EP2331410B1 - Verfahren und vorrichtung zum füllen - Google Patents

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EP2331410B1
EP2331410B1 EP09776000A EP09776000A EP2331410B1 EP 2331410 B1 EP2331410 B1 EP 2331410B1 EP 09776000 A EP09776000 A EP 09776000A EP 09776000 A EP09776000 A EP 09776000A EP 2331410 B1 EP2331410 B1 EP 2331410B1
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EP
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filling
container
directing element
process according
filling material
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Jörg Berger
Werner Seiche
Toralf Grützner
Dirk Auer
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SIG Technology AG
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    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/22—Defoaming liquids in connection with filling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/04—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles
    • B65B3/06—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles by gravity flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/26—Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B39/00—Nozzles, funnels or guides for introducing articles or materials into containers or wrappers
    • B65B39/001—Nozzles, funnels or guides for introducing articles or materials into containers or wrappers with flow cut-off means, e.g. valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C2003/2671—Means for preventing foaming of the liquid
    • B67C2003/2674—Means for preventing foaming of the liquid by creating a conical shaped flow directed to the container wall at the container neck height
    • B67C2003/268—Means for preventing foaming of the liquid by creating a conical shaped flow directed to the container wall at the container neck height by means of a flow channel integral with the filling nozzle

Definitions

  • the invention relates to a method for filling containers with a liquid product, which is supplied to the container via a filling valve and a filling nozzle.
  • the invention further relates to a device for filling containers with a liquid product, which has at least one filling valve and at least one filling nozzle.
  • Such filling devices and methods are known in various embodiments, for example for filling cardboard packaging or bottles. See for example the EP 0 099 582 A2 .
  • An essential goal in the implementation of filling process is a fast and reliable filling of the container. To realize a quick filling, it helps if foaming during the filling process can be avoided or reduced as much as possible.
  • a problem in the filling of containers with non-circular cross-sectional area results from the fact that the distances of the inner walls to a generally centrally arranged filling nozzle are different depending on the respective solid angle and thereby a foaming is supported.
  • the object of the present invention is to improve a method of the aforementioned type such that rapid filling of containers with a non-circular cross-sectional area is supported.
  • This object is achieved in that the leaking from the filling material is fed to a guide element, which is provided with a geometric shape such that an edge of the guide extends inside with a small distance along walls of the container.
  • Another object of the present invention is to construct a device of the initially mentioned type such that a filling of containers with a non-circular cross-section is supported.
  • a guide element is arranged in the flow direction behind the filling nozzle, which has a design such that an edge of the guide element on the inside and with a small distance to an inner wall of the container to be filled can be arranged.
  • the inventive method and the device according to the invention are particularly suitable for filling beverage cartons.
  • Such beverage cartons are open during the filling process in the area of their upwardly oriented in the vertical direction extent and are sealed only after completion of the filling. It is thus possible in a simple manner to introduce the guide element according to the invention in the upper region of the interior of the container.
  • the material flowing along the guide element is passed against the inner wall of the container and can flow evenly here.
  • a design of the guide element it can be ensured that a uniform distribution of the filling material takes place in such a way that substantially the same volume rates of filling material are supplied to all areas of the inner circumference of the container. This supports fast, even and low-foam filling.
  • the uniform distribution of the contents over the entire area of the inner surface of the container leads to a significant reduction in the flow rate of the filling material. Due to the uniform sliding of the filling material on the inner wall of the container, the impact velocity of the filling material is reduced to the bottom of the container and with progressive filling on the surface of the already filled contents, which also reduces the formation of foam.
  • the guide element according to the invention can be used both with stationary clocked filling devices and with filling devices with rotating filling wheels.
  • a uniform supply of the filling material into the container interior is supported by the fact that the guide element is used as a diffuser.
  • a drainage of the filling material on the inner wall is supported by the fact that the filling material is guided by the guide element obliquely to the horizontal direction against the wall of the container.
