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Die Erfindung betrifft eine Zylinder-Kolben-Anordnung, insbesondere eine solche für ein Dosiergerät für Flüssigkeiten, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner einen Kolben für eine derartige Zylinder-Kolben-Anordnung. Die Erfindung betrifft ferner eine Zylinder-Ventilblock-Anordnung, insbesondere eine solche für ein Dosiergerät für Flüssigkeiten, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 7.
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Dosiergeräte für Flüssigkeiten, insbesondere Flaschenaufsatz-Dosiergeräte sind insbesondere Büretten und Dispenser. Es kann sich aber auch um in der Hand gehaltene Dosiergeräte für Flüssigkeiten handeln. Derartige Geräte finden in Chemie, Biologie und Pharmazie im Labor und in der Produktion umfangreich Anwendung.
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Der Begriff „Flüssigkeit“ bezeichnet im vorliegenden Zusammenhang Flüssigkeiten wie sie in der Chemie, Biologie, Pharmazie etc. im Labor und in der Produktion umfangreich Anwendung finden, insbesondere Flüssigkeiten mit einer Viskosität bis etwa 300 mPas (Wasser unter Normalbedingungen 1 mPas). Es handelt sich also primär um den Flüssigkeitsbereich von sehr dünnflüssig bis leicht dickflüssig.
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Dosiergeräte der in Rede stehenden Art werden meist dann eingesetzt, wenn ein hoher Grad an Volumengenauigkeit erforderlich ist und insbesondere dann, wenn die Flüssigkeit aus einem Behälter herausgefördert werden soll.
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Kern eines solchen Dosiergerätes ist eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem eine Längsrichtung definierenden Zylinder und einem in dem Zylinder abgedichtet längsverschieblich geführten Kolben. In dem präzise ausgeformten Zylinder wird mit einer Kolbenstange ein Kolbenkopf des Kolbens axial, also in Längsrichtung bewegt. In einer Aufwärtsbewegung wird die Flüssigkeit durch Bildung von Unterdruck im Zylinder aufgesaugt. In einer Abwärtsbewegung wird die Flüssigkeit im Zylinder wieder aus dem Zylinder ausgestoßen. In beiden Fällen hat der Kolbenkopf eine dichtende Verbindung zur Innenfläche des Zylinders herzustellen.
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Eine Zylinder-Kolben-Anordnung der in Rede stehenden Art soll einfach aufgebaut sein, auch mit aggressiven Chemikalien beschädigungsfrei und störungsfrei funktionieren, präzise dosieren, dynamisch dichten und leichtgängig laufen.
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Die
DE 20 2007 017 095 U1 offenbart ein Flaschenaufsatzgerät zur Handhabung von Flüssigkeiten mit einem Ventilblock, einer unten am Ventilblock angebrachten oder integral angeformten Befestigungsanordnung zum Befestigen des Ventilblocks auf einer Vorratsflasche, einem oben am Ventilblock, insbesondere in einer Zylinderaufnahme des Ventilblocks, gegen den Ventilblock abgedichtet angebrachten, vorzugsweise aus Glas bestehenden Zylinder, einem im Zylinder abgedichtet laufenden Kolben mit einer nach oben aus dem Zylinder herausgeführten Kolbenstange, einem mit der Kolbenstange in Antriebsverbindung stehenden Kolbenantrieb und einem die Zylinder-Kolben-Anordnung von oben überfassenden, oben geschlossenen Außengehäuse wobei dass auf der Oberseite des Außengehäuses mindestens eine zur Betätigung nach unten druckbare Betätigungstaste angeordnet ist.
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Die
DE 201 03 426 U1 offenbart ein Dosiergerät zum Abgeben von voreingestelltem Flüssigkeitsvolumen aus einem Behälter, mit einer Verdrängereinheit, die über wechselsinnige manuellen Betätigung ein Flüssigkeitsvolumen in einem Ansaugvorgang ansaugt und in einem Abgabevorgang abgibt, wobei der Verdrängereinheit, vorzugsweise eine Kolben-Zylinder-Anordnung, vor- und nachgeschaltete Sperrventile zugeordnet sind, die den Flüssigkeitsstrom steuern und über eine Fluidverbindung verfügen wobei ein Sperrkörper in der Fluidverbindung beweglich angeordnet ist, der Sperrkörper im Ansaugvorgang in einer ersten Position die Abgabeleitung verschließt und im Abgabevorgang in einer zweiten Position die Abgabeleitung frei gibt.
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Für eine präzise Dosierung ist es beispielsweise zweckmäßig, wenn die zum Flüssigkeitsvorrat im Zylinder hinweisende Stirnfläche des Kolbenkopfes, dessen Boden, möglichst so gestaltet ist, dass sich dort keine Luftblasen ansammeln können. Diese waren nur schwierig durch Spülen mittels schneller Kolbenbewegungen ablösbar.
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Insbesondere bezieht sich die Lehre der vorliegenden Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen auf ein Dosiergerät für Flüssigkeiten, das in der Spurenanalytik in der Chemie, Biologie und Pharmazie etc. eingesetzt werden kann, also Flüssigkeiten praktisch völlig frei von durch das Dosiergerät selbst eingebrachten Verunreinigungen handhaben lassen soll.
