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Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zum Dosieren eines viskosen Stoffes.
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Mit Dosiervorrichtungen, die eine Kartusche, beispielsweise eine Einweg- oder Mehrwegkartusche, und einen darin geführten Kolben haben, werden viskose Stoffe (z. B. Klebstoffe oder Silikon) dosiert und auf Gegenstände aufgetragen. Dazu wird nach den Vorgaben des Bedieners der Kolben über einen Linearantrieb (z. B. Spindeltrieb) in Richtung Kartuschenspitze bzw. Kartuschenöffnung bewegt und wieder angehalten, um so die Menge des abgegebenen viskosen Stoffes zu bestimmen.
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Dabei besteht das Problem, dass (z. B. auf Grund von Elastizität der oft aus Kunststoff bestehenden Kartusche und einer Kompressibilität des viskosen Stoffes) trotz Anhalten des Linearantriebs zusätzlicher viskoser Stoff aus der Kartusche austritt.
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Die
DE 10 2007 034 477 A1 und die
US 5,482,189 A zeigen jeweils eine Dosiervorrichtung, bei der ein Austreten des zu dosierenden Stoffes über ein elastischen Bauteil verhindert wird.
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Es sind Linearantriebe bekannt, die auch eine Rückzugsbewegung ausführen können. Dabei ist eine Kupplung zwischen dem Linearantrieb und den Kolben der einzelnen Einweg-Kartuschen nötig, die auch die Rückzugsbewegung des Linearantriebs an die Kolben übertragen kann.
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Diesbezüglich ist eine Kupplung bekannt, die über eine Schraubverbindung den Kolben mit dem Linearantrieb verbindet.
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Nachteilig an derartigen Dosiervorrichtungen mit Schraubverbindung zwischen Kolben und Kupplung des Linearantriebs ist, dass der Kolben ein Gewinde benötigt, der bei den handelsüblichen Einwegkartuschen nicht vorgesehen ist.
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Die nachveröffentlichte Druckschrift
DE 10 2009 027 781 A1 zeigt eine Dosiervorrichtung mit einer Rastverbindung bzw. Clipsverbindung zwischen dem Kolben der Kartusche und dem Endabschnitt einer Spindel.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Dosiervorrichtung zu schaffen, die auch bei handelsüblichen Einwegkartuschen eine rückzugsfähige Verbindung zwischen einem Linearantrieb und dem Kolben der Kartusche ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Dosiervorrichtung nach Patentanspruch 1.
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Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung hat eine Kartusche, in der ein Kolben über einen Linearantrieb verschiebbar ist, wobei der Kolben eine dem Linearantrieb zugewandte Ausnehmung hat und über eine Kupplung mit dem Linearantrieb verbunden ist. Dabei hat die Kupplung an ihrer dem Kolben zugewandten Seite zumindest einen Greifabschnitt, der in die Innenwandung der Ausnehmung eingreift. Dadurch ist bei handelsüblichen Einwegkartuschen eine rückzugsfähige Verbindung zwischen einem Linearantrieb und dem Kolben der Kartusche geschaffen.
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Erfindungsgemäß erstreckt sich der zumindest eine Greifabschnitt etwa in Richtung der Innenwandung der Ausnehmung und ist in die Innenwandung eingedrückt. Damit braucht der Kolben nicht mit einer Nut oder Kerbe versehen zu werden, bevor die Verbindung zwischen Kupplung und Linearantrieb über den Kolben hergestellt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Bei vielen handelsüblichen Einwegkartuschen ist die Ausnehmung des Kolbens bezogen auf die Verschiebeachse des Kolbens etwa rotationssymmetrisch. Dann wird es besonders bevorzugt, wenn sich der zumindest eine Greifabschnitt entlang einer Kreisbahn erstreckt, deren Mittelpunkt ebenfalls auf der Verschiebachse liegt. Somit ist der zumindest eine Greifabschnitt quer zur Verschiebeachse des Kolbens angeordnet, wobei er sich an die rotationssymmetrische Innenwand der Ausnehmung anpasst. Somit kann der zumindest eine Greifabschnitt optimal Kraft – insbesondere Rückzugskraft – übertragen.