  • a continuous transfer of the contents of the guide element to the inside of the wall of the container is also supported by the fact that the distance is chosen such that the filling material flowing over the edge of the guide element reaches into the region of the inside of the side walls of the container.
  • An appropriate dimensioning is that a distance of at most 15 mm is selected.
  • an aseptic filling of the filling material is carried out.
  • a typical filling of non-round containers is defined by filling a container made from a cardboard material.
  • a uniform implementation of the filling process is also achieved in that the contents are prevented with baffles on the guides of the container edges, whereby the displaced from the interior of the container air is discharged to the container edges upwards.
  • the air discharge elements are positioned in the region of corners of the guide element.
  • a hollow-bore valve stem also allows quick venting during the filling process.
  • the package interior is purged with inert gas, such as nitrogen, through the valve stem prior to filling to reduce oxygen in the headspace.
  • Fig. 1 shows a schematic partial and sectional view of a filling device (1).
  • the filling device (1) has a connecting line (2) for connection to a supply, not shown, of a liquid filling material.
  • the connecting line (2) via a manifold (3) with a valve seat (4) is connected, which is provided for receiving a filling valve, not shown.
  • the valve seat (4) is connected via a valve manifold (5) with a nozzle (6).
  • a shaft (7) In a longitudinal direction of the nozzle (6) extends a shaft (7), which is generally hollow and thereby allows gas exchange in the package interior before and during the filling process.
  • a guide element (9) is arranged, which has an edge (10).
  • the geometric design of the guide element (9) and in particular the course of the edge (10) are adapted to a cross-sectional area of a container to be filled (11), of which in Fig. 1 only a section is shown.
  • the guide element (9) Starting from one of the filling nozzle (6) facing the central kingdom (12) of the guide element (9), the guide element (9) extends in the direction of the edge (10) with a direction opposite to the vertical direction arranged slope and in the region of the edge (10) with a Distance (13) to an inner side (14) of the side walls of the container (11).
  • the filling nozzle (6) and the guide element (9) are covered by a hood (15), in particular to support aseptic filling of the filling material.
  • the air discharge elements (18) are preferably arranged in the region of corners (19) of the guide element (9). In the area of their central area (12) facing extension the air discharge elements (18) are provided with baffles (20).
  • the air discharge elements (18) can be designed as an open towards the inside (14) of the container (12) profile. It is also possible to use open hollow profiles in the vertical direction.
  • Fig. 2 shows a perspective view of the guide element. (9) and the above the guide element (9) arranged filling nozzle (6).
  • the guide element (9) for the filling of a substantially provided with a square cross-sectional area container (11) is formed.
  • the guide element (9) has a surface profile (21) such that a uniform supply of the filling material to the inner sides (14) of the container (11) is supported.
  • each air discharge elements (18) are arranged such that they rise like a column over the edge (10).
  • Fig. 3 illustrates the performance of a filling process. From the filling nozzle (6), the filling material (22) exits and impinges on the guide element (9). By the guide element (9), the filling material (22) is guided uniformly in the direction of the inner sides (14) of the container (11) and can run evenly on these inner sides (14).
  • Fig. 4 illustrates the filling process according to Fig. 3 in a side view. Again, the extremely uniform flow of the filling material (22) on the inner sides (14) can be seen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, das dem Behälter über ein Füllventil und eine Fülldüse zugeführt wird.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, die mindestens ein Füllventil und mindestens eine Fülldüse aufweist.
  • Derartige Fülleinrichtungen und Verfahren sind in vielfältigen Ausführungsformen beispielsweise zum Füllen von Kartonageverpackungen oder von Flaschen bekannt. Siehe beispielsweise die EP 0 099 582 A2 . Ein wesentliches Ziel bei der Durchführung von Füllverfahren ist eine schnelle und zugleich zuverlässige Abfüllung des Behälters. Zur Realisierung einer schnellen Abfüllung trägt es bei, wenn eine Schaumbildung beim Füllvorgang möglichst weitgehend vermieden bzw. reduziert werden kann.
