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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dosiervorrichtung zum
Abfüllen
von viskosen, pastösen
oder Pulver- oder
granulatförmigen
Produkten, wie sie im Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 definiert
ist.
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Dosiervorrichtungen
sollten möglichst
genau und zuverlässig
arbeiten, da schon geringe Abweichungen vom Soll-Gewicht negative
Auswirkungen in der späteren
Verarbeitung des dosierten Produkts nach sich ziehen können.
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Eine
aus der
EP-A-0 222 695 bekannte
Dosiervorrichtung umfasst einen vertikal gerichteten, gegen unten
sich konisch verjüngenden
und mit einer Austrittsöffnung
versehenen Dosierbehälter.
In die Austrittsöffnung
ist ein Dosierventil einschiebbar, das aus einer Ventilstange und
einem Ventilkopf besteht. Um die Ventilstange herum ist eine Hohlwelle
angeordnet, an der mehrere durch Drehen der Hohlwelle betätigbare
Rühr- und
Abstreifwerkzeuge befestigt sind. Der Austritt der Ventilstange
aus der Hohlwelle ist durch eine Stopfbuchse abgedichtet. Das Dosierventil
und die Rühr-
und Abstreifwerkzeuge verhindern eine Brückenbildung und ein Ankleben
des Abfüllgutes
an der Behälterwand
oder dem Dosierventil und ermöglichen
somit einen gleichmässigen
Ausfluss des Abfüllgutes
aus dem Dosierbehälter,
so dass die gewünschte
Abfüllmenge
mit hoher Präzision
und mit hoher Abfüllgeschwindigkeit
erreicht werden kann.
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Diese
Dosiervorrichtung weist den Nachteil auf, dass die Stopfbuchse zwischen
Ventilstange und Hohlwelle nicht ausreicht, um die Hohlwelle vollständig abzudichten,
und durch das Heben und Senken der Ventilstange mit der Zeit Abfüllgut in
die Hohlwelle gelangt. Anderseits verhindert oder zumindest erschwert
die Stopfbuchse eine Reinigung und Sterilisation des Innern der
Hohlwelle. Die Dosiervorrichtung ist daher für sterile Anwendungen nicht
geeignet.
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Angesichts
der beschränkten
Einsatzmöglichkeit
der oben beschriebenen Dosiervorrichtung liegt der vorliegenden
Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung der
eingangs erwähnten
Art zu schaffen, die sowohl für
nichtsterile als auch für
sterile Anwendungen einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die erfindungsgemässe Dosiervorrichtung gelöst, wie
sie im unabhängigen
Patentanspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsvarianten ergeben sich
aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Das
Wesen der Erfindung besteht darin, dass bei einer Dosiervorrichtung
zum Abfüllen
von viskosen, pastösen
oder Pulver- oder granulatförmigen
Produkten, mit einem eine Ventilstange und einen Ventilkopf umfassenden
Dosierventil und einer die Ventilstange umgebenden Hohlwelle, am
einen Ende der Hohlwelle eine das Dosierventil umgebende, ausziehbare
Dichtung angeordnet ist, die ein der Hohlwelle und ein dem Dosierventil
zugeordnetes Dichtungsende aufweist. Die Dosiervorrichtung umfasst
zudem einen Dosierbehälter,
der eine Austrittsöffnung
aufweist, in die das Dosierventil einschiebbar ist. An der Hohlwelle
ist mindestens ein durch Drehen der Hohlwelle betätigbares
Rühr- und/oder
Abstreifwerkzeug befestigt.
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Die
ausziehbare Dichtung ist entweder an dem dem Ventilkopf zugewandten
oder an dem dem Ventilkopf abgewandten Ende der Hohlwelle angeordnet.
Im ersten Fall sorgt sie dafür,
dass kein Abfüllgut
in das Innere der Hohlwelle gelangt. Im zweiten Fall gehört das Innere
der Hohlwelle ebenfalls zum Produktraum. Die Abdichtung erfolgt
ausserhalb des Dosierbehälters
gegen aussen. In beiden Fällen sind
alle Bereiche, in denen Abfüllgut
vorhanden sein könnte,
gut zugänglich
und somit reinig- und sterilisierbar.
