung
nicht verwendet wird. Ein Verfahren zur Sterilisation, Befüllung und
Abdichtung einer Verpackung kann die Schritte umfassen, ein sterilisierendes
Gas in die Verpackung einzuleiten, das sterilisierende Gas durch Einleiten
eines schwereren Extraktionsgases in die Verpackung zu extrahieren,
die Verpackung mit einem Produkt zu befüllen und die Verpackung gasdicht
abzudichten. Bevorzugt ist das Extraktionsgas inert. Es kann Stickstoffgas,
Kohlendioxid oder ein anderes Gas oder eine andere Gaszusammensetzung
enthalten, während
das sterilisierende Gas Ozon, Wasserstoffperoxid oder ein anderes
geeignetes Gas oder eine andere geeignete Gaszusammensetzung enthalten
kann. Das sterilisierende Gas wird vorzugsweise für eine vorbestimmte
Zeit in der Verpackung wirken gelassen, wobei die Zeit z.B. zwischen
einer und zehn Sekunden für
ein Verpackungsvolumen bis zu zehn Litern betragen kann. Bevorzugt
wird sichergestellt, dass sowohl das sterilisierende Gas als auch
das Extraktionsgas in der Verpackung relativ zum Umgebungsgasdruck
einen Überdruck
aufweisen. Die Öffnung
der Verpackung kann vorteilhafterweise während der Sterilisation und Befüllung temporär verschlossen
werden.
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19 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Abdichten einer Verpackung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Vorrichtung hat das Umfangsteil 40 dieselbe
Gestaltung wie das Umfangsteil 10 in 1,
während
das Oberteil 41 eine rundliche Form aufweist, die das Umfangsteil 40 umgibt.
Dies ist ein Beispiel dafür,
wie das Oberteil der Vorrichtung mit einer anderen Form versehen
sein kann, beispielsweise um ein Produkt auf dem Markt gegenüber anderen
Produkten zu differenzieren. Durch Bereitstellung von Verpackungen für verschiedene
Produkte mit verschiedenen Oberteilen, die sich nicht nur in der
Form, sondern auch in der Farbe unterscheiden können, kann Differenzierung
hinsichtlich Form und Farbe durch die Abdichtungsvorrichtung bereitgestellt
werden, obwohl das Umfangsteil für
alle verschiedenen Produkte ein und dasselbe Erscheinungsbild hat.
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20 zeigt
die Vorrichtung in 19, umfassend das Umfangsteil 40 und
das Oberteil 41, angeordnet auf einer Flasche 43.
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In
den oben beschriebenen Beispielen ist die Verpackung, für welche
die erfindungsgemäße Abdichtungsvorrichtung
verwendet werden soll, vom Typ einer PET-Flasche; jedoch sind die Vorrichtung und
auch das erfindungsgemäße Verfahren
ebenfalls anwendbar auf andere Verpackungstypen wie z.B. Kunststoffflaschen
eines anderen Typs, Glasflaschen, Dosen, Kartons, Beutel usw.
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21 zeigt
ein Beispiel des Erscheinungsbildes einer erfindungsgemäßen Abdichtungsvorrichtung
für eine
Dose wie z.B. eine Aluminiumdose. In dieser Ausführungsform umfasst die Vorrichtung
ein Umfangsteil 50 mit einem Durchlass 52, wobei
das Umfangsteil den oberen Rand einer zylindrischen Dose 53 umgibt
und eine Abdeckung für
die Dose 53 bildet. Ein Oberteil 51 wird dazu
verwendet, eine gasdichte, endgültige
Abdichtung des Durchlasses 52 des Umfangsteils 50 bereitzustellen.
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Es
versteht sich, dass der Fachmann Modifikationen der oben beschriebenen
Vorrichtungen und Verfahren vornehmen kann, ohne den Gedanken und Umfang
der Erfindung zu verlassen.