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Die Erfindung betrifft eine Abgabevorrichtung für die dosierte Abgabe einer Flüssiggasformulierung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Abgabevorrichtung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 7.
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Aus der
US 6 345 739 B1 ist eine Abgabevorrichtung mit einem Kolben, welcher als Sperrventil funktioniert, bekannt, um Gas von unterhalb des Kolbens nach oben in die Kammer über dem Kolben strömen zu lassen, während er verhindert, dass das Gas von oberhalb des Kolbens nach unterhalb strömt. Unterhalb des Kolbens befindet sich eine abzugebende Vorratslösung wie zum Beispiel eine wässrige oder alkoholische Lösung oder halbfestes Material. Flüssiggas wird jedoch explizit ausgeschlossen. Oberhalb des Kolbens befindet sich Treibgas. Es ist daher nicht möglich, dass eine Flüssiggasformulierung aus der einen Kammer in die mit dem Treibmittel übergeht, so dass dort stets ein Überdruck vorhanden ist und es immer ausreichend hohe Drücke gibt und die Abgabevorrichtung auf diese Weise restlos geleert werden kann. Weitere Kartuschen zur Aufnahme zweier unterschiedlicher Komponenten sind aus der
DE 77 35 962 U bekannt, welche in zwei durch eine Zwischenwand voneinander getrennten Innenräumen für die Komponenten aufgeteilt sind, sowie aus der
DE 103 26 474 A1 , welche eine Druckbehälter mit einer Füllgutkammer und eine darunter befindliche Treibmittelkammer aufweist.
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Für Nageltreibgeräte mit linearem Verbrennungsmotor werden im allgemeinen Einspritzsysteme in Form von Zweikammer-Aerosolpackungen eingesetzt. Diese Zweikammer-Aerosolpackungen sind in einer ersten Kammer mit einer unter Überdruck stehenden brennbaren Flüssiggasformulierung als Nutzinhalt befüllt. Durch flexible oder bewegliche Trennwände vom Nutzinhalt getrennt befindet sich in einer zweiten Kammer der Aerosolpackungen ein ebenfalls unter Überdruck stehendes Treibgas bzw. Treibgasgemisch, welches gewährleistet, dass die Flüssiggasformulierung bis zur vollständigen Entleerung unter ausreichend hohem Überduck bleibt. Die Aerosolpackungen sind mit einem Dosierventil ausgestattet, wobei pro Betätigung desselben eine exakt dosierte Menge der Flüssiggasformulierung abgegeben wird.
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Ein Problem bei solchen als Einspritzsystem verwendeten Aerosolpackungen besteht in der Lagerhaltung. Bei längerer Lagerung sinkt der erforderliche Arbeitsdruck der Flüssiggasformulierung aufgrund von Diffusionseffekten ab, so dass die Funktion der Aerosolpackung bzw. des dann mit ihr ausgerüsteten Nageltreibgeräts beeinträchtigt wird. Dieses Problem liesse sich im Prinzip durch aufwendigere Konstruktion und entsprechende Wahl der Konstruktionsmaterialien beheben. Dem steht aber entgegen, dass solche Aerosolpackungen in sehr grossen Stückzahlen benötigt werden und der Konstruktions- und Materialaufwand deshalb aus wirtschaftlichen Gründen extrem niedrig gehalten werden muss. Ausserdem muss auch die Befüllung der Aerosolpackungen mit Flüssiggasformulierung und Treibgas mit möglichst geringem Aufwand erfolgen können.
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Durch die vorliegende Erfindung soll nun diese Problematik behoben und eine Abgabevorrichtung der gattungsgemässen Art dahingehend verbessert werden, dass sie mit extrem geringem konstruktiven Aufwand herstellbar und befüllbar ist und trotzdem ohne Druckverlust lange gelagert werden kann.
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Die Lösung dieser der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Ausbildung der Abgabevorrichtung gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der Abgabevorrichtung ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7.
