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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zur dosierten Abgabe von
Flüssigkeiten.
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Ventilanordnungen
für unter
Druck stehende Fluidbehälter,
beispielsweise Aerosolbehälter
sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt.
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Bei
den bekannten Dosierventilen, wie sie bei Asthmasprays oder dergleichen
Verwendung finden, wird das auszugebende Volumen durch ein Flüssiggas
verdrängt.
Die Flüssigkeit
wird durch den Gasdruck ausgetrieben. Das Produkt ist in dem Gehäuse zwar
gegenüber
der Umgebung abgeschottet, es kommt aber mit dem Treibgas in Kontakt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosierventil für einen
Fluidbehälter
zu schaffen, bei dem die Flüssigkeit
ohne Treibgaszusatz in einer dosierten Menge ausgegeben werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen aus Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Ventil
zur dosierten Abgabe von Flüssigkeiten
gemäß Anspruch
1 umfasst
- – ein
Ventilgehäuse,
das in eine Öffnung
eines Fluidbehälters
dichtend einsetzbar ist,
- – einen
Ventilkolben, der in dem Ventilgehäuse geführt ist und mindestens einen
Kolbenkanal aufweist,
- – einen
Stopfen, der dichtend in dem Ventilgehäuse an einer Eingangsöffnung des
Ventilgehäuses anliegt,
- – eine
untere Feder, welche zwischen Ventilkolben und Stopfen gespannt
ist,
- – einen
Schaftkörper,
der mindestens einen Eingangskanal und einen Schaft mit mindestens
einem Ausgangskanal aufweist, der dichtend geführt aus dem Ventilgehäuse und
im eingesetzten Zustand aus der Öffnung
des Fluidbehälters
herausragt,
- – eine
obere Feder, welche zwischen Ventilkolben und Schaftkörper gespannt
ist,
- – ein
zwischen Schaftkörper
und einem oberen Abschluss des Ventilgehäuses bildbares erstes Volumen,
- – einen
zwischen Schaftkörper
und Stopfen gebildeten Dosierbereich,
wobei durch eine
Betätigung
des Ventils der Dosierbereich mit dem ersten Volumen über den
Eingangskanal des Schaftkörpers
verbindbar ist und durch weitere Betätigung des Ventils der Ausgangskanal des
Schafts mit dem ersten Volumen verbindbar ist.
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Eine
solche Anordnung ermöglicht
es, eine definierte Menge an Flüssigkeit
in das Ventilgehäuse aufzunehmen,
die dann in einer Dosis abgegeben werden kann. Diese Füllung des
Ventilgehäuses kann
durch einen niedrigen hydraulischen Druck eines Zweikammersystems
erbracht werden. Die Flüssigkeitsmenge
wird von dem Volumen des Dosierbereichs bestimmt, welches wiederum
von der Dimensionierung der Bauteile, insbesondere des Ventilgehäuses, des
Ventilkolbens und des Schaftkörpers festgelegt
ist.
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Ein
besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils ist es, dass das
abzugebende Produkt rein mechanisch abgegeben und zerstäubt wird.
Die Zerstäubungsperfomanz
kann durch Einsatz unterschiedlicher Federkräfte beeinflusst werden. Ein Treibgas muss
nicht in dem Fluid eingebunden sein und liegt somit nicht im Ventil
vor. Somit ist das Produkt in einem hermetisch abschließbaren Zweikammersystem
nicht nur vor der Atmosphäre
geschützt, es
kommt auch zu keinem Zeitpunkt in Kontakt mit anderen Substanzen
wie z. B. einem Treibmittel. Außerdem
wird durch den Verzicht auf Treibmittel der Produktionsaufwand verringert.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Dosierbereich zwischen
Ventilkolben und Stopfen ein erstes Teilvolumen und unterhalb sowie
in Fortsetzung des Eingangskanals des Schaftkörpers ein zweites Teilvolumen,
die miteinander verbunden sind.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist der obere Abschluss des Ventilgehäuses eine
obere Dichtung auf. Durch eine Öffnung
des oberen Abschlusses und der oberen Dichtung ist der Schaft geführt. Die
obere Dichtung dichtet sowohl am Schaft zwischen dem Ventilgehäuse und
der Umgebung als auch zwischen dem Innern des Fluidbehälters und der
Umgebung ab.
