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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verschließen von
Behältern
mit Kunststoffkappen, die zuvor mit einem Gewinde versehen wurden,
wobei sich die Schraubköpfe
vertikal nicht verschieben, sondern nur um ihre eigene Achse drehen.
Es wird angemerkt, dass als Behälter
hauptsächlich
Flaschen und Fläschchen
vorgesehen sind.
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Wie
der Fachmann weiß,
ist die momentane Vorrichtung zum Verschließen von Flaschen und Fläschchen
durch Gewindekappen mit Schraubköpfen
versehen, die mit den einzelnen Flaschen sowohl durch eine Verschiebungsbewegung
zu und von den Flaschen als auch durch eine Drehbewegung zum Verschrauben
der Kappen darauf in Eingriff gelangen. Wegen der Notwendigkeit,
beide Bewegungen zu kombinieren, ist die Konstruktion dieser Köpfe und ihrer
Halter kompliziert und fehleranfällig.
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Eine
Verschließvorrichtung,
die dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht, ist aus dem Patentdokument
US 4 765 119 A bekannt.
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Die
vorliegende Erfindung, wie sie durch Anspruch 1 definiert ist, soll
eine Vorrichtung schaffen, in der sich die Schraubköpfe nicht
vertikal verschieben, während
sie lediglich eine Drehbewegung ausführen. Gemäß der Erfindung wird dieser
vereinfachte Betrieb durch ein Flaschenanhebemittel erreicht, das
die Flasche zu dem Schraubkopf anhebt, der die anzubringende Kappe
vor dieser Operation ergreift, immer noch ohne eine vertikale Verschiebungsbewegung
auszuführen.
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Wie
im Folgenden besser erläutert
wird, kann das Ergreifen der Kappen durch die Köpfe in der Vorrichtung unter
Verwendung einer Winkelplatte, an der Zahnräder in Eingriff sind, sowie
unter Verwendung geeignet geformter Ergreif-"Kegel", die in den Köpfen ausgebildet sind, ausgeführt werden.
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Die
Vorrichtung besteht aus einer Anzahl von Kappenschraubköpfen, die
an einem Karussell angeordnet sind, das sich um die Hauptachse der
Vorrichtung dreht, wobei jeder solche Schraubkopf in eine Drehbewegung
um seine eigene Achse versetzt wird, wobei diese Drehbewegung der
Drehung des Karussells entnommen wird, die eine Rotationsbewegung der
an einem Halter montierten Schraubköpfe veranlasst. Diese Bewegung
findet während
der Drehung des Halters eines Zahnrads statt, das an dem Halter jedes
Kopfs befestigt ist, wobei dieses Zahnrad mit einem weiteren Zahnrad
in Eingriff ist, das an dem Außengehäuse der
Vorrichtung befestigt ist, so dass ein epizyklisches System vorgesehen
ist. Eine Einrichtung, die feststehend in Bezug auf die Außenkonstruktion
der Vorrichtung ist, kann eine zu schraubende Kappe in einen Ergreif-"Kegel" jedes Schraubkopfs
einführen,
während
sich der Letztere während der
Drehbewegung um die Hauptachse über
die Einrichtung bewegt.
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Die
Flasche, die in der gezeigten Ausführungsform aus einem Kunststoffwerkstoff
ist, mit einem Halterand versehen ist und auf die die Kappe geschraubt
werden soll, ist, während
sie in der untersten Stellung ist, mit einem Gabelrand in Eingriff, der
mit Ergreifzähnen
versehen ist, und wird durch den Rand zu dem Schraubkopf angehoben,
der an einer Achse befestigt ist, die vertikal in ihrer Führung gleitet,
ohne sich wegen des Eingriffs eines Keils um ihre Achse zu drehen.
Somit ist die Achse der Flasche ständig auf die Achse des Kappenschraubkopfs ausgerichtet.
Ein Nocken und ein mit der Achse einteiliger Stift treiben den Längshub der
Achse an.
