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Die
Erfindung betrifft einen internen Tubendosierer mit Kolben und Ventil
für Tuben aus Aluminium oder Kunststoff, der auch in den
Hals von Flaschen aus Kunststoff eingesetzt werden kann zum Spenden
einer ganz bestimmten, definierten Menge Creme beim Drücken
einer Tube bzw. einer Flasche, wobei es sich um kosmetische, medizinische,
technische und sonstige Cremes und Pasten handeln kann. Beispielsweise
will man Hormoncremes für die Haut zur Behandlung im Klimakterium
sehr genau dosieren, da sonst die Gefahr der Entstehung von Krebs besteht.
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Bekannte
Dosierer für Tuben sind in der Regel Pumpdosierer, wie
sie von Seifenspendern her bekannt sind. Deren Dosiergenauigkeit
ist für medizinische Zwecke nicht ausreichend.
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Bekannt
sind zum Beispiel Tubenspender für zwei Komponenten nach
EP 0 561 719 B1 ,
bei dem jedoch keinerlei Dosierrungen bestimmter Stranglängen
von Creme stattfinden. Des Weiteren ist ein Tube Dispenser nach
EP 0 508 168 B1 bekannt,
bei dem es jedoch um die Geometrie der Tubenschulter und den Rücksaugeffekt
von Creme geht. Letztlich sind Dosierer nach
US 2006/0169716 A1 bekannt,
die sich mit dem Ausquetschen von restlicher Zahncreme aus Tuben
befassen.
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Für
Konsumenten-Anwendungen, wie zum Beispiel für Haarfärbemittel
ist es lästig, die Aktivierung des Dosiersystems mit dem
Zuschrauben der Kappe zu erledigen.
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Ziel
dieser Erfindung ist es, eine Lösung zu finden, die es
ermöglicht, im Bereich von 1 bis +–5% sehr genau
dosieren zu können. Die Aktivierung des Dosierers soll
sehr einfach und automatisch nach jedem Dosieren erfolgen. Die Technik
dazu soll möglichst im Hals der Tube und kaum oder unsichtbar
für den Anwender angebracht sein.
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Die
gestellte Aufgabe wird entsprechend dem Hauptanspruch und seiner
Nebenansprüche gelöst. Dazu wird in dem Hals einer
Tube oder Flasche eine Dosierhülse eingepasst oder eingeformt,
in deren vorderem Ende eine äußere Queröffnung
eingebracht ist, die in einem Ringraum zwischen der Dosierhülse
und dem Hals mündet. In das hintere Ende dieser Dosierhülse
ist eine innere Queröffnung mit beliebigem Querschnitt
eingebracht, die mit den Innenraum der Tube bzw. Flasche verbunden
ist, da durch die Erhöhungen auf der Dosierhülse
ein radialer Abstand zum Hals der Tube eingestellt ist.
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In
die Dosierhülse sind zwei in definierten Grenzen abhängig
bewegbare, mechanisch gesteuerte und gekoppelte Kolben montiert.
Erstens ist darin ein äußerer Kolben mit einer
zum Innenraum hin gerichteten Kolbenstange bewegbar angeordnet.
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Zweitens
soll sich auf der Kolbenstange ein innerer Kolben mit seiner Bohrung
zwischen zwei Anschlägen bis zu einem definierten Abstand
zueinander bewegen.
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Um
die Kolben nun nach dem Spenden automatisch in die Ausgangsposition
zurück zu befördern sind erfindungsgemäß zwei
Lösungen vorgeschlagen:
- 1. Zwischen
dem Boden und dem äußeren Kolben ist eine Druckfeder
eingesetzt.
- 2. Eine sich am inneren Ende der Dosierhülse abstützende
Zug- und/oder Druckfeder ist am inneren Ende der Kolbenstange befestigt.
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Je
nach Bauweise des erfindungsgemäßen Tubendosierers
kann eine solche Druckfeder, die Zugfeder oder eine Zug-Druckfeder
aus einem nichtrostenden Metall, aus einem Kunststoff oder aus einem
Elastomer hergestellt sein. Als Kunststoff kommen vor allem POM
und PA infrage.
