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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur quantisierten Abgabe eines Pulvers mit einem erste Dosieraussparungen aufweisenden, um eine Drehachse in einem Gehäuse drehantreibbaren Dosierelement mit einem Befüllungsvolumen, in dem die Dosieraussparungen mit dem Pulver befüllbar sind, wobei an einer Entleerungsstelle Mittel zur Erzeugung eines Fluidstroms vorgesehen sind, mit dem das Pulver aus den ersten Dosieraussparungen in ein Austrittsvolumen förderbar ist.
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Stand der Technik
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Eine Dosiereinrichtung zur quantisierten Abgabe eines Pulvers wird in der
CN 201737998 U beschrieben. In einem Gehäuse der dort beschriebenen Vorrichtung befindet sich eine drehbare Scheibe, die auf einer Kreisbogenlinie um die Drehachse der Scheibe eine Vielzahl von Dosieröffnungen aufweist, die jeweils einen kreisförmigen Durchmesser aufweisen. Das Gehäuse weist ein Befüllungsvolumen auf, in welches ein Pulver eingespeist werden kann. Die Dosieraussparungen sind zum Befüllungsvolumen hin offen, so dass das Pulver in die Dosieraussparungen eintreten kann. Das scheibenförmige Dosierelement dreht sich auf eine Lagerfläche so dass das Pulver nicht aus den Dosieraussparungen heraustreten kann. Durch die Drehbewegung des Dosierelementes werden die gefüllten Dosieraussparungen zu einer Entnahmestelle gefördert, in der ein Fluidstrom, bspw. ein Gasstrom, das Pulver aus den Dosieraussparungen herausbläst in ein Austrittsvolumen. Dort kann das Pulver einem Gasstrom beigemischt werden, so dass ein Aerosol entsteht.
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Weitere Dosiervorrichtungen werden in den
CN 20080083324.6 ,
CN 200720097519 und
US 5,615,830 beschrieben, wobei hier die Dosierelemente von Walzen ausgebildet sind und zur Außenoberfläche der Walze hin offen sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Dosiereinrichtung hinsichtlich der reproduzierbaren Förderleistung und zur Verminderung der Streubreite des Partikelstroms weiterzubilden.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen des Hauptanspruchs, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.
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Zunächst und im Wesentlichen wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit der durch die Drehzahl des Dosierelementes die Förderleistung variierbar ist, wobei die Förderleistung einem Partikelstrom entspricht, bei dem das pro Zeiteinheit geförderte Partikelvolumen möglichst konstant gehalten sein soll und eine geringe zeitliche Streubreite aufweisen soll. Das Dosierelement dreht sich um eine Drehachse, wobei die ersten Dosieraussparungen zunächst durch ein Befüllungsvolumen hindurchtreten, in dem die Partikel die ersten Dosieraussparungen befüllen. Die befüllten Dosieraussparungen werden zu einer Entnahmestellung weitergedreht. Dort sind Mittel vorgesehen, die einen Fluidstrom, bspw. einen Flüssigkeits-Strom oder einen Gas-Strom erzeugen, der durch die ersten Dosieraussparungen hindurchtritt, um mittels des Fluidstroms das Pulver aus den ersten Dosieraussparungen heraus in ein Austrittsvolumen zu fördern. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Dosierelement von einer Kreisscheibe ausgebildet bei der die zum Rand hin offenen ersten Dosieraussparungen untereinander denselben radialen Abstand zur Drehachse der Kreisscheibe aufweisen. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung kreuzt der Fluidstrom die Drehebene des Dosierelementes, um die Pulverpartikel aus der Dosieraussparung zu fördern. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dosierelement von einem Ringelement umgeben ist. Die vom Dosierelement ausgebildeten Dosieraussparungen können sich jeweils zwischen Vorsprüngen erstrecken, wobei die Vorsprünge freie Enden ausbilden, die auf einer Kreisbogenlinie liegen, die sich um das Drehzentrum des Dosierelementes erstreckt. Die Flächen der Dosieraussparungen können Teilflächen eines Kreises, eines Ovals, einer Ellipse oder einer Mehrkantfläche sein. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass sämtliche Dosieraussparungen gleich gestaltet sind. In einer Alternative dazu können die Dosieraussparungen aber auch untereinander verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise Kreisformen mit unterschiedlichen Durchmessern oder allgemein Flächen mit unterschiedlichem Flächeninhalt besitzen. Sie können in Umfangsrichtung gleich voneinander beabstandet sein. Die Abstände der einzelnen Dosieraussparungen können aber auch in Umfangsrichtung variieren. Eine nicht symmetrische Anordnung der Dosieraussparungen kann vorteilhaft sein, damit sich die Dosieraussparungen bei der Drehbewegung des Dosierelementes optimal mit Pulver füllen. Die freien Enden der Vorsprünge haben bevorzugt einen Abstand zum Gehäuse oder zu dem das Dosierelement umgebenden Ringelement, wobei der Abstand einen Spalt ausbildet, in dem sich Partikel des Pulvers befinden können. In einer Weiterbildung der Erfindung besitzt das Ringelement in Radialeinwärtsrichtung offene zweite Dosieraussparungen. Die ersten und zweiten Dosieraussparungen können untereinander gleich ausgebildet sein und jeweils von Vorsprüngen voneinander getrennt sein. Die Dosieraussparungen werden von sich in der Drehebene erstreckenden Mulden ausgebildet, wobei die ersten Dosieraussparungen radial einwärts gerichtete Mulden und die zweiten Dosieraussparungen radial auswärts gerichtete Mulden sind. Die Dosieraussparungen sind zu den beiden Breitseitenflächen des Dosierelementes bzw. des Ringelementes hin offen. Die azimuthalen Abstände der Vorsprünge des Ringelementes und die azimuthalen Vorsprünge des Dosierelementes entsprechen einander, so dass in einer bestimmten Drehstellung die Vorsprünge des Ringelements den Vorsprüngen des Dosierelementes radial gegenüberliegen. In dieser Drehstellung ergänzen sich bevorzugt die Flächen der ersten und zweiten Dosieraussparung zu Kreisflächen. Die benachbarten Kreisflächen sind bevorzugt räumlich miteinander verbunden, da die freien Enden der sich jeweils gegenüberliegenden Vorsprünge voneinander geringfügig beabstandet sind. Beim Drehen des Dosierelementes wandern die Vorsprünge des Dosierelementes an den Vorsprüngen des Ringelementes vorbei und passieren die zweiten Dosieraussparungen. Dabei entsteht eine Verwirbelung der in den beiden Dosieraussparungen bevorrateten Partikelquantitäten. Diese Verwirbelung hat zur Folge, dass sich beim Transport der Partikel innerhalb der Dosieraussparungen keine Verklumpungen bilden und auch vermieden wird, dass Partikel oder Partikelverklumpungen dauerhaft am Rand der Dosieraussparungen anhaften. Der Durchmesser der Kreisform, den die jeweils in etwa halbkreisförmigen Dosieraussparungen ausbilden, ist bevorzugt mindestens dreimal so groß wie die axiale Höhe der Dosieraussparungen, wobei die axiale Höhe der Dosieraussparung von der Materialstärke des Dosierelementes im Bereich der Dosieraussparungen definiert ist. Die axiale Höhe der zweiten Dosieraussparung entspricht im Wesentlichen der axialen Höhe der ersten Dosieraussparung. Das Dosierelement und das Ringelement werden deshalb bevorzugt von dünnwandigen Körpern ausgebildet. Die Materialstärke der Körper liegt bevorzugt bei 0,5 mm. Ein bevorzugter Bereich der Materialstärke liegt zwischen 0,1 mm und 1 mm. Das Volumen der sich