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Bevorzugt
ist der obere Abschluss ein Einlegeteil, das auf einer Innenstufe
des Ventilgehäuses aufsitzt.
So ist das Einlegeteil in einer definierten Position sicher gehalten.
Das Einlegeteil sorgt für
eine ausreichende Stabilität
während
des Crimpvorganges.
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Bevorzugt
weist das Einlegeteil einen hohlzylindrischen Abschnitt auf, der
sich über
die obere Innenstufe hinaus in das Ventilgehäuse erstreckt und in den der
Schaftkörper
dichtend geführt
ist. Hierbei dient das Einlegeteil der Führung des Schaftes sowie der
Verringerung des ersten Volumens, wodurch ungenutzter Totraum verkleinert
wird.
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Bevorzugt
weist die Öffnung
des Einlegeteils einen größeren Durchmesser
auf, als die Öffnung
der oberen Dichtung. Auf diese Weise ist zum einen die Dichtwirkung
der oberen Dichtung erhöht
und zum anderen kann Flüssigkeit
aus dem Eingangskanal in das erste Volumen bzw. aus diesem in den
Ausgangskanal des Schafts gelangen, wenn die obere Dichtung von
einer entsprechenden Öffnung
bei der Betätigung
des Ventils passiert wurde.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein unterer Abschnitt des Schaftkörpers in
dem Kolbenkanal des Ventilkolbens geführt, in dem das zweite Teilvolumen
definiert ist. In einer alternativen Ausgestaltung weist der Schaftkörper an
seinem zum Ventilkolben weisenden Ende eine zylindrische Aushöhlung auf,
die das zweite Teilvolumen definiert und in die ein oberer Abschnitt
des Ventilkobens eintaucht.
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Bevorzugt
begrenzen eine umlaufende Verringerung des Innendurchmessers des
Kolbenkanals und eine umlaufende Verdickung des unteren Abschnitts
des Schaftkörpers
die Relativbewegung zwischen Ventilkolben und Schaftkörper und
definieren damit die Größe des zweiten
Teilvolumens. In einer alternativen Ausgestaltung begrenzen eine
umlaufende Verdickung des Ventilkobens und ein umlaufender, in die
Aushöhlung
weisender Vorsprung des Schaftkörpers
die Relativbewegung zwischen Ventilkoben und Schaftkörper und
definieren somit die Größe des zweiten
Teilvolumens. Des weiteren wird verhindert, dass der obere Abschnitt
des Ventilkolbens aus der Aushöhlung
des Schaftkörpers
heraustritt und die Bauteile sich in dem Ventilgehäuse verkeilen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist am Umfang des Ventilkobens und/oder
am Umfang des Schaftkörpers
mindestens ein Dichtmittel angeordnet, das mit der Innenwand des
Ventilgehäuses
dichtend zusammenwirkt. Bevorzugt ist das Dichtmittel als eine umlaufende
Dichtlippe oder als ein Dichtring ausgebildet.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Stopfen eine der Eingangsöffnung des
Ventilgehäuses
zugewandte untere Dichtung auf, welche die Dichtwirkung in diesem
Bereich erhöht.
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Bevorzugt
erstreckt sich der Stopfen zumindest mit einem oberen Abschnitt
in den Kolbenkanal des Ventilkolbens. Hierbei dient der Stopfen
der Führung
der unteren Feder sowie der Begrenzung der vertikal ausführbaren
Bewegung des Schaftkörpers.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Schaft mindestens einen
unteren Querkanal auf, der mit dem Eingangskanal verbunden ist und
bei Betätigung
des Ventils mit dem ersten Volumen verbindbar ist.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Schaft mindestens einen
oberen Querkanal auf, der mit dem Ausgangskanal verbunden ist und
bei Betätigung
des Ventils mit dem ersten Volumen verbindbar ist.
