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Die Erfindung betrifft eine elektrische Zigarette mit einem Verdampfer, einer Stromversorgung für den Verdampfer, einem mit dem Verdampfer verbundenem Depot für das Liquid, einem Mundstück sowie einem Schalter, der die Stromversorgung des Verdampfers regelt, die in einem Gehäuse enthalten sind, wobei der Verdampfer als weitestgehend abgeschlossene Brennkammer ausgeführt ist, die lediglich kleine Eintrittsöffnungen für das Liquid und eine Austrittsöffnung für den Dampf aufweist und eine Heizwendel umfasst.
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Elektrische Zigaretten sind seit Längerem bekannt. Im Prinzip bestehen diese elektronischen Zigaretten aus einem Verdampfer, auch Atomizer genannt, in dem eine nikotinhaltige oder nikotinfreie, meist aromatisierte Flüssigkeit, Liquid genannt, in Dampf verwandelt wird. Dazu enthält der Verdampfer eine Heizwendel, die über eine Stromversorgung, meist ein Akku, mit Energie versorgt wird. Das Liquid wird in einem Depot vorgehalten. Weiterhin ist ein Mundstück zum Inhalieren vorgesehen und ein Schalter, der die Stromversorgung des Verdampfers regelt. Der Schalter kann entweder manuell oder über Unterdruck, der beim Inhalieren (Ziehen) entsteht, betätigt werden. Meist weisen die elektronischen Zigaretten eine langgestreckte zylindrische Form auf, die derjenigen einer konventionellen Zigarette nachempfunden ist.
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Der Dampf, der im Verdampfer durch Aufheizen des Liquids entsteht, wird inhaliert.
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Zentraler Bestandteil der elektronischen Zigaretten ist der Verdampfer, der üblicherweise eine Heizwendel umfasst, die aus einem Draht mit elektrischem Widerstand besteht, der sich beim Durchfluss von Strom erhitzt. Zum Schutz der Heizwendel ist diese meist mit einem Drahtgeflecht oder Metallnetz bedeckt oder in einer weitestgehend abgeschlossenen Brennkammer enthalten, die lediglich kleine Eintrittsöffnungen für das Liquid aufweist.
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Das Liquid ist in dem Depot vorgehalten und wird von diesem nach und nach an den Verdampfer abgegeben. Das Depot besteht aus einer Hülle und ist meist mit einem Speicherstoff aus Watte, Glasfasern, Vlies etc. gefüllt, in dem das Liquid schwammartig gespeichert ist. Ist der Atomizer zusammen mit dem Depot ausgestaltet, spricht man von einem Cartomizer (Cartridge + Atomizer).
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Aus der
US 2011/0303231 ist z.B. eine elektrische Zigarette bekannt, bei der der Verdampfer aus einem Glasfaserrohr, einem Garn aus Glasfasern, einer Heizspirale, einer Baumwolltuchschicht und einer synthetischen Faserschicht besteht, wobei das Garn aus Glasfasern in die Heizspirale eingefügt ist, die sich innerhalb des Glasfaserrohrs befindet. Die Enden des Glasfasergarns und zwei Drähte, die verwendet werden, um die Heizspirale elektronisch mit den Anschlüssen zu verbinden, sind nach außen durch das Glasfaserrohr geführt.
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Die Baumwolltuchschicht umhüllt die Außenwand des Glasfaserrohrs und presst die Enden des Garns dicht gegen das Glasfaserrohr. Die synthetische Faserschicht zwischen der Baumwolltuchschicht und der Befestigungshülse speichert das Liquid und dient als eigentliches Depot.