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Für Zylinder-Kolben-Anordnungen der in Rede stehenden Art empfehlen sich aus Gründen der Chemikalienbeständigkeit Kunststoffe, insbesondere Fluorkunststoffe, für die flüssigkeitsberührten Teile oder Bereiche. Fluorkunststoffe als Werkstoff für eine dynamische Dichtung haben jedoch häufig ein geringes E-Modul und eine niedrige Zeitstandfestigkeit. Das ist bei der Konstruktion von Zylinder-Kolben-Anordnungen der in Rede stehenden Art zu berücksichtigen. Zu berücksichtigen ist ferner, insbesondere bei dem Einsatz von Zylinder-Kolben-Anordnungen für Dosiergeräte, die in der Spurenanalytik Anwendung finden sollen, dass man möglichst mit spritzgegossenen und möglichst wenig mit spanend bearbeiteten Teilen arbeiten sollte.
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Das bekannte Dosiergerät für Flüssigkeiten, ein Flaschenaufsatzdispenser, von dem die Erfindung ausgeht, zeigt sowohl eine Zylinder-Kolben-Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 als auch eine entsprechende Zylinder-Ventilblock-Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7.
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Die dort verwirklichte Zylinder-Kolben-Anordnung (
US-A-3,863,807 ) hat einen nach Art einer Spritze bzw. einer Pipette ausgebildeten Zylinder aus durchsichtigem oder durchscheinendem Kunststoff, der eine Längsrichtung definiert. In dem Zylinder ist abgedichtet längsverschieblich geführt ein Kolben. Der Kolben hat eine Kolbenstange mit einem oberen, aus dem Zylinder herausragenden Betätigungsende und einem unteren, betriebsmäßig im Zylinder eingetauchten Dosierende. Am Dosierende der Kolbenstange ist ein Kolbenkopf aus elastisch verformbarem Material aufgesteckt.
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Dazu hat die Kolbenstange eine pilzartige Kontur, die mit dem Befestigungsabschnitt des Kolbenkopfes zusammenwirkt. Dieser hat einen unmittelbar daran nach unten anschließenden Dichtabschnitt mit einer die eigentliche Dichtung bildende Dichtleiste, mit der der Kolbenkopf an der Innenfläche des Zylinders abdichtend gleitet.
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Wenn in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung die Begriffe „oben“ und „unten“; verwendet werden, so soll das eine Zylinder-Kolben-Anordnung in betriebsmäßiger Anordnung und Ausrichtung in einem Dosiergerät für Flüssigkeiten, wiederum in dessen betriebsmäßiger Anordnung bedeuten. Das ist die Anordnung, die in 1 der zuvor genannten Entgegenhaltung und in vielen anderen Entgegenhaltungen maßgeblich dargestellt ist.
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Bei dem zuvor erläuterten, bekannten Dosiergerät für Flüssigkeiten, von dem die Erfindung ausgeht, sitzt der Zylinder der Zylinder-Kolben-Anordnung oben an einem Ventilblock, der seinerseits auf einem Behälter, insbesondere einer Flasche aufgesetzt ist. Der Zylinder befindet sich dort in einer Zylinderaufnahme am Ventilblock und ist darin gegen den Ventilblock abgedichtet angebracht. Die Zylinderaufnahme weist einen kreisringförmigen Aufnahmerand auf, der an der Innenseite eine zum Ventilblock hin konisch zulaufende Passfläche bildet und an der Außenseite ein Außengewinde aufweist. Der Zylinder selbst ist am unteren Ende mit einer konisch zulaufenden Spitze versehen, die eine zur Passfläche korrespondierende, zum Ende hin entsprechend konisch zulaufende Dichtfläche aufweist. Betriebsmäßig sitzt der Zylinder mit dem unteren Ende passgenau und abgedichtet in der Zylinderaufnahme.
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Der Sitz des Zylinders in der Zylinderaufnahme bei dem bekannten Dosiergerät ist mittels einer Verschraubung über das Außengewinde am Aufnahmerand gesichert. Dazu befindet sich radial beabstandet von der konisch zulaufenden Dichtfläche am unteren Ende des Zylinders seinerseits ein umlaufender Rand, an dem innen ein Innengewinde, das zu dem Außengewinde passt, ausgebildet ist.
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Der Zylinder wird hier dadurch mit dem Ventilblock verbunden, dass er mittels des Innengewindes auf das Außengewinde am Aufnahmerand des Ventilblocks aufgeschraubt wird. Der Zylinder wird also in einer Aufschraubbewegung um seine Längsachse gedreht, bis die Dichtfläche am Zylinder an der korrespondierenden Passfläche am ringförmigen Aufnahmerand der Zylinderaufnahme fest zur Anlage gekommen ist. Diese Drehbewegung des Zylinders führt zu einer schleifenden Relativdrehung der Dichtfläche gegenüber der Passfläche. Die Flächen werden im Laufe der Zeit beschädigt, die Dichtwirkung wird beeinträchtigt. Außerdem ist die konstruktive Ausgestaltung mit den konzentrisch angeordneten Gestaltungen am unteren Ende des Zylinders herstellungstechnisch aufwendig und insbesondere für den Einsatz in der Spurenanalytik ungünstig.