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Weitere zweckmässige und besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das Wesen der erfindungsgemässen Abgabevorrichtung besteht in Folgendem: Die Vorrichtung zur dosierten Abgabe einer Flüssiggasformulierung umfasst einen druckstabilen Behälter mit einem Bördelrand, auf dem ein ein Abgabeventil enthaltender Ventildeckel dicht befestigt ist. Der Behälter ist mit zwei getrennten Kammern ausgestattet, deren eine die Flüssiggasformulierung aufnimmt und mit dem Abgabeventil kommuniziert und deren andere ein unter Überdruck stehendes Treibmedium enthält. Im Behälter ist ein im Wesentlichen dichtend beweglicher Kolben vorgesehen, der den Behälter in die beiden Kammern unterteilt. Das Treibmedium (L) ist Druckluft in Kombination mit einer vergleichsweise geringen Menge (Fü) von Flüssiggasformulierung. Der Bördelrand (2) des Behälters (1) ist als Innenbördelung ausgebildet. Der Kolben ist so ausgebildet ist, dass er ein Überströmen von Flüssiggasformulierung zwischen den Kammern in Richtung von der die Flüssiggasformulierung enthaltenden Kammer in die das Treibmedium enthaltende Kammer ermöglicht. Durch die Überströmmöglichkeit zwischen den Kammern kann die Flüssiggasformulierung auf einfache und kostengünstige Weise in die Treibmittelkammer eingebracht werden.
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Bevorzugt ist die dem Ventildeckel zugewandte Oberseite des Kolbens formlich an den Ventildeckel mit dem darin eingesetzten Abgabeventil angepasst. Dadurch wird eine praktisch restlose Entleerung der Vorrichtung erreicht.
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Vorteilhafterweise ist der Kolben mit einer Einwegventilanordnung ausgestattet, welche ein Überströmen von Flüssiggasformulierung von der die Flüssiggasformulierung enthaltenden Kammer in die das Treibmedium enthaltende Kammer des Behälters ermöglicht. Die Einwegventilanordnung ist dabei vorzugsweise durch eine elastisch an der Behälterinnenwand anliegende Zylinderlippe des Kolbens oder durch ein im Kolben vorgesehenes Rückschlagventil gebildet.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Ventildeckel mit dem Bördelrand durch eine Dichtmasse aus einem ausgehärteten Kunststoffmaterial abgedichtet ist.
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Das Wesen des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in Folgendem: Für die Herstellung einer Abgabevorrichtung für eine Flüssiggasformulierung, welche Abgabevorrichtung einen druckstabilen Behälter aufweist mit einem Bördelrand, auf dem ein ein Abgabeventil enthaltender Ventildeckel dicht befestigt ist, wobei der Behälter mit zwei getrennten Kammern ausgestattet ist, deren eine die Flüssiggasformulierung aufnimmt und mit dem Abgabeventil kommuniziert und deren andere ein unter Überdruck stehendes Treibmedium enthält, wird der Kolben in den zunächst noch offenen und noch nicht mit dem Bördelrand versehenen Behälter bis knapp unter dessen Öffnungsrand eingeführt, wodurch die im Behälter befindliche Luft komprimiert wird. Dann wird der Öffnungsrand nach innen umgebördelt und so der Bördelrand erzeugt. Der Ventildeckel wird dann mit dem in ihm eingesetzten Abgabeventil dicht auf dem Bördelrand befestigt und so der Behälter verschlossen. Der Behälter wird durch das Abgabeventil hindurch mit einer vorgegebenen Menge Flüssiggasformulierung befüllt, wobei der Kolben zum Behälterboden hin verschoben und dadurch die zwischen ihm und dem Behälterboden eingeschlossene Druckluft weiter komprimiert wird. Dann wird der Behälter mit der in ihm befindlichen Flüssiggasformulierung vorübergehend erwärmt, wobei sich die Flüssiggasformulierung ausdehnt und eine kleine Menge der Flüssiggasformulierung in die die Druckluft enthaltende Kammer zwischen dem Kolben und dem Behälterboden überströmt.