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Aus der
EP 2 404 515 A1 ist z.B. eine elektrische Zigarette bekannt, bei der die Hülle einen zusätzlichen Hilfslufteinlass aufweist. Die elektrische Heizung weist eine Durchgangsbohrung auf und das mit Vlies etc. gefüllte Depot hat einen Kanal zwischen Mundstück und Verdampfer bzw. Durchgangsbohrung. Ein Unterdrucksensor ist mit der Durchgangsbohrung und dem Kanal verbunden und bildet einen Luftstrompfad mit dem Hilfslufteinlass aus, um aktiviert zu werden. Das im Vlies gespeicherte Liquid dringt durch eine zwischen Depot und Heizung angeordnete permeable Komponente und gelangt direkt auf die elektrische Heizung.
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Daneben sind Tanksysteme bekannt, in denen das Liquid ohne Watte etc. im Depot gespeichert und über eine Membran etc. an den Verdampfer abgegeben wird. Dabei kommt meist eine hohle Nadel zum Einsatz, die die Membran durchstößt und mit dem Verdampfer kommuniziert.
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Aus der eigenen
DE 10 2012 100 831 B3 ist es z.B. bekannt, das Depot als speicherstofffreier Tank auszubilden und lediglich zwischen Tank und Brennkammer ein liquiddurchlässiges Gewebe anzuordnen, das um die kleinen Eintrittsöffnungen gelegt ist.
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Problematisch an allen bekannten Systemen ist die gleichmäßige Zufuhr bzw. Versorgung des Verdampfers mit Liquid, wobei gleichzeitig ein Auslaufen oder Ansaugen von nicht verdampftem Liquid verhindert werden muss, da z. B. das unverdampfte Nikotin extrem giftig ist. Zudem ist es gewünscht, größere Mengen Liquid im Depot vorzuhalten.
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Schwierig ist bisher auch die Montage der elektrischen Zigaretten und insbesondere der Verdampfer, die bisher meist händisch erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Zigarette bereitzustellen, bei der eine maschinelle Fertigung möglich ist. Ferner soll die Liquidzufuhr zum Verdampfer gleichmäßig erfolgen, kein Auslaufen stattfinden und eine größere Menge Liquid im Depot gespeichert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene elektrische Zigarette gelöst. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass, wenn die Heizwendel aus einer dünnen ausgestanzten Metallfolie besteht, es möglich wird, die Heizwendel maschinell zu fertigen, so dass der Automatisierungsgrad erhöht werden kann.
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Bislang werden Heizwendeln klassisch im manuellen Verfahren aus Draht gefertigt. Dagegen kann die Heizwendel nun aus der Metallfolie ausgestanzt werden. Die Dicke der Metallfolie ist wählbar, so dass über diese und die Form der Heizwendel, also durch die Größe des ausgestanzten Bereichs, der Widerstand und damit die Leistung der Heizwendel und somit des Verdampfens zu variieren sind.
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Da die Heizwendel aufgrund des dünnen Materials empfindlich ist, kann sie mit angeschweißten Kontakten versehen werden, die eine höhere Materialstärke aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Heizwendel mit angeschweißten Kontakten in einem spritzgegossenem Verdampfergehäuse angeordnet. Mit anderen Worten, es handelt sich um ein Hybridbauteil, bei dem ein Metallteil (Heizwendel mit Kontakten) mit einem geeignetem Kunststoff umspritzt wird. Auswahlkriterien für den Kunststoff sind dessen Hitzebeständigkeit und Formstabilität. Dies erlaubt eine automatisierte Weiterverarbeitung der nun im Kunststoff fixierten Heizwendel zum Aufbau der elektronischen Zigarette.
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Sinnvoll ist es, wenn die Kontakte auf der der Brennkammer abgewandten Seite des Verdampfergehäuses hervorstehen, so dass sie zur elektrischen Verbindung mit der Batterie dienen können, die im unteren bzw. zweiten Teil der elektronischen Zigarette sich befindet.