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Auf Grund einer rotationssymmetrischen und somit einfachen Fertigung der Kupplung wird es bevorzugt, wenn mehrere elastische Abschnitte gleichmäßig am Umfang der Kupplung verteilt sind, wobei an einem freien Endabschnitt jedes elastischen Abschnitts ein Greifabschnitt angeordnet ist. Wenn z. B. 4 oder 6 elastischen Abschnitte vorgesehen sind verbleiben 4 oder 6 Freiräume zwischen den elastischen Abschnitten, so dass die elastischen Abschnitte bei der Verbindung der Kupplung mit dem Kolben nach innen beweglich sind. Alternativ können die elastischen Abschnitte auch ungleichmäßig am Umfang der Kupplung verteilt sein.
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Bei vielen handelsüblichen Einwegkartuschen ist die Ausnehmung tassenförmig oder konisch, wobei ein Durchmesser der Ausnehmung an ihrer der Kupplung zugewandten Seite größer als an ihrem Boden ist. Dann wird es besonders bevorzugt, wenn die Kupplung einen ringförmigen oder scheibenförmigen oder tassenförmigen an dem Linearantrieb befestigten Hauptabschnitt hat, von dem sich die elastischen Abschnitte in Richtung Kolben erstrecken. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung kann die Kupplung entlang der Verschiebeachse in die Ausnehmung des Kolbens eingeführt werden. Auf Grund ihrer konischen Form werden die elastischen Abschnitte zusammengedrückt, wobei sich ab einer vorbestimmten Kraft die Greifabschnitte in die Innenwandung der Ausnehmung des Kolbens eindrücken und diese hintergreifen. Damit kann die Kupplung einfach mit wechselnden Kolben – insbesondere von Einwegkartuschen – verbunden werden.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung hat einen Ring zum Lösen der Kupplung vom Kolben, der die elastischen Abschnitte umfasst und an der Kupplung entlang der Verschiebeachse verschiebbar ist. Dadurch sind die elastischen Anschnitte weg von der Innenwandung der Ausnehmung bewegbar, womit eine komfortable Vorrichtung zum Lösen der Kupplung vom Kolben geschaffen ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung besteht der Kolben aus Kunststoff und die Kupplung aus Metall, wobei die Greifabschnitte im Umfangsrichtung der Kupplung betrachtet einen dreieckigen Querschnitt haben. Dadurch haben die Greifabschnitte an ihrem äußeren Umfang jeweils eine Kante, die in den vergleichsweise weichen Kunststoff der Innenwandung des Kolbens eingedrückt wird.
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Vorzugsweise ist der Linearantrieb ein Spindeltrieb, und der Hauptabschnitt der Kupplung ist über eine Mutter an einer radialen Stufe einer Spindel des Spindeltriebs befestigt.
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Wenn der Spindeltrieb von einem Elektromotor antreibbar ist, der von einer elektronischen Steuereinheit steuerbar ist, kann die Rückzugsfunktion einfach vom Bediener der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung aktiviert werden.
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Das Verfahren zum Dosieren eines viskosen Stoffes mit der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung hat die Schritte:
- – Einführen des zumindest einen Greifabschnitts der Kupplung in die Ausnehmung des Kolbens; und
- – Eindrücken der Kante des zumindest einen Greifabschnitts in die Innenwandung der Ausnehmung.
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Durch das Hintergreifen kann der Kolben über die Kupplung von Spindelltrieb zurückgezogen werden, wobei die Kupplung einfach auch mit den handelsüblichen Kolben verbunden werden kann.
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Eine Weiterbildung des Verfahrens hat den Schritt: Ansteuern des Elektromotors über die Steuereinheit und Rückwärtsdrehen des Elektromotors. Dadurch ist besonders einfach durch ein Schalten des Bedieners oder automatisch nach einer bestimmten Hubbewegung des Kolbens der Rückzug möglich.
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Ein erstes Beispiel des Verfahrens hat den Schritt: Verkippen der Kupplung gegenüber dem Kolben und Lösen der Hintergreifung der Innenwandung durch den zumindest einen Greifabschnitt.
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Ein zweites Beispiel des Verfahrens hat den Schritt: Bewegen des Rings entlang der Verschiebeachse des Kolbens und Lösen der Hintergreifung der Innenwandung durch den zumindest einen Greifabschnitt.
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Durch beide Verfahrensschritte kann die Hintergreifung einfach gelöst werden, wenn die Kartusche gewechselt werden soll. Bei der ersten Variante ist der vorrichtungstechnische Aufwand verringert, während bei der zweiten Variante der Bedienungskomfort gesteigert ist.
