DE2540789A1

DE2540789A1 - Dosierpumpe

Info

Publication number: DE2540789A1
Application number: DE19752540789
Authority: DE
Inventors: Heinz Barall
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-12
Filing date: 1975-09-12
Publication date: 1977-03-17
Also published as: GB1498610A; JPS5264002A

Description

Heinz Barall, 19 Rollinguood Dr, Uilloudala (Toronto) Ont, N2H 2ΜΛ, Kanada

Dosierpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eins über einen Arbeitskolben> d, h.\nach Art einer Kolbenpumpe arbeitende Dosierpumpe, die v/araussetzungsgemäß im besonderen zum dosierten Fördern von chemisch aktiven Flüssigkeiten, wie beispielsweise Elektrolyten für Akkumulatorenbatterien für Autos usu, bestimmt ist. Hierbei sind entsprechend der

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Aufgabenstellung Mittel vorausgesetzt, die ein getrenntes Einstellen des Kolbenhubes sowie unabhängig davon der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens zulassen« Dies bedeutet, daß bei der Dosierpumpe nach der Erfindung für die verschiedensten Anuendungszwecke, z. B. für das Auffüllen mit Elektrolyten von im Fließbandverfahren hergestellten Akkumulatorenbatterien der Arbeitstakt, die Füllmenge und die Füllgeschuindigkeit für jede einzelne Einheit getrennt eingestellt werden kann· Die Lösung dieser Aufgabe, d, h. die Einstellung von Takt, Menge und Geschwindigkeit bei ein und derselben Dosierpumpe zu realisieren, ist an sich grundsätzlich neu.

Es sind Dosiorpumpen, auch in Form von Kolbenpumpen bekannt» bei denen beispielsweise über sin Gestänge der Hub des Kolbens und damit die Förderleistung der Pumpe kontinuierlich eingestallt werden kann» Nachteilig bei bekannten Ausführungan ist, daß entweder der Einstellbereich der Förderleistung relativ begrenzt ist bzw, daß die Fördergeschuindigkeit nicht losgelöst von der Fördermenge eingestellt werden kann·

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Darüberhinaus hat sich der Erfinder der vorliegenden Dosierpumpe die Aufgabe gestellt, nicht nur eine hinsichtlich ihres Regelbereiches leicht und sehr präzise einstellbare Pumpe zu schaffen,■sondern eine Konstruktion anzugeben, die mit absoluter Sicherheit eine mechanische

Entkopplung zwischen Pump- und Steuerraum derart gewährleistet, daß mit Sicherheit die zum Betätigen der Pumpe . notwendige Druckluft nicht in den Pumpraum und umgekehrt die zu pumpende Flüssigkeit nicht in den Steuerraum gelangen kann bzw, daß ein Leckuerden der Dichtungen zwischen Pump- und Steuerraum für die Bedienungsperson der Pumpe sofort sichtbar und damit eine Überholung der Pumpe ermöglicht wird·

All diese Forderungen werden mit der über einen Arbeitskolben betätigbaren Dosierpumpe nach der Erfindung, die im besonderen zum dosierten Fördern von chemisch aktiven Flüssigkeiten, wie z, B. Elektrolyten oder dgl. geeignet ist, erreicht, wobei Mittel zum getrennten Einstellen des Kolbenhubes und der Bewegungsgeschuindigkeit des Kolbens vorgesehen sind»

Die genannte Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Hub des Kolbens in mindestens ■

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enger Bewegungsrichtung durch einen vorzugsweise über eine Mikrometerschraube einstellbaren Anschlag begrenzt ist und daß der vorzugsweise pneumatisch bewegte Kolben in mindestens einer Bewegungsrichtung gegen eine über zwei getrennt einstellbare Drosselventile mit einem Ausgleichsgefäß verbundene Flüssigkeitsfüllung arbeitet, über die auch der .Druck für die Gegenbewegung ausgeübt wird.

Bei der Dosierpumpe nach der Erfindung wird also ,in einer bevorzugten Ausführungsform der Kalben, der gleichzeitig die Förderleistung bewirkt, über Druckluft gesteuert, wobei eine der Kolbenbewegungen, beispielsweise die dosierte Förderung des zu pumpenden Mediums bewirkende Hub unmittelbar durch Einwirkung von Druckluft auf einen Arbeitskolben hervorgerufen, während die andere Bewegung unter Zwischenschaltung eines strömenden Mediums, das in seiner Strömungsgeschwindigkeit beim Ein- und Ausströmen aus dem Kolbenraum gesteuert werden kann, hervorgerufen wird.

