DE2607059A1 - Einfuellduese - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE
SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBiNGHAUS

MÜNCHEN 9O, MARIAHILFPLATZ 2 & 3 POSTADRESSE: D-S MÜNCHEN 95, POSTFACH 95O16O

National Instrument Company, Inc.

DA-5343 20. Februar 1976

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Die Erfindung betrifft eine Einfülldüse bzw. ein Ventil und insbesondere eine Einfülldüse für Füllmaschinen, um Behälter, Flaschen, Phiolen, Ampullen usw. sehr schnell su füllen.

33s sind bereits verschiedene Füllraaschinen bekannt, die kleine Behältnisse, beispielsweise Flaschen, mit unterschiedlichen Stoffen und Produkten füllen können. Die herkömmlichen Füllmaschinen füllen dabei eine mehr oder weniger genau bemessene Menge an abzufüllendem Stoff oder Produkt in die kleinen Behältnisse. Aus der US-PS 2 807 213 ist eine herkömmliche Füllmaschine bekannt, die in der Lage ist, mit hoher Geschwindigkeit und relativ guter Genauigkeit abzufüllen.

Das Produkt oder der Stoff wird durch eine mit dem Ende des Füllschlauches verbundene Füll-, Einfüll- oder Austrittsdüse

ORIGINAL INSPECTED

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in die kleinen Behälter gefüllt. Diese Einfülldüsen oder -stutzen werden während des Füllvorgangs normalerweise in die Behälter gesenkt und die Arbeitsgeschwindigkeit der Füllmaschine hängt von der Auslass-Querschnittsfläche dei" Düse bzw. des Austrittsstutzens ab.

Einer der Hauptnachteile der herkömmlichen Düsen beruht auf der verhältnismässig kleinen Öffnung bzw. den verhältnismässig kleinen Öffnungen, durch die das Produkt in die kleinen Behälter strömt. Dadurch wird die Arbeitsgeschwindigkeit der Füllmaschine stark beschränkt. Die Grosse der Austrittsöffnung bzw. der Austrittsöffnungen ist bei den herkömmlichen Einfülldüsen relativ klein, da sehr grosse Austrittsöffnungen, die im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit günstig sind, dazu führen würden, dass sich auf Grund der OberfläcZaenspannung Tropfen bilden würden.

Es wurde bereits versucht, diesen sich widersprechenden Forderungen dadurch gerecht zu werden, dass in der Düsenspitze Siebe angebracht wurden. Solche Siebe sind jedoch für zähflüssigere Produkte nicht zu verwenden und verstopfen durch die Verunreinigungen im Produkt, welches normalerweise nicht gefiltert ist, sehr schnell.

Eine Tropfenbildung und das Abfallen von Tropfen aus der Einfülldüse führt jedoch nicht nur zu einer Verschmutzung des Behälters, der Flasche oder der Fülleinrichtung, sondern es gehen darüberhinaus auch erhebliche Mengen des einzufüllenden Produktes verloren.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einfülldüse insbesondere für Hochgeschwindigkeits-Füllmaschinen zu schaffen, die die zuvor beschriebenen Fachteile nicht aufweist und insbesondere ermöglicht, dass die durch die Einfülldüse fliessende Menge vergrössert werden kann, ohne dass eine Tropfenbildung und ein Nachtropfen auftritt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen äusseren Rohrstutzen, Verbindungseinrichtungen, die den äusseren Rohrstutzen mit einem Einfüllschlauch verbinden, ein an der Austrittsseite des äusseren Rohrstutzens angeordnetes,bewegliches Verschlussglied, eine Feder, die das Verschlussglied in der normaler Weise geschlossenen Stellung hält und Einrichtungen, die das Verschlussglied auf Grund des Druckes, der auf das durch die Einfüllduse einzufüllenden Produktes ausgeübt wird, gegen die Federkraft verschieben, und die einee am inneren Rohrstutzen befestigte Kolbenanordnung aufweist, dessen Durchmesser grosser ist als der Innendurchmesser des äusseren Rohrstutzens und der innerhalb der Verbindungseinrichtungen gleitend angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemässen Einfülldüse ist also ein sicherer und guter Schließvorgang gewährleistet, wobei die Einfülldüse dadurch geöffnet wird, dass die unter Druck stehende Flüssigkeit, die von der Füllmaschine mit Druck beaufschlagt wird, auf eine Kolbenanordnung drückt.

Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Einfülldüse einen langgestreckten äusseren Rohrstutzen auf, in dem ein innerer, hohler Rohrstutzen gleitend angeordnet ist. Der innere Rohrstutzen bzw. das innere Düsenteil, das in seiner Form dem äusseren Rohrstutzen angepasst ist, ist in der Nähe des äusseren Endes mit Auslassöffnungen versehen, die bezüglich eines Verschluss-Ventilgliedes lagemässig so angeordnet sind, dass die Flüssigkeit aus dem inneren Rohrstutzen durch die Austrittsöffnungen in den zu füllenden Behälter fliessen kann, wenn der innere Rohrstutzen so verschoben ist, dass sowohl das Verschlussventilglied als auch die Austrittsöffnungen im wesentlichen ausserhalb des äusseren Rohrstutzens liegen. Der innere, hohle Rohrstutzen wird dabei in die geöffnete Stellung der Düse durch axiale Verschiebung gebracht, indem das einzufüllende Produkt, das unter Druck steht, Druck auf einen Kolben ausübt, der in einem Zylinder-Hohlraum eines mit dem Einfüllschlauch in Verbindung stehenden Zylinders

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gleitend angeordnet ist. In der Nähe des Kolbenendes sind im inneren Rohrstutzen Öffnungen vorgesehen, durch die das flüssige Produkt vom Zylinder-Hohlraum ins Innere des hohlen, inneren Rohrstutzens fliessen kann, wenn der Kolben und damit auch der mit dem Kolben fest verbundene innere Rohrstutzen durch das unter Druck stehende Produkt in axialer Richtung verschoben v/erden. Eine Feder hält den Kolben und den hohlen, inneren Rohrstutzen zusammen mit dem Verschlussglied in der normalerweise geschlossenen Stellung, d. h. in der Stellung, bei der die Austrittsöffnungen innerhalb des äusseren Rohrstutzens liegen und das Yerschlussglied am äusseren Rohrstutzen aufsetzt und einen sicheren Verschluss bildet.

Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform. ist der Zylinder in einem oberen Gehäuseteil ausgebildet, der mit einen nach aussen ragenden, mit Gewinde versehenen Ansatz ausgerüstet ist, über den ein unteres Gehäuseteil aufgeschraubt werden kann, was seinerseits einen abgesetzten Ansatz; aufweist, an dera der äussere Rohrstutzen fest angebracht ist.

Die erfindungsgemässe Einfülldüse lässt nicht nur eine Fallgeschwindigkeit zu, die bis zu 400 % über der Füllgeschwindigkeit herkömmlicher Füllmaschinen liegt, sie ermöglicht auch, das Abfüllen mit wesentlich grösserer Genauigkeit, und zwar ist es durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Einfülldüsc überraschend möglich, eine Einfüllgenauigkeit von etwa + 0,1 % bis + 0,5 % gegenüber +1 % bei herkömmlichen Einfülldüsen zu erzielen. Darüberhinaus tritt bei der erfindungsgemässen Einfülldüse trotz der grösseren Arbeitsgeschwindigkeit und der genaueren Dosierung keine Bildung von Tropfen und damit ein Fachtropfen des einzufüllenden Produktes auf. Bei der erfindungsgemässQiEinfülldüse ist es auch nicht nötig, auf das einzufüllende Produkt einen hohen Druck auszuüben.