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Die
Erfindung wird nun detaillierter anhand der beigefügten Zeichnung
beschrieben, in der:
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1 eine
Draufsicht der gesamten Vorrichtung ist;
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1A eine ähnliche
Ansicht einer Einzelheit von 1 ist;
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2 eine
diametrale Schnittansicht ist, die zwei Schraubköpfe in diametral entgegengesetzten Stellungen
zeigt;
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3 eine
etwas schematische Ansicht eines Schnitts ähnlich 2 in einem
vergrößerten Maßstab ist,
in der einige Konstruktionseinzelheiten weggelassen worden sind;
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4 und 5 Teilschnittansichten
eines Schraubkopfs bei verschiedenen Operationsschritten sind;
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6 eine
alternative Ausführungsform
der Vorrichtung aus 2 und 4 mit einer
starren Konstruktion zeigt;
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7 eine
Teilansicht eines axialen Schnitts im vergrößerten Maßstab ist, der den Schritt
zeigt, in dem eine Kappe durch einen Schraubkopf gefangen wird;
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7 (A,
B, C) detailliert die Kappenzufuhr- und Kappenfangelemente zeigen,
wie sie in der Vorrichtung verwendet werden;
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8 (A,
B, C) eine genaue Detailansicht der Schritte zeigen, in denen eine
Kappe durch den Ergreifkegel gefangen wird.
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Die
Hauptkomponenten der Vorrichtung sind in der schematischen Schnittdraufsicht-Ansicht der 1 und 1A gezeigt,
in der das Bezugszeichen 20 das Karussell der Schraubköpfe 16 bezeichnet, das
Bezugszeichen 21 den Eingang der zu verschließenden Flaschen
BTL bezeichnet, das Bezugszeichen 22 den Ausgang der verschlossenen
Flaschen BTT bezeichnet und das Bezugszeichen 23 das Kappenzufuhrsystem
bezeichnet.
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Die
Vorrichtung enthält
(1 und 2), einen festen Abschnitt,
der aus einer Abdeckscheibe 11, die eine obere feste Nabe 12 hält, und
aus zylindrischen Elementen einer Außenwand 13 besteht. Die
Vorrichtung enthält
an ihrer Innenseite eine Welle 14, die an der Unterseite
durch einen Elektromotor (nicht gezeigt) drehend angetrieben wird.
Die Welle 14F dreht sich nicht.
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Mit
der Drehwelle 14 drehbar verbunden und zwischen der Nabe 12 und
dieser Welle 14 ist ein zylindrischer hohler Halter 15,
an dem das Karussell der Schraubköpfe 16 befestigt ist,
wobei jeder Schraubkopf durch eine Einrichtung gehalten ist, die außerhalb
des sich drehenden Halters 15 befestigt ist. In der gezeigten
Ausführungsform
enthält
das Karussell zehn Schraubköpfe 16.
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Jede
Schraubkopf-Halteeinrichtung enthält (2 und 4)
eine Scheibe 30, die einteilig mit der Drehwelle 15 ist,
an der außerdem
eine Hülse 31 befestigt
ist, in der ein Element 32 vertikal gleitfähig ist,
an dessen Unterseite ein Gabelrand 33 gehalten ist, der
den Hals der zu verschließenden
Flasche BTL aufnimmt.
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Da
in der beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsform Kunststoffflaschen
verschlossen werden sollen, die mit einem Halterand versehen sind,
ist der Gabelrand 33 mit Zähnen 44 versehen,
die während
des Zusammendrückschritts gegen
den Schraubkopf 16, 2A, in
den Kunststoffwerkstoff des Rands der Flasche BTL stoßen und
verhindern, dass sich die Flasche während des Kappenschraub- und Kappenanziehschritts
dreht. Die Last, die erforderlich ist, um die Zähne 44 zu stoßen und
um den Kappenkompressionsschub auf die Flasche zu kalibrieren, wird
durch eine in dem Schraubkopf 16 angeordnete Feder 81 geliefert
und kalibriert.
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An
dem oberen Abschnitt des gleitfähigen Elements 32 (2)
ist ein Stift 42 befestigt, an dem eine Nockenmitnehmerrolle 34 angeordnet
ist, die mit einem schraubenförmigen
Kanalnocken 35 (1B) in
Eingriff ist. Dieser Kanalnocken ist in der äußeren Oberfläche einer
festen zylindrischen Hülse 36 ausgebildet,
die koaxial zur Nabe 12 und an der Abdeckscheibe 11 befestigt
ist.