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Bevorzugt
verlaufen Eingangskanal und Ausgangskanal voneinander getrennt in
axialer Richtung des Schaftkörpers.
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Bevorzugt
weist das Ventilgehäuse
eine Außenstufe
auf, die im eingesetzten Zustand des Ventils an einem Teil des Fluidbehälters anliegt.
Dadurch lässt
sich die Stabilität
des Ventils axial in Richtung eines Behälters, in den es eingesetzt
werden kann noch weiter erhöhen.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils wird anhand der
nachfolgenden Figuren näher
erläutert:
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1 zeigt
im Schnitt ein erfindungsgemäßes Ventil
in einer ersten Stellung, eingesetzt in einen Ventilteller
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2 zeigt
das Ventil aus 1 in einer Stellung während der
Betätigung.
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3 zeigt
das Ventil aus 1 in einer weiteren Stellung
während
der Betätigung.
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4 zeigt
das Ventil aus 1 in einer letzten Stellung
während
der Betätigung.
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5 zeigt
im Schnitt eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils
in einer ersten Stellung.
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6 zeigt
das Ventil aus 5 in einer Stellung während der
Betätigung.
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7 zeigt
das Ventil aus 5 in einer weiteren Stellung
während
der Betätigung.
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8 zeigt
das Ventil aus 5 in einer letzten Stellung
während
der Betätigung.
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Das
in den 1 bis 8 dargestellte Ventil zur dosierten
Abgabe von Flüssigkeiten
ist in einen Ventilteller 10 eingesetzt, der über eine
Außendichtung 12 an
einen nicht gezeigten Fluidbehälter
angebracht ist. Der Ventilteller 10 weist einen Grund 13 auf,
der zum Zentrum hin in einen vom Fluidbehälter fern, nach oben weisenden
zylindrischen Abschnitt 14 übergeht. In den zylindrischen
Abschnitt 14 ist ein Ventilgehäuse 20 eingesetzt,
das sich nach unten in den Fluidbehälter erstreckt. Am Umfang des
zylindrischen Abschnitts 14 sind mehrere beabstandete Einbuchtungen 15 angeordnet,
die eine umlaufende Außenstufe 25 des
Ventilgehäuses 20 hinter greifen,
wodurch ein Eindrücken
des Ventils in den Fluidbehälter verhindert
wird. Nach oben hin wird das Ventil von einem Deckelabschnitt 16,
der eine waagerecht verlaufende Fortsetzung des zylindrischen Abschnitts 14 ist und
eine Öffnung 11 aufweist,
an seinem Platz gehalten. Die Öffnung 11 in
dem Deckelabschnitt 16 bildet die Öffnung des Fluidbehälters. Durch
die die Außenstufe 25 hintergreifenden
Einbuchtungen 15, den Deckelabschnitt 16 und eine
zwischen Ventilgehäuse 20 und
dem Deckelabschnitt 16 angeordnete obere Dichtung 23 ist
ein dichtes und sicherndes Zusammenwirken zwischen Ventilgehäuse 20 und
Ventilteller 10 geschaffen.
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Das
Ventilgehäuse 20 ist
im Wesentlichen zylinderförmig
und weist neben einer im oberen Bereich zu der Außenstufe 25 gehörenden oberen
Innenstufe 24 zwei weitere gestufte Verjüngungen
auf. Dies sind in einem unteren Bereich des Ventilgehäuses 20 eine
mittlere Innenstufe 26 und eine weiter unterhalb liegende
untere Innenstufe 27. An der unteren Innenstufe 27,
an einem unteren, zum Innern des Fluidbehälters weisenden Ende des Ventilgehäuses 20 ist
eine Eingangsöffnung 21 definiert.