Die erfindungsgemässe Einfülldüse für Hochgeschwindigkeits-Füllmaschinen vermeidet also auf einfache Weise die zuvor be-

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schriebenen Nachteile bekannter Einrichtungen und ermöglicht, dass die Arbeitsgeschwindigkeit der Füllmaschine wesentlich erhöht v/erden kann. Mit der erfindungsgemässen Anordnung ist es nicht nur möglich, die Arbeitsgeschwindigkeit der Füllmaschine zu erhöhen., sondern auch die Füllgenauigkeit der Maschine au verbessern. Die erfindungsgemässe Einfülldüse wird durch den Druck des einzufüllenden Produkte betätigt, es sind dabei jedoch keine grossen Drücke auf Teile der Einfülldüse bzw. auf das einzufüllende Produkt erforderlich, um die Einfülldüse sicher zu öffnen und zu schliessen. Die erfindungsgemässe Einfülldüse ist einfach aufgebaut, leicht zusammenzusetzen und verhindert dennoch mit grosser Zuverlässigkeit trotz wesentlich höherer Arbeitsgeschwindigkeit ein Nachtropfen.

Die Erfindung schafft also eine Einfülldüse bzw, ein Einfüll-, Dosier·- oder Austrittsventil insbesondere für mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Füllmaschinen. Die erfindungsgemässe Einfülldüse wird durch eine Feder sicher und zuverlässig geschlossen und abgesperrt, so dass eine Tropfenbildung und ein Nactitropfen verhindert wird. Das durch eine Feder vorgespannte Verschlussglied wird durch den Druck geöffnet, der während des Einfüllvorganges von der Füllpumpe auf das einzufüllende Produkt ausgeübt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer einzigen Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Achsenquerschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einfülldüse.

Wie in der einzigen Zeichnung dargestellt ist, ist der (nicht dargestellte) Füllschlauch über einen Schlauchstutzen 11 eines oberen Gehäuseteils 10 geschoben. Das obere Gehäuseteil 10 weist zusätzlich zum Schlauchstutzen 11 ein an obr Stelle 13 von aussen einschraubbarer Ansatz 12 sowie eine hexagonale Mutter 15 zwischen dem Schlauchstutzen 11 und dem Ansatz 12 auf. Eine sich vom freien Ende des Ansatzes 12 in die Mutter

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15 hineinerstreckende innere Bohrung 14 ergibt eine Zylinderfläche für eine als Ganzes mit dem Bezugszeichen 20 versehene Düsenkolbenanordnung. Die Diisenkolbenanordnung 20 besitzt einen Kolbenbereich 21, der in der inneren Bohrung 14 bzw. auf der Zylinderfläche gleitet. Darüberhinaus weist die Kolbenanordnung 20 einen ersten Absatz 22, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser der Zylindorfläche 14-, sowie einen zweiten Absatz 23i dessen Durchmesser noch kleiner als der Durchmesser des ersten Absatzes 22: ist, auf, so dass auf diese V/eise ein Widerlager 24- für die Feder entsteht.

Die Kolbenanordnung 20 besitzt weiterhin eine Hittelbohrung 25·, die an der Stelle 26 angesenkt ist und eine Befestigungsschraube 60 aufnimmt, um die Kolbenanordnung in der nachfolgend noch zu beschreibenden Weise an der inneren Hohlbuch.se. 31 zu befestigen. Die Kolbenanordnung 20 ist darüberhinaus an der Auslassseite mit einer Innenbohrung oder einer Ausnehmung 27 versehen, die mit der Mittelbohrung 25 in Verbindung steht, jedoch einen grösseren Durchmesser aufweist.

Der als ganzes mit dem Bezugszeichen 30 versehene innere Düsenaufbau weist ein hülsenförmiges, inneres, hohles Düsenteil 31 auf, das mit der Innenseite 31'* d. h. mit der linken Seite (vgl. die Figur) über einen Endteil 32 einer zur inneren Ausnehmung 27 komplementären Bauform fest angebracht und daran befestigt ist. Das Endteil 32 wird mit der Schraube 30 an der Kolbenanordnung 20 befestigt, so dass sich die Kolbenanordnung 20 und die innere Buchse 31 gemeinsam bewegen. Innerhalb der Innenseite 31' besitzt das innere, buchsenförmige Düsenteil 31 Öffnungen 33ι beispielsweise zwei diametral gegenüberliegende öffnungen 33» um zwischen dem Innenraum des hohlen buchsenförmigen Düsenteils 31 und dem Zylinder-Hohlraum 49 eine Verbindung herzustellen. Die Kolbenanordnung 20 und der innere Düsenaufbau 30 sind also so miteinander verbunden, dass sie sich gemeinsam bewegen, wenn die Kolbenanordnung durch den Druck des einzufüllenden Produktes, der gegen die Federkraft der Feder 65 wirkt,

