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Die Erfindung betrifft eine Behandlungsmaschine für Behälter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Behandlungsmaschinen vom Rundläufertyp mit einem drehbaren Behältertisch und einem sich mit diesem drehenden Maschinenoberteil mit Einspannstationen zum zentrierenden Einspannen von Behältern auf Drehtellern eigenen sich beispielsweise zum Etikettieren und/oder Bedrucken der Behälter.
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Diesbezüglich ist aus der
DE 10 2013 217 657 A1 eine Behandlungsmaschine bekannt, bei der jede Einspannstation einen separaten Motor zum Anheben und Absenken von Zentrierelementen für die Behälter umfasst. Dies ermöglicht einen flexiblen Einsatz der Einspannstationen für unterschiedlich hohe Behälter. Nachteilig ist dabei jedoch, dass eine Vielzahl separater Motoren benötigt wird und angesteuert werden muss.
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Alternativ dazu offenbaren die
DE 10 2009 005 180 A1 und die
EP 2 387 534 B1 Behandlungsmaschinen mit einer stationäre Hubkurve, an der Steuerrollen entlang laufen, um mit diesen verbundene Zentrierelemente anzuheben und abzusenken. Der geringere apparative Aufwand geht jedoch zur Lasten der Flexibilität, da die Hubkurve den vertikalen Arbeitsbereich der Einspannstationen festlegt und daher nur die Behandlung von Behältern mit einer bestimmten Höhe ermöglicht.
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Es besteht somit Bedarf für Behandlungsmaschinen, deren Einspannstationen einen möglichst geringen apparativen Aufwand verursachen, und die dennoch flexibel für unterschiedliche Behälterhöhen einsetzbar sind.
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Die gestellte Aufgabe wird mit einer Behandlungsmaschine zum Etikettieren und/oder Bedrucken von Behältern gemäß Anspruch 1 gelöst. Demnach umfasst die Behandlungsmaschine einen um eine vertikale Maschinenachse drehbaren Behältertisch, daran umlaufende Einspannstationen mit auf die Behälter absenkbaren Zentrierelementen, und eine drehlagenfeste Hubkurve zum Steuern der Zentrierelemente. Erfindungsgemäß ist die Hubkurve an einem bezüglich des Behältertisches zentral höhenverstellbaren Maschinenoberteil gelagert. Ferner sind an der Hubkurve entlang laufende Steuerrollen zum Heben/Senken der Zentrierelemente mit elastischen Elementen gegen die Oberseite und/oder die Unterseite der Hubkurve elastisch vorgespannt. Dies ermöglicht ein spielfreies Anheben und Absenken der Zentrierelemente beim Entlanglaufen der Steuerrollen an der Hubkurve, unabhängig von der Höhenlage der Hubkurve.
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Das höhenverstellbare Maschinenoberteil ermöglicht eine Höhenanpassung der Hubkurve und damit eine Anpassung des vertikalen Arbeitsbereichs aller Einspannstationen zugleich und mit einem gemeinsamen Verstellmechanismus. Dies ermöglicht Formatanpassungen auf einfache und dennoch flexible Weise und erübrigt individuell und/oder elektrisch gesteuerte Hubantriebe für die Zentrierelemente.
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Das Maschinenoberteil dreht sich gemeinsam mit dem Behältertisch um die vertikale Maschinenachse. Das Maschinenoberteil nimmt dann beispielsweise eine elektrische Steuereinheit für Drehteller und/oder eine pneumatische Versorgungseinheit für die Zentrierelemente auf.
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Vorzugsweise ist die Hubkurve bezüglich ihrer Höhenlage an das Maschinenoberteil gekoppelt und bezüglich ihrer Drehlage um die Maschinenachse vom Maschinenoberteil entkoppelt, insbesondere mittels eines dazwischen angeordneten Axialwälzlagers oder dergleichen. Die Hubkurve stützt sich zu diesem Zweck beispielsweise auf dem Maschinenoberteil ab. Das Maschinenoberteil stützt sich zu diesem Zweck beispielsweise auf einer zentralen und teleskopartig ausgebildeten Tragsäule ab. Dies ermöglicht einen kompakten zentralen Hubmechanismus für die Formatanpassung der Einspannstationen.