zu einer Kreisform ergänzenden ersten und zweiten Dosieraussparung liegt bei etwa 0,01 mm3. Ein bevorzugter Bereich der Querschnittsfläche einer Dosieraussparung liegt im Bereich zwischen 0,002 mm3 und 0,05 mm3. Bei den Flächen kann es sich um Halbkreisflächen handeln. Der Fluidstrom, der zum Herausbefördern der Partikel aus der Dosieraussparung verwendet wird, wird bevorzugt durch einen Gasstrom erzeugt, der durch einen Gaseintrittskanal hindurchströmt, der sich parallel zur Drehachse des Dosierelementes erstreckt. Hierdurch wird ein axialer Fluidstrom erzeugt, der in axialer Richtung durch die Dosieraussparungen hindurchströmt, um die darin enthaltenen Partikel in einen zum Gaseintrittskanal fluchtenden Austrittskanal zu fördern, der in das Austrittsvolumen mündet. Durch das Austrittsvolumen kann ein weiterer Gasstrom fließen. Es reicht aber zur Erzeugung eines Aerosols aus, wenn die Dosieraussparungen durch den axialen Fluidstrom entleert werden.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch in einer Draufsicht auf ein kreisscheibenförmiges Dosierelement 3 dessen am Rand 3' angeordneten Dosieraussparungen 6 und ein das Dosierelement 3 umgebendes Ringelement 5,
- 2 vergrößert, den Ausschnitt II in 1 in einer ersten Drehstellung des Dosierelementes 3,
- 3 eine Darstellung gemäß 2 in einer zweiten Drehstellung des Dosierelementes 3, in der Vorsprünge 8 des Dosierelementes 3 Vorsprüngen 9 des Ringelementes 5 radial gegenüberliegen,
- 4 schematisch einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in 3
- 5 perspektivisch und teilweise aufgebrochen das in der 4 dargestellte Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Die in den Zeichnungen lediglich schematisch dargestellte Vorrichtung dient zur Erzeugung eines von einem Gasstrom transportierten Partikelstroms, wobei die Flussrate (Volumen/Zeit) in engen Toleranzen und mit geringer Streubreite erzeugt werden kann.
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In einem Gehäuse 1 der Vorrichtung befindet sich ein kreisscheibenförmiges Dosierelement 3, das von einem nicht dargestellten Drehantrieb um eine Drehachse 4 drehangetrieben werden kann. Am Rand 3' des Dosierelementes 3 sind in der Art einer Außenverzahnung Dosieraussparungen 6 angeordnet, wobei benachbarte Dosieraussparungen 6 von Vorsprüngen 8 voneinander getrennt sind. Die Vorsprünge 8 besitzen ein freies Ende, das von der Drehachse 4 weggerichtet ist. Die Ränder der Dosieraussparungen 6 erstrecken sich auf halbkreisförmigen Grundrisslinien, so dass die Dosieraussparungen 6 etwa eine Halbkreisform besitzen.
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Das scheibenförmige Dosierelement 3 besitzt eine Materialstärke von etwa 1 mm. Die Abstände der Vorsprünge 8 sind in den Zeichnungen stark vergrößert dargestellt. Bevorzugt beträgt der Abstand zweier benachbarter Vorsprünge 8 bzw. der Durchmesser der Kreisform, die die Kontur der Dosieraussparung 6 definiert, weniger als 1 mm. Bevorzugt liegt der Durchmesser bei weniger als 0,3 mm. Das Volumen des Kreiszylinders, der für die Dosieraussparung 6 formgebend ist, liegt bevorzugt bei weniger als 1 mm3 und bevorzugt bei weniger als 0,01 mm3.
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Das Dosierelement 3 ist von einem Ringelement 5 umgeben. Das Ringelement 5 ist fest mit dem Gehäuse 1 verbunden und liegt in derselben Ebene, in der auch das Dosierelement 3 liegt. Das Ringelement 5 hat bevorzugt dieselbe Materialstärke wie das Dosierelement 3. Das Ringelement 5 besitzt auf seinem radial inneren Rand in der Art einer Verzahnung zweite Dosieraussparungen 7. Das Dosierelement 3 bildet somit erste Dosieraussparungen 6 aus, denen zweite Dosieraussparungen 7 gegenüberliegen.