Hierbei wird, da sich die Dosierpumpe nach der Erfindung besonders für das dosierte Pumpen von chemisch aktiven Flüssigkeiten eignet, zwischen dem Pumpraum und dem Arbeitskolben ein Abdicht- und Führungsteil angeordnet, die

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mechanisch den mit Druckluft beaufschlagten Arbeitskolben einwandfrei vom Pumpraum entkoppelt. Dies uird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Verdrängungskörper im Pumpraum als in baulicher Einheit mit dem Arbeitskolben verbundene Kolbenstange ausgebildet ist, die über ein zwischen dem Druckberaich und der eigentlichen Pumpe ange~ ordnetes Abdicht- und Führungsteil geführt uird, wobei zur Abdichtung das Abdicht— und Führungsteil einon um die Kolbenstange laufenden Ringraum aufweist, der mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Uasser, gefüllt ist. Hierbei ist es gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgp.dankens besonders zweckmäßig, diesen Ringraum mit einem Flüssigkeits~ ausgleichgefäß über mindestens eine Kanüle zu verbinden, so daß ein Flüssigkeitsverlust dieses Ringraums, was in ' jedem Fall für eine Undichtigkeit der Lager und der Dichtungen, und damit für eine Vermischung zwischen der Druckluft und dem zu fördernden Medium spricht, angezeigt wird.

Die Vorteile, Besonderheiten und Details der Dosierpumpe nach der Erfindung werden im folgenden der nach Art einer Konstruktionszeichnung gefertigten Figur der Dosierpumpe nach der Erfindung in Schnittdarstellung erläuterte Hierbei

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darf vorweg darauf hingewiesen werden, daß es sich bei dieser Figur um die Wiedergabe eines möglichen Ausführungsbeispiels handelt, bei welchem aus Ubersichtlichkeitsgründen bewußt eine Reihe von an sich notwendigen, für das Verständnis der Erfindung aber unwesentlichen Dichtungen zwischen den einzelnen Teilen sowie weitere lediglich für einen unmittelbaren Nachbau notwendigen Details weggelassen wurden·

Eine Dosierpumpe nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus dem eigentlichen Pumpenteil 1_, welches in der Figur in der linken Hälfte dargestellt ist. Dieses Pumpenteil weist im wesentlichen zwei Ventile, ein Einlaß- und ein Auslaßventil sowie einen Verdrängungskörper auf, worauf später noch eingegangen wird. Der rechte, für die Aufgabenstellung nach der Erfindung wesentlichere Teil besteht aus dem Arbeitskolben und dem Abdicht- und Führungsteil ,3.

Im folgenden wird zunächst die Arbeitsweise des Arbeitskolbens 2, der über die zu einer baulichen Einheit zusammengefaßten Kolbenstange 4 die Pumparbeit leistet, erläutert.

Der Arbeitskolben 2 ist in dem Gehäuse 5 so geführt, daß er sich nach links bis zum Anschlag 6 dieses Gehäuses und nach

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rechts bis zu dem einstellbaren Anschlag 7 in hermetisch auf dem Gehäuse 5 aufgesetzten Deckel 8 befindlichen Anschlag 7 bewegen kann. Die wirksame Höhe dieses Anschlages kann über eine Uendelschraube 9 bzw. eine Mikrometerschraube 10 für Präzisionsdosierungen eingestellt werden·

Durch den Gehäuseanschlag 6 bzw, die Höhe des einstellbaren Anschlages 7 wird der Hub des Arbeitskolbens 2, und damit " die Förderleistung der Pumpe Jl· eingestellt.

Zur Betätigung des Arbaitskolbens und damit zum Tätiguerden der Dosierpumpe ist eine Drucklufteinrichtung vorgesehen, die in an sich bekannter Weise mit einem Dreiuegohabn 11 ausgerüstet ist. Sobald dieser Dreiuegehahn 11 eine Verbindung zwischen der Druckquelle 12 über die Öffnung 13 in der Abdeckplatte 8 freigibt, wird der Arbeitskolben 2 ganz nach links bis zum Anschlag 6 des Gehäuses gedrückt. Dadurch wird das im Steuerausgleichsraurn 14 befindliche Dl über die Öffnung 15 sowie das Kugelventil 16 in das Ausgleichsgefäß V7 gedrückt. Im Endzustand erreicht der Pegel des Öls den höchsten Stand 18 in diesem Ausgleichsgefäß.