Nach oben hin, d. h. an dem behälterfernen
Ende, ist das Ventilgehäuse
von einem Einlegeteil 22 abgeschlossen, das auf der oberen
Innenstufe 24 aufliegt. Das Einlegeteil 22 und
die darauf angeordnete obere Dichtung 23 werden zwischen
der oberen Innenstufe 24 und dem Deckelabschnitt 16 des
Ventiltellers 10 klemmend gehalten. Das Einlegeteil 22 und
die obere Dichtung 23 weisen eine der Öffnung 11 des Ventiltellers 10 entsprechende Öffnung auf,
wobei der Durchmesser der Öffnung
des Einlegeteils 22 etwas größer ist, als der der oberen
Dichtung 23.
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In
dem Ventilgehäuse 20 sind
ein Schaftkörper 40,
ein Ventilkolben 30 und ein Stopfen 50 angeordnet.
Der Stopfen 50 sowie eine darunter angeordnete untere Dichtung 51 sind
in dem Ventilgehäuse 20 oberhalb
der unteren Innenstufe 27 geführt und liegen bei Betätigung des
Ventils auf dieser Stufe auf. Zum Einlassen von Flüssigkeit
in das Ventilgehäuse 20 wird
der Stopfen 50 angehoben. Um die Flüssigkeit an dem Stopfen 50 und
der unteren Dichtung 51 vorbeizuleiten, weisen der Stopfen
und die Dichtung einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der
Innendurchmesser des Ventilgehäuses 20 in
diesem Bereich. Der Durchmesser des Stopfens 50 und der
unteren Dichtung 51 sind so gewählt, dass der Stopfen 50 bei
Betätigung
des Ventils dichtend an der unteren Innenstufe 27 anliegt
und die Eingangsöffnung 21 verschließt. Alternativ
können
hierzu auch kanalartige Vertiefungen am Innenumfang des Ventilgehäuses 20 oder
am Umfang des Stopfens 50 und der unteren Dichtung 51 vorgesehen
sein.
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Der
Ventilkolben 30 weist an seinem Umfang eine umlaufende
Kolbendichtlippe 34 auf, die dichtend an der Innenwand
des Ventilgehäuses 20 anliegt.
Zwischen dem Ventilkolben 30 und dem Stopfen 50 ist
eine untere Feder 9 angeordnet, die Ventilkolben 30 und
Stopfen 50 gegeneinander vorspannt. In der Ausgestaltung
gemäß 1–4 dient
der Stopfen 50 der Führung
der unteren Feder 9 und erstreckt sich entsprechend in
das Ventilgehäuse 20 hinein.
In diesem Bereich, zwischen Ventilkolben 30 und Stopfen 50 ist
ein erstes Teilvolumen 3 definiert. Durch den Ventilkolben 30 erstreckt
sich in axialer Richtung ein Kolbenkanal 31. Oberhalb der
Kolbendichtlippe 34 weist der Ventilkolben 30 einen
oberen Abschnitt 32 mit geringerem Durchmesser auf, wodurch
eine Stufe 36 gebildet ist.
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In
einem oberen Bereich nahe dem behälterfernen Ende des Ventilgehäuses 20 ist
der Schaftkörper 40 angeordnet,
der an seinem Umfang eine umlaufende Schaftdichtlippe 48 aufweist,
die dichtend an der Innenwand eines hohlzylindrischen Abschnitts 221 des
Einlegeteils 22 anliegt, das sich über die obere Innenstufe 24 hinaus
in das Ventilgehäuse
erstreckt (1–4). In einer
alternativen Ausgestaltung gemäß 5–8 liegt
die umlaufende Schaftdichtlippe 48 an der Innenwand des
Ventilgehäuses 20 an.
Zwischen einer Stufe des Schaftkörpers 40 unterhalb
der Schaftdichtlippe 48 und der Stufe 36 des Ventilkolbens 30 ist
eine obere Feder 8 gespannt. Oberhalb der Schaftdichtlippe 48 weist
der Schaftkörper 40 einen
Schaft 41 mit geringerem Durchmesser auf, wodurch eine
Stufe 411 gebildet ist. Der Schaft 41 ist durch
die Öffnung
des Einlegeteils 22 und der oberen Dichtung 23 sowie
der Öffnung 11 im
Deckelabschnitt 16 des Ventiltellers 10 hindurch
geführt.
