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Flüssikeitskolbenpumpe
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitskolbenpumpe gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf handbetätigte Flüssigkeitspumpen
zum Versprühen von Flüssigkeiten aus Behältern, deren Flüssigkeit versprüht werden
soll.
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Es sind Pumpen der vorstehenden Art bekannt, die jedoch aufwendig
in der Herstellung und besonders kostspielig sind und auch für Massenfertigungen
nicht geeignet sind. Die bekannten Pumpen besitzen darüber hinaus den Nachteil,
daß keine ausreichend hohen Drücke erzeugt werden können, um die Flüssigkeit in
ausreichend feine Tröpfchen versprühen zu können. Es sind daher vielfach unter hohem
Gas- oder Flüssigkeitsdruck stehende Sprühflaschen bekanntgeworden, bei denen gegen
Federdruck ein Rückschlagventil geöffnet wird, um die unter hohem Druck stehende
Flüssigkeit bzw. ein Gas-Flüssigkeitsgemisch über eine Düse an die Umgebung zu versprühen.
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Solche unter Gasdruck stehenden Flüssigkeitsbehälter sind nicht nur
besonders explosionsgefährlich, wenn sie sich in einer warmen Umgebung befinden,
sondern auch die verwendeten Treibgase haben sich in letzter Zeit als umweltschädlich
herausgestellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Flüssigkeitskolbenpumpe der
eingangs genannten art anzugeben, die mit geringem Aufwand aus wenigen Teilen besteht,
zur Massenfertigung besonders geeignet ist und eine ausreichend feine Zerstäubung
der zu versprühenden Flüssigkeit ohne Rückschlagventil und ohne Verbindung von Treibgasen
erlaubt.
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Insbesondere soll die Flüssigkeitskolbenpumpe auch in Verbindung mit
Einwegsprühflaschen verwendbar sein.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die
in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Hierin zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eine erste Ausführung einer handbetätigten Pumpe als Teil einer nicht dargestellten
Sprühflasche oder eines Sprühbehälters, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite
Ausführung einer handbetätigten Pumpe in Verbindung mit einem Sprühbehälter, Fig.
3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführung einer handbetätigten Pumpe in
Verbindung mit dem Hals eines nur teilweise dargestellten Sprühbehälters und Fig.
4 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführung einer handbetätigten Pumpe als
integraler Teil einer Spritz- bzw. Sprühpistole.
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In Fig. 1 umfaßt eine Flüssigkeitspumpe einen Gehäusekörper 10 mit
einem Deckel 21, eine Kolbenstange 24 mit einem Betätigungsknopf 27 am oberen Ende
der Kolbenstange, wobei die Kolbenstange 24 und der Betätigungsknopf 27 aus einem
Stück bestehen, zwei Kolbenteile 25 und 26 eines abgestuften Kolbens, eine Feder
28 und ein Steigrohr 29, das in einen nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter bis
dicht über seinen Boden ragt. Der Körper 10 ist als Verschlußteil für den nicht
dargestellten Behälter bzw. Flasche ausgebildet. Im Beispielsfalle besitzt der Körper
10 die Form eines Stopfens, der wenigstens teilweise in eine Behälter- oder Flaschenöffnung
eingesetzt wird und diese dabei dichtverschließt. Die obere Stirnfläche 11 des Körpers
10 ist durch einen umlaufenden Randausschnitt abgesetzt, der eine ringförmige, vorspringende
Schulter 12 bildet. Der Deckel 21 besitzt einen dem Randausschnitt angepaßten ringförmigen
Vorsprung 22, der über die Stirnfläche 11 ragt und an der ringförmigen Schulter
12 dicht anliegt.
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In der Stirnfläche 11 des Körpers 10 befindet sich eine Ausnehmung,
die von dem Deckel 21 dicht abgeschlossen ist, um einen abgeschlossenen Raum zu
bilden, der aus einem obere weiteren Abschnitt 13 und einem unteren engeren Abschnitt
14 besteht. Eine ringförmige Schulter 15 bildet den Übergang zwischen den beiden
Abschnitten 13 und 14. Der obere Abschnitt 13 ist über seine ganze Länge zylindrisch
ausgebildet. Der untere Abschnitt 14 ist ebenfalls im wesentlichen über seine ganze
Länge zylindrisch ausgebildet. Dabei kann der Boden, wie im Beispielsfalle konisch
verjüngt sein. In der Stirnfläche 11 befindet sich weiterhin eine flasche Ausnehmung
16, die sich von dem oberen Abschnitt i3 aus bis zu einem Kanal 17 erstreckt, der
den Körper 10 durchdringt und an seiner unteren Stirnfläche 18 austritt. Der Kanal
17 dient als Belüftungskanal, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird. Der Körper
10 ist von einem weiteren Kanal 19 durchdrungen, der von dem ringförmigen Ansatz
15 ausgeht und ebenfalls an der Bodenfläche 18 des Körpers 10 austritt. In den Kanal
19 ist das Steigrohr 29 eingesetzt. Das Rohr 29 und der Kanal 19 dienen als Flüssigkeitszufuhrwege
in den abgeschlossenen Pumpenraum, wie nachstehend näher beschrieben ist.
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Der Deckel 21 besitzt eine zentrale Öffnung 23, durch die die Kolbenstange
24 verschieblic'h geführt ist. Das untere Ende der Kolbenstange ist mit dem oberen
Kolbenteil 26 verbunden, der mit dem unteren Kolbenteil 25 den abgesetzten Kolben
bildet.