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Die
Druck- bzw. Zugfeder löst praktisch den ersten Takt des
Dosierens aus, sie stellt Arbeitsbereitschaft her. Sie schiebt oder
rastet den äußeren Kolben hinter die innere Queröffnung
bis an einen inneren Anschlag in der Dosierhülse. Die Feder
kann, wie gesagt aus nichtrostendem Metall, aber auch aus Kunststoff
oder einem Elastomer hergestellt sein.
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Die
Dosierhülse selbst besitzt außen in dem Bereich
zwischen der äußeren Queröffnung und
der inneren Queröffnung eine oder mehrere Erhöhungen in
der Form einer Montagehülse, von Stegen oder Ähnlichem,
damit die Dosierhülse in dem größeren Innendurchmesser
des Halses gehalten werden kann und ein Ringraum im vorderen Bereich
entstehen kann. Bei zugeschraubter Kappe presst man eine Wand oder
einen Bund auf das Ringventil.
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Beim
Dosieren wird der äußere Kolben von der unter
Druck stehenden Creme, die in die innere Querbohrung einströmt,
in Richtung der Austrittsöffnung geschoben. Dabei zieht
nach Überwindung des maximalen Hubes des inneren Kolbens,
der dem Abstand der beiden Anschläge auf der Kolbenstange entspricht,
der innere Anschlag den inneren Kolben gegen die Federkraft der
Druck- und/oder Zugfeder in Richtung der Austrittsöffnung
mit.
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Das
ist schon der Dosiervorgang selbst, da ja nun der innere Kolben
gegen die zuvor in die Dosierkammer geströmte und damit
vordosierte Creme drückt und selbige über die äußere
Queröffnung der Dosierhülse und den Ringraum in
die Mischkammer und dann über ein federnd nach außen
gewölbtes Ringventil nach außen fließt.
Der daran angeformte, so genannte Ventilschirm federt beim Spenden
von der Außenseite der Dosierhülse nach vorn hin
ab und gibt so einen Ringspalt frei.
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Der äußere
Kolben wurde zuvor in Richtung des äußeren Anschlages
gedrückt. Seine Vorwärtsbewegung stoppt, wenn
er die Druckfeder weitgehend zusammengedrückt hat, die
sich in der wichtigsten Ausführungsform sich am Boden der
Dosierhülse abstützt.
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Genau
dann nämlich strömt in Sekundenbruchteilen die
Creme seitlich aus, da der innere Kolben nach vorn gedrückt
wird. Er besitzt einen Bohrung und möglichst noch eine
kleine Kolbenmanschette zur besseren Abdichtung auf dem...
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Nachdem
die Dosierkammer durch den weiteren Vortrieb des inneren Kolbens
nach vorn geleert ist, drückt letzterer gegen den äußeren
Anschlag auf der Kolbenstange in Richtung des äußeren
Kolbens. Das später noch genauer beschriebene, weichelastische
Ringventil federt dabei von der Mischkammer weg.
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Es
soll jedoch noch einmal auf den Beginn des Dosiervorganges gesehen
werden:
Der innere Kolben verharrt zu Beginn des Dosiervorganges
in seiner Endposition im inneren Ende der Dosierhülse,
da der Druck der Creme gleichzeitig auf die innere Seite und über
die innere Querbohrung auf die äußere Seite des
Kolbenbodens drückt, damit heben sich die Drücke
auf. Eine sehr flach ausgelegte Erhöhung, ein Schnappring
oder Schapppunkte innerhalb der Dosierhülse, gelegen etwa
an der äußeren Seite des inneren Kolbens lässt
ihn dort in der Anfangsphase sicher verharren.
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Zusätzlich
sichert ein Anschlagbund innerhalb der Dosierhülse den
inneren Kolben in seiner Endlage und verhindert das Rutschen in
den Innenraum. Der Druck der Creme wirkt nun über die innere Queröffnung
auf die innere Seite des äußeren Kolbens, bis
er den äußeren Anschlag erreicht hat. Der innere
Kolben sollte zur Abdichtung gegenüber dem dünneren
Bereich der Kolbenstange eine zum Innenraum hin gerichtete, kleine
Manschette haben. Der innere Kolben könnte auch aus einem
Elastomer, wie TPE oder TPV hergestellt sein, er wäre so
perfekt elastisch und dicht.