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Vorteilhafterweise
ist mindestens eines der beiden Dichtungsenden durch einen steifen
Ring gebildet. Dies ermöglicht
eine stabile Befestigung der ausziehbaren Dichtung an der Hohlwelle,
dem Dosierventil oder an einem Zwischenelement.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante
ist eines der beiden Dichtungsenden fest und dicht mit der Ventilstange
verbunden und das andere bildet ein statisches Teil einer Gleitringdichtung, die
ein fest und dicht mit der Hohlwelle verbundenes Rotationsteil aufweist.
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Bei
einer zweiten bevorzugten Ausführungsvariante
weist die Ventilstange einen rotierenden und einen nicht-rotierenden
Stangenabschnitt auf, und eines der beiden Dichtungsenden ist fest
und dicht mit dem rotierenden Stangenabschnitt und das andere fest
und dicht mit der Hohlwelle verbunden, wobei der rotierende Stangenabschnitt
und die ausziehbare Dichtung dazu bestimmt sind, mit der Hohlwelle
mitzurotieren.
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Diese
beiden Ausführungsvarianten
haben den Vorteil, dass der Ventilkopf nicht mit der Hohlwelle mitrotiert,
so dass beim Einschieben des Ventilkopfs in die Austrittsöffnung keine
Probleme auftreten.
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Bei
einer dritten bevorzugten Ausführungsvariante
ist eines der beiden Dichtungsenden fest und dicht mit der Ventilstange
und das andere fest und dicht mit der Hohlwelle verbunden, wobei
das Dosierventil und die ausziehbare Dichtung dazu bestimmt sind,
mit der Hohlwelle mitzurotieren.
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Bei
einer vierten bevorzugten Ausführungsvariante
ist die ausziehbare Dichtung an dem dem Ventilkopf zugewandten Ende
der Hohlwelle angeordnet und eines der beiden Dichtungsenden fest und
dicht mit der Hohlwelle und das andere fest und dicht mit dem Dosierventil,
insbesondere dem Ventilkopf, verbunden, wobei das Dosierventil und
die ausziehbare Dichtung dazu bestimmt sind, mit der Hohlwelle mitzurotieren.
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Diese
beiden Ausführungsvarianten
haben den Vorteil, dass die Dosiervorrichtung einfach aufgebaut
und die ausziehbare Dichtung sowohl mit der Hohlwelle als auch mit
dem Dosierventil direkt fest verbunden ist.
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Mit
Vorteil ist entweder zumindest ein Teil der Ventilstange hohl ausgebildet,
weist eine Gas- oder Flüssigkeitszuführöffnung auf
und ist zumindest im Bereich der ausziehba ren Dichtung mit Gas-
und Flüssigkeitsaustrittsöffnungen
versehen, oder es ist zumindest im Bereich der ausziehbaren Dichtung
um die Ventilstange herum ein Mantelrohr so angeordnet, dass zwischen
Ventilstange und Mantelrohr ein Gas oder eine Flüssigkeit zuführbar ist,
wobei das Mantelrohr mit Gas- und Flüssigkeitsaustrittsöffnungen
versehen ist.
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Dies
ermöglicht
eine Reinigung und Sterilisation der Hohlwelle und der ausziehbaren
Dichtung von innen her sowie der Ventilstange.
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Zwischen
der Hohlwelle und der Ventilstange sind mit Vorteil mindestens drei
Stege angeordnet, die entweder mit der Hohlwelle oder mit der Ventilstange
fest verbunden sind. Die Stege führen
die Ventilstange, ohne dass sie den Raum zwischen Hohlwelle und
Ventilstange verstopfen. Abfallgut, Gas und Reinigungsflüssigkeit
können
somit problemlos passieren.