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Der Erfindung liegt nun das Problem zugrunde, ein verbessertes, insbesondere für die Spurenanalytik geeignetes Dosiergerät für Flüssigkeiten und insbesondere dessen Zylinder-Kolben-Anordnung bzw. dessen Zylinder-Ventilblock-Anordnung anzugehen.
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Die zuvor aufgezeigte Problemstellung ist bei einer Zylinder-Kolben-Anordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 6.
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Die zuvor aufgezeigte Problemstellung ist weiter durch eine Zylinder-Ventilblock-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Zylinder-Ventilblock-Anordnung sind Gegenstand der Ansprüche 8 bis 11.
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Im folgenden wird die Erfindung nun anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Bei dieser Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung werden auch die Vorteile und Besonderheiten der Lehre der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen mit erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 im Längsschnitt, in schematischer Darstellung, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Flaschenaufsatz-Dosiergerätes gemäß der Erfindung,
- 2 in einer vergrößerten Darstellung, ausschnittweise, die Zylinder-Kolben-Anordnung gemäß 1 und
- 3 in einer vergrößerten Darstellung, ausschnittweise, die Zylinder-Ventilblock-Anordnung aus 1.
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Insgesamt bezieht sich die Lehre der Erfindung auf ein Dosiergerät für Flüssigkeiten, insbesondere auf ein Flaschenaufsatz-Dosiergerät. Insbesondere wird dazu auf die
DE 197 02 773 A1 und auf die oben bereits umfangreich erläuterte
US-A-3,863,807 verwiesen, die derartige Dosiergeräte zeigen.
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1 zeigt schematisch und im Schnitt ein auf einer Flasche befestigtes Flaschenaufsatz-Dosiergerät mit einer Zylinder-Kolben-Anordnung in Verbindung mit einer Zylinder-Ventilblock-Anordnung.
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Das in 1 dargestellte Flaschenaufsatz-Dosiergerät ist in dem hier dargestellten Beispiel auf einer Flasche 50 aufgesetzt. In die Flasche 50 ragt nach unten ein Ansaugrohr 51 des Flaschenaufsatz-Dosiergeräts hinein, um Flüssigkeit aus dem Inneren der Flasche nach oben ansaugen zu können. Vom Flaschenaufsatz-Dosiergerät 52 ragt nach links ab eine Ausströmleitung 53 mit einem darin angeordneten, typisch als Rückschlagventil ausgestalteten Auslassventil 54.
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Es wird nun auf 1 und 2 im Zusammenhang verwiesen, um die erfindungsgemäße Zylinder-Kolben-Anordnung, die insbesondere für ein solches Dosiergerät für Flüssigkeiten bestimmt und geeignet ist, zu erläutern.
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Die Zylinder-Kolben-Anordnung zeigt zunächst einen eine Längsrichtung definierenden Zylinder 1 und einen in dem Zylinder 1 abgedichtet längsverschieblich geführten Kolben 2. Der Zylinder 1 weist eine als Gleit- und Dichtfläche dienende Innenfläche 3 auf. Der Kolben 2 weist eine umlaufende, an der Innenfläche 3 abdichtend gleitende Dichtlippe 4 auf.
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Aus 1 in Verbindung mit 2 erkennt man, dass der Kolben 2 eine Kolbenstange 5 mit einem oberen, vorzugsweise aus dem Zylinder 1 nach oben herausragenden Betätigungsende 6 aufweist, an dem sich ein Betätigungskopf 7 befindet. Mit dem unteren Dosierende 8 taucht die Kolbenstange 5 betriebsmäßig in den Zylinder 1 ein. 1 im Gegensatz zu 2 zeigt außerdem ein den Zylinder 1 umgebendes Außengehäuse 55. Am Dosierende 8 weist der Kolben 2 einen mit der Kolbenstange 5 verbundenen Kolbenkopf 9 auf, an dem außenseitig die Dichtlippe 4 angeordnet, insbesondere einstückig ausgeformt ist.
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Die Kolbenstange 5 wird am oberen Ende des Zylinders 1 in einem Kolbenstangenlager 10 geführt, das im dargestellten Ausführungsbeispiel auf das obere Ende des Zylinders 1 aufgesteckt ist. Das ist aber nur eine von vielen möglichen Konstruktionen. Andere Konstruktionen hierzu zeigen die eingangs erwähnten Druckschriften zum Stand der Technik.
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Die in 1 dargestellte Anordnung ist im übrigen auch eine Zylinder-Ventilblock-Anordnung mit einem Ventilblock 11 , den man in 1 als Aufsatz auf der Flasche 50 erkennt. Im Ventilblock 11 befindet sich unter anderem ein Ventilsitz 12 für einen Ventilkörper 13 eines Ansaugventils. Der Zylinder 1 ist oben am Ventilblock 11 in einer Zylinderaufnahme gegen den Ventilblock 11 abgedichtet angebracht. Darauf kommen wir später noch zurück.