Um den Kolben wieder zurückzuführen, wird über den Dreiwegeschaltor 11 die Druckluftquelle 12 auf das Ausgleichs-

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gefäß 17 geschaltet, wodurch sich der Luftdruck dem Ölspiegel mitteilt und über das Kugelventil 19, die Einlaßöffnung 15 den Arbeitskolben 2 nach rechts drückt, bis er an dem einstellbaren Anschlag 7 anliegt.

Es ist ohne weiteres zu ersehen, daß über den einstellbaren Anschlag sowie die Steuerung über den Dreiuegeschalter 11 der Steuerdruckluft, der Hub des Arbeitskolbens 2 und damit die Förderleistung der Pumpe χ eingestellt werden kann·

In dem Flüssigkeitsweg zu dem Kugeleinlaßventil 19 bzw» dem Kugelauslaßventil 16 befindet sich je eine Madenschraube 20 bzw, 21, mit welcher der Öldurchsatz bei einem vorgegebenen Druck, und damit die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens 2 eingestellt werden kann. Mit anderen Worten, die Hubbewegung des Arbeitskolbens 2 wird über ein entsprechendes Hineinader Herausschrauben dieser Madenschrauben bei einem vorgegebenen Druck der Druckluftquelle 12 so eingestellt, daß die Förderleistung der Pumpe 1. entsprechend den gegebenen Arbeitsbedingungen bzw. dem zu fördernden Medium angepaßt werden kann· Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß beim Auffüllen von Akkumulatorenbatterien mit einem Elektrolyten ein zu schnelles Einspritzen ein Schäumen und damit Verspritzen des Elektrolyten hervorruft, während ein zu langsam '

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oder auch zu abruptes Arbeiten der Pumpe zu Tropfbildungen führt, die für einen normalen Arbeitstakt bei einem Serienbetrieb nicht hingenommen uerden können. Aus diesem Grunde wird die Arbeitsgeschwindigkeit der Dosierpumpe nach der Erfindung einstellbar gehalten. Um die Arbeitsweise und insbesondere die Arbeitsgeschwindigkeit der Pumpe rein visuell überwachen zu können, ist das zylindrische Gehäuse 22 des Aüsgleichgefäßes 17 aus einem durchsichtigen Material· Dadurch kann sowohl die Höhe als auch die Absinkgeschwindigkeit des Ölspicgels 18, die unmittelbar die Bguegungsgeschwindigkeit des Arbeitskolbens 2 wiedergibt, ohne weiteres mit dem Auge verfolgt werden.

Das Ausgleichsgefäß JJ7 ist darüberhinaus mit einem z. B. aus Kunststoff gefertigten Deckel 23 versehen, in welchem die zur Zuführung der Druckluft vorgesehene Öffnung 24 sowie eine mit einer Schraube abgedichtete Einfüllöffnung 25 vorgesehen sind. Das gesamte Ausgleichsgefäß 17 wird durch die bis zum Fuß hindurchreichende Spannschraube 26 zusammengehalten, wobei eine Abdichtung mit Rücksicht darauf, daß in diesem Gehäuse bei Steüerungsbewegung Überdruck herrschen muß, eine Dichtung 27 vorgesehen ist.

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Uie schon erwähnt, ist zwischen der eigentlichen Pumpe J, und dem Steuerungsraum ein Abdicht- und Führungsteil 3, vorgesehen· Dieser Abdicht- und Führungsteil besteht im wesentlichen aus der Abschlußplatte 31, welche über die D-Ringabdichtungen 32 und 33 anen Ringkörper 34 abstützt. Dieser Ringkörper läßt unmittelbar um die Kolbenstange 4 herum einen Ringraum frei, welcher zum Stsuerungsteil über die bereits erwähnte O-Dichtung hermetisch abgeschlossen ist. Zum Pumpenteil J, wird dieser Raum über die O-Dichtung 35, welcher von dem Ringteil 36 gehalten wird, abgedichtet.

Der zwischen Ringteil 34 und Kolbenstange 4 befindliche Ringraum steht über eine Bohrung mit dem Messerzylinder S6 in Verbindung. Dia Wandung dieses Uasserzylinders ist aus durchsichtigem Material, so daß visuell der Pegel des Hassers in diesem Zylinder leicht überwacht werden kann. Der Zylinder selbst ist über eine Abdeckung 37 mit der Üassereinfüllüffnung 38 abgedeckt und wird über die Schraubstange 39 fest auf dem Pumpgehäuse gehalten.

Die Schraubstange 39 selbst ist als Rohr ausgebildet und steht in Uirkverbindung mit einer Bohrung des Ringkörpers 34 derart, daß über diese Innenbohrung Schmiermittel auf die

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Kolbenstange 4 und damit auf die Q-Ringdichtungen 35 und 32 gegeben, werden kann.