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Als
Alternative können
mindestens drei an der Hohlwelle befestigte Rühr- und/oder Abstreifwerkzeuge
vorgesehen sein, die gleichzeitig den Ventilkopf führen.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemässe Dosiervorrichtung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen und anhand von vier Ausführungsbeispielen detaillierter
beschrieben. Es zeigen:
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1 – eine Perspektivansicht
einer erfindungsgemässen
Dosiervorrichtung mit Abfüllgefäss und Produktzufuhr;
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2 – einen
teilweise geschnittenen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung
mit einer mit einer Gleitringdichtung verbundenen ausziehbaren Dichtung;
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3 – einen
Schnitt durch die Gleitringdichtung und die ausziehbare Dichtung
von 2;
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4 – einen
teilweise geschnittenen Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung
mit rotierender Ventilstange;
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5 – einen
teilweise geschnittenen Teil eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung
mit zweiteiliger Ventilstange und
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6 – einen
teilweise geschnittenen Teil eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung
mit einer mit dem Ventilkopf verbundenen ausziehbaren Dichtung.
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Die
dargestellte Dosiervorrichtung umfasst einen in seinem unteren Teil
konischen und unten mit einer Austrittsöffnung 11 versehenen
Dosierbehälter 1 mit
einer Behälterdecke 12.
Eine Halterung 77 dient zur Fixierung des Dosierbehälters 1 an
einer Wand. Die Behälterdecke 12 weist
eine Füllöffnung 13 auf, durch
die das Abfüllgut
in den Dosierbehälter 1 gelangt.
Von einem nicht dargestellten Vorratsbehälter wird das Abfüllgut über ein
Rohr 71 einer Fördereinrichtung 72 zugeführt, welche
eine Zellradschleuse oder eine Rüttelrinne
enthält.
Die Fördereinrichtung 72 ist über ein
Rohr 73 mit dem Dosierbehälter 1 verbunden.
Sobald das Niveau des Abfüllguts
im Dosierbehälter 1 ein
gewisses Minimum unterschreitet, wird über eine hier nicht sichtbare
Niveaumesseinrichtung die Fördereinrichtung 72 eingeschaltet
und der Dosierbehälter 1 nachgefüllt.
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An
der Behälterdecke 12 ist
ein Getriebe 74 montiert, das von einem Motor 75 angetrieben
wird und eine hier nicht sichtbare Hohlwelle mit Rühr- und Abstreifwerkzeugen
antreibt. Am Gehäuse
des Getriebes 74 ist ein Stellantrieb 76 befestigt,
welcher auf pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Basis mit
oder ohne mechanischer Umsetzung arbeitet. Der Stellantrieb 76 bewegt
ein durch die Hohlwelle führendes
Dosierventil in vertikaler Richtung und gibt je nach Hub eine grössere oder
kleinere Öffnung
an der Austrittsöffnung 11 des
Dosierbehälters 1 frei.
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Unterhalb
des Dosierbehälters 1 befindet sich
ein Abfüllgefäss 8 auf
einer Wägeeinrichtung 9, die
mit einer Klemmeinrichtung 91 versehen ist, welche einen
Zwischendeckel 80 gegen das Abfüllgefäss 8 drückt.
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Die
Dosiervorrichtung wird wie folgt betrieben:
Ein leeres Abfüllgefäss 8,
beispielsweise ein Gebinde oder ein Fass, wird auf die Wägeeinrichtung 9 gestellt.
Der Zwischendeckel 80 wird mit der Klemmeinrichtung 91 auf
den oberen Rand des Abfüllgefässes 8 gedrückt. Das
Abfüllgefäss 8 wird
automatisch tariert, d. h. die Wägeeinrichtung 9 wird
automatisch auf Null gestellt. Dem Dosierbehälter 1 wird über die Fördereinrichtung 72 und
die Rohre 71, 73 Abfüll gut zugeführt. Sobald das Abfüllgut im
Dosierbehälter 1 ein
vorgesehenes oberes Niveau erreicht hat, beginnt die Abfüllung des
Produkts, während
sich die Hohlwelle mit den Rühr- und Abstreifwerkzeugen dreht.