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Nicht dargestellt sind in 1 weitere Bestandteile eines Dosiergerätes für Flüssigkeiten. Beispielsweise hat eine solche Zylinder-Kolben-Anordnung häufig eine axial wirksame Rückstellfeder, weitere Ventile im Ventilblock und/oder Befestigungseinrichtungen und Verbindungseinrichtungen. Auch insoweit darf auf den eingangs erläuterten Stand der Technik verwiesen werden.
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In 2 ist nun gezeigt, dass der Kolbenkopf 9 als eine die Kolbenstange 5 vom Dosierende 8 her in Längsrichtung ein Stück weit umschließende Hülse mit einem Mantel 14 ausgeführt ist, dass der Mantel 14 in Längsrichtung hintereinander einen am Dosierende 8 der Kolbenstange 5 angeordneten Befestigungsabschnitt 15 , einen daran axial anschließenden Übergangsabschnitt 16 und einen daran axial anschließenden Dichtabschnitt 17 mit daran angeordneter oder ausgeformter Dichtlippe 4 aufweist und dass der Kolbenkopf 9 im Befestigungsabschnitt 15 an der Kolbenstange 5 befestigt ist.
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Bei dem erfindungsgemäß realisierten Kolbenkopf 9 ist der durch die Dichtlippe 4 definierte Dichtabschnitt 17 axial mittels des Übergangsabschnittes 16 vom am Ende der Kolbenstange 5 angebrachten Befestigungsabschnitt 15 axial beabstandet. Dadurch ergibt sich eine Ausgleichszone zwischen dem Befestigungsabschnitt 15 und dem axial versetzten, im Ausführungsbeispiel oberhalb im Zylinder 1 befindlichen Dichtabschnitt 17. Diese beiden Abschnitte können sich relativ zueinander, d. h. lateral und/oder winkelig geringfügig verlagern, ohne dass die Genauigkeit der Dosierung, die Dichtigkeit und die Leichtigkeit der Bewegung des Kolbens 2 im Zylinder 1 beeinträchtigt werden. Der Übergangsabschnitt 16 schafft die gewünschte Ausgleichsmöglichkeit.
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Dazu sollte der Kolbenkopf 9 insgesamt elastisch nachgiebig ausgeführt sein. Es empfiehlt sich ferner, dass der Übergangsabschnitt 16 des Kolbenkopfes 9 federelastisch ausgebildet ist. Dies ist im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel unter anderem dadurch realisiert, dass die Wandstärke des Mantels 14 im Übergangsabschnitt 16 geringer ist als im Befestigungsabschnitt 15 und, vorzugsweise, auch geringer ist als im Dichtabschnitt 17.
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In einer besonderen Ausgestaltung, die allerdings im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht zu erkennen ist, kann man vorsehen, dass die Wandstärke des Mantels 14 im Übergangsabschnitt 16 zwischen 1% und 5% des Innendurchmessers des Zylinders 1 beträgt.
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Grundsätzlich kann der Kolbenkopf 9 selbst mehrteilig ausgeführt sein. Besonders bevorzugt ist es allerdings, wenn der Kolbenkopf 9 einstückig ausgeführt ist, um möglichst wenig Trennstellen zu haben, in denen sich Verunreinigungen festsetzen können.
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Insbesondere für Anwendungen in der Spurenanalytik, aber auch im übrigen in der Industrie empfiehlt es sich, dass der Kolbenkopf 9 aus Kunststoff, insbesondere aus einem Fluorkunststoff, besteht.
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Um die Dichteigenschaften der Dichtlippe 4 am Dichtabschnitt 17 zu optimieren und eine hohe chemische Widerstandsfähigkeit zu erreichen, kann es sich empfehlen, dass der, dann meist als Fluorkunststoff ausgeführte Kunststoff des Kolbenkopfes zumindest im Dichtabschnitt 17 relativ weich eingestellt ist und insbesondere einen Zug-E-Modul von mindestens 400 MPa und weniger als 1.200 MPa, insbesondere von weniger als 800 MPa, aufweist.
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Aus den bereits zuvor erläuterten Gründen empfiehlt es sich, dass auch die Kolbenstange 5 aus Kunststoff besteht.
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Für den Zylinder 1 kann man je nach dem Einsatzfall unterschiedliche Werkstoffe verwenden. Insbesondere empfiehlt es sich dabei, dass der Zylinder 1 aus Glas oder, vorzugsweise, aus einem anderen Kunststoff als der des Kolbenkopfes, insbesondere auch aus einem Fluorkunststoff, besteht. Für diesen empfiehlt sich, dass der Kunststoff einen Zug-E-Modul von 1000 bis 2200 MPa, vorzugsweise von 1200 bis 2000 MPa, aufweist.
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Um bereits durch das Einsetzen des Kolbens 2 in den Zylinder eine gewisse Mindest-Vorspannung des Dichtabschnittes 17 mit der Dichtlippe 4 gegenüber der Innenfläche 3 des Zylinders 1 herzustellen empfiehlt es sich, dass der größte Außendurchmesser des Kolbenkopfes 9 in entspanntem Zustand, also außerhalb des Zylinders 1 , etwas größer ist als der Innendurchmesser des Zylinders 1. Die Vorspannung darf den Zug-E-Modul des eingesetzten Werkstoffs natürlich nicht überschreiten.