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Dabei hat sich herausgestellt, dass es bevorzugt ist, wenn das Verdampfergehäuse über über einen Bajonettverschluss verfügt bzw. einen Teil davon ausbildet, so dass über den Bajonettverschluss – und nicht wie bisher üblich Schraubverschluss – die zwei Teile der elektrischen Zigarette mechanisch verbunden werden und die vorstehenden Kontakte die elektrische Verbindung bewirken. Die bisher übliche Schraubverbindung zur gelichzeitigen mechanischen und elektrischen Verbindung der Teile hat sich als unzuverlässig in elektrischer Hinsicht herausgestellt.
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Die Heizwendel kann dabei in einem Kunststoffteil angeordnet sein, welches an sich als Stützgerüst für die Wendel und deren Kontakte dient. Hierdurch kann dieses funktionelle Element automatisch gehandelt werden. Ferner können die Kontakte spiralförmig oder abgewinkelt federnd ausgestaltet sein und können dann so im Stützgerüst angeordnet werden, dass Sie bei der Kontaktierung mit der Batterie durch eine federnde Wirkung einen sehr sicheren elektrischen Kontakt herstellen.
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Es ist ferner gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erkannt worden, dass, wenn zwischen Depot und Brennkammer ein Kapillarspeicher ausgebildet ist, eine sichere und gleichmäßige Liquidzufuhr zur Brennkammer möglich ist. Zudem stellt der Kapillarspeicher eine gleichmäßige Liquidzufuhr bereit und bei einem Bruch tritt Liquid nicht sofort vollständig aus.
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Der Kapillarspeicher stellt also eine Art Transfereinheit zwischen Depot und Brennkammer bereit, die zudem vergleichmäßigend wirkt.
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Das Depot selbst kann als speicherstofffreies Depot oder ebenfalls als Kapillarspeicher ausgebildet sein. Dann können der Kapillarspeicher des Depots und der Transfereinheit ineinander übergehen bzw. einstückig ausgebildet sein.
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Insbesondere ist dies in einfacher Weise möglich, wenn die Kapillaren des Kapillarspeichers direkt in die Brennkammer münden.
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Als Variante ist es auch möglich, dass lediglich zwischen dem der Brennkammer zugewandten Ende des Kapillarspeichers und der Brennkammer ein liquiddurchlässiges Gewebe angeordnet ist, das auf die kleinen Eintrittsöffnungen gelegt ist.
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Durch die erfindungsgemäße Bauweise ist es nun möglich, das Depot bzw. das gesamte Cap weitestgehend maschinell zu fertigen.
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Dazu wird das Verdampfergehäuse und/oder der Kapillarspeicher aus spritzgegossenem Kunststoff, insbesondere PC und/oder PTFE, hergestellt. Dazu kann ein Zweikomponentenspritzgussverfahren verwendet werden. Somit werden Bereiche mit unterschiedlichen Oberflächenspannungen zum Liquid bereitgestellt, so dass sich keine Luftbasen bilden.
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Die erfindungsgemäße elektrische Zigarette kann derart ausgestaltet werden, dass die Austrittsöffnung für den Dampf mit einem Inhalationsrohr als Rauchtunnel kommuniziert. Somit können die Liquidzufuhr und die Dampfabfuhr komplett getrennt werden.
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Hierbei kann das Inhalationsrohr komplett vom Kapillarspeicher umgeben sein. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Inhalationsrohr einstückig mit dem Kapillarspeicher und ggf. der Hülle ausgebildet ist, so dass diese als Einheit produziert werden kann, insbesondere im Spritzgussverfahren, also weitestgehend maschinell ohne menschlichen Eingriff.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Es zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Cartomizer einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen elektrischen Zigarette und
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2 einen schematischen Schnitt entlang der Linie A-A in 1;
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3 einen schematischen Schnitt entlang der Linie A-A in 1 in einer alternativen Ausgestaltung sowie
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4 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Zigarette im Bereich der Brennkammer/Verdampfergehäuses und
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5 Schnitte durch die in 4 dargestellte Verdampfereinheit entlang der Linie B-B bzw. C-C.