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Der
innere Kolben wandert nun bis an den äußeren Anschlag
auf der Kolbenstange, womit das genau durch den Hub definierte Volumen
gespendet ist und durch den Ringsspalt zwischen Dosierhülse und
Hals in einen Ringraum, in eine so genannte Mischkammer gedrückt
wurde. Um nun die Creme ohne jeglichen Rest an der Mündung
sauber dosiert aus der Tube zu spenden, ist eine spezielle Mischdüse
mit einem hülsen- oder scheibenförmigen, ebenen oder
welligen Ringventil erdacht worden:
In einer ersten Ausführung
ist an der Stirnseite der Dosierhülse diese Mischdüse
dicht befestigt, an dessen Stirnseite wiederum eine gelochte Ventilscheibe, ein
so genanntes Ringventil mit einem Ventilschirm aus einem elastischen
Material angeformt oder befestigt ist.
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Das
weichere Ringventil soll vorzugsweise im Zweikomponenten-Spritzgießverfahren
an die härtere Hülse der Mischdüse angeformt
werden. Die Mischdüse kann jedoch auch zusammen mit dem Ringventil
einteilig aus einem weichen Kunststoff hergestellt sein, zum Beispiel
aus TPE, TPV oder aus Silikon.
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Anstelle
des Ringventils kann auch der vordere Teil der Mischhülse
aus einem weichelastischen Material sein. Dafür oder für
das Ringventil wird ein TPE, TPV oder ein Silikon vorgesehen.
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Dessen
Montage kann direkt auf die Dosierhülse erfolgen oder von
einem Klemmring unterstützt werden, der an dem Ende dieser
weichelastischen Mischdüse angeformt ist.
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Die
Dosierhülse besitzt außen wenigstens einen Sperrbund,
der die Creme nicht ungewollt durch den Ringspalt zwischen dem Hals
und der Dosierhülse fließen lässt.
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Bei
Druck auf die Tube oder Flasche federt die Öffnung des
Ringventils bzw. seines Ventilschirmes von der Außenseite
der Dosierhülse ab und gibt einen Ringspalt frei.
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Die
vordere Austrittsöffnung des Ringventils wird nach dem
Spenden, wenn der Druck auf die Tube nachgelassen hat, von dem nach
innen zurück auf die Dosierhülse federnden Ventilschirm
des Ringventils verschlossen.
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Damit
werden alle Auflagen der Keimfreiheit eines Spenders für
medizinische Cremes, wie für Testosteron- oder Östrogencremes
oder für Augensalben erfüllt.
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Außerdem
gibt es mit dieser Technik keinen so genannten „Rücksang-Effekt",
es wird keine mit Keimen belastete Creme, die sich schon auf der
Haut befand in den Spender zurück gesaugt – eine
der wichtigsten Forderungen der Pharmahersteller überhaupt.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass der Anwender durch die automatisch zurückfedernden
Kolben keinerlei Handhabungen, wie das Betätigen von Stellringen
usw. ausführen muss, die Handhabung ist einfach und sich
selbst erklärend. Das ist besonders für ältere,
debile Menschen wichtig.
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Weitere
Ausführungen sind den nachfolgenden Beispielen und den 1 bis 23 zu
entnehmen.