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Der erfindungsgemäß eingesetzte Kolben 2 hat aufgrund der Bemaßung im Dichtabschnitt 17 eine leichte Vorspannung gegen die Innenfläche 3 des Zylinders 1. Der dünnwandige Übergangsabschnitt 16 ermöglicht die Stützung und Kraftübertragung auf Zug und Druck zwischen dem Befestigungsabschnitt 15 und dem Dichtabschnitt 17. Der Übergangsabschnitt 16 kann im übrigen bei entsprechender Auslegung zur Vorspannung des Dichtabschnitts 17 in radialer Richtung beitragen.
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Das in 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen Zylinder-Kolben-Anordnung. Man erkennt hier, dass der Außendurchmesser des Kolbenkopfes 9 im Befestigungsabschnitt 15 und im Übergangsabschnitt 16 geringfügig geringer ist als der Innendurchmesser des Zylinders 1 , so dass sich hier ein umlaufender Kapillarspalt 18 ergibt. Der Kapillarspalt 18 dient dazu, Reibungskräfte zu reduzieren und einen Trockenlauf des Kolbens 2 im Zylinder 1 zu vermeiden.
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Der Befestigungsabschnitt 15 dient zur sicheren und dauerhaften Befestigung des Kolbenkopfes 9 am Dosierende 8 der Kolbenstange 5.
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Grundsätzlich kann es dabei sein Bewenden haben, dass der Kolbenkopf 9 eine stirnseitig offene Hülse ist. Dann wird die Stirnseite des Kolbens 2 insgesamt gemeinsam von dem Kolbenkopf 9 und der dann offen liegenden Stirnseite der Kolbenstange 5 gebildet. Bei einer solchen Konstruktion gibt es Fugen an der Stirnseite des Kolbens 2 , also am Dosierende 8. Das ist für eine präzise Dosierung ungünstig. Außerdem riskiert man hier das Festhaften von Verunreinigungen.
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Nach bevorzugter und in 2 dargestellter Lehre der Erfindung ist es daher zweckmäßig, dass der Kolbenkopf 9 als unten geschlossene Hülse ausgeführt ist und dazu einen den Mantel 14 am unteren Ende schließenden, vorzugsweise mit dem Mantel 14 einstückig ausgeformten Boden 19 aufweist. Dargestellt ist dabei, dass der Boden 19 unterseitig eben, ggf. mit leichter Wölbung, ausgebildet ist. Die Ebenheit des Bodens 19 sollte weniger als 3% des Innendurchmessers des Zylinders 1 betragen, um die eingangs beschriebene Problematik der zu entfernenden Luftblasen zu optimieren.
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Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt dabei eine Konstruktion, bei der vorgesehen ist, dass die Kolbenstange 5 am Dosierende 8 und der Kolbenkopf 9 im Befestigungsabschnitt 15 formschlüssig miteinander verbunden sind. Eine formschlüssige Verbindung ist einer reibschlüssigen Verbindung auf Dauer vorzuziehen.
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Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zur Vereinfachung der Konstruktion vorgesehen, dass die formschlüssige Verbindung dadurch realisiert ist, dass die Kolbenstange 5 am Dosierende 8 und der Kolbenkopf 9 im Befestigungsabschnitt 15 mit miteinander in Eingriff stehenden Rastelementen 20 und Gegenrastelementen 21 ausgeführt sind.
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Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Rastelemente 20 am Dosierende 8 der Kolbenstange 5 als radial nach außen ragende Rastnasen ausgeführt. Demgegenüber sind die Gegenrastelemente 21 am Kolbenkopf 9 als durchgehender, innen umlaufender, hinterschnittener Rastflansch zusammengefasst. Das Gegenrastelement 21 ist am Kolbenkopf 9 unmittelbar an der Innenwandung des Befestigungsabschnitts 15 angeordnet und hier dazu einstückig ausgeformt. Die Einleitung der von der Kolbenstange 5 übertragenen Bewegungsenergie erfolgt so direkt in den Mantel 14 des Kolbenkopfes 9.
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Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei vorgesehen, dass die Rastelemente 20 federelastisch angeordnet sind, also gegenüber den Gegenrastelementen 21 , also dem umlaufenden Rastflansch, ausweichen können. Grundsätzlich könnten allerdings auch die Gegenrastelemente 21 federelastisch ausgeführt und/oder angeordnet sein.
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Um das Verrasten der Elemente 20 , 21 miteinander zu erleichtern, weisen diese in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht weiter mit Bezugszeichen versehene, jedoch erkennbare Einführfasen auf. Die Einführfasen an den Rastelementen 20 finden sich an deren Unterseite, die Einführfase an dem umlaufenden Gegenrastelement 21 findet sich an dessen Oberseite. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt dabei, dass, einmal verrastet, der Kolbenkopf 9 nur schwer von der Kolbenstange 5 wieder gelöst werden kann. Aufgrund der durch den Boden 19 geschlossenen Hülse, die den Kolbenkopf 9 bildet, kann man an die Elemente 20 , 21 von außen nicht mehr richtig herankommen.