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In den 1 bis 5 sind von einer als Ganzes mit 1 bezeichneten elektrischen Zigarette nur die so genannten Cartomizer, also die Einheit aus Depot 2 und Verdampfer 3 gezeigt, die in einer zylindrischen Hülle 4 enthalten sind, die gleichzeitig an einem Ende als Mundstück 5 dient und am anderen Ende mit einen nicht gezeigten Teil mittels Bajonettverschluss (vergleiche unten) verbindbar ist, der die Stromversorgung (Akku) und weitere Elektronik, wie den Druckschalter etc. umfasst. In den 1 bis 5 sind die Details hierzu zur besseren Übersicht weggelassen.
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Der Verdampfer 3 ist als weitestgehend abgeschlossene Brennkammer 6 ausgeführt, die lediglich kleine Eintrittsöffnungen 7 für das Liquid und eine Austrittsöffnung 8 für den Dampf aufweist und eine Heizwendel 9 umfasst, die aus einer Metallfolie besteht, die ausgestanzt und anschließend mit Kontakten 16 höherer Materialstärke verschweißt wurde.
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Die Eintrittsöffnungen 7 können sich, je nach Anforderungen, maximal über die gesamte Wandung 15 der Brennkammer 6 erstrecken und sind umlaufend gleichmäßig verteilt, typischer weise über dem Bereich der Heizwendelwendel 9. Die Wandung 15 ist eine radial verlaufende Querwandung in der zylindrischen Hülle 4 bzw. der Abschluss des Kapillarspeichers 10.
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Die Austrittsöffnung 8 zum Inhallationsrohr 11 ist sinnvollerweise zentral oberhalb der Heizwendel 9 angeordnet.
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Das Depot 2 kann dabei in zwei Varianten ausgebildet sein.
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Es kann einerseits ist als im Spritzgussverfahren hergestellter Kapillarspeicher 10 mit Kapillaren 10A ausgebildet sein. Es füllt dann im Wesentlichen die gesamte Hülle 4 aus bzw. erstreckt sich bis zur Brennkammer 6 und umgibt ein von der Brennkammer 6 bzw. der Austrittsöffnung 8 zum Mundstück 5 erstreckendes Inhalationsrohr 11 vollständig.
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Andererseits kann das Depot 2 auch als speicherstofffreies Depot in dem Mundstück zugewandten Bereich ausgebildet sein und der Kapillarspeicher 10 ist nur zwischen Depot 2 und Brennkammer 6 als Transfereinheit T angeordnet.
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Entsprechend sind die Kapillaren 10A im Bereich zwischen Mundstück 5 und Transfereinheit T gestrichelt dargestellt.
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Unabhängig von der Variante besteht der Kapillarspeicher 10 aus einer Vielzahl von parallelen Kapillaren 10A (vgl. 2 und 3) und bewirkt die gleichmäßige Liquidzufuhr zur Brennkammer 6.
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Zwischen der Austrittsöffnung 8 der Brennkammer 6 für den Dampf und dem Mundstück 5 ist ein zum Mundstück 5 hin sich erstreckendes Inhalationsrohr 11 angeordnet.
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Zwischen dem Mundstück zugewandten Ende des Inhalationsrohrs 11 und der eigentlichen Ansaugöffnung 12 im Mundstück 5 ist ein Mundstückverschluss 13 vorgesehen, der das Depot bzw. den Tank zur Ansaugöffnung 12 hin dichtet.
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Die Kapillaren bzw. der Kapillarspeicher werden zusammen mit dem Inhalationsrohr 11 im 2 Komponentenkunststoffspritzgussverfahren hergestellt.
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Die Dichtung am anderen Ende der Hülle 4, d. h. im Bereich des Verdampfers 3, übernimmt ein Kragen 14.
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Der Kragen ist Bestandteil des Verdampfers 3 (Hybridelement), so dass diese als Baugruppe in die gemeinsame Hülle 4 eingesetzt werden kann.