Die Abfüllung
beginnt bei voll geöffneter
Stellung des Dosierventils. Sobald ein bestimmter Teil des vorgesehenen
Abfüllgewichts
erreicht ist, wird das Dosierventil in eine Feindosierstellung gebracht, d.
h. zwischen dem Dosierventil und der Austrittsöffnung 11 des Dosierbehälters 1 bleibt
nur noch ein kleiner Spalt. Die um das Dosierventil herumkreisenden
Abstreifwerkzeuge sorgen dafür,
dass dieser kleine Spalt nicht durch zusammenklebendes Abfüllgut verstopft
wird. Wenn während
des Abfüllvorgangs ein
vorgegebenes minimales Niveau des im Dosierbehälter 1 vorhandenen
Abfüllguts
unterschritten wird, wird jeweils die Fördereinrichtung 72 betätigt, bis
das vorgegebene obere Niveau wieder erreicht ist. Sobald das vorgewählte Endabfüllgewicht
erreicht ist, wird das Dosierventil ganz geschlossen und der Abfüllvorgang
ist beendet.
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Für die gesamte
weitere Beschreibung gilt folgende Festlegung. Sind in einer Figur
zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugsziffern enthalten, aber
im unmittelbar zugehörigen
Beschreibungstext nicht erläutert,
so wird auf deren Erwähnung
in vorangehenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
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Der
Dosierbehälter 1 mit
Austrittsöffnung 11, Behälterdecke 12 und
Füllöffnung 13 ist
hier geschnitten dargestellt. Eine Hohlwelle 3 ist im Dosierbehälter 1 zentral
angeordnet und durchquert die Behälterdecke 12. Eine
Gleitringdichtung 6 ermöglicht das
Drehen der Hohlwelle 3 und dichtet den Durchtritt ab. An
der Hohlwelle 3 sind drei Rühr- und Abstreifwerkzeuge befestigt,
wobei hier nur die Rühr-
und Abstreifwerkzeuge 31 und 32 sichtbar sind.
Diese verhindern eine Brückenbildung
des Abfüllguts
oder ein Ankleben desselben an der Behälterwand.
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Die
Austrittsmenge des Abfüllguts
wird durch Heben und Senken eines Dosierventils 2, welches aus
einer die Hohlwelle 3 durchquerenden Ventilstange 22 und
einem Ventilkopf 21 besteht, geregelt. Der Ventilkopf 21 ist
an seinem unteren Ende scheibenförmig
ausgebildet und weist in diesem Abschnitt einen Durchmesser auf,
der dem der Austrittsöffnung 11 entspricht.
Damit sowenig Abfüllgut
wie möglich am
Ventilkopf 21 hängenbleibt,
verjüngt
sich dieser in Richtung der Ventilstange 22 konisch.
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Die
an der Hohlwelle 3 befestigten Rühr- und Abstreifwerkzeuge 31 und 32 sowie
das nicht gezeichnete dritte Rühr- und Abstreifwerkzeug
weisen jeweils eine dem Ventilkopf 21 zugewandte Kante auf,
die bei einer Drehung der Hohlwelle 3 einerseits ein Ankleben
des Abfüllguts
am Ventilkopf 21 verhindern und anderseits den Ventilkopf 21 führen.
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Beim
hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
gehört
das Innere der Hohlwelle 3 zum Produktraum. Die Abdichtung
gegen aussen erfolgt ausserhalb des Dosierbehälters 1 mittels einer
mit einer Gleitringdichtung 5 verbundenen ausziehbaren
Dichtung 4. Die ausziehbare Dichtung 4 umfasst
einen zwischen zwei steifen Ringen angeordneten, mit diesen dicht
verbundenen Faltenbalg 41, der das Heben und Senken der
Ventilstange 22 ermöglicht.
Der das obere Dichtungsende bildende steife Ring 42 ist
an der Ventilstange 22 dicht befestigt. Der das untere Ende
der ausziehbaren Dichtung 4 bildende steife Ring 43 ist
gleichzeitig ein statisches Teil der Gleitringdichtung 5.
Die Gleitringdichtung 5 ermöglicht ein Rotieren der Hohlwelle 3,
ohne dass die ausziehbare Dichtung 4 und die Ventilstange 22 mitrotieren.