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Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem perspektivischen Schnitt;
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2 einen Ausschnitt einer Kupplung mit einer Mutter in einem vergrößerten perspektivischen Schnitt; und
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3 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung in einem perspektivischen Schnitt.
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Die Dosiervorrichtung ist als Handgerät ausgebildet oder ist an einer stationären oder mobilen Maschine, wie beispielsweise einem Roboter, zur automatischen Betätigung angeordnet und hat eine auswechselbare Mehrweg- oder Einweg-Kartusche 1, die einen Deckel 2 eines Gehäuses 4 durchsetzt. Das Gehäuse 4, von dem in 1 nur ein unterer Teil dargestellt ist, dient als Handgriff für einen Bediener. Die Kartusche 1 ist über einen mit dem Gehäuse 4 verschraubbaren Deckel 2 an der Dosiervorrichtung fixiert.
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In der Kartusche 1 ist ein Kolben 6 aufgenommen, über den ein viskoser Stoff 8 über eine Kartuschenspitze 10 aus der Kartusche 1 verdrängt werden kann. Dazu wird der Kolben 6 über einen weitgehend im Gehäuse 4 aufgenommenen Linearantrieb schrittweise auf die Spitze 10 zubewegt.
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Der Kolben 6 ist etwa topf- oder tassenförmig ausgestaltet und hat einen mit dem viskosen Stoff 8 in Anlage befindlichen Boden 12. An seiner den viskosen Stoff 8 abgewandten Seite hat der Kolben 6 einen leicht konischen bzw. kegelstumpfförmigen Führungsabschnitt 14. Der Führungsabschnitt 14 und der Boden 12 bilden somit eine Ausnehmung des Kolbens 6 mit einer konus- bzw. kegelstumpfförmigen Innenwandung 16.
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Die Dosiervorrichtung hat weiterhin einen Spindeltrieb mit einer Spindel 18, die im Gehäuse 4 linear geführt ist, und deren Endabschnitt 20 dabei aus der in 1 gezeigten Startposition im Innern der Kartusche 1 bis in die Nähe der Spitze 10 bewegt werden kann. Diese Bewegung wird durch eine (nicht näher gezeigte) Spindelmutter erzeugt, die in ein Gewinde der Spindel 18 eingreift und die von einem (nicht näher gezeigten) Elektromotor drehbar angetrieben wird.
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Am Endabschnitt 20 der Spindel 18 ist eine erfindungsgemäße Kupplung 22 befestigt, die auf eine radiale Stufe 24 des Endabschnitts 20 der Spindel 18 aufgesteckt ist und dort mit einer Mutter 26 gesichert ist.
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2 zeigt einen Ausschnitt der Kupplung 22 mit der Mutter 26 in einem vergrößerten perspektivischen Schnitt. Dabei ist die Verschraubung der Mutter 26 mit dem Endabschnitt 20 der Spindel 18 nicht gezeigt. Die Kupplung 22 besteht aus Metall und ist etwa topfförmig ausgebildet. Es ist denkbar, dass die Kupplung 22 auch aus einem anderen, beispielsweise nicht-metallischen oder metallähnlichen, Werkstoff besteht. Die Kupplung 22 hat einen Boden bzw. Hauptabschnitt 28, von dem in 2 nur ein kleinerer Teil dargestellt ist, und der zwischen der Mutter 26 und der radialen Stufe 24 (vgl. 1) fixiert ist. Die Mutter 26 hat einen Querschlitz 27, der zu ihrer Verschraubung und damit zur Befestigung der Kupplung 22 an der Spindel 18 dient.
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Der Hauptabschnitt 28 der Kupplung 22 ist scheiben- bzw. ringförmig, wobei sich von seinem äußeren Rand in Richtung zum Kolben 16 (in 2 nach unten) sechs gleichmäßig am Umfang verteilte elastische Abschnitte erstrecken. Von den sechs elastischen Abschnitten sind in 2 zwei einander gegenüberliegende Abschnitte 30a, 30b geschnitten dargestellt, und von zwei weiteren Abschnitten 30c, 30d ist jeweils nur ein unterer Rand dargestellt. Die elastischen Abschnitte 30a, 30b, 30c, 30d haben etwa die Form von rechteckigen gebogenen Flächen und sind derartig gleichmäßig am Außenrand des Hauptabschnitts 28 angeordnet, dass ihre in 2 unteren Ränder einen Kreis ergeben, dessen Durchmesser etwa dem der Innenwandung 16 des Kolbens 6 (vgl. 1) entspricht. Dabei umfassen die elastischen Abschnitte 30a, 30b, 30c, 30d die Mutter 26.