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Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt eine besondere Art der Realisierung der federelastischen Anordnung der Rastelemente 20. Die Kolbenstange 5 ist nämlich dazu am Dosierende 8 nicht massiv ausgeführt, sondern in sich axial erstreckenden Federzungen 22 aufgeteilt, die durch axial verlaufende Schlitze 23 im Kunststoffmaterial der Kolbenstange 5 voneinander getrennt sind. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Kolbenstange 5 oben also für ein gewisses axiales Stück topfartig geschlossen und am Dosierende 8 dann in den Federzungen 22 geöffnet. Durch diese Gestaltung, insbesondere auch durch die axiale Länge der Schlitze 23 , kann man die Federcharakteristik der Federzungen 22 genau einstellen.
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Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt im übrigen oberhalb der Federzungen 22 an der Kolbenstange 5 eine Einschnürung 24. Dadurch wird eine Art Sollbiegestelle, eine flexible Zone gebildet, durch die axiale Winkelabweichungen zwischen den Bauteilen in erheblichem Maße ausgeglichen werden können.
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2 der Zeichnung zeigt ferner eine Besonderheit, die der Präzision der Konstruktion zugute kommt. Hier ist nämlich vorgesehen, dass die Rastelemente 20 in eingerastetem Zustand am Boden 19 des Kolbenkopfes unter Vorspannung zur Anlage kommen und ggf. eine leichte Wölbung des Bodens 19 nach unten hin bewirken. Dadurch ergibt sich eine komplette Druck/Zug-Verspannung der Rastelemente 20 zwischen dem Gegenrastelement 21 und dem Boden 19 des Kolbenkopfes 9. Eine präzise Befestigung des Befestigungsabschnitts 15 am Dosierende 8 der Kolbenstange 5 ist die Folge.
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Das in 2 erkennbare Ausführungsbeispiel macht aus sich heraus deutlich, dass die Montage des Kolbens 2 außerordentlich einfach ist. Man erkennt, dass die Rastelemente 20 und die Gegenrastelemente 21 durch Hineindrücken der Kolbenstange 5 in den Kolbenkopf 9 miteinander verrastbar sind.
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Weitere Bedeutung kommt erfindungsgemäß der Ausgestaltung des Dichtabschnitts 17 am Kolbenkopf 9 zu. Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Grundprinzip einer Stufendichtung des Standes der Technik aufgegriffen. Vorgesehen ist nämlich, dass der Dichtabschnitt 17 zur Ausbildung der Dichtlippe 4 mindestens zwei axial beabstandete und durch eine umlaufende Entspannungsnut 25 voneinander getrennte Dichtleisten 26 aufweist. Genau gesagt sind zwei Entspannungenuten 25 und drei umlaufende Dichtleisten 26 vorgesehen. Damit ergibt sich eine dreistufige perfekte Abdichtung an der Innenfläche 3 des Zylinders 1.
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Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt jedoch noch eine weitere Besonderheit. Vorgesehen ist nämlich, dass der Mantel 14 im Dichtabschnitt 7 auf der Innenseite eine konkave, vorzugsweise kugelabschnittförmige Innenfläche 27 aufweist. Diese konkave Einformung an der Innenseite des Dichtabschnitts 17 führt zunächst zu einer größeren Flexibilität der Dichtlippe 4.
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Besondere Bedeutung kommt der konkaven Innenfläche 27 in Verbindung mit einem weiteren konstruktiven Merkmal der erfindungsgemäßen Zylinder-Kolben-Anordnung zu. In 2 ist zu erkennen, dass der Kolben 2 ferner ein vom Kolbenkopf 9 getrenntes Federelement 28 aufweist, das jedenfalls zwischen der Kolbenstange 5 und dem Dichtabschnitt 17 des Kolbenkopfes 9 wirksam angeordnet ist und auf den Dichtabschnitt 17 eine radial nach außen gerichtete Federspannung ausübt. Dieses Federelement 28 unterstützt die radial nach außen gerichtete Federwirkung des Kolbenkopfes 9 , die aus sich heraus durch den Dichtabschnitt 17 und den Übergangsabschnitt 16 verwirklicht ist. Die für die Dichtwirkung erforderliche, radial nach außen gerichtete Federkraft wird also durch zwei unterschiedliche Quellen bereitgestellt, deren eine das speziell dazu konstruierte Federelement 28 ist.
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Das Federelement 28 könnte unmittelbar zwischen Dichtabschnitt 17 und Kolbenstange 5 angeordnet sein, dann wäre es lokal begrenzt montiert.
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Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel greift jedoch beim Federelement 28 die Konstruktion mit einem Übergangsabschnitt auf, die bereits beim Kolbenkopf 9 verwirklicht worden ist. Es ist nämlich nach bevorzugter Lehre vorgesehen, dass das Federelement 28 als eine die Kolbenstange 5 in Längsrichtung ein Stück weit umschließende, sich vom Kolbenkopf 9 axial weg erstreckende Federhülse ausgeführt ist. Insbesondere ist hier vorgesehen, dass das Federelement 28 , insbesondere die Federhülse, am mit dem Dichtabschnitt 17 des Kolbenkopfes 9 in Eingriff stehenden Eingriffsende 29 mit radial nach außen gerichteter Federvorspannung an der Innenfläche 3 des Mantels 14 anliegt.