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Dabei
zeigen:
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1 bis 3 – Einen
Tubendosierer, Kappe geschlossen,
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4 bis 6 – Einen
Tubendosierer ohne Kappe, Druckferder vor dem äußeren
Kolben, unmittelbar „Vor dem Spenden",
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7 bis 9 – Einen
Tubendosierer, dessen äußerer Kolben etwas nach
vorn gedrückt wurde: „Dosierkammer füllen"
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10 bis 12 – Einen
Tubendosierer, dessen äußerer Kolben maximal bis
an die äußere Begrenzung gedrückt wurde,
wobei der innere Kolben mitgezogen wurde: „Dosierkammer
gefüllt",
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13 bis 15 – Einen
Tubendosierer, dessen innerer Kolben Nach vorn geschoben wird: „Beim
Spenden"
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16 bis 18 – Einen
Tubendosierer, dessen äußerer Kolben maximal bis
an die äußere Begrenzung gedrückt wurde,
wobei der innere Kolben am Ende des Spendevorganges an den äußeren Anschlag
der Kolbenstange gedrückt wurde: „Spendevorgang
abgeschlossen"
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19 bis 20 – Ein
Ringventil und eine Dosierhülse einzeln,
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21 bis 23 – Einen
Tubendosierer mit einer Zug-Druckfeder am Ende der Kolbestange, dessen äußerer
Kolben etwas nach vorn gedrückt wurde: „Dosierkammer
füllen"
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1 zeigt
eine Darstellung eines Tubendosierers mit zugeschraubter Kappe 18 auf
einer Tube 2 in der Seitenansicht.
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Die 2 bis 3 zeigen
zwei Schnitte durch diesen Tubendosierer mit Tube 2 mit
zugeschraubter Kappe 18. Dabei ist an der Austrittsöffnung 8 der
Mischdüse 30, die als Ringraum 7 bzw. als
Mischkammer 31 ausgebildet ist, ein Ringventil 40 zu
sehen. Der äußere Kolben 12 und der innere, mitgeschleppte
Kolben 15 sind durch eine sich am Boden 20 einer
Dosierhülse 4 abstützende Drückfeder 19 ganz
nach innen bis an einen inneren Anschlagbund 47 in der
Dosierhülse 4 geschoben.
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In
den Hals 1 einer Tube 2 ist die Dosierhülse 4 mit
ihren Stegen 24 mit zwei Sperrbunden 36 dichtend
so eingepresst worden, dass sich der Ringraum 7 ergibt,
der teilweise von den Stegen 24 durchzogen ist.
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In
den vorderen Bereich 5 der Dosierhülse 4 sind
zwei äußere Queröffnungen 6, 6' eingebracht, die
in einem Ringraum 7 zwischen der Dosierhülse 4 und
der Mischdüse 30 münden, die in einem
radialen Abstand B zur Hülse 46 der Mischkammer 31 darstellt.
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An
die Stirnseite 37 der Mischdüse 30 ist
im 2K-Verfahren ein scheibenförmiges Ringventil 40 aus einem
TPV der Shore-A-Härte 30 mit einem ebenen Ventilschirm 44 mit
der mittigen Austrittsöffnung 8 angeformt. in
das hintere Ende 9 der Dosierhülse 4 sind zwei
innere Queröffnungen 10, 10' mit einem
rechteckigem, verrundeten Querschnitt eingebracht, die in den Innenraum 11 der
Tube 2 hinein ragen bzw. über die nach innen offenen
Stege 24 eine Verbindung dorthin haben.
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In
die Dosierhülse 4 sind zwei, in den definierten
Grenzen H abhängig bewegbare Kolben 12 und 15 montiert.
Erstens ist darin ein äußerer Kolben 12 mit
einer zum Innenraum 11 hin gerichteten Kolbenstange 13, 13' bewegbar
angeordnet. Die Manschette 12' weist in die gleiche Richtung.
Zweitens bewegt sich auf dem etwas dünneren Bereich der Kolbenstange 13' die
Bohrung 14 eines inneren Kolbens 15 zwischen zwei
Anschlägen 16 und 17 bis zu einem definierten
Abstand A = H zueinander.
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Die
Druckfeder 19 löst nach dem Abschrauben der Kappe 18 praktisch
den ersten Takt des Dosierens aus, sie stellt die Arbeitsbereitschaft
her. Sie schiebt den äußeren Kolben 12 nach
innen, der wiederum mit dem äußeren Anschlag 16 an
seiner Kolbenstange 13 den inneren Kolben 15 hinter
eine sehr kleine, hinter der inneren Queröffnung 10, 10' liegenden
Erhöhung 21 in der Dosierhülse 4 gerastet
wird. Wichtig ist auch ein, nur wenige Zehntel Millimeter hohe,
innerer Anschlagbund 47, damit der innere Kolben 15 nicht
in den Innenraum 11 gleiten kann.