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Vorzugsweise umfasst die Behandlungsmaschine eine elektrisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch angetriebene zentrale Hubeinrichtung zur maschinellen Höhenverstellung des Maschinenoberteils, wobei die Hubeinrichtung insbesondere in eine zentrale Tragsäule für das Maschinenoberteil integriert ist. Beispielsweise kann das Maschinenoberteil mittels eines in die Tragsäule integrierten elektromotorischen Spindeltriebs angehoben und abgesenkt werden. Dies ermöglicht eine ergonomische und präzise Höhenanpassung der Einspannstationen.
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Eine pneumatische Hubeinrichtung ist besonders vorteilhaft, da diese mittels pneumatischer Feder einen konstanten Anpressdruck, auch unabhängig von Behältertoleranzen, erzeugen kann. Weiterhin kann der Anpressdruck mittels Manometer und/oder Ventil und zugehöriger Steuerung sehr schnell verändert werden, ohne Bauteile austauschen zu müssen.
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Vorzugsweise ist die Hubkurve bezüglich der Einspannstationen innenliegend ausgebildet. Dies ermöglicht eine Anordnung der Einspannstationen mit einem vergleichsweise geringen radialen Abstand zur Hubkurve. Dadurch kann die Behandlungsmaschine besonders kompakt aufgebaut werden. Ferner lassen sich Maßtoleranzen und im Bereich der Hubkurve und damit zusammenwirkender Steuerrollen auftretende Steuerkräfte reduzieren.
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Vorzugsweise umfasst die Behandlungsmaschine ferner eine Drehmomentstütze für die Hubkurve, wobei die Drehmomentstütze vertikal beweglich verankert ist oder vertikal beweglich an der Hubkurve angelenkt und/oder geführt ist. Die Drehmomentstütze eignet sich dann für unterschiedliche Höhenlagen der Hubkurve. Beispielsweise umfasst die Drehmomentstützte eine vertikale Linearführung zu einer stationären äußeren Verankerung hin.
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Vorzugsweise umfassen die Einspannstationen vertikale Linearführungen für die Zentrierelemente und an der Hubkurve entlang laufende Steuerrollen zum Heben/Senken der Zentrierelemente. Dies ermöglicht einen Arbeitshub der Zentrierelemente mit mechanischer Steuerung bei vergleichseise geringem apparativen Aufwand.
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Vorzugsweise sind die Steuerrollen beidseitig der Hubkurve an deren Oberseite und Unterseite angeordnet. Folglich sind an den Hubeinheiten obere Steuerrollen für die Oberseite der Hubkurve und untere Steuerrollen für die Unterseite der Hubkurve ausgebildet. Dies ermöglicht das erzeugen einer Steuerkraft mittels der Hubkurve sowohl beim Absenken als auch beim Anheben der Zentrierelemente. Als Oberseite und Unterseite der Hubkurve sind jegliche nach oben bzw. unten ausgerichtete Bahnen der Hubkurve für die Steuerrollen zu verstehen. Diese Bahnen können Bestandteile von Nuten, Bünden oder der gleichen sein.
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Vorzugsweise sind die Steuerrollen mit elastischen Elementen gegen die Oberseite und Unterseite der Hubkurve elastisch vorgespannt, beispielsweise mittels mechanischer Zugfedern oder Druckfedern, mittels pneumatischer Druckfedern, magnetischer Federn, Hubantriebe oder dergleichen. Somit lässt sich ein beidseitiger Kontakt der Steuerrollen mit der Hubkurve sowohl beim Anheben als auch beim Absenken der Zentrierelemente zuverlässig beibehalten.
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Vorzugsweise sind untere und obere Steuerrollen dann mittels Zugfedern aufeinander zu vorgespannt, beispielsweise paarweise mit je einer gemeinsamen Zugfeder. Dies ermöglicht eine konstruktiv einfache Führung der Steuerrollen auf der Hubkurve.
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Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform sind die Steuerrollen ausschließlich der Oberseite der Hubkurve zugewandt und mittels pneumatischer Hubantriebe oder mechanischer Druckfedern nach unten gegen die Hubkurve vorgespannt. Dies ermöglicht ein spielfreies Absenken und Anheben der Zentrierköpfe mit einer lediglich einseitigen Hubkurve.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Steuerrollen ausschließlich der Unterseite der Hubkurve zugewandt und mittels Druckfedern nach oben gegen die Hubkurve vorgespannt. Auch dies ermöglicht ein spielfreies Absenken und Anheben der Zentrierelemente mit einer lediglich einseitigen Hubkurve.