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Die dem Kolben 6 zugewandten freien Endabschnitte der elastischen Abschnitte 30a, 30b, 30c, 30d sind dabei in ihrer in 2 gezeigten entspannten Grundstellung leicht auseinander gespreizt.
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An jedem unteren Rand der elastischen Abschnitte 30a, 30b, 30c, 30d ist ein Greifabschnitt ausgebildet, von dem in 2 nur zwei einander gegenüberliegende Greifabschnitte 32a, 32b und zwei benachbarte Greifabschnitte 32c, 32d dargestellt sind. Die sechs Greifabschnitte 32a, 32b, 32c, 32d verlaufen jeweils entlang der gesamten kreisbogenförmigen unteren Kante jedes elastischen Abschnitts 30a, 30b, 30c, 30d und erstrecken sich im Wesentlichen radial nach außen. Die Greifabschnitte 32a, 32b, 32c, 32d schließen jeweils mit einer kreisbogenförmigen scharfen Kante ab, wobei in 2 nur die Kanten 34a, 34b, 34c dargestellt sind. Dabei haben die Greifabschnitte 32a, 32b, 32c, 32d an ihren in 2 oberen Seiten je eine sich radial nach außen erstreckende Flanke, während sie an ihren in 2 unteren Seiten je eine angestellte bzw. angeschrägte Flanke haben, von denen in 2 nur die Flanke 36b dargestellt ist.
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1 zeigt die Kupplung 22 vor ihrer Verbindung mit dem Kolben 6. Zur Verbindung wird die Kupplung 22 von der Spindel 18 im Wesentlichen ohne Rotation gegen den Kolben 6 bewegt. Dabei werden die Greifabschnitte 32a, 32b, 32c, 32d in die Ausnehmung des Kolbens 6 eingeführt, wobei die Flanken 36b der Greifabschnitte 32a, 32b, 32c, 32d gegen die Innenwandung 16 bewegt werden. Da die Spindel 18 weiter ausgefahren wird, federn die elastischen Abschnitte 30a, 30b, 30c, 30d nach innen, während die Flanken 36b an der Innenwandung 16 gleiten. An einer vorbestimmten Stelle, die z. B. durch Überschreiten einer maximalen Vorschubkraft definiert ist, wird die Spindel 18 mit der Kupplung 22 angehalten, wobei durch die Federkräfte der elastischen Abschnitte 30a, 30b, 30c, 30d die metallischen Kanten 34a, 34b, 34c der Greifabschnitte 32a, 32b, 32c, 32d in den vergleichsweise weichen Kunststoff der Innenwandung 16 des Kolbens 6 eingedrückt werden. Dabei tauchen auch die Greifabschnitte 32a, 32b, 32c, 32d zumindest teilweise in die Innenwandung 16 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig ein.
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Somit hintergreifen erfindungsgemäß die Greifabschnitte 32a, 32b, 32c, 32d der Kupplung 22 den Kolben 6, wodurch – zusätzlich zu einer Vorschubbewegung des Kolbens 6 zur Kartuschenspitze 10 – auch eine Rückzugbewegung des Kolbens 6 weg von der Spitze 10 möglich ist. Dazu wird die Spindelmutter vom Elektromotor in Gegenrichtung angetrieben, wodurch die Spindel 18 zurückgezogen wird und dabei über die Kupplung 22 den Kolben 6 mitnimmt. Damit ist ein Nachtropfen bzw. Nachlaufen des viskosen Stoffes 8 zuverlässig verhindert.
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3 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht. Dabei ist ein Abschnitt einer Spindel 118 gezeigt, an deren (in 3) unteren Ende ein Elektromagnet 138 befestigt ist. Dieser ist über seine Magnetkraft mit einer Kupplung 122 verbunden. Weiterhin ist benachbart zu der vom Magneten 138 abgewandten Seite der Kupplung 122 der Kolben 6 dargestellt. Die gezeigten Komponenten des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung sind koaxial zu einander in einer (in 3 nicht gezeigten) Kartusche angeordnet, wobei die Kupplung 122 noch nicht abschnittsweise in die Ausnehmung des Kolbens 6 eintaucht und somit nicht mit dem Kolben 6 verbunden ist.