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Mit dieser axial langgestreckten Konstruktion des Federelements 28 gewinnt man einen zusätzlichen Freiheitsgrad zur Bestimmung einer genau definierten Federvorspannung am Dichtabschnitt 17 des Kolbenkopfes 9.
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Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei weiter vorgesehen, dass das Federelement 28 , insbesondere das Eingriffsende 29 der Federhülse, eine konvexe, vorzugsweise kugelabschnittförmige, zur Innenfläche 3 des Mantels 14 passende Außenfläche 30 aufweist, so dass diese Flächen gegeneinander geringfügig verschwenkbar sind. Diese Konstruktion mit ineinandergreifenden konvexen, vorzugsweise kugelabschnittförmigen Flächen gewährleistet die relative Verschwenkbarkeit des Federelements 28 gegenüber dem Kolbenkopf 9. Damit kann man auch insoweit Winkelabweichungen gut abfangen. Ein besonders leichter Lauf des Kolbens 2 im Zylinder 1 ist die Folge, selbst wenn man von sehr engen Passungen ausgeht. Das wiederum ist für eine präzise Dosierung und für den Anwendungsfall der Spurenanalytik von großer Bedeutung.
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Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt ferner, dass die das Federelement 28 bildende Federhülse an ihrem vom Eingriffsende 29 axial beabstandeten Ende eine mittige Durchtrittsöffnung 31 für die Kolbenstange 5 aufweist und, vorzugsweise, gegenüber der Kolbenstange 5 abgedichtet ist.
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Die das Federelement 28 bildende Federhülse wird also ebenfalls auf die Kolbenstange 5 aufgesteckt, jedoch zweckmäßigerweise bevor der Kolbenkopf 9 mit der Kolbenstange 5 verbunden wird. In einem nächsten Schritt wird dann das Dosierende 8 der Kolbenstange 5 in den auf einer Unterlage stehenden Kolbenkopf 9 hineingedrückt (oder der Kolbenkopf 9 auf die festgehaltene Kolbenstange 5 aufgedrückt). Danach wird dann das Federelement 28 von oben her in den Kolbenkopf 9 , in dessen Dichtabschnitt 17 , hineingedrückt, so dass das Eingriffsende 29 des Federelements 28 mit der Innenfläche 27 des Dichtabschnittes 17 gewissermaßen „verrastet”. Dadurch ist auch das Federelement 28 axial fixiert.
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Die Abdichtung des Federelements 28 an der Durchtrittsöffnung 31 dient wiederum der präzisen Dosierung und den besonderen Anforderungen der Spurenanalytik. Insgesamt ist der Kolbenkopf 9 mitsamt dem Federelement 28 bei dieser besonderen Konstruktion nach außen hin vollständig geschlossen.
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Es empfiehlt sich ferner, dass das Federelement 28 aus Kunststoff, insbesondere einem Fluorkunststoff, besteht.
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Schließlich zeigt das dargestellte Ausführungsbeispiel die Besonderheit, dass der Kolben 2 in dem betriebsmäßig im Zylinder 1 eingetauchten Bereich nur aus der Kolbenstange 5 , dem Kolbenkopf 9 und dem Federelement 28 besteht.
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Besonders vorteilhaft ist auch der Kolben 2 der Zylinder-Kolben-Anordnung, der in verschiedenen Kombinationen beschrieben ist. Dazu darf auf die voranstehenden Ausführungen zum Kolben 2 verwiesen werden.
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3 zeigt das untere Ende der Zylinder-Kolben-Anordnung und damit die Anbindung des Zylinders 1 am Ventilblock 11 mittels einer Zylinderaufnahme. Darauf ist anfangs schon kurz eingegangen worden.
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Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Konstruktion besteht in dieser Hinsicht zunächst darin, dass die Zylinderaufnahme einen kreisringförmigen Aufnahmerand 32 aufweist, der an der Innenseite eine zum Ventilblock 11 hin konisch zulaufende Passfläche 33 bildet und an der Außenseite ein Außengewinde 34 aufweist. Korrespondierend dazu ist vorgesehen, dass der Zylinder 1 am unteren Ende eine zur Passfläche 33 korrespondierende, zum Ende hin entsprechend konisch zulaufende Dichtfläche 35 aufweist und mit dem unteren Ende passgenau und abgedichtet in der Zylinderaufnahme sitzt. Der Sitz des Zylinders 1 in der Zylinderaufnahme ist mittels einer Verschraubung unter Nutzung des Außengewindes 34 am Aufnahmerand 32 gesichert.
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Anders als im einleitend erläuterten, den Ausgangspunkt bildenden Stand der Technik ist das Gegengewinde zum Außengewinde 34 hier jedoch nicht am Zylinder 1 angebracht. Dadurch kann der Zylinder 1 stationär in der Zylinderaufnahme eingesteckt sein, die Dichtfläche 35 muss nicht gegenüber der Passfläche 33 unter Druck gedreht werden.
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Um das zu erreichen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass am Zylinder 1 oberhalb, vorzugsweise unmittelbar oberhalb, der Dichtfläche 35 ein nach außen abragender Anschlagring 36 angeordnet, vorzugsweise einstückig ausgeformt ist und dass die Verschraubung dadurch realisiert ist, dass eine auf den Zylinder 1 aufgesteckte Überwurfkappe 37 den Anschlagring 36 mit einem Rand 38 überfasst und mit einem passenden Innengewinde 39 auf das Außengewinde 34 am Aufnahmerand 32 aufgeschraubt ist.