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Offensichtlich
ist die Schrittweite des schraubenförmigen Kanalnockens 35 gleich
der vertikalen Verschiebungslänge
des gleitfähigen
Elements 32.
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Der
Kappenschraubkopf 16 (4) besteht im
Wesentlichen aus einem rohrförmigen
Körper 50, der
ein Zahnrad 52 in der Stellung hält, dass es mit dem festen
Zahnrad mit großem
Durchmesser 40, das einteilig mit den zylindrischen Seitenwandelementen 13 des
feststehenden Abschnitts der Vorrichtung ist (1 und 2),
in Eingriff ist.
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Außer den
notwendigen Komponenten zur Bereitstellung einer Rollreibung, einer
hermetischen Sperre gegen den Eintritt von Staub, gegen das Durchsickern
von Flüssigkeiten
und anderem enthält der
Schraubkopf 16 einen Außenkörper 73, in den eine
Hülse 74 eingeführt ist,
und einen zylindrischen Innenkörper 75,
der in diese Hülse 74 eingeführt ist.
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Der
zylindrische Körper 75 weist
einen Abschnitt mit größerem Durchmesser 76 auf,
der eine Stufe 77 bildet, wobei in der Hülse 74 zwischen
dem unteren Abschnitt und dem oberen Abschnitt 79 mit größerem Durchmesser
eine ähnliche
Stufe 78 ausgebildet ist.
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Somit
ist zwischen den Elementen 74 und 76, die aneinander
gleitfähig
sind, ein zylindrischer Raum mit ringförmigem Querschnitt 80 gebildet,
der eine Rückholdruckschraubenfeder 81 aufnimmt,
die irgendeiner axialen Relativbewegung der zwei Elemente entgegenwirken
kann.
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Ferner
weist der Schraubkopf 16 einen axialen Kern oder Stab 82,
der an der Oberseite einen Kopf 83 hält, und eine zweite Druckschraubenfeder 84,
die zwischen dem Kopf 83 und der Öffnung 85 des zylindrischen
Körpers 75 um
den axialen Kern 82 vorgesehen ist, auf.
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Der
zentrale Stab 82 ist in einer stabilen Stellung montiert,
wobei er in Bezug auf den Ergreifkegel 88 der Kappe CPS
angehoben und zusammen mit der Letzteren in diesen Kegel eingeführt wird,
wobei er die Kappe durch eine Verschiebung nach unten, die durch
den Schub des Stabkopfs 83 durch den feststehenden Winkelplattennocken
CPI veranlasst wird, ausstoßen
soll. Diese Anordnung dient dazu, das Problem zu überwinden,
das im Fall eines zufälligen
Fehlens einer Flasche unter dem Kopf auftreten würde, mit dem Ergebnis, dass
die Kappe CPS in dem Kegel 88 verbleiben würde, da
sie nicht auf der Flasche angebracht werden kann. Im Ergebnis nimmt
der Kegel 88 erneut die Stellung zur Aufnahme einer neuen
Kappe von der Pick-and-Place-Einrichtung (Warenzeichen) ein, selbst
wenn er noch die vorangehende nicht angebrachte Kappe enthält, was eine
Störung
des Operationszyklus und mögliche
Beschädigungen
des Kopfs zur Folge hat.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht in der Reibungsbaueinheit,
mit der der in der Teilexplosionsdarstellung aus 5 bei 100 angegebene
Schraubkopf ausgestattet ist. Diese an dem Körper befestigte Baueinheit
ist in dieser Figur detailliert veranschaulicht und bildet eine
Magnetreibung, die ohne die Notwendigkeit von Werkzeugen ständig kalibriert
werden kann. Darüber
hinaus hat diese Reibung eine stark verringerte Trägheit.
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Die
Baueinheit enthält
einen ringförmigen Halter 101 und
umfasst Lager 102, die zwischen dem ringförmigen Element 103 und
der Achse 112 gehalten sind. Somit wird eine definierte,
reproduzierbare Positionierung der Lager 102 mit der daraus
resultierenden Austauschbarkeit der gesamten Baueinheit 100 erzielt.