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Links
und rechts von der Ventilstange 22 sind einzelne Elemente
unterschiedlich sowie die ausziehbare Dichtung 4 in verschiedenen
Stellungen dargestellt.
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Die
Gleitringdichtung 5 umfasst ein hohlzylinderartiges Rotationsteil 51,
das über
das obere Ende der Hohlwelle 3 montiert ist. Zur Befestigung dienen
drei Schrauben, wobei hier nur die Schraube 52 sichtbar
ist. Eine Ringdichtung 53 dichtet statisch die Verbindung
zwischen Rotationsteil 51 und Hohlwelle 3 ab.
Beim Rotieren der Hohlwelle 3 rotiert das Rotationsteil 51 mit.
Mittels Kugellager 54 mit Kugeln 540 wird verhindert,
dass die Rotation auf das Gehäuse 55 der
Gleitringdichtung 5 übertragen
wird. Um das Moment der Kugellager 54 aufzufangen, wird eine
in das Gehäuse 55 geschraubte
Schraube 56 von aussen mit einer nicht dargestellten Gabel
gehalten.
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Das
Herzstück
der Gleitringdichtung 5 bilden zwei aufeinander gleitende
Gleitringe 57 und 58 und zwei aufeinander gleitende
Gleitringe 570 und 580. Zusammen mit statischen
Ringdichtungen 501 bis 504 sorgen sie für eine Abdichtung
des Produktraums gegen aussen. Für
die Zuführung
eines Sperrmediums, z. B. Dampf-Kondensat, zu den Gleitringen 57, 58, 570 und 580 ist
ein Zuführkanal 511 und
für die
Wegführung
des Sperrmediums ein Wegführkanal 512 vorgesehen.
Zur Sterilisation kann anstelle von Kondensat Reinstdampf durch
die beiden Kanäle 511 und 512 geleitet
werden.
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Die
Bezugsziffern 506 und 507 betreffen weitere Ringdichtungen.
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Die
Gleitringdichtung 5 umfasst als weiteres statisches Teil
einen steifen Ring 43, der gleichzeitig das untere Ende
der ausziehbaren Dichtung 4 bildet. Der Faltenbalg 41 der
ausziehbaren Dichtung 4 ist mit den beiden steifen Ringen 42 und 43 dicht
verschweisst und von einem zylindrischen Gehäuse 44 umgeben. Der
steife Ring 42 ist mit einer Schraube 45 an der
Ventilstange 22 befestigt. Eine Ringdichtung 46 dient
zur Abdichtung.
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Um
die Ventilstange 22 herum ist ein mit Gas- und Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 230 versehenes
Mantelrohr 23 beabstandet angeordnet. Über einen Anschluss 24 kann
zwischen die Ventilstange 22 und das Mantelrohr 23 Reinigungsflüssigkeit
eingeleitet werden, die dann durch die Gas- und Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 230 an
den Faltenbalg 41 spritzt und schliesslich nach unten wegläuft. Zur
Sterilisation wird anstatt Reinigungsflüssigkeit Reinstdampf durchgeblasen.
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Bei
diesem zweiten Ausführungsbeispiel
umfasst die Dosiervorrichtung einen Dosierbehälter 101 mit Austrittsöffnung 111,
Behälterdecke 112 und
Füllöffnung 113.
An einer im Dosierbehälter 101 zentral angeordneten
Hohlwelle 103 sind drei Rühr- und Abstreifwerkzeuge befestigt,
wobei hier nur die Rühr- und
Abstreifwerkzeuge 131 und 132 sichtbar sind. Eine
Gleitringdichtung 106 ermöglicht das Drehen der Hohlwelle 103 und
dichtet deren Durchtritt durch die Behälterdecke 112 ab.
Ein Dosierventil 102, welches aus einer Ventilstange 122 und
einem Ventilkopf 121 besteht, dient zum Regeln der Austrittsmenge des
Abfüllguts.