  • Außerdem kennt man ein Verfahren und eine Füllvorichtung aus US 5141035 .
  • Ein Problem bei der Befüllung von Behältern mit nichtkreisförmiger Querschnittfläche resultiert daraus, daß die Abstände der Innenwandungen zu einer in der Regel zentral angeordneten Fülldüse in Abhängigkeit vom jeweiligen Raumwinkel unterschiedlich sind und hierdurch eine Schaumbildung unterstützt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß eine schnelle Befüllung von Behältern mit einer unrunden Querschnittfläche unterstützt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das aus der Fülldüse austretende Füllgut einem Leitelement zugeführt wird, das mit einer geometrischen Gestalt derart versehen wird, daß ein Rand des Leitelementes innenseitig mit einem geringen Abstand entlang von Wandungen des Behälters verläuft.
  • Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine Befüllung von Behältern mit einem unrunden Querschnitt unterstützt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Strömungsrichtung hinter der Fülldüse ein Leitelement angeordnet ist, das eine Ausbildung derart aufweist, daß ein Rand des Leitelementes innenseitig und mit einem geringen Abstand zu einer Innenwandung des zu befüllenden Behälters anordbar ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung sind insbesondere dafür geeignet, Getränkekartons zu befüllen. Derartige Getränkekartons sind während des Befüllvorganges im Bereich ihrer in lotrechter Richtung noch oben orientierten Ausdehnung geöffnet und werden erst nach einem Abschluß des Befüllvorganges versiegelt. Es ist somit in einfacher Weise möglich, das erfindungsgemäße Leitelement in den oberen Bereich des Innenraumes des Behälters einzuführen.
  • Durch die Wahl der geometrischen Gestaltung des Leitelementes derart, daß der Rand des Leitelementes im gesamten Bereich seine Ausdehnung mit einem geringen Abstand zur Innenwandung des Behälters anordbar ist, wird das am Leitelement entlangströmende Füllgut gegen die Innenwandung des Behälters geleitet und kann hier gleichmäßig abfließen. Durch eine Gestaltung des Leitelementes kann darüber hinaus dafür gesorgt werden, daß eine gleichmäßige Verteilung des Füllgutes derart erfolgt, daß im wesentlichen allen Bereichen des Innenumfanges des Behälters gleiche Volumenraten an Füllgut zugeführt werden. Hierdurch wird eine schnelle, gleichmäßige und schaumarme Befüllung unterstützt.
  • Die gleichmäßige Verteilung des Füllgutes über den gesamten Bereich der Innenfläche des Behälters führt zu einer deutlichen Reduzierung der Flußgeschwindigkeit des Füllgutes. Durch das gleichmäßige Abgleiten des Füllgutes an der Innenwandung des Behälters wird die Auftreffgeschwindigkeit des Füllgutes auf den Boden des Behälters sowie bei fortschreitendem Füllvorgang auf der Oberfläche des bereits abgefüllten Füllgutes vermindert, wodurch ebenfalls die Schaumbildung vermindert wird.
  • Das erfindungsgemäße Leitelement kann sowohl bei stationären getakteten Fülleinrichtungen als auch bei Fülleinrichtungen mit rotierenden Füllrädern zum Einsatz kommen.
  • Eine gleichmäßige Zuführung des Füllgutes in den Behälterinnenraum wird dadurch unterstützt, daß das Leitelement als Diffusor verwendet wird.
  • Ein Ablaufen des Füllgutes an der Innenwand wird dadurch unterstützt, daß das Füllgut vom Leitelement schräg zur horizontalen Richtung gegen die Wandung des Behälters geleitet wird.
  • Eine kontinuierliche Überleitung des Füllgutes vom Leitelement an die Innenseite der Wandung des Behälters wird auch dadurch unterstützt, daß der Abstand derart gewählt wird, daß das über den Rand des Leitelementes fließende Füllgut bis in den Bereich der Innenseite der Seitenwandungen des Behälters gelangt.