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Die Behandlungsmaschine umfasst dann ferner eine bezüglich der Drehlage an den Behältertisch gekoppelte und bezüglich der Höhenlage an die Hubkurve gekoppelte Mitnehmerscheibe zur Abstützung der Druckfedern von unten. Jedes Zentrierelement ist dann beispielsweise mittels einer Hubstange, die durch die Mitnehmerscheibe ragt, mit einem Lager für die Steuerrolle verbunden. Dadurch bleibt die Rückstellkraft der Druckfedern unbeeinflusst von einem Verstellen der Hubkurve nach oben oder unten.
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Vorzugsweise umfasst die Behandlungsmaschine dann ferner ein Wälzlager zum Lagern der Mitnehmerscheibe am Maschinenoberteil. Dies ermöglicht ein spielfreies Anheben und Absenken der Mitnehmerscheibe beim Verstellen der Hubkurve und eine Drehentkopplung der Mitnehmerscheibe von der Hubkurve.
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Vorzugsweise umfassen die Einspannstationen selbstragende Gestelle zur modularen Montage an der Behandlungsmaschine, insbesondere auf dem Behältertisch. Dadurch lassen sich die Einspannstationen im Sinne von Standardbaueinheiten flexibel und wirtschaftlich an Behandlungsmaschinen mit unterschiedlich großen Behältertischen verwenden. Die Gestelle dienen beispielsweise auch zur Befestigung der Linearführungen.
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Vorzugsweise sind die Zentrierelemente zum inneren Beaufschlagen der eingespannten Behälter mit Druckluft ausgebildet. Beispielsweise kann Druckluft von einer auf dem Maschinenoberteil befestigten pneumatischen Versorgungseinheit durch einen in den Zentrierelementen ausgebildeten Kanal in dünnwandige Kunststoffbehälter geleitet werden, um diese beim Bedrucken oder Etikettieren gegen von außen einwirkende mechanische Kräfte zu stabilisieren.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch die Behandlungsmaschine mit Einspannstationen gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 2 eine Seitenansicht der Einspannstation der ersten Ausführungsform;
- 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Einspannstation gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform; und
- 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Einspannstation gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
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Wie die 1 erkennen lässt, umfasst die Behandlungsmaschine 1 für Behälter 2 einen Behältertisch 3 mit in umfänglich gleichmäßiger Verteilung daran befestigten Einspannstationen 4 für die Behälter 2 und ein Maschinenoberteil 5. Der Behältertisch 3 und das Maschinenoberteil 5 rotieren im Arbeitsbetrieb gemeinsam um eine vertikale Maschinenachse 1a.
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Das drehbare Maschinenoberteil 5 sitzt auf einer zentralen Tragsäule 6, in die eine Hubeinrichtung 7 integriert ist. Die zentrale Hubeinrichtung 7 umfasst vorzugsweise eine elektrisch steuerbare Antriebseinheit 7a in Form eines elektrischen Spindeltriebs, eines hydraulischen Hubantriebs oder dergleichen.
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Auf dem Maschinenoberteil 5 sitzt eine im Arbeitsbetrieb stationäre Hubkurve 8. Die Hubkurve 8 ist mittels eines Lagers 9, das beispielsweise ein Axialwälzlager ist, bezüglich ihrer Höhenlage an das drehbare Maschinenoberteil 5 gekoppelt und bezüglich ihrer Drehlage davon entkoppelt. Zur Stabilisierung der Hubkurve 8 in fester Drehlage ist eine mit der Hubkurve 8 vertikal bewegliche Drehmomentstütze 10 vorhanden. Diese umfasst beispielsweise eine vertikale Linearführung 10a im Bereich einer äußeren Verankerung 10b.
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Mit der Hubeinrichtung 7 lassen sich das Maschinenoberteil 5 und die Hubkurve 8 gemeinsam um einen vertikalen Anpassungshub 11 bezüglich des Behältertisches 3 verstellen, um den vertikalen Arbeitsbereich aller Einspannstationen 4 an die Höhe der zu behandelnden Behälter 2 anzupassen.
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Die Einspannstationen 4 umfassen je ein Zentrierelement 12 zum vertikalen Einspannen eines Behälters 2 an seinem Mündungsbereich 2a, vertikale Linearführungen 13 für die Zentrierelemente 12 und um horizontale Achsen 14a drehbare Steuerrollen 14, die an der Hubkurve 8 entlanglaufen. Die Zentrierelemente 12 erlauben eine Drehung der eingespannten Behälter 2 um ihre Längsachse.