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versetzt wird. Die Jeder 35 hält die Kolbenanordnung 20 und den inneren Düsenaufbau 30 in der linken Endstellung (vgl. die Figur). Die Feder 65 liegt dabei einerseits am Feder-Widerlager 24 und andererseits an der schrägen Fläche 47 des insgesamt mit dem Bezugszeichen 40 versehenen unteren Gehäuseteils an. Das untere Gehäuseteil 40 besitzt eine erste Zylinderfläche 41, die über eine schräge Fläche 41' in eine zweite Zylinanpflache 43 übergeht, deren Durchmesser etwa dem der Zylinderfläche 14 entspricht. Darüberbinaus ist das linke Ende des unteren Gehäuseteils 40 mit einem Innengewinde 42 versehen, in das das Aussengewinde 13 des oberen Gehäuseteils 10 eingeschraubt wird, wobei gegebenenfalls eine oder mehrere Unterlegscheiben oder Abstandsscheiben 45, beispielsweise sogenannte ¹¹ VeIbestör»"-Scheiben zwischen die Gehäuseteile eingelegt werden.

Der äussere Rohrstutzen 50, in welchem der innere, buchsenförmige Düsenteil 31 gleitet, ist in der üblichen Weise, beispielsweise durch Lichtbogenschweissen, mit dem unteren Gehäuseteil 40 fest verbunden. Der Ansatz 46 ist mit einem Aussengewinde 46' versehen, auf das eine Anziehmutter 61 aufgeschraubt wird, so dass die Düsenvorrichtung an einem entsprechenden (nicht dargestellten) Düsenbefestigungsbügel vorzugsweise mit einer dazwischen liegenden, flachen Unterlegscheibe 52 angebracht vier den kann. Natürlich können auch andere geeignete Befestigungseinrichtungen bekannter Art dazu verwendet werden, · den äusseren Rohrstutzen 50 an dem unteren Gehäuseteil 40 zu befestigen.

Es sind beispielsweise vier Austrittsöffnungen 36 vorgesehen, die nahe der rechten Seite des inneren,buchsenförmigen Düsenteils 31 in einem Winkel von 45° angeordnet sind. Darüberhinaus ist ein stöpsel- oder bolzenförmiges Abschlussglied 37 in das rechte Ende des inneren, buchsenförmigen Düsenteils 31 eingesetzt und in der üblichen Weise mit diesem Düsenteil 31 fest verbunden. Das stöpselartige Abschlussglied 37 besitzt in ent-

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gegengesetzter Richtung geneigte Endflächen mit einem zwischen diesen geneigten Flächen befindlichen Winkel α von beispielsweise etwa 20 bis 40°. Der äussere Rohrstutzen 50 v/eist eine entsprechend abgeschrägte Enflache 51 auf, so dass durch die Federwirkung der Feder 65 die Düse sicher und fest geschlossen ist, wenn die Feder 65 die Kolbenannrdnung 20 und den inneren Düsenaufbau JO in der Normalstellung und damit den Verschlussteil 37 in der geschlossenen Stellung hält. Dadurch ißt nach Abschluss des Füllvorgangs eine sichere und gute Ventil- und Verschlussfunktion gewährleistet, so dass ein Nachtropfen vermieden wird.