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Die
Magnetreibung besteht aus zwei ringförmigen Spuren 104 und 105,
in denen eine Anzahl Permanentmagnete angeordnet sind, wobei sich
die Spur 105 zusammen mit der Achse dreht, während die
Spur 104 durch die Anziehungskraft der Magnete der zwei
Spuren, die das Antriebsdrehmoment erzeugen, in Drehung versetzt
wird.
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Wenn
ein Gegendrehmoment auf die Spur 104 ausgeübt wird,
kann der Maximalwert des Antriebsdrehmoments erreicht werden, woraufhin
die Drehung anhält.
Das Antriebsdrehmoment, das dann das maximale Drehmoment ist, das
durch den Kegel 88 auf die zu schraubende Kappe ausgeübt werden kann,
hängt von
dem Abstand zwischen den Magnetspuren 104 und 105 ab,
so dass das auf die ständig in
dem Kegel enthaltene Kappe CPS ausgeübte Spanndrehmoment beim Ändern dieses
Abstands geändert
wird.
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Die
Magnetspur 105 ist einteilig mit dem ringförmigen Element 106,
das über
das Gewinde 108 axial mit dem Element 101 verbunden
ist. Die beiden Elemente 101 und 106 weisen an
der zylindrischen äußeren Umfangsoberfläche eine
Verzahnung 109 mit den gleichen geometrischen Abmessungen
auf, so dass der Außenring 110,
der mit einer passenden Innenverzahnung versehen ist, axial an beiden
Verzahnungen gleiten kann, so dass im Fall des Eingriffs der beiden
Verzahnungen ein ständiges
Eingreifen zwischen den Elementen 101 und 106 erhalten
wird, die sich nicht gegeneinander drehen können.
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Mit
einer solchen Konstruktion nehmen die Elemente 101 und 106 eine
konstante Relativstellung ein.
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Falls
der Außenring 110 angehoben
wird, wird die Verzahnung des Elements 106, das sich dann
drehen kann, außer
Eingriff gebracht, wobei es mittels des Gewindes 108 dem
Element 101 nahe kommen oder sich von ihm wegbewegen kann.
Dadurch, dass veranlasst wird, dass die Verzahnung wieder mit dem
Außenring 110 eingreift,
ist es möglich,
die Stellung der Elemente 101 und 106 wieder zu
sperren. Wegen der Geometrie des Systems werden beim Ändern der
relativen Stellungen der Elemente 101 und 106 der
Abstand zwischen den Magnetspuren 104 und 105 sowie
das Antriebsdrehmoment und daraufhin das Spanndrehmoment der Kappe
an der Flasche um den gleichen Betrag geändert.
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Der
elastische Ring 111 soll den Außenring 110 in einer
stabilen feststehenden Stellung mit der eingreifenden Verzahnung
halten. Es wird angemerkt, dass die Geometrie der montierten Vorrichtung
derart ist, dass der Außenring 110 dadurch, dass
er nach oben geschoben wird, nicht entfernt werden kann, da er gegen
das Element 73 stößt, so dass
seine vorgegebene Stellung in Bezug auf das Element 101 erhalten
bleibt, um zu ermöglichen, dass
die Stellungen, die während
der Montage bestimmt worden sind, kalibriert und reguliert werden können.
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Die
Achse 112 ist über
den Ring 103 an den Lagern 102 befestigt und transportiert
eine darin verkörperte
Magnetspur 104 sowie den Kegel 88, der die auf
die Flasche BTL zu schraubende Kappe enthält.
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Es
wird angemerkt, dass die gesamte Bauebenheit 100 auf andere
Schraubköpfe
angewendet werden kann, die mit herkömmlichen Verschlussmaschinen
verwendet werden, so dass diese Baueinheit, d. h. Spannmittel mit
sehr niedriger Trägheit
und gemäß bekannter
Kalibrierung ohne Verwendung von Werkzeugen leicht und schnell einstellbarem Drehmoment,
genutzt werden kann.
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7 zeigt
die Komponente der Einrichtung zum Ausführen der Pick-and-Place-Technik
(Warenzeichen), d. h. die Komponente, die die Kappe CPS in den mit
dem Schraubkopf 16 einteiligen Kegel 88 "einführt".
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Diese
Einrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Achse 89,
die über
den Flansch 90 an der Scheibe 11 der Vorrichtung
befestigt ist.