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Die
Dosierhülse 4 selbst besitzt in dem Bereich 23 zwischen
der äußeren Queröffnung 6 und der
inneren Queröffnung 10, 10' eine Erhöhung 24 in der
Form einer Montagehülse 24, damit die Dosierhülse 4 in
dem größeren Innendurchmesser des Halses 1 gehalten
werden kann und der für die Funktion notwendige Ringraum 7 im
vorderen Bereich entstehen kann. Bei zugeschraubter Kappe 18 presst
dessen Innenseite 25 gegen das Ringventil 40,
um eine perfekte Abdichtung zu sichern.
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Die 4 bis 6 zeigen
einen Tubendosierer mit abgenommener Kappe 18 und mit den
beiden Kolben 12 und 15, die in ihrer Endposition
links und rechts neben den inneren Queröffnungen 10, 10' positioniert
sind. Wenn man auf die Tube 2 drückt, wird entsprechend
der 7 bis 9 die Creme in die beiden inneren
Queröffnungen 10, 10' gepresst. Dadurch
wird der innere Kolben 15 von beiden Seiten mit Druck beaufschlagt,
wodurch sich die Drücke aufheben und er in seiner Endposition
stehen bleibt. Unterstützt wird dieser Vorgang durch vier
sehr kleine Schnapppunkte 21 in der Dosierhülse 4 zwischen
der inneren Querbohrung 10 und dem inneren Kolben 15.
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Dagegen
drückt die Creme nun auf die Innenseite des äußeren
Kolbens 12 und dieser lässt ihn zunächst
um die Weglänge seines Hubes H nach außen wandern,
siehe 10 bis 12.
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Anschließend
nimmt der innere Anschlag 17 am inneren Bereich 13' der
Kolbenstange 13, die durch die Bohrung 14 des
inneren Kolbens 15 verläuft, selbigen in Richtung
der äußeren Queröffnung 6 mit,
bis der äußere Kolben 12 an der nun komprimierten
Druckfeder 19 angekommen ist. Der Dosierraum 26 ist
schon vorher mit Creme gefüllt worden. Dadurch wurde bis
in das technische System dieser beiden gekoppelten Kolben 12 und 15 mit
der nicht komprimierbaren Creme in dessen Mitte, nämlich
in der Dosierkammer 26, komplett nach außen geschoben.
Der weiter anliegende Druck der Creme auf dem inneren Kolben 15 sorgt
dafür, dass er entsprechend der 13 bis 15 in
Richtung des äußeren Kolbens 12 gepresst
wird. Seine Bohrung 14 dichtet gegenüber dem dünneren
Bereich 13' mit Hilfe einer kleinen Manschette 15' perfekt
ab. Dabei federt das Ringventil 40 von der Außenseite 42 der
Dosierhülse ab und gibt so einen Ringspalt 49 aus
der Mischdüse 30 nach außen hin frei.
Nachdem der Druck auf die Tube 2 nachlässt, federt
das Ringventil 40 wieder die Mischkammer 31 abdichtend
auf die Außenseite 42 der Dosierhülse 4 und
verhindert so ein Zurücksaugen von kontaminierter Creme.
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In
den 16 bis 18 ist
der innere Kolben 15 bis an den äußeren
Anschlag 16 der Kolbenstange 13 gepresst worden,
wodurch die dosierte Crememenge über die äußere
Queröffnung 6 und den Ringraum 7 in die
Mischkammer 31 hinein aus der Austrittsöffnung 8 ausgepresst
wurde, die exakt dem Hub H multipliziert mit dem vierten Teil des
Quadrates des Innendurchmessers der Dosierhülse 4 entspricht.
Die Dosiergenauigkeit ist also extrem hoch.
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An
der Stirnseite 27, auf dem vorderen Bereich 28 der
Dosierhülse 4 oder an bzw. auf dem Blindgewinde 35 ist
eine Mischdüse 30 dicht befestigt, die in einem
radialen Abstand B die seitlichen Ausgangsöffnungen 6, 6' der
Dosierhülse 4 umgibt und die in einem axialen
Abstand C zur Außenseite 42 der Dosierhülse 4 eine
Mischkammer 31 bildet, die eine zur Hauptachse 32 koaxiale,
vordere Austrittsöffnung 8 besitzt.