  • Eine zweckmäßige Dimensionierung besteht darin, daß ein Abstand von höchstens 15 mm gewählt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß eine aseptische Abfüllung des Füllgutes durchgeführt wird.
  • Eine typische Abfüllung von unrunden Behältern ist dadurch definiert, daß ein aus einem Kartonmaterial hergestellter Behälter befüllt wird.
  • Eine gleichmäßige Durchführung des Füllvorganges wird auch dadurch erreicht, daß das Füllgut mit Prallflächen an den Führungen von den Behälterkanten abgehalten wird, wodurch die aus dem Innenraum des Behälters verdrängte Luft an den Behälterkanten aufwärts abgeführt wird.
  • Insbesondere ist daran gedacht, daß die Luftableitungselemente im Bereich von Ecken des Leitelementes positioniert werden.
  • Durch einen hohlgebohrten Ventilschaft ist ebenfalls eine schnelle Entlüftung während des Füllvorganges möglich. Insbesondere ist daran gedacht, daß der packungsinnenraum vor dem Füllvorgang durch diesen Ventilschaft mit Inertgas- etwa Stickstoff - ausgespült wird, um den Sauerstoff im Kopfraum zu reduzieren.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische teilweise geschnittene Darstellung einer Fülleinrichtung mit zugeordnetem Abschnitt eines zu befüllenden Behälters,
    Fig. 2
    eine perspektivische Darstellung des Leitelementes mit zusätzlichen Luftableitungselementen,
    Fig. 3
    eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung einer Strömung des Füllgutes über das Leitelement zur Innenseite des Behälters und
    Fig. 4
    eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 3.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische teilweise und geschnittene Darstellung einer Fülleinrichtung (1). Die Fülleinrichtung (1) weist eine Anschlußleitung (2) zur Verbindung mit einem nicht dargestellten Vorrat eines flüssigen Füllgutes auf. Typischerweise ist die Anschlußleitung (2) über einen Krümmer (3) mit einem Ventilsitz (4) verbunden, der zur Aufnahme eines nicht dargestellten Füllventiles vorgesehen ist. Der Ventilsitz (4) ist über einen Ventilkrümmer (5) mit einer Düse (6) verbunden. In einer Längsrichtung der Düse (6) erstreckt sich ein Schaft (7), der in der Regel hohl ausgebildet ist und dadurch ein Gasaustausch in den Packungsinnenraum vor und während des Füllvorganges ermöglicht.
  • In einer Strömungsrichtung (8) unterhalb der Fülldüse (6) ist ein Leitelement (9) angeordnet, das einen Rand (10) aufweist. Die geometrische Gestaltung des Leitelementes (9) und insbesondere der Verlauf des Randes (10) sind an eine Querschnittfläche eines zu befüllenden Behälters (11) angepaßt, von dem in Fig. 1 lediglich ein Abschnitt dargestellt ist.
  • Ausgehend von einem der Fülldüse (6) zugewandten Zentralreich (12) des Leitelementes (9) verläuft das Leitelement (9) in Richtung auf den Rand (10) mit einem gegenüber der lotrechten Richtung angeordneten Gefälle und im Bereich des Randes (10) mit einem Abstand (13) zu einer Innenseite (14) der Seitenwandungen des Behälters (11).
  • Die Fülldüse (6) und das Leitelement (9) sind von einer Haube (15) abgedeckt, um insbesondere eine aseptische Abfüllung des Füllgutes zu unterstützen.
  • Zur Ermöglichung einer Ableitung von Luft aus einem Innenraum (17) des zu befüllenden Behälters (2) bei zunehmendem Füllpegel weist das Leitelement (9) ein oder mehrere Luftableitungselemente (18) auf. Die Luftableitungselemente (18) werden vorzugsweise im Bereich von Ecken (19) des Leitelementes (9) angeordnet. Im Bereich ihrer dem Zentralbereich (12) zugewandten Ausdehnung sind die Luftableitungselemente (18) mit Prallflächen (20) versehen.