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Ein solcher Anschlagring 36 lässt sich auch an einem Zylinder 1 aus Glas anformen. Insbesondere ist er natürlich an einem Zylinder 1 aus Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem Fluorkunststoff, ohne weiteres anformbar. Er wirkt mit dem Rand 38 der Überwurfkappe 37 zum Zwecke der Verspannung auf dem Aufnahmerand 32 am Ventilblock 11 zusammen. Nur die Überwurfkappe 37 dreht sich gegenüber dem Aufnahmerand 32 und dem Anschlagring 36 , der Zylinder 1 bleibt sicher in der Zylinderaufnahme eingepasst.
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Die dargestellte Konstruktion gewinnt eine besondere Bedeutung dann, wenn der Aufnahmerand 32 am Ventilblock 11 oder sogar der Ventilblock 11 insgesamt aus einem relativ weichen, unter Dauerbelastung nachgebenden Kunststoff besteht. Insbesondere ein für die Spurenanalytik besonders geeigneter Fluorkunststoff hat solche Eigenschaften. Der relativ dünne Aufnahmerand 32 würde sich normalerweise unter dem radial nach außen gerichteten Druck beim Einstecken des unteren Endes des Zylinders 1 mit seiner Dichtfläche 33 nach außen verformen. Ist nun die Überwurfkappe 37 aus einem weniger weichen und unter Dauerbelastung weniger leicht nachgebenden Kunststoff hergestellt, so dient die Überwurfkappe 37 , wenn sie dann aufgeschraubt ist, als Aussteifung und Fixierung des Aufnahmerandes. Beim Festziehen der Überwurfkappe 37 wird der Aufnahmerand 32 gegen den Zylinder 1 gepresst. Dadurch entsteht ein stabiles und dichtes Gefüge. Durch die Aufweitung des Außengewindes 34 am Aufnahmerand 32 beim Einstecken des Zylinders 1 erhöht sich das zum Aufschrauben der Überwurfkappe 37 erforderliche Drehmoment. Die Schraubverbindung mit der Überwurfkappe 37 ist so selbstsichernd.
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Im in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel kann man erkennen, dass hier der Abstand des Anschlagrings 36 vom Ende des Zylinders 1 geringer ist als die lichte Höhe des Aufnahmerandes 32 an dessen Innenseite. Dadurch wird erreicht, dass das Ende des Zylinders 1 nicht auf dem Boden der Zylinderaufnahme aufsitzt. Es verbleibt ein geringer Spalt, so dass der Raum unter dem Zylinder 1 gespült werden kann. Das ist für die Spurenanalytik ebenfalls zweckmäßig.
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Um die Überwurfkappe 37 von Hand sicher bedienen zu können empfiehlt es sich, dass die Überwurfkappe 37 an der Außenseite mit einer griffigen Oberfläche versehen oder ausgerüstet ist. Das kann mechanisch durch eine Riffelung oder Rändelung oder auch chemisch durch eine Oberflächenbearbeitung oder durch eine Zweikomponenten-Ausführung mit außen einem besonders griffigen Kunststoff realisiert werden.
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Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt eine weitere Besonderheit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Überwurfkappe 37 in Höhe des bzw. etwas unterhalb des Randes 38 eine vorzugsweise kreisringförmige Aufnahmewanne 40 mit einer äußeren Wandung 41 aufweist und dass, vorzugsweise, an der Wandung 41 außen die griffige Oberfläche vorgesehen ist. Diese Aufnahmewanne 40 dient zur Aufnahme von Leckflüssigkeit, was insbesondere bei gefährlichen Flüssigkeiten sehr vorteilhaft ist.
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Weiter zeigt das dargestellte Ausführungsbeispiel, dass oberhalb der Überwurfkappe 37 , vorzugsweise auf den Zylinder 1 abdichtend aufgesteckt, eine vorzugsweise nach außen abfallende Schutzkappe 42 , vorzugsweise aus Kunststoff, angeordnet ist. Die Schutzkappe 42 sorgt bei einer nicht ganz perfekten Befestigung o. dgl. für einen zusätzlichen Schutz gegen Flüssigkeitsaustritt. Vorteilhaft ist dabei, wenn zumindest deren nach außen abfallender Rand von der Aufnahmewanne 40 der Überwurfkappe 37 aufgenommen wird. So gelangt der mögliche Flüssigkeitsaustritt berührungsfrei und direkt in die dafür vorgesehene Auffangwanne 40.
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Weitere Vorsorge für Leckagen ist auch am Ventilblock 11 getroffen. Dort ist vorgesehen, dass am Ventilkopf 11 eine um den Aufnahmerand 32 herum verlaufende Aufnahmewanne 43 für Flüssigkeit ausgebildet ist.
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Besonders bevorzugt ist ein Dosiergerät für Flüssigkeiten, insbesondere ein Flaschenaufsatz-Dosiergerät wie ein Flaschenaufsatzdispenser oder eine Bürette, das die Merkmale der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.