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Vorteilhafterweise wird der Kolben in den zunächst noch offenen und noch nicht mit dem Bördelrand versehenen Behälter zunächst nur soweit eingeführt wird, dass er den Behälter schliesst. Dann wird in den Behälter Druckluft mit einem vorgegebenen Überdruck eingebracht. Anschliessend wird der Kolben bis knapp unter den Öffnungsrand des Behälters weiter in den Behälter eingeführt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1–20 Axialschnitte durch die erfindungsgemässe Abgabevorrichtung in verschiedenen Phasen während ihrer Herstellung nach dem erfindungsgemässen Verfahren und
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21 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemässe Abgabevorrichtung in fertig hergestelltem und befülltem Zustand.
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Die in der 21 dargestellte erfindungsgemässe Abgabevorrichtung umfasst einen im wesentlichen etwa becherförmigen, zylindrischen Behälter 1, der an seinem (in der Zeichnung) oberen Ende in an sich bekannter Weise durch einen dicht an einem Bördelrand 2 befestigten Ventildeckel 3 mit darin eingesetztem Abgabeventil 4 abgeschlossen ist. Das Abgabeventil 4 kann auch als Dosierventil ausgebildet sein, wie es in Aerosolpackungen standardmässig eingesetzt wird. Im Behälter 1 befindet sich am Boden des Behälters 1 aufstehend ein Kolben 5, der den Innenraum des Behälters 1 bzw. der Abgabevorrichtung in zwei Kammern 6 und 7 aufteilt und im Behälter koaxial dichtend gleiten kann. Der Kolben 5 besteht z. B. aus Polyamid und umfasst eine inneren Zylinderteil 5a, einen ringförmigen Steg 5b und eine äussere Zylinderlippe 5c, welche elastisch an der Innenwand des Behälters 1 anliegt und so ausgebildet ist, dass sie eine Einwegventilanordnung bildet, welche bei ausreichender Druckdifferenz zwischen sich und der Innenwand des Behälters 1 den Durchfluss von der oberen, ventildeckeldeckelseitigen Kammer 6 in die untere, bodenseitige Kammer 7 ermöglicht, den Durchfluss in umgekehrter Richtung jedoch sperrt. Näheres dazu ist weiter unten im Zusammenhang mit dem Zusammenbau der Abgabevorrichtung erläutert. Alternativ kann der Kolben 5 auch mit einem Einwegventil ausgestattet sein, das ein Überströmen von der Kammer 6 in die Kammer 7 ermöglicht. Ferner ist der Kolben 5 an seiner dem Ventildeckel 3 zugewandten Oberseite an die Form des Ventildeckels 3 mit dem darin eingesetzten Abgabeventil 4 angepasst, wie dies besonders deutlich aus 14 erkennbar ist. Dadurch wird eine praktisch restlose Entleerung der oberen Kammer 6 erreicht – siehe Erläuterungen weiter unten.
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In der ventildeckelseitigen oberen Kammer 6 des Behälters 1 bzw. der Abgabevorrichtung befindet sich als Nutzinhalt eine brennbare Flüssiggasformulierung F, beispielsweise etwa ein Butan-Propan-Gemisch. Unter Flüssiggasformulierung F wird in an sich bekannter Weise ein Stoff oder eine Stoffgemisch verstanden, welcher(s) bei Normalverhältnissen in der gasförmigen Phase vorliegt, bei erhöhtem Druck und/oder entsprechend tiefer Temperatur jedoch in die flüssige Phase übergeht. Die Flüssiggasformulierung F hat beispielsweise bei einer Temperatur von 20°C einen Partialdruck von 3.7 bar, bei 50°C einen Partialdruck von 7.0 bar.
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In der durch den Kolben 5 abgetrennten unteren, bodenseitigen Kammer 7 des Behälters 1 befindet sich als Treibmedium ein Luftpolster L mit einem Überdruck von ca. 4.5 bar. Unter Überdruck wird die Differenz zwischen absolutem Druck und dem äusseren Luftdruck verstanden. Ferner befindet sich in der Kammer 7 eine kleine Menge Fü der Flüssiggasformulierung, deren Partialdruck sich dem Druck des Luftpolsters überlagert.