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Der
Schaftkörper 40 des
Ventils nach den 1–4 weist
einen unteren Abschnitt 49 mit geringerem Durchmesser auf,
der sich in den Kolbenkanal 31 des Ventilkolbens 30 hinein
erstreckt und dichtend darin geführt
ist. Der Kolbenkanal 31 weist eine umlaufende Verringerung
des Innendurchmessers 38 auf, die mit einer umlaufenden
Verdickung 491 des unteren Abschnitts 49 des Schaftkörpers 40 zusammenwirkt
und eine von der oberen Feder 8 getriebene axiale Verschiebung
des Ventilkolbens 30 und des Schaftkörpers 40 gegeneinander begrenzt.
In dem unteren Abschnitt 49 erstreckt sich ein axialer
Eingangskanal 42, der in zwei untere Querkanäle 43 mündet, die
etwas oberhalb der Stufe 411 des Schaftes 41 aus
diesem herausführen.
Im geschlossenen Zustand des Ventils liegt die Stufe 411 des
Schaftkörpers 40 an
dem Einlegeteil 22 des Ventilgehäuses 20 an. In dieser
Position liegen die Ausgänge
der unteren Querkanäle 43 auf
Höhe des Einlegeteils 22,
unterhalb der oberen Dichtung 23. Der Kolbenkanal 31,
der Eingangskanal 42 und die unteren Querkanäle 43 definieren
ein zweites Teilvolumen 2.
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In
einer alternativen Ausgestaltung (5–8)
weist der Schaftkörper 40 eine
von unten offene, zylinderförmige
Aushöhlung 46 auf,
die sich etwa bis auf Höhe
der Schaftdichtlippe 48 erstreckt. Der obere Abschnitt 32 des
Ventilkolbens 30 erstreckt sich in diese zylindrische Aushöhlung 46 hinein
und ist darin dichtend geführt.
Der obere Abschnitt 32 des Ventilkolbens 30 weist
an seinem oberen Ende eine umlaufende Verdickung 33 auf,
die mit einem umlaufenden, in die zylindrische Aushöhlung 46 weisenden
Vorsprung 47 am unteren Ende des Schaftkörpers 40 zusammenwirkt.
Damit ist eine von der oberen Feder 8 getriebene axiale Verschiebung des
Ventilkolbens 30 und des Schaftkörpers 40 gegeneinander
begrenzt. Im Bereich der umlaufenden Verdickung 33 verläuft ein
konzentrischer Graben 37, der für eine gewisse Elastizität der Verdickung 33 sorgt,
wodurch ein Zusammenstecken des Ventilkolbens 30 und des
Schaftkörpers 40 bei
der Montage des Ventils erleichtert wird. Die zylindrische Aushöhlung 46 setzt
sich nach oben hin in einem axialen Eingangskanal 42 fort.
Zwei untere Querkanäle 43 führen von
dem Eingangskanal 42 nach außen. Im geschlossenen Zustand
des Ventils liegt die Stufe 411 des Schaftkörpers 40 an
dem Einlegeteil 22 des Ventilgehäuses 20 an. In dieser
Position liegen die Ausgänge
der unteren Querkanäle 43 auf
Höhe des
Einlegeteils 22, unterhalb der oberen Dichtung 23.
Die zylindrische Aushöhlung 46,
der Eingangskanal 42 und die unteren Querkanäle 43 definieren
ein zweites Teilvolumen 2.
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In
dem Schaft 41 des Schaftkörpers 40 erstreckt
sich oberhalb des Eingangskanals 42, aber getrennt von
diesem, ein axialer Ausgangskanal 44, der in einer behälterfernen Öffnung des
Schafts 41 mündet.