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Beim Entlanglaufen an der Hubkurve 8 bewirken die Steuerrollen 14 einen vertikalen Arbeitshub 15 der Zentrierelemente 12. Bei demzufolge abgesenkten Zentrierelementen 12 sind die Behälter 2 für das Bedrucken oder Etikettieren auf bekannte Weise zentrisch auf Drehtellern 16 stehend eingespannt. Bei angehobenen Zentrierelementen 12 können die Behälter 2 an die Einspannstationen 4 übergeben und aus diesen entnommen werden. Die Drehteller 16 sind beispielsweise von je einem separaten Servomotor (auf nicht dargestellte und an sich bekannte Weise) angetrieben.
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Die Amplitude des Arbeitshubs 15 ist von der Hubkurve 8 fest vorgegeben. Nichtsdestoweniger lässt sich der Arbeitshub 15, und damit der vertikale Arbeitsbereich der Zentrierelemente 12, durch Anheben oder Absenken der Hubkurve 8 um den Anpassungshub 11 nach oben oder unten verschieben. Die zentrale Hubeinrichtung 7 ermöglicht somit eine flexible und schnelle Anpassung des vertikalen Arbeitsbereichs an die Höhe des zu bedruckenden Behältertyps und somit eine einfache und identische Formatanpassung aller Einspannstationen 4.
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Die Linearführungen 13 umfassen Schienen 13a und Schlitten 13b, an denen die Zentrierelemente 12 und die Steuerrollen 14 beispielsweise mittels Tragarmen 13c, 13d oder dergleichen befestigt sind.
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Das Maschinenoberteil 5 nimmt wenigstens eine Steuer- und/oder Versorgungseinheit 17 für die Drehteller 16 und/oder die Zentrierelemente 12 auf. Letztere sind beispielsweise pneumatisch versorgt, um die Behälter 2 während der Behandlung gezielt mit einem inneren Überdruck zu beaufschlagen, und um auf diese Weise mechanisch labile Behälterwände zu stützen.
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Mit einer Druckluftbeaufschlagung lässt sich vermeiden, dass die Behälterwände beim Einwirken der Einspannkraft einknicken. Außerdem können zuvor, beispielweise beim Transport in Kartons, eingebeulte Behälterwände wieder nach außen gedrückt werden, so dass die Behälter 2 im Wesentlichen wieder ihre ursprüngliche Form nach Herstellung in der Blasform oder dergleichen annehmen. Tintenstrahl-Druckköpfe können dann genauer und mit geringerem Abstand zur Behälterwand positioniert werden. Dadurch wird die Druckqualität verbessert und Ausschuss reduziert. Zudem lässt sich verhindern, dass prozessbedingte Nebenprodukte, beispielsweise Drucknebel, Dämpfe oder Aerosole, in den Behälter durch Undichtigkeiten eindringen und später das Füllgut kontaminieren.
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Beispielhaft ist in der 1 ein stationäres Behandlungsaggregat 18, beispielsweise für den Direktdruck oder die Etikettierung der Behälter 2, in der Peripherie des Behältertisches 3 angedeutet.
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Die Einspannstation 4 ist vorzugsweise als Modul ausgebildet mit einem selbsttragenden Gestell 19, an dem beispielsweise die Schiene 13a der Linearführung 13 befestigt ist. Das Gestell 19 kann vorzugsweise auf dem Behältertisch 3 befestigt werden.
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Die 2 verdeutlicht den Steuermechanismus der Einspannstation 4 der ersten Ausführungsform in größenmaßstäblicher Darstellung. Am Schlitten 13b der Linearführung 13 ist ein äußerer Tragarm 13c zum Halten des Zentrierelements 12 ausgebildet sowie innere Tragarme 13d, die mittels einer Zugfeder 21 aufeinander zu vorgespannt sind. An den inneren Tragarmen 13d ist jeweils ein Lager 22 für je eine Steuerrolle 14 ausgebildet. Folglich werden die Steuerrollen 14 mit Hilfe der Zugfeder 21 beidseitig gegen die Oberseite 8a und die Unterseite 8b der dazwischen liegenden Steuerkurve 8 gedrückt. Dies ermöglicht einen spielfreien Hub des Zentrierelements 12 dem Verlauf der Steuerkurve 8 folgend.
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Ebenfalls denkbar wäre, dass auf der Oberseite 8a der Steuerkurve 8 laufende Steuerrollen 14 ausschließlich durch deren Gewicht, also mittels Schwerkraft, angedrückt werden.