Der Ansatz 12 ist ebenfalls mit schrägen Flächen 12' versehen, so dass der Wiedereintritt der Kolbenanordnung 20 in die Innen- bzw. Zylinderbohrung 14- erleichtert und insbesondere auch der Ausfluss des unter Druck stehenden, einzufüllenden Stoffes im Zylinder-Hohlraum 49 erleichtert wird, wenn die Kolbenanordnung 20 und der innere Düsenaufbau 30 in der Zeichnung nach rechts hin axial versetzt sind und sich in der offenen Stellung der Austrittsdüse befinden, wobei der Kolbented 1 den Zylinder-Hohlraum 14 verlassen hat.

Nachstehend wird die' Arbeitsweise der erfindungsgemässen Einfülldüse beschrieben.

V/ährend des Betriebes wird das unter Druck stehende, einzufüllende Produkt durch den Schlauchstutzen 11 gedrückt und drückt seinerseits die Kolbenanordnung 20 und"damit auch den mit der Kolbenanordnung 20 fest verbundenen inneren Düsenaufbau 30 in axialer Richtung nach rechts, so dass das Verschlussglied 37 von der Dichtfläche 51 des äusseren Rohrstutzens 50 abgehoben wird und die Austrittsöffnungen 36 so versetzt werden, dass sie ausserhalb des Rohrstutzens 50 liegen. Die Stellung, bei der die Austrittsdüse geöffnet ist, ist in der einzigen Figur strichpunktliniert dargestellt.

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Sobald die Kolbenanordnung 20 den Zylinder-Hohlraum 24 verlassen hat, kann der einzufüllende Stoff in den Zylinder-Hohlraum 49 und von dort durch die Öffnungen 33 in das Innere des inneren buchsenförmigen Düsenteils 31 fliessen. Durch die Löcher 36 kann das einzufüllende Produkt dann in den zu füllenden Behälter austreten bzw. einströmen* Dies dauert so lange an, wie die Einfüllpumpe das Produkt unter Druck während des Ausströmhubes hält. V/enn die Pumpe der Füllmaschine anzusaugen beginnt, drückt die Feder 65 die Kolbenanordnung 20 und den inneren Düsenaufbau 30 wieder in die geschlossene Düsenstellung zurück.

Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, dass die Austrittsdüse mit relativ niederem Druck, der auf das zu füllende Produkt ausgeübt wird, geöffnet werden kann. Dies wird durch die relativ groGse, dem Druck ausgesetzte Fläche des Kolbens 21 erreicht, so dass trotz des relativ geringen Druckes, mit dem das einzufüllende Produkt von der Einfüllpumpe geliefert wird, eine relativ grosse Antriebskraft auftritt, da gilt

F = ρ χ A.

Hierbei ist F die wirkende Kraft, ρ der Druck pro Einheitsfläche und A die Kolbenfläche, auf die der unter-Druck stehende einzufüllende Stoff drückt. -■ . ·

Um eine zufriedenstellende Arbeitsweise zu erreichen, muss die Kolbenendfläche, auf die das einzufüllende Produkt drückt, relativ gross sein; diese Kolbenfläche muss grosser sein als die Querschnittsfläche des äusseren Rohrstutzens, wenn man einen rechtwinklig zur Achse der Anordnung durchgeführten Querschnitt betrachtet. Da der Kolben 21 die Bohrung des äusseren Rohrstutzens 50 und die äussere Umfangsfläche des inneren Rohrstutzens bzw. diesen Teil 3I einen normalerweise kreisförmigen, im rechten Winkel zur Achse dieser Teile durchgeführten Querschnitt aufweist, so bedeutet dies, dass der Durchmesser des Kolbens 21 grosser ist als der Durchmesser der äusseren Umfangs-

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fläche des inneren Rohrstutsens 31 und der Bohrung des äusseren Rohrstutzens 60. Um eine zufriedenstellende Funktionsweise zu erreichen, können die richtigen Abmessungen des Kolbens 21 in Bezug auf die anderen Teile 21 und 50 ohne Schwierigkeiten empirisch festgestellt werden; dabei müssen die Abmessungen des Kolbens 21 umso grosser sein, je grosser das Gewicht ist.