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Das
Element 91, d. h. der Hauptkörper des sich drehenden Elements,
ist durch einen elastischen Ring an Lagern befestigt und kann sich
in Bezug auf die Achse 89 drehen. Das Sternrad 92 ist über einen Flansch
am Element 91 befestigt und so geformt und positioniert,
dass es mittels der Zylinder 73, die in die Räume 97A eintreten,
in Drehung um die Achse 89 versetzt wird, während sich
das Karussell der Schraubköpfe
um die zentrale Achse der Vorrichtung dreht.
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An
dem Element 91 ist eine dünne geformte Scheibe 93 mit
Aussparungen 97 befestigt, die zwischen den Flanschen 94 und 95 verriegelt
ist.
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Die
geformte Scheibe oder das Sternrad 93, siehe 7A, 7B, 7C,
hat dieselbe Anzahl von Zähnen
wie das Sternrad 92 und ist zwischen den Flanschen 94 und 95 verriegelt,
wobei die Aussparungen 97 in der Weise genau auf die Aussparungen 97A des
Sternrads 92 zeitlich abgestimmt sind, dass die durch das
Sternrad 93 an der Platte 99 angetriebenen Kappen
CPS und der aus der Außenführung 100 und
aus der oberen Führung 102 ausgebildete
Gleitkanal in der übereinstimmenden
Stellung 101 aus 7A zeitlich
auf den Kegel 88 abgestimmt sind. Diese Stellung ist durch
den Kontaktpunkt des Drehumfangs der Schraubköpfe 16 mit dem Umfang der
Aussparungen 97 des Sternrads 93 und dann mit den
durch dieses Sternrad in Drehung versetzten Kappen CPS bestimmt.
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Die
gegenseitigen Stellungen der Elemente 92, 93, 99 und 89 sind
in der Schnittansicht aus 7 deutlich
gezeigt.
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Anhand
von 8A ist das Verfahren zum Einführen der Kappe CPS in den Kegel 88 ohne
die Notwendigkeit des Absenkens des Schraubkopfs 16, wie
es normalerweise in den momentan verwendeten Verschlussmaschinen
stattfindet, die mit Kunststoffkappen arbeiten, gezeigt.
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Das
Verfahren besteht aus der Verwendung einer Winkelplatte 105,
an der das Rad 93 die Kappe schiebt und ins Innere des
Kegels 88 anhebt. Die Winkelplatte 105 hat eine
solche Neigung, dass sie ermöglicht,
dass die Einführung
der Kappe CPS in den Kegel 88 in dem Bereich um den Zusammentreffpunkt 101 begonnen
wird und sie nachfolgend weiter angehoben wird, so dass die Letztere
am Punkt 106, d. h., bevor das Sternrad 93 das
Schieben der Kappe anhält,
bereits unter der vollständigen
Steuerung des Kegels 88 ist, d. h., wie bei 107 gezeigt
ist, ins Innere des Letzteren geschoben und teilweise eingeführt ist, so
dass der Kegel 88 die Kappe durch seine Bewegung entlang
der Winkelplatte 105 bis zum oberen Ende der Letzteren
auf dem Weg transportieren kann. Die Winkelplatte 105 endet
in einem flachen Teilstück,
das dazu dient, die Kappe im Kegel 88 vollständig gerade
zu machen.
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Die
Innenform des Kegels 88 ist derart, dass sie die Einführungsbewegung
der Kappe in sein Inneres erleichtert und ermöglicht, wenn die Letztere geneigt
ist. Dies wird durch eine Öffnung 109 des
Kegels mit einem Öffnungswinkel
erreicht, der gleich der Neigung der Winkelplatte 105 ist.
Außerdem
ist die Form der Winkelplatte 105 derart, dass sie durch Regulieren
des Winkels α der Öffnung 109 und
der Endneigung 110 vor der horizontalen Ebene 108 die beschriebene
Bewegung mit der geeigneten Abstufung ermöglicht.
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Die
Kugeln 211 in dem Kegel sind auf die Ergreifzähne der
Kappe CPS zeitlich abgestimmt und haben eine Doppelfunktion: Zunächst Orientieren
der Verzahnung der Kappen während
der Einführung
in den Kegel, wobei die entsprechenden Zähne in dem Kegel das Schrauben
und Spannen der Kappe CPS auf die Flasche ermöglichen; zweitens Halten der Kappe
im Kegel 88 während
des Wegs zwischen dem Ende der Winkelplatte und dem Halter über der Flasche
BTL aus 1.