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Somit fließt das Liquid aus dem Depot 2 über die Kapillaren 10A des Kapillarspeichers 10 durch die Eintrittsöffnungen 7 gleichmäßig in die Brennkammer und wird dort an der Heizwendel 9 verdampft, sobald die Stromzufuhr vom Akku aufgrund eines Unterdrucks in dem entsprechenden Unterdruckschalter geschaltet wird.
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Der Dampf wird dann über die Austrittsöffnung 8 durch das Inhalationsrohr 11 und dem Mundstückverschluss 13 über die Ansaugöffnung 12 abgegeben bzw. inhaliert (gedampft).
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In den 2 und 3 sind Querschnitte entlang der Linie A-A in 1 gezeigt, die zwei mögliche Varianten der Ausgestaltung der Kapillaren schematisch zeigen.
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Die in der 2 gezeigte Variante der Ausgestaltung umfasst bündelartig angeordnete Kapillaren 10A, die den gesamten Raum zwischen Inhalationsrohr 11 und Hülle 4 ausfüllen und parallel angeordnet sind. Sie erstecken sich bis zu den Eintrittsöffnungen 7, die dann umlaufend verteilt sind. Die Kapillaren 10A selbst können dann etwa rohrförmig ausgestaltet sein.
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Somit wird ein analoger Liquidstrom bewirkt, wie er bereits oben beschrieben wurde.
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Die in der 3 gezeigte Variante unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen in der Anordnung der Kapillaren 10A sowie der damit einhergehenden Anordnung der Eintrittsöffnungen 7. Die Kapillaren sind nun speichenartig um das zentrale Inhalationsrohr 11 verteilt und wechseln sich mit entsprechenden Stegen 15 ab.
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Die Kapillaren sind aus PTFE (Polytetrafluoräthylen) und die Stege aus PC (Polycarbonat) im 2K Spritzgussverfahren einstückig mit der Hülle 4 hergestellt.
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Die Eintrittsöffnungen 7 sind entsprechend der Lager der Kapillaren 10A an der Brennkammer 6 verteilt angeordnet.
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In der 4 und 5 sind Details des Verdampfers 3 (Hybridteil) mit der Heizwendel 9 gezeigt. Der Verdampfer 3 umfasst ein Verdampfungsgehäuse 17 aus Kunststoff, in dem die Heizwendel 9 mit ihren Kontakten 16 beim Spitzgießen eingelassen ist.
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Das Verdampfungsgehäuse 17 bildet gleichzeitig eine Abschlusskappe 18 mit Kragen 14 sowie den Bajonettverschluss 19 aus.
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Es handelt sich also um ein Hybridbauteil, bei dem ein Metallteil (Heizwendel mit Kontakten) umspritzt wird.
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Die Kontakte 16 stehe auf der der Brennkammer abgewandten Seite des Verdampfergehäuses 17 in einen Hohlraum 21 hervor und sind federnd abgewinkelt, so dass sie zur elektrischen Verbindung mit der Batterie dienen können, die im unteren bzw. zweiten Teil der elektronischen Zigarette sich befindet, wenn dieser in den Hohlraum 21 eingeführt und über den dortigen Teil des Bajonettverschluss 19 verbunden wird.
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Der Kragen 14 liegt also an der Unterseite der Hülle 4 an, wenn das Verdampfungsgehäuse 17 in die Hülle eingeführt wurde.
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Das Verdampfergehäuse 17 schließt das Depot bis auf angepasste Öffnungen ab, die einen kontrollierten Luftstrom beim Inhalieren gewährleisten. Eine zentrale Öffnung ermöglicht ein Unterdrucksignal zum Batterie-/Akkuteil, um den notwendigen elektrischen Strom zum Erhitzen der Wendel zu schalten (Unterdruckschalter im Batterie-/Akkuteil).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0303231 [0006]
- EP 2404515 A1 [0008]
- DE 102012100831 B3 [0010]