  • Die Luftableitungselemente (18) können als ein in Richtung auf die Innenseite (14) des Behälters (12) offenes Profil ausgeführt sein. Ebenfalls ist es möglich, in lotrechter Richtung offene Hohlprofile zu verwenden.
  • Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Leitelementes. (9) sowie der oberhalb des Leitelementes (9) angeordneten Fülldüse (6). Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Leitelement (9) für die Befüllung eines im wesentlichen mit einer quadratischen Querschnittfläche versehenen Behälters (11) ausgebildet. Das Leitelement (9) weist einen Oberflächenprofil (21) derart auf, daß eine gleichmäßige Zuführung des Füllgutes zu den Innenseiten (14) des Behälters (11) unterstützt wird. Im Bereich der Ecken (19) des Leitelementes (9) sind jeweils Luftableitungselemente (18) derart angeordnet, daß diese sich säulenartig über den Rand (10) erheben.
  • Fig. 3 veranschaulicht die Durchführung eines Füllvorganges. Aus der Fülldüse (6) tritt das Füllgut (22) aus und trifft auf das Leitelement (9). Durch das Leitelement (9) wird das Füllgut (22) gleichmäßig in Richtung auf die Innenseiten (14) des Behälters (11) geführt und kann gleichmäßig an diesen Innenseiten (14) ablaufen. Fig. 4 veranschaulicht den Füllvorgang gemäß Fig. 3 in einer Seitenansicht. Auch hier ist das äußerst gleichmäßige Abfließen des Füllgutes (22) an den Innenseiten (14) zu erkennen.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, das dem Behälter über ein Füllventil und eine Fülldüse zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Fülldüse (6) austretende Füllgut (22) einem Leitelement (9) zugeführt wird, das mit einer geometrischen Gestalt derart versehen wird, daß ein Rand (10) des Leitelementes (9) innenseitig mit einem geringen Abstand (13) entlang von wandungen des Behälters (11) verläuft.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (9) als Diffusor verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgut vom Leitelement (9) schräg zur horizontalen Richtung gegen die Wandung des Behälters (11) geleitet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (13) derart gewählt wird, daß das über den Rand (10) des Leitelementes (9) fließende Füllgut (22) bis in den Bereich der Innenseite (14) der Seitenwandungen des Behälters (11) gelangt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand (13) von höchstens 15 mm gewählt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine aseptische Abfüllung des Füllgutes (22) durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem Kartonmaterial hergestellter Behälter (11) befüllt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund des Füllvorganges aus einem Innenraum (17) des Behälters (11) verdrängte Luft entlang von Luftableitungselementen (18) abgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftableitungselemente (18) im Bereich von Ecken (19) des Leitelementes (9) positioniert werden.
  10. Vorrichtung zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, die mindestens ein Füllventil und mindestens eine Fülldüse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Strömungsrichtung (8) hinter der Fülldüse (6) ein Leitelement (9) angeordnet ist, das als ein Diffusor ausgebildet ist und mindestens bereichsweise ausgehend von einem Zentralbereich (12) in Richtung auf seinen von dem Füllgut überfließbaren Rand (10) mit einem gegenüber der lotrechten Richtung angeordneten Gefälle verläuft, wobei der Verlauf des Randes (10) an eine Querschnittsfläche des zu befüllenden Behälters (11) angepasst ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (13) zur Überleitung des Füllgutes (22) vom Leitelement (9) hin zur Innenseite (14) des Behälters (11) ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (13) höchstens 15 mm beträgt
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausbildung zur aseptischen Abfüllung von Behältern (11) realisiert ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausbildung zur Abfüllung von Behältern aus einem kartonhaltigen Material realisiert ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (9) mindestens ein Luftableitungselement (18) aufweist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftableitungselement (18) im Bereich einer Ecke (19) des Leitelementes (19) angeordnet ist.
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