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Wenn der Abgabevorrichtung während des Einsatzes durch Öffnen des Dosierventils 4 portionenweise Flüssiggasformulierung F entnommen wird, bewegt sich der Kolben 5 aufgrund des Überdrucks des Luftpolsters L nach und nach auf den Ventildeckel 3 zu. Dadurch vergrössert sich die untere Kammer 7 und der Druck des Luftpolsters L sinkt entsprechend. Die Volumina der beiden Kammern 6 und 7 bzw. des Behälters 1 sind so bemessen, dass das Luftpolster immer noch einen Rest-Überdruck von ca. 0.5–0.8 bar aufweist, wenn der Kolben 5 am Ventildeckel 3 ansteht. Dadurch ist während der gesamten Entleerung der Kammer 6 ein ausreichender Arbeitsdruck gewährleistet. Durch die formmässige Anpassung des Kolbens 5 an den Ventildeckel 3 mit dem eingesetzten Abgabeventil 4 ist ferner eine praktisch restlose Entleerung gewährleistet.
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Der Behälter 1 ist selbstverständlich so druckfest ausgebildet, dass er dem durch die Flüssiggasformulierung und das Luftpolster und den Partialdruck der Flüssiggasformulierung erzeugten Innendruck innerhalb des für die Lagerung und den Einsatz der Abgabevorrichtung spezifizierten Temperaturbereichs standhält (üblicherweise max. 12 bar Überdruck).
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Die erfindungsgemässe Abgabevorrichtung ist konstruktiv wenig aufwendig und kann gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung auf besonders einfache Weise hergestellt und befüllt werden. Das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren wird im Folgenden anhand der 1–20 erläutert.
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Zuerst wird der becherförmige, zylindrische Behälter 1 in eine Stützfassung 100 eingesetzt. Der Behälter 1 ist dabei an seinem Öffnungsrand noch nicht umgebördelt (1).
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Dann wird ein ringförmiges Zentrierwerkzeug 110 koaxial über der Stützfassung 100 positioniert, so dass zwischen dem Zentrierwerkzeug und der Stützfassung ein relativ kleiner Spalt a frei bleibt (2 und vergrösserte Detaildarstellung 3). Das Zentrierwerkzeug 110 übergreift dabei mit seinem unteren Teil den Behälter 1. Das Zentrierwerkzeug enthält in seinem unteren Teil eine Ringnut 111 und darin einen Dichtungsring 112. Ferner ist es mit einer radial ausserhalb des Dichtungsrings 112 in die Ringnut 111 mündenden ersten Luftzufuhrkanal 113 und mit einem ober- und radial innerhalb des Dichtungsrings 112 in die Ringnut 111 mündenden zweiten Luftzufuhrkanal 114 ausgestattet. Es können über den Umfang des Zentrierwerkzeugs 110 auch mehrere erste bzw. zweite Luftzufuhrkanäle vorgesehen sein. Der Kolben 5 wird soweit in das Zentrierwerkzeug 110 eingeführt, dass der untere Rand seiner Zylinderlippe 5c auf der Höhe des Öffnungsrands des Behälters 1 liegt.
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Daraufhin wird durch den Luftzufuhrkanal 113 Druckluft appliziert, wodurch der Dichtungsring 112 radial einwärts gedrückt wird und mit der Aussenwand des Behälters 1 abdichtet (4 und vergrösserte Detaildarstellung der 5). Danach kann optional in einem Vorbegasungsschritt Druckluft durch den Luftzufuhrkanal 114 in den unter dem Kolben 5 befindlichen Innenraum des Behälters 1 eingebracht werden.
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Anschliessend wird der Kolben 5 mittels eines Stempels 120 axial in den Behälter 1 hinein verschoben, bis der obere Rand seiner Zylinderlippe 5c etwas unterhalb des Öffnungsrands des Behälters 1 liegt. Dabei wird die im Behälter 1 befindliche Luft bereits etwas (weiter) komprimiert (6).