Am unteren Ende des Ausgangskanals 44 sind zwei obere Querkanäle 45 angeordnet,
die von dem Ausgangskanal 44 nach außen führen. Im geschlossenen Zustand
des Ventils liegen die Ausgänge
der oberen Querkanäle 45 oberhalb
der Öffnung 11 des
Ventiltellers 10.
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In
einer Ausgangsstellung des Ventils gemäß 1 bzw. 5,
d. h. bei Nichtbetätigung
des Ventils liegt die Stufe 411 und damit auch die Schaftdichtlippe 48 des
Schaftkörpers 40 an
dem Einlegeteil 22 des Ventilgehäuses 20 an. Der Schaftkörper 40 und
der Ventilkolben 30 befinden sich durch die obere Feder 8 in
einem maximalen Abstand zueinander. Der Stopfen 50 ist
aufgrund eines Druckes in dem Fluidbehälter gegen die Federkraft der
unteren Feder 9 geöffnet.
Eine zu dosierende und auszutragende Flüssigkeit strömt durch
die Eingangsöffnung 21 an
dem Stopfen 50 vorbei in das Ventilgehäuse ein. Dabei wird ein Dosierbereich
mit Flüssigkeit
gefüllt,
der sich aus dem ersten Teilvolumen 3 zwischen Ventilkolben 30 und
Stopfen 50 und dem zweiten Teilvolumen 2 zusammensetzt.
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Bei
Betätigung
des Ventils, wie in 2 bzw. 6 gezeigt,
wird der Schaftkörper 40 in
Richtung Fluidbehälter
gedrückt.
Dabei wird über
die Federkräfte
der oberen und unteren Feder 8, 9 der Stopfen 50 auf
die untere Innenstufe 27 gedrückt, wodurch die untere Dichtung 51 die
Eingangsöffnung 21 des Ventilgehäuses 20 verschließt. Die
unteren Querkanäle 43 des
Schafts 41 münden
nun unterhalb des Einlegeteils 22. Zwischen Schaftkörper 40 oberhalb der
Stufe 411 und Einlegeteil 22 ist ein erstes Volumen 1 gebildet,
in das Flüssigkeit
einströmt.
Durch druck auf den Schaft 41 werden der Schaftkörper 40 und
der Ventilkolben 30 gegen die Kraft der oberen Feder 8 ineinander
geschoben, wobei Flüssigkeit verdrängt und
Druck im Ventilgehäuse
aufgebaut wird.
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Bei
der Ausgestaltung nach den 1–4 weist
der Stopfen 50 etwa ab Höhe der mittleren Innenstufe 26 vertikale,
kanalartige Vertiefungen 53 auf, die eine Fluidverbindung
zwischen dem ersten Teilvolumen 3 und dem zweiten Teilvolumen 2 sicherstellen,
wenn der Ventilkolben 30 über den Stopfen 30 auf
die mittlere Innenstufe gedrückt wird.
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Eine
weitere Abwärtsbewegung
des Schaftkörpers 40 gemäß 3 bzw. 7 spannt
die obere Feder 8 maximal wodurch zusätzlicher Druck auf die Flüssigkeit
ausgeübt
wird. Das zweite Teilvolumen 2 wird minimiert und das erste
Volumen 1 vergrößert sich
weiter. Infolge weiterer Abwärtsbewegung
des Schaftkörpers 40 passieren
die oberen Querkanäle 45 die
obere Dichtung 23, so dass der Ausgangskanal 44 mit
dem ersten Volumen 1 verbunden wird. Damit sind nun alle
mit Flüssigkeit
gefüllten
Bereiche über
den Ausgangskanal 44 mit der Umgebung verbunden.
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Durch
den aufgebauten Verdrängungsdruck und
Entspannen der oberen Feder 8, die den Ventilkolben 30 bis
zur mittleren Innenstufe 26 des Ventilgehäuses 20 drückt, entweicht
die Flüssigkeit
aus dem Ventil (4 bzw. 8). Nachdem
die dosierte Menge Flüssigkeit
ausgegeben ist, entspannt sich die untere Feder 9 und das
Ventil kehrt in die Ausgangsstellung zurück (1 bzw. 5).