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Aus der 3 ist ersichtlich, dass sich die erste Dosieraussparung 6 und die zweite Dosieraussparung 7 zu einer Kreisform ergänzen. Zwei zueinander beabstandete kreisförmige, jeweils von einer ersten Dosieraussparung 6 und von einer zweiten Dosieraussparung 7 ausgebildete Höhlungen sind durch einen Spalt 10 miteinander verbunden, wobei der Spalt 10 von den Abständen der beiden Vorsprünge 8, 9 ausgebildet ist, die die ersten Dosieraussparungen 6 bzw. die zweiten Dosieraussparungen 7 von der jeweils benachbarten ersten Dosieraussparung 6 bzw. zweiten Dosieraussparung 7 trennen.
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Zur Fertigung einer derartigen Anordnung gibt es verschiedene Alternativen. So kann zunächst zunächst ein Blech von etwa 1 mm Materialstärke gefertigt werden, welches in eine Kreisform gebracht wird. In dieses kreisförmige Blech werden am Rand entlang Bohrungen erzeugt, die geringfügig voneinander beabstandet sind. Mit einem geeigneten Trennwerkzeug, bspw. einem Laserstrahl oder einem Wasserstrahl, werden dann die Stege zwischen den beiden kreisförmigen Öffnungen getrennt, so dass sich erste halbkreisförmige Dosieraussparungen 6 und zweite halbkreisförmige Dosieraussparungen 7 ausbilden, die jeweils von Vorsprüngen 8, 9 voneinander getrennt sind, wobei der Spalt 10 beim Trennen der Stege erzeugt wird. Ein bevorzugtes Verfahren zur Fertigung der Dosierelemente 3 und 5 verwendet jedoch das Laserschneiden, bei dem mit einem feinen Laserstrahl randseitige Aussparungen in ein bevorzugt 0,5 mm starkes Blech eingebracht werden, um so die Dosieraussparungen 6 und 7 zu fertigen. Mit diesem Verfahren können Dosieraussparungen mit nahezu einer beliebigen Flächenform hergestellt werden, also nicht nur die in den Zeichnungen dargestellten Halbkreisformen, sondern auch Mehrkantformen, elliptische Formen oder Ovalformen.
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Alternativ dazu kann aber auch vorgesehen sein, dass die Bohrungen derart dicht aneinandergesetzt werden, dass sie sich gegenseitig überlappen und ein Trennen von Stegen nicht erforderlich ist.
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Die 4 zeigt grob schematisch einen Querschnitt gemäß der Linie IV-IV in der 3. Der radial äußere Abschnitt des Ringelementes 5 ist mit einer Gehäusewand 2 des Gehäuses 1 befestigt. Das kreisscheibenförmige Dosierelement 3 dreht sich auf einer ebenen Lagerfläche 17, die die ersten Dosieraussparungen 6 nach unten hin verschließt. In einem Befüllungsvolumen 14, welches von oben her mit einem Pulver befüllt wird, liegen die ersten Dosieraussparungen 6 nach oben offen, so dass das Pulver in die Dosieraussparungen 6 eintreten kann.
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Im Bereich der Entleerungsstelle 11 mündet ein Rohr 16, das einen Gaseintrittskanal 19 ausbildet, durch welchen ein Gasstrom hindurchtreten kann. Die Mündung des Rohres liegt axial oberhalb der ersten und zweiten Dosierungsaussparungen 6, 7.
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Die Öffnung des Rohres 16 fluchtet mit einer zweiten Dosieraussparung 7 bzw. erstreckt sich auf einer Kreisfläche, die der Kreisfläche der beiden Dosieraussparungen 6, 7 entspricht, so dass mit dem Gasstrom die Partikel aus den Dosieraussparungen 6, 7 herausgeblasen werden können. Hierzu erstreckt sich fluchtend zum Gaseintrittskanal 19 als Durchbrechung der Lagerfläche 17 ein Austrittskanal 12, der in ein Austrittsvolumen 13 mündet.
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Der durch den Gaseintrittskanal 19 hindurchströmende Gasstrom löst die Partikel aus den Dosieraussparungen 6, 7 und bildet dadurch einen Aerosolstrom.