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Im nächsten Schritt wird das Zentrierwerkzeug 110 vollständig auf die Stützfassung 100 aufgesetzt (7 und vergrösserte Detaildarstellung der 8). Dabei wird der Öffnungsrand des Behälters 1 von einer konischen Abfasung 115 des Zentrierwerkzeugs 110 nach innen verformt, so dass eine leichte Innenbördelung 2a entsteht.
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Dann wird das Zentrierwerkzeug 110 abgenommen. Aufgrund des Überdrucks im Behälter 1 bewegt sich dabei der Kolben 5 nach oben, bis der obere Rand seiner Zylinderlippe 5c an der Innenbördelung 2a ansteht (9). Der Kolben 5 wird durch die leichte Innenbördelung 2a im Behälter 1 zurückgehalten. Im Behälter 1 befindet sich in dieser Herstellungsphase nur die Druckluft mit einem Überdruck von ca. 0.5–0.8 bar.
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Anschliessend wird mittels einer Dosiernadel 130 eine abgemessene Menge einer selbstaushärtenden Dichtungsmasse E, z. B. ein Epoxidharz, in den Zwischenraum zwischen dem inneren Zylinderteil 5a und der Zylinderlippe 5c des Kolbens 5 eingebracht (10). Dieser Schritt kann alternativ auch schon vorher erfolgen, bevor der Kolben 5 in den Behälter 1 eingesetzt wird.
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Daraufhin wird ein Bördelwerkzeug 140 auf den Behälterrand aufgesetzt und nach unten bis zur Stützfassung 100 gedrückt (11 und vergrösserte Detaildarstellung der 12). Dabei wird der Kolben leicht nach unten in den Behälter 1 hinein verschoben und der bereits leicht angebördelte Öffnungsrand des Behälters 1 zu einer vollständigen Innenbördelung (Rollrand) 2 verformt. Das Bördelwerkzeug 140 wird dann wieder entfernt.
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Danach wird ein Ventildeckel 3 mit einem dichtend darin gefassten Abgabeventil 4 auf den Bördelrand 2 des Behälters 1 aufgesetzt (13). Zur Verbesserung der Dichtigkeit kann auch in an sich bekannter Weise zwischen Ventildeckel 3 und Bördelrand 2 ein Dichtring vorgesehen sein. Der Ventildeckel 3 wird dann mittels eines Clinch-Werkzeugs 150 in an sich konventioneller Weise fest mit dem Behälter 1 verbunden (vergrösserte Detaildarstellung der 14).
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Daraufhin wird der mit dem Ventildeckel 3 und dem darin gefassten Abgabeventil 4 versehene Behälter 1 kopfüber in einer Transportpackung 160 positioniert (15 und vergrösserte Detaildarstellung der 16). Die Transportpackung 160 ist in der Praxis für die Aufnahme einer Vielzahl von Behältern 1 ausgebildet. Die zunächst noch fliessfähige Dichtungsmasse E fliesst zum Bördelrand 2 und dichtet diesen nach einer Aushärtungszeit von z. B. etwa 24 Stunden gegen den Ventildeckel 3 ab. In der Transportpackung 160 wird der Behälter 1 zur Abfüllung gebracht, die üblicherweise von einem anderen Unternehmen durchgeführt wird als die Herstellung des abfüllfertigen Behälters. Falls die Abfüllung zeitlich unmittelbar nach der Herstellung des Behälters selbst erfolgen soll, kann die Abdichtung mittels der selbstaushärtenden Dichtungsmasse E auch entfallen.
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Die folgenden Schritte betreffen die Befüllung der Abgabevorrichtung mit der Flüssiggasformulierung F.