Zwischen diesem Abdicht- und Führungsteil 3, und dem Steuerungsteil ist der Entlüftungsraum 40 vorgesehen, in welchem über die Bohrung 41 atmosphärischer Druck gleichgültig von der Stellung des Arbeitskolbens 2 herrscht. Unabhängig davon, ob also der Arbeitskolben 2 mehr oder weniger dicht an der Wandung der Pumpe anliegt und ob die O-Ringdichtungen 32, 35 dicht sind, besteht für den zu pumpenden Elektrolyten keine Gefahr, mit der Druckluft, welche für die Arbeit der Dosierpumpe benötigt wird, vermischt zu werden. Umgekehrt besteht auch keine Gefahr, daß Elektrolyt in den Arbeitsraum des Steuerungsteils der Pumps gelangen kann und dort Korrosion hervorrufen könnte. Beide Teile der Pumpe sind also mechanisch vollständig entkoppelt und bei Schaden an den O-Dichtringen 32, 35 kann der Benutzer der Pumpe dies sofort an einem Absinken des Pegels der Flüssigkeit in dem Ausgleichsgefäß 36 feststellen, wobei diese Flüssigkeit, einen eventuell längs der Kolbenstange 4 austretenden Elektrolyten entsprechend verdünnt oder damit für die Teile der Pumpö unschädlich macht.

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In der eigentlichen Pumpe 1^, in. welche die Kolbenstange 4 als Verdrängungskörper hineinreicht und in uelche sie je nach dem einstellbaren Hub des Arbeitskolbens 2 mehr oder weniger hineingeschoben oder herausgezogen wird, besteht, im wesentlichen aus zwei Ventilen, näralich dem Einlaßventil 42 und dem Auslaßventil 43, Beide l/entile bestehen aus einem l/entilkörpei-j, der im Gegensatz zu herkömmlichen Vontilkörpern als Kegelventil besteht, welches sich dicht in die entsprechenden Bohrungen legt, wobei die Dichtwirkung noch durch zusätzliche 0~Ringe 44 bzw« 45 verstärkt wird. Beide Ventile arbeiten gegen den Druck von Federn, die die Ventilöffnung im allgemeinen geschlossen halten·

Beim Zurückziehen der als Verdrängungskörper wirkenden Kolbenstange 4 entsteht in der Pumpe 1, ein Unterdruck, wodurch der Ventilkörper 42 angehoben und das zu dosierende Medium in den Pumpenraum gesaugt wird, währsid beim Zurückgehen des Verdrängungskörpers in Form der Kolbenstange 4 der Pumpenraum ausgefüllt und damit die zu dosierende Flüssigkeit unter Druck und durch Anheben des Ventilkörpers 45 nach oben hinausgedrängt wird.

Durch die Uahl der Einlaßöffnung unten und der Auslaßöffnung nach oben wird mit Sicherheit erreicht, daß sich im Bereich

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der eige.ntlj.chon Pumpe und insbesondere der Ventile mit Sicherheit keine den Dosiervargang beeinflussende Luft— menge ansammeln kann, da selbst kleinste Lif tmengen mit Sicherheit bei jedem einzelnen Purnpyorgang nach oben hin— ausgedrückt würden»

Die Pumpe j[ kann dann mit jeder beliebigen Verbindungsleitung, beispielsweise auch mit Injektinnskanülen zum Auffüllen von Autobatterien usu· über den Anschlußstutzen 46 verbunden werden, während die zu dosierende Flüssigkeit über den Anschluß 47 in nicht dargestellter Ucise aus einem Reservoir abgepumpt werden kann·

Die Erfindung wurde anhand einer speziellen Ausführungsform einer Dosierpumps erläutert. Hierbei wurde, wie schon eingangs erwähnt, bewußt auf die Angabe von Konstruktionsein— hsiten, wie Dichtungen usw_e, verzichtet, sofern sie für das Verständnis der Erfindung ohne Bedeutung sind. Unabhängig davon sind aber im Rahmen der Erfindung auch eins Reihe von Abwandlungen möglich, die alle unter den grundsätzlichen Gedanken der Erfindung fallen, sofern die Merkmale nach Patentanspruch 1 erfüllt werden·