Wie bereits erwähnt, kann die Füllgeschwindigkeit mit der erfindungsgemässen Füll- bzw. Dosierdüse bis zu 400 % erhöht werden. Darüberhinaus können mit der Fülldüse gemäss der vorliegenden Erfindung die meisten verschiedenen Produkte, beispielsweise Alkohol mit bis zu 50 Gew.% Öl abgefüllt werden. Dabei ist lediglich erforderlich, dass die einzufüllenden Stoffe fliessfähig sind. Darüberhinaus kann mit der erfindungsgemässen Abfülldüse die Abfüllgenauigkeit wesentlich verbessert v/erden, und zwar um einen Faktor von 2 bis 10 gegenüber .der Abfüllgenauigkeit herkömmlicher Abfülldüsen.

Die vorliegende Erfindung wurde zuvor anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt und beschrieben. Selbstverständlich ist die.Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, der Fachmann kann vielmehr zahlreiche Abwandlungen und Änderungen vornehmen, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen werden würde.

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Claims (1)

1. Schutzansprüche

   Einfülldüse, insbesondere für Hochgeschwindigkeits-Füllmaschinen, gekennzeichnet durch einen ausseren Rohrstutzen (50), Verbindungseinrichtungen (10, 40), die den ausseren Rohrstutzen (50) mit einem Einfüllschlauch verbinden, ein an der Austrittsseite des äusseren Rohrstutsens (50) angeordnetes, bevieglich.es Verschlussglied (37)* eine Feder (65), die das Verschlussglied (37) in der normaler Weise geschlossenen Stellung hält und Einrichtungen, die das Verschlussglied (37) auf Grund des Druckes, der auf das durch die Einfülldüse einzufüllenden Produktes ausgeübt wird, gegen die Federkraft verschieben, und die eine am inneren Rohrstutzen (30) befestigte Kolbenanordnung (20) aufweisen,dessen Durchmesser grosser ist als der Innendurchmesser des äusseren Rohrstutzens (50) und der innerhalb der Verbindungseinrichtungen (10, 40) gleitend angeordnet ist.

   Einfülldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussglied (37) mit dem im äusseren Rohrstutzen (50) gleitend angeordneten inneren Rohrstutzen (30) fest verbunden ist, die Feder (65) die Kolbenanordnung (20) und damit den inneren Rohrstutzen (30) sowie das Verschlussglied (37) normalerweise in einer zurückgezogenen Stellung ■ hält, in der das Verschlussglied (37) am äusseren Rohrstutzen (50) aufsitzt, die Kolbenanordnung (20) in einem Zylinderabschnitt (14) der Verbindungseinrichtungen (10, 40) gleitend angeordnet ist, die Verbindungseinrichtungen (10, 40) im Inneren einen Zylinder-Hohlraum (49) bilden, in dem das unter Druck stehende Produkt fliessen kann, wenn die Kolbenanordnung (20) durch den auf das Produkt wirkenden Druck gegen die Federkraft verschoben wird, und das innere Ende des inneren Rohrstutzens (30) mit Öffnungen (.33) versehen ist, die eine Verbindung zwischen dem Zylinder-Hohlraum (49) und dem Inneren des inneren Rohrstutzens (30) herstellen.

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   3. ·Einfülldüse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2,

   dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtungen (10, 40) einen oberen Gehäuseteil (10), der eine Zylinderfläche (14) für die mit dem Verschlussglied (37) verbundene Kolbenanordnung (20), sowie ein unteres Gehäuseteil (40) aufweist, das über ein Gewinde (13) sjq. oberen Gehäuseteil (10) geschraubt werden kann.

   4. Einfülldüse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet, dass das untere Gehäuseteil (40) einen mit dem äusseren Rohrstutzen (50) fest verbundenen Ansatz (45) aufweist.

   5. Einfülldüse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein inneres, buchsenförmiges, hohles Düsenteil (31)? welches einen Teil des inneren Rohrstutzens (30) darstellt und im äusseren Rohrstutzen (50) gleitend angeordnet ist, die Kolbenanordnung (20) mit dem Verschlussglied (37) verbindet.

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