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Der Elektromagnet 138 ist etwa kreiszylindrisch ausgebildet, und sein Durchmesser ist nicht größer als derjenige des Kolbens 6. An seiner der Kupplung 122 zugewandten Seite hat der Elektromagnet 138 eine kreisscheibenförmige Kontaktfläche 140. Die Kupplung 122 hat an ihrer der Kupplung 6 abgewandten Stirnseite des Hauptabschnitts 128 eine entsprechende kreisscheibenförmige Kontaktfläche 142.
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Der Elektromagnet 138 kann vom Bediener aktiviert bzw. deaktiviert werden, wobei in 3 der aktivierte Zustand gezeigt ist, bei dem die Kupplung 122 durch Magnetkraft mit dem Elektromagneten 138 und damit mit der Spindel 118 verbunden ist. In diesem Zustand kann die Kupplung 122 in die Ausnehmung des Kolbens 6 eingedrückt werden, so dass sie sich auf die vorbeschriebene Weise mit dem Kolben 6 verbindet. Weiterhin kann in diesem Zustand der viskose Stoff aus der Kartusche (beide nicht gezeigt) verdrängt werden, und weiterhin ist ein Rückzug des Kolbens 6 in der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Weise möglich.
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Insbesondere wenn das Handgerät oder die stationäre oder die mobile Maschine (alle nicht gezeigt) mit der dazugehörigen Spindel 118 von der Kartusche und dem Kolben 6 gelöst werden soll, obwohl die Kartusche nicht komplett geleert ist, löst der Bediener den Elektromagneten 138 von der Kupplung 122, so dass die Kartusche mit dem Kolben 6 und mit der im Eingriff befindlichen Kupplung 122 von der Dosiervorrichtung getrennt werden kann. Unter Zuhilfenahme einer weiteren Kupplung kann nun die selbe Dosiervorrichtung für eine weitere Kartusche genutzt werden und später über den Magneten 138 wieder an die ursprüngliche Kupplung 122 angesetzt werden. Damit ist auch bei der Entleerung des zweiten Teils des viskosen Stoffes aus der Kartusche eine Rückzugbewegung des Kolbens 6 über die erfindungsgemäße Kupplung 122 und die hier gezeigte Magnetverbindung zur Spindel 118 möglich.
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Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Anzahl der elastischen Abschnitte 30a, 30b, 30c, 30d von sechs verschieden sein.
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Weiterhin kann ein (nicht gezeigter) Ring vorgesehen sein, der die elastischen Abschnitte 30a, 30b, 30c, 30d in der Nähe des Hauptabschnitts 28; 128 der Kupplung 22; 122 umfasst. Wenn dieser Ring über die leicht auseinander gespreizten Endabschnitte der elastischen Abschnitte 30a, 30b, 30c, 30d geschoben wird, können auf komfortable Weise die Hintergreifungen und somit die Kupplung 22; 122 vom Kolben 6 gelöst werden.
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Offenbart ist eine Dosiervorrichtung mit einer Kartusche, in der ein Kolben über einen Linearantrieb verschiebbar ist, wobei der Kolben eine dem Linearantrieb zugewandte Ausnehmung hat und über eine Kupplung mit dem Linearantrieb verbunden ist. Die Kupplung hat zumindest einen Greifabschnitt, der sich etwa in Richtung einer Innenwandung der Ausnehmung erstreckt und in die Innenwandung eingreift.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kartusche
- 2
- Deckel
- 4
- Gehäuse
- 6
- Kolben
- 8
- viskoser Stoff
- 10
- Spitze
- 12
- Boden
- 14
- Führungsabschnitt
- 16
- Innenwandung
- 18; 118
- Spindel
- 20
- Endabschnitt
- 22; 122
- Kupplung
- 24
- radiale Stufe
- 26
- Mutter
- 27
- Querschlitz
- 28; 128
- Hauptabschnitt
- 30a, 30b, 30c, 30d
- elastischer Abschnitt
- 32a, 32b, 32c, 32d
- Greifabschnitt
- 34a, 34b, 34c
- Kante
- 36b
- Flanke
- 138
- Elektromagnet
- 140, 142
- Kontaktfläche