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So ist es beispielsweise ohne weiteres möglich, die über Ventile 16, 19 und Madenschrauben 20, 21 gegebene Steuerung für die Geschwindigkeit der Hin- und Rückbewegung des Arbeitskolbens 2 der Einlaßöffnung 13 vorzuschalten, und in diesem Fall die Bewegung dieses Arbeitskolbsns nach links über die Zwischenschaltung von Öl auszulösen. Diese Arbeitsweise bedeutet lediglich eine kinematische Umkehrung, ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Ebenso ist es möglich, eine der Bewegungen, z* B, die Bewegung nach links, mit Hilfe einer mechanischen Kraft, beispielsweise einer in dem Gehäuse untergebrachten und auf den Arbeitskolben 2 wirkenden Feder vorzunehmen, wobei über eins Druckluftsteuerung» die ihrerseits auf das im Aus— gleichgefäß vorhandene Öl drückt, den Kolben gegen Federkraft zu bewegen und die Rückführung über die Feder vorzunehmen« Auchdie Begrenzung der Hubbeuegung, also die Einstellung des Anschlages 7 kann in anderer Weise, beispielsweise über ein Gestänge erfolgen, wobei die Einstellung wiederum abhängig von den Ausgabeuerten eines Prozeßrechners erfolgen kann_o Dies immer dann, wenn die vorbeschriebene Dosierpumpe im Rahmen eines automatisierten Fertigungsprozesses eingesetzt werden soll.

- Ansprüche -

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Claims

_A η 3 P ₁ r υ c h

Über einen Arbeitskolben betätigbare Dosierpumpe, insbesondere zum dosierten Fördern von chemisch aktiven . Flüssigkeiten, wie Elektrolyten oder dgl,, mit Hitteln zum getrennten Einstellen des Kolbenhubes und der Be~ uegungsgeschwindigkeit des Kalbens, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Kolbens (2) in mindestens einer Bewegungsrichtung durch einen, vorzugsweise über eine Mikrometerschraube (1O) einstellbaren Anschlag (7) begrenzt ist und daß der vorzugsweise pneumatisch bewegte Kolben in mindestens einer Bewegungsrichtung gegen eine über zwei getrennt einstellbare Drosselventile (16, 19, 20, 21) mit einem Ausgleichsgafäß (i_7) verbundene Flüssigkeitsfüllung arbeitet, über die auch der Druck für die Gegenbeuegung ausgeübt wird.
2. Drosselspule nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeitsfüllung im Kolbenraum und im Ausgleichgefäß Öl, vorzugsweise Silikonöl, vorgesehen ist

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3. Dosierpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichgefäß (17) als Schauglas mit transparenten Uandungen (22) ausgebildet ist₀
4. Dosierpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgefäß (17) auf dem Pumpenkörper (5) aufgesetzt ist und mit diesem eine bauliche Einheit bildet.
5. Dosierpumpe nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von Druckluft zur Betätigung des Kolbens, die dem bzu. den fiuslöseräumen über Ragnetventile zugeführt uird.
6. Dosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bstätigungsdruckluft über ein Dreiwegeventil (11) einmal unmittelbar dem "Hubraum des Arbeitskolbens zur Auslösung einer Kolbenbeuegung in einer Beuegungsrichtung und zur Auslösung der Kolbenbeuegung in der entgegenge~ · setzten Bewegungsrichtung dem Ausgleichgefäß (17) zugeführt wird. ·
7. Dosierpumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Arboitskolben und Verdrängungskörper für den Pumpraum eine bauliche Einheit bilden·

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8. Dosierpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper als in den Pumpraum hineinragends Kolbenstange ausgebildet ist.
9. Dosierpumpe nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pumpraum und Arbeitskolben ein Abdicht- und Führungsteil (j3) angeordnet ist, das die Kolbenstange führt und üruckraum und Pumpraum gegeneinander entkoppelt,
10. Dosierpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdicht- und Führungsteil einen um die Kolbenstange laufenden Ringraum aufweist, der mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Uasser, gefüllt ist.
11. Dosierpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum mit einem Flüssigkeitsausgleichsgefäß über eine Kanüle verbunden ist.
12. Dosierpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsausgleichsgefäß mit Überuachungsmitteln über den Flüssigkeitsstand versehen ist.

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13» ' Dosierpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsausgleichsgefäß als Schauglas ausgebildet ist.
14. Dosierpumpe nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekenn~ zeichnet, daß dem Abdicht- und Führungsteil in Richtung zum Arbeitskolben ein Entlüftungsraum vorgeordnet ist, der ohne Zwischenschaltung von Steuerungsgliedern in Verbindung zur Außsnatmosphä're steht.
15. Dosierpumpe nach Anspruch 1 bis 14, gekennzeichnet durch die Verwendung von federbelasteten mit Dichtungs-O-Ringen kombinierten Kegelventilen zur Abdichtung der Ein- und Ausflußöffnung im Pumpraum.

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