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Der mit dem Ventildeckel 3 und dem darin gefassten Abgabeventil 4 versehene Behälter 1 wird in eine Aufnahmevorrichtung 170 gestellt (17). Dann wird ein an sich bekanntes Abfüllwerkzeug 180 mit dem Ventildeckel 2 in dichtende Anlage gebracht und durch das Abgabeventil 4 hindurch in an sich bekannter Weise eine abgemessene Menge von Flüssiggasformulierung F in den Behälter 1 eingebracht (18). Bei einer üblichen Behältergrösse (typisch 105 ml abzüglich Volumen des Kolbens 5) kann die Füllmenge beispielsweise 43.5 g entsprechend rund 81 ml (bei Normalverhältnissen) betragen. Dabei wird der Kolben 5 nach unten verschoben, bis er schliesslich am Behälterboden aufsteht (19). Die unter dem Kolben befindliche Luft wird dabei entsprechend weiter auf typisch etwa 5–6, insbesondere ca. 4.5 bar komprimiert. Der Behälter 1 ist durch den Kolben 5 in zwei Kammern 6 und 7 unterteilt, von denen die obere, mit dem Abgabeventil verbundene Kammer 6 die Flüssiggasformulierung F enthält und die unter dem Kolben befindliche Kammer 7 zunächst nur die als Treibmittel wirkende komprimierte Luft L enthält. Das Volumen der unteren Kammer 7 beträgt bei auf dem Behälterboden aufstehendem Kolben typisch etwa 25 ml.
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In einem letzten Schritt wird der fertig abgefüllte Behälter einer gesetzlich vorgeschriebenen Sicherheitsprüfung unterzogen. Der befüllte Behälter wird dazu in ein Bad 190 mit warmen Wasser einer Temperatur von typisch 50°C gestellt (20). Der Partialdruck der typischerweise verwendeten Butan-Propan-Flüssiggasformulierung F beträgt bei 20°C rund 3.7 bar, bei 50°C rund 7 bar. Die Flüssiggasformulierung F dehnt sich durch die Erwärmung um ca. 7% aus, wobei ein relativ kleiner Teil Fü von typisch etwa 3.5 g von der Kammer 6 zwischen der Innenwand des Behälters 1 und der Zylinderlippe 5c des Kolbens 5 in die untere, die komprimierte Luft L enthaltende Kammer 7 überströmt. Dabei wird in der unteren Kammer 7 der Überdruck der Luft L vom Partialdruck der Flüssiggasformulierung Fü überlagert. In der oberen Kammer 6 verbleiben noch ca. 40 g Flüssiggasformulierung F.
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Wenn schliesslich der abgefüllte Behälter aus dem Wasserbad entnommen wird, kühlt er sich ab und das Volumen der in der oberen Kammer 6 befindlichen Flüssiggasformulierung F schrumpft wieder. Der Kolben 5 bewegt sich dabei entsprechend etwas nach oben. Die Abgabevorrichtung ist nun gebrauchsfertig (21).
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Die geringe Menge Flüssiggasformulierung Fü in der Treibmittelkammer 7 sorgt dafür, dass stets ein ausreichend hoher Überdruck vorhanden ist und die Abgabevorrichtung auf diese Weise restlos geleert werden kann. Die Einbringung dieser kleinen Menge Flüssiggasformulierung Fü in die Treibmittelkammer wird erfindungsgemäss im Zusammenhang mit der ohnehin erforderlichen Sicherheitsprüfung der Abgabevorrichtung vorgenommen, so dass dazu keine gesonderten Verfahrensschritte benötigt werden.
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Die erfindungsgemässe Abgabevorrichtung zeichnet sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellungsweise aus. Ausserdem hat sie eine praktisch unbegrenzte Lagerfähigkeit, da das Treibmittel dicht eingeschlossen ist und nicht durch etwaige Lecks zwischen Ventildeckel und Behälterrand wegdiffundieren kann. Die Funktionsfähigkeit der Abgabevorrichtung ist daher praktisch keiner zeitlichen Beschränkung unterworfen. Diffusionsverluste können höchstens bei der Flüssiggasformulierung entstehen, was aber die Funktionsfähigkeit selbst nicht beeinträchtigt.