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Eine
ausziehbare Dichtung 104 umfasst einen zwischen zwei steifen
Ringen 142 und 143 angeordneten, mit diesen dicht
verbundenen Faltenbalg 141. Der steife Ring 142 ist
mit der Ventilstange 122 und der steife Ring 143 mit
der Hohlwelle 103 dicht und fest verbunden. Um die ausziehbare
Dichtung 104 einfach und schnell auswechseln zu können, ist der
Ring 143 vorzugsweise auf die Hohlwelle 103 aufgeschraubt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
rotieren das Dosierventil 102 und die ausziehbare Dichtung 104 mit
der Hohlwelle 103 mit. Vor dem vollständigen Schliessen der Austrittsöffnung 111 wird
die Rotation abgeschalten.
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Bei
diesem dritten Ausführungsbeispiel
umfasst die Dosiervorrichtung einen Dosierbehälter 201 mit Austrittsöffnung 211,
Behälterdecke 212 und
Füllöffnung 213.
An einer im Dosierbehälter 201 zentral angeordneten
Hohlwelle 203 sind drei Rühr- und Abstreifwerkzeuge befestigt,
wobei hier nur die Rühr- und
Abstreifwerkzeuge 231 und 232 sichtbar sind. Eine
Gleitringdichtung 206 ermöglicht das Drehen der Hohlwelle 203 und
dichtet deren Durchtritt durch die Behälterdecke 212 ab.
Ein Dosierventil 202, welches aus einer Ventilstange 222 und
einem Ventilkopf 221 besteht, dient zum Regeln der Austrittsmenge des
Abfüllguts.
Die Ventilstange 222 ist unterteilt in einen rotierenden
Stangenabschnitt 223 und einen nicht-rotierenden Stangenabschnitt 224.
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Eine
ausziehbare Dichtung 204 umfasst einen zwischen zwei steifen
Ringen 242 und 243 angeordneten, mit diesen dicht
verbundenen Faltenbalg 241. Der steife Ring 242 ist
mit dem rotierenden Stangenabschnitt 223 der Ventilstange 222 und
der steife Ring 243 mit der Hohlwelle 203 dicht
und fest verbunden. Um die ausziehbare Dichtung 204 einfach
und schnell auswechseln zu können,
ist der Ring 243 vorzugsweise auf die Hohlwelle 203 aufgeschraubt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
rotieren der untere Stangenabschnitt 224 der Ventilstange 222 und
der Ventilkopf 221 nicht mit der Hohlwelle 203 mit.
Das Schliessen der Austrittsöffnung 211 ist
somit unproblematisch.
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Bei
diesem vierten Ausführungsbeispiel
umfasst die Dosiervorrichtung einen Dosierbehälter 301 mit Austrittsöffnung 311,
Behälterdecke 312 und
Füllöffnung 313.
An einer im Dosierbehälter 301 zentral angeordneten
Hohlwelle 303 sind drei Rühr- und Abstreifwerkzeuge befestigt,
wobei hier nur die Rühr- und
Abstreifwerkzeuge 331 und 332 sichtbar sind.
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Eine
Gleitringdichtung 306 ermöglicht das Drehen der Hohlwelle 303 und
dichtet deren Durchtritt durch die Behälterdecke 312 ab.
Ein Dosierventil 302, welches aus einer Ventilstange 322 und
einem Ventilkopf 321 besteht, dient zum Regeln der Austrittsmenge
des Abfüllguts.
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Eine
ausziehbare Dichtung 304 umfasst einen zwischen zwei steifen
Ringen 342 und 343 angeordneten, mit diesen dicht
verbundenen Faltenbalg 341. Der steife Ring 342 ist
mit der Hohlwelle 303 und der steife Ring 343 mit
dem Ventilkopf 321 dicht und fest verbunden.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
rotieren das Dosierventil 302 und die ausziehbare Dichtung 304 mit
der Hohlwelle 303 mit. Vor dem vollständigen Schliessen der Austrittsöffnung 311 wird
die Rotation abgeschalten.
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Zu
den vorbeschriebenen erfindungsgemässen Dosiervorrichtungen sind
weitere konstruktive Variationen realisierbar. Hier ausdrücklich erwähnt sei
noch, dass anstelle eines Faltenbalgs auch eine Membran verwendet
werden kann.