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Die
Austrittsöffnung 8 des Ringventils 40 wird
nach dem Spenden von dem wieder nach innen gefederten Ventilschirm 44 des
Ringventils 40 abgedichtet.
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Die
Druckfeder 19 sorgt dafür, dass das Kolbenpaar 12, 15 wieder
in Richtung des Innenraums 11 gedrückt wird.
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In 19 ist
ein einzelnes Ringventil 40 dargestellt, dessen scheibenförmiger
Ventilschirm 44 in der abgefederten Position gezeigt wird.
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Die 20 zeigt
die Dosierhülse 4 mit ihren beiden Sperrbunden 36,
die das Ausdrücken der Creme über diesen Bereich
verhindern. Die Stege 24 zentrieren die Dosierhülse 4 im
Hals 1 der Tube 2.
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In
der Position: „Dosierkammer füllen" zeigen die 21 bis 23 einen
Tubendosierer mit einer Zug-Druckfeder 19 am Ende 17 der
Kolbestange 13'. Hier ist eine ganz andere Aufhängung
der Zug-Druckfeder 19 als in den vorherigen Figuren dargestellt.
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Die
Arbeitsphasen sind jedoch denen der vorherigen absolut vergleichbar.
Die Druck-Zugfeder 19 wird zuerst bis zu ihrer Mitte hin
gedrückt und dann durch sich selbst hindurch nach außen
hingezogen. Der äußere Kolben 12 ist
in dieser Position schon etwas nach vorn gedrückt worden.
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- 1
- Hals
- 2
- Tube
- 3
- Flasche
- 4
- Dosierhülse
- 5
- Vorderes
Ende
- 6
- äußere
Queröffnung
- 6'
- äußere
Queröffnung
- 7
- Ringraum
- 8
- Austrittsöffnung
- 8'
- Außenseite
- 9
- hinteres
Ende
- 10
- Innere
Queröffnung
- 10'
- innere
Queröffnung
- 11
- Innenraum
- 12
- äußerer
Kolben
- 12'
- Manschette
- 13
- Kolbenstange
- 13'
- innerer
Bereich
- 14
- Bohrung
- 15
- innerer
Kolben
- 15'
- kleine
Manschette
- 16
- äußerer
Anschlag
- 17
- Innerer
Anschlag
- 18
- Kappe
- 19
- Druckfeder
und/oder Zugfeder
- 20
- Boden
der Dosierhülse
- 21
- Erhöhung,
Schnappring, Schnapppunkt
- 22
- Innenseite
- 23
- Bereich
- 24
- Erhöhung,
Montagehülse, Stege
- 25
- Innenseite
der Kappe
- 26
- Dosierraum
- 27
- Stirnseite
des Halses
- 28
- Vorderer
Bereich der Dosierhülse
- 29
- Stirnseite
des Kobenanschlags
- 30
- Mischdüse
- 31
- Mischkammer,
elastisch oder starr
- 32
- Hauptachse.
- 33
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- 34
- Boden
des äußeren Kolbens
- 35
- Blindgewinde
- 36
- Sperrbund
auf der Dosierhülse
- 37
- Stirnseite
der Mischkammer
- 38
- Erhöhung
für den äußeren Kolben
- 40
- Ringventil,
Hülsenventil
- 41
- Innenseite
des Ringventils
- 42
- Außenseite
der Dosierhülse
- 43
- Außenseite
des Ringventils
- 44
- Ventilschirm
- 45
- Klemmring
für Mischdüse
- 46
- Hülse
der Mischdüse, starr oder elastisch
- 47
- Anschlagbund
in der Dosierhülse
- 48
- Anschlag
in der Kappe
- A
- Abstand
- H
- Hub
- B
- radialer
Abstand
- C
- axialer
Abstand
- D
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0561719
B1 [0003]
- - EP 0508168 B1 [0003]
- - US 2006/0169716 A1 [0003]