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Am Zentrierelement 12 ist ein Druckanschluss 12a für eine Druckluftzufuhr und ein Druckluftauslass 12b ins Innere eines eingespannten Behälters 2 beispielsweise an einem Einspannkonus 12c ausgebildet, um dünnwandige Behälter bei der Behandlung mechanisch zu stabilisieren. Die pneumatische Versorgung der Zentrierelemente 12 ist jedoch lediglich optional. Nichtsdestoweniger kann der Einspannkonus 12c des Zentrierelements 12 mittels pneumatischer Feder am Behälter 2 angepresst werden. Dies ermöglicht das Einstellen / Anpassen der Einspannkraft. Zudem wirken sich Maßtoleranzen der Behälter 2 bei einer pneumatischen Feder nicht auf die Einspannkraft aus.
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Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform liegt die Hubkurve 8 zwischen der Maschinenachse 1a und den Einspannstationen 4. Dies ermöglicht eine besonders kompakte koaxiale Anordnung des Maschinenoberteils 5, der Hubkurve 8 und der Einspannstationen 4. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise könnte die Hubkurve 8 im Wesentlichen über dem Teilkreis der Einspannstationen 4 verlaufen, also im Längsschnitt gesehen in deren vertikaler Verlängerung. Auch in diesem Fall ließen sich beidseitig an der Steuerkurve 8 laufende Steuerrollen 14 zur Hubsteuerung der Zentrierelemente 12 einsetzen.
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Die 3 verdeutlicht in schematischer Darstellung den Aufbau von Einspannstationen 24 einer zweiten bevorzugten Ausführungsform. Demnach umfassen die Einspannstationen 24 ebenso Linearführungen 13 mit Schienen 13a und daran verschiebbaren Schlitten 13b sowie äußere Tragarme 13c für die Zentrierelemente 12.
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Allerdings sind an den Schlitten 13b ausschließlich Steuerrollen 14 gelagert, die auf der Oberseite 8a der Steuerkurve 8 entlang laufen. Die Steuerrollen 14 werden dann von einer mechanischen Druckfeder 25 oder einem pneumatischen Antrieb 26 nach unten gegen die Oberseite 8a der Steuerkurve 8 gedrückt.
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Die 4 verdeutlicht in schematischer Darstellung den Aufbau von Einspannstationen 34 einer dritten bevorzugten Ausführungsform. Demnach umfassen die Einspannstationen 34 ebenso Linearführungen 13 mit Schienen 13a und daran verschiebbaren Schlitten 13b sowie äußere Tragarme 13c für die Zentrierelemente 12.
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Allerdings sind mit dem Zentrierelementen 12 ausschließlich Steuerrollen 14 verbunden, die auf der Unterseite 8b der Steuerkurve 8 entlang laufen. Die Steuerrollen 14 werden dann von einer mechanischen Druckfeder 35 nach oben gegen die Unterseite 8b der Steuerkurve 8 gedrückt.
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Zur Abstützung der mechanischen Druckfedern 35 ist als Bestandteil des Maschinenoberteils 5 eine Mitnehmerscheibe 36 ausgebildet. Die Steuerrollen 14 sind dann mittels Hubstangen 37, die durch die Mitnehmerscheibe 36 geführt sind, mit den Zentrierelementen 12 verbunden. Die Hubstangen weisen zu Montagezwecken vorzugsweise eine Verbindungs-/Trennstelle 37a auf.
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Die Hubkurve 8 ist wiederum mittels des Lagers 9, das beispielsweise ein Axialwälzlager ist, bezüglich ihrer Höhenlage an das drehbare Maschinenoberteil 5 mit der Mitnehmerscheibe 36 gekoppelt und bezüglich ihrer Drehlage davon entkoppelt. Dadurch bleibt die Vorspannung der Druckfeder 35 beim Anheben/Absenken der Hubkurve 8 unverändert.
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Das Maschinenoberteil 5 und das Lager 9 wurde in der 3 der Einfachheit halber weggelassen.
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Die Zufuhr der Behälter 2 zur Behandlungsmaschine 1, die Behandlung der Behälter 2 und der Behälterauslauf erfolgen auf an sich bekannte Weise und vorzugsweise bei kontinuierlicher Drehung des Behältertisches 3.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013217657 A1 [0003]
- DE 102009005180 A1 [0004]
- EP 2387534 B1 [0004]