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In 6 ist
eine weitere bevorzugte oder alternative Ausführungsform jeder Schraubkopf-/Flaschenanhebesystem-Baueinheit
gezeigt, in der der Einfachheit halber nur die linke Hälfte der
Vorrichtung aus 2 gezeigt ist und die darin
besteht, dass der Schraubkopf nicht elastisch in Bezug auf das Zusammendrücken der
Flasche gemacht wird, während
das Flaschenanhebesystem elastisch gemacht wird. Diese Konstruktion
ermöglicht,
die Schraubkopfbaueinheit so zu vereinfachen, dass sie sich nur
um sich selbst dreht und nur mit der Reibung, um das Kappenspanndrehmoment
zu begrenzen und zu regulieren, nicht aber mit einem mechanischen
Kompressionsmittel versehen ist. In 6 sind alle
Elemente, die den 2 und 5 entsprechen,
mit Bezugszeichen bezeichnet, die mit 200 beginnen, so
dass der Schraubkopf 16 aus 1 zu dem
Element 216 aus 6 wird.
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In
dieser Konstruktion ist die Magnetreibungsbaueinheit aus 6 dieselbe
wie die Baueinheit 100 aus 5. Insbesondere
ist die gesamte Reibungsbaueinheit des Schraubkopfs in der gleichen
Weise über
ein Gewinde mit der Drehachse 250 verbunden, die durch
die Lager gehalten ist.
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Der
Nocken 236 hebt über
den Leerlaufstift 234 die Flasche BTL an, die an dem Zahnrand 233 ruht,
der wiederum am Ausleger 233S befestigt ist. Die Baueinheit
besteht aus einer Achse, einer Buchse, einer Zunge, einer Feder,
einer Führung
und einer Schraube und hat die Funktion der Achse aus 2 mit
den Merkmalen, dass sie wegen der Feder 253 axial elastisch,
aber nicht drehbar ist, sowie axial in der am Körper 230 befestigten
Führungsbuchse
gleitet, wegen geeigneter Keile aber nicht drehbar ist. Somit wird
die Achse der Flasche BTL auch in dieser Konstruktion bei ihrer
Annäherung
an den oder Wegbewegung von dem Schraubkopf koaxial zum Schraubkopf 216 gehalten.
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Wenn
die Flasche von dem Zahnrand 233 angehoben wird und zum
Ende des Hubs mit der Kappe im Kegel 288 kommt, drückt der
notwendige Überschuss
in dem Flaschenanhebehub die Feder 253 zusammen und ermöglicht somit,
dass die Zähne des
Rands 233 in den Kunststoffwerkstoff des Flaschenrands
laufen und verhindern, dass sich der Letztere dreht. Außerdem ermöglicht die
zusammengedrückte
Feder, dass der vertikale Hub zum Schrauben der Kappe auf die Flasche
BTL kompensiert wird, während
sie ihre Kompression aufrechterhält.
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Im
Betrieb, 7A, kommt die Kappe CPS wegen
der Neigung des Zufuhrkanals 108 und der Luftströmung zur
Platte 99, wo sie durch die Aussparungen 97 der
geformten Scheibe 93 gefangen werden, die wiederum durch
die um das Karussell transportierten Köpfe 16 gedreht wird.
Die vom Rad 21 (1) kommenden zu verschließenden Flaschen BTL
gelangen mit dem Gabelrand 33 in Eingriff, der einteilig
mit den gleitfähigen
Ementen 32 ist, die durch das Nockensystem 34–35 angehoben
werden. Somit werden die Flaschen unter den Kopf und unter den Kegel 88 gebracht,
in den bereits eine gezogene Kappe, wie in 8 veranschaulicht
ist, eingeführt worden
ist.
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Offensichtlich
werden die Köpfe 16 wegen des
Eingriffs ihrer Zahnräder 52 mit
dem festen Zahnrad 40 während
der Drehung des mit der Welle 15 einteiligen Karussells
gedreht. Daraufhin werden die verschlossenen Flaschen BTT durch
das Rad 22 entnommen.