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Bei der Drehung des Dosierelementes 3 wandern die freien Enden der Vorsprünge 8 an den freien Enden der Vorsprünge 9 vorbei. Wie es die 3 zeigt und passieren dann die zweiten Dosieraussparungen 7. Bei dieser Bewegung werden die in den Dosieraussparungen 6 liegenden Partikel zum Teil mitgeschleppt, zum Teil aber auch in die zweiten Dosieraussparungen 7 eingebracht, so dass sich dort Wirbel bilden. Die in den Dosieraussparungen 7 sich befindenden Partikel verbleiben teilweise in den zweiten Dosieraussparungen 7. Teilweise werden sie aber auch aus den zweiten Dosieraussparungen 7 herausgefördert.
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Überraschenderweise wird durch diese Weiterbildung einer gattungsgemäßen Vorrichtung erreicht, dass die zeitlichen Schwankungen der Volumenströme der Partikel vermindert wird. Erfindungsgemäß liegen sich verzahnte Ränder eines Dosierelementes 3 und eines Ringelementes 5 gegenüber, wobei die Verzahnungen in Radialrichtung voneinander beabstandet sind und der Abstand geringer ist, als der Radius des Kreises, dessen Grundriss die Konturlinien der ersten und zweiten Dosieraussparungen definiert.
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Das Dosierelement 3 gleitet bei seiner Drehbewegung um die Drehachse 4 über eine ebene Lagerfläche 17. Es ist ein Federelement 20 vorgesehen, welches das Dosierelement 3 in Richtung auf die ebene Lagerfläche 17 beaufschlagt.
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Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die ersten Dosieraussparungen 6 zu einem Rand 3' des Dosierelementes 3 hin offen sind.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Dosierelement 3 eine Kreisscheibenform aufweist und sich in einer Drehebene dreht und die Mittel 19 einen die Drehebene kreuzenden Fluidstrom erzeugen.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dosieraussparungen 6 sich zwischen Vorsprüngen 8 erstrecken, die mit einem Spalt 10 vom Gehäuse 1 oder einem gehäusefesten Ringelemente 5 beabstandet sind.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Dosierelement 3 von einem Ringelement 5 umgeben ist, das in Radialeinwärtsrichtung offene zweite Dosieraussparungen 7 aufweist, wobei das Ringelement 5 insbesondere ortsfest dem Gehäuse 1 zugeordnet ist.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die ersten und zweiten Dosieraussparungen 6, 7 untereinander gleich beabstandete Vorsprünge 8, 9 aufweisen, wobei die Vorsprünge 8 des benachbarte erste Dosieraussparungen 6 voneinander trennende Vorsprünge 8 auf benachbarte zweite Dosieraussparungen 7 trennende Vorsprünge 9 gerichtet sind.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Enden der aufeinander zu gerichteten Vorsprünge 8, 9 in Radialrichtung einen Abstand 10 voneinander haben.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die ersten und zweiten Dosieraussparungen 6, 7 bei sich gegenüberliegenden Vorsprüngen 8, 9 zu insbesondere einer Kreisform, einem Oval, einer Ellipse oder einer Mehrkantfläche ergänzen.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Durchmesser der Kreisform mindestens dreimal so groß ist wie die Materialstärke des Dosierelementes 3 im Bereich der Dosieraussparung 6, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Materialstärke des Dosierelementes 3 etwa 0,1 mm bis 1 mm beträgt und die Fläche einer Dosieraussparung 6 im Bereich zwischen von 0,002 und 0,05 mm3 liegt.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die axiale Höhe der ersten und zweiten Dosieraussparungen 6, 7 gleich ist.
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Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkenden Mittel ersetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Gehäusewand
- 3
- Dosierelement
- 3'
- Rand
- 4
- Drehachse
- 5
- Ringelement
- 6
- Dosieraussparung
- 7
- Dosieraussparung
- 8
- Vorsprung
- 9
- Vorsprung
- 10
- Spalt
- 11
- Entleerungsstelle
- 12
- Austrittskanal
- 13
- Austrittsvolumen
- 14
- Befüllungsvolumen
- 16
- Rohr
- 17
- Lagerfläche
- 18
- Gehäuseunterteil
- 19
- Gaseintrittskanal
- 20
- Federelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 201737998 U [0002]
- CN 20080083324 [0003]
- CN 200720097519 [0003]
- US 5615830 [0003]