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Die äußeren Abmessungen des unteren Kolbenteiles 25 sind dem unteren
Zylinderabschnitt 14 angepaßt. Der obere Kolbenabschnitt 26 besitzt den gleichen
Zylinderquerschnitt wie der obere Zylinderabschnitt 13. Die axiale Länge des oberen-
Kolbenabschnittes 26 ist wesentlich kürzer als die axiale Länge des oberen Zylinderabschnittes
13. Der Kolben 25, 26 unterteilt die Ausnehmung in zwei voneinander druckdicht getrennte
Zylinderräume, deren Volumen sich mit der Kolbenbewegung ändert. Der obere Zylinderraum
oberhalb des Kolbenabschnittes 26 ist mit der flachen Ausnehmung 16 und dem Kanal
17 in Verbindung, solange sich der Kolbenabschnitt 26 nicht in seiner obersten Stellung
befindet, in der der obere Zylinderraum das Volumen Null aufweist
und
der obere Kolbenabschnitt 26 dabei die Verbindung zu der Ausnehmung 16 abschließt.
Der untere Zylinderraum unterhalb des oberen Kolbenabschnittes 26 ist mit dem Kanal
19 und dem Rohr 29 verbunden. Nur wenn der obere Kolbenabschnitt 26 sich in seiner
untersten Stellung befindet, in der der untere Zylinderraum das Volumen Null aufweist,
ist der Kanal 19 mit seiner Austrittsöffnung in dem ringförmigen Absatz 15 von dem
unteren Zylinderraum abgeschlossen.
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Beide Kolbenabschnitte 26 und 26 des Kolbens sind von einem zentralen
Kanal 50 durchdrungen, der an einen Kanal 51 anschließt, welcher sich zentral durch
die Kolbenstange 24 erstreckt und radial aus dem Druckknopf 27 nach außen austritt,
wodurch eine Austrittsöffnung oder Austrittsdüse für die Pumpe geschaffen ist.
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Durch Druck z.B. mit einem Finger auf den Druckknopf 27 läßt sich
die Kolbenstange 24 entgegen der Kraft der Feder 28 nach unten drücken. Zu diesem
Zweck kann der Druckknopf jede gewünschte Gestalt besitzen, die ein Verschieben
der Kolbenstange 24 mit einem Finger oder Daumen einer Hand erleichtert.
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Es ist klar, daß die Erfindung nicht auf eine derartige Handbetätigung
der Pumpe beschränkt ist. Es sind auch die verschiedensten bekannten Pumpenbetätigungsmechanismen
entsprechend anwendbar, wie sie z.B. in Flaschen und Behältern vor allem für Reinigungsflüssigkeiten
im Haushalt Verwendung finden.
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Bei der Feder 28 handelt es sich im Beispielsfalle um eine zylindrische
Spiralfeder, innerhalb der die Kolbenstange 23 verläuft. Die Feder 28 sucht bei
den Kolben 25, 26 in seiner obersten Stellung zu halten, in der der obere Kolbenabschnitt
26 an der Unterseite des Deckels 21 anliegt. Es ist klar, daß O-Ringe und dergleichen
Dichtungen vorhandensind, um die notwendigen Abdichtungen zu erreichen.
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Im übrigen kann es wünschenswert sein, Vorrichtungen vorzusehen, die
den Kolben 25, 26 in seiner untersten Stellung festhalten.
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Hierbei kann es sich um herkömmliche Sperr- oder Haltevorrichtungen
handeln, die verhindern, daß die Flüssigkeit aus dem Behälter ausströmt, wenn er
sich z.B. während des Transports in einer umgekehrten Stellung befindet. Die Abdichtung
der Flüssigkeit in dem nicht dargestellten Behälter kann z.B. dadurch erreicht werden,
daß der Kolben 25, 26 innerhalb des unteren Zylinderabschnittes 14 festgehalten
wird, wodurch die Kanäle 50, 51 von dem Kanal 19 und dem anschließenden Rohr 29
dicht abgesperrt sind. Dem Fachmann ist klar, daß die Flüssigkeit in dem Behälter
auch auf andere herkömmliche Weise dicht abgeschlossen werden kann. So kann der
nicht dargestellte Behälter mit einer dichten Kappe abschließbar sein, die erst
bei der Benutzung des Behälters abgenommen und an ihre Stelle der Pumpenkörper 10
in die Behälteröffnung eingesetzt wird.
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Zunächst sei angenommen, daß der Kolben 25, 26 sich in seiner oberen
Stellung befindet, wie Fig. 1 zeigt und keine Flüssigkeit in den Zylinderabschnitten
13 und 14 vorhanden ist. Wird der Druckknopf 27 an der Kolbenstange 24 nach unten
gedrückt, dann wird der Kolben 25, 26 entgegen der Kraft der Feder 28 nach unten
gedrückt. Der Raum oberhalb des oberen Kolbenabschnittes 26 wird dabei zunehmend
größer, während der Raum unterhalb des oberen Kolbenabschnittes 26 zunehmend kleiner
wird. Im Maße, wie der obere Raum sich vergrößert, strömt Luft aus dem Behälter
oberhalb der Flüssigkeit über den Kanal 17 und die Ausnehmung 16 in den oberen Zylinderraum.
Die Luft in dem unteren Zylinderraum wird dagegen durch die Kanäle 50 und 51 nach
außen und durch das Rohr 29 zum Boden der Sprühflasche gedrückt, von wo die Luft
in Blasen an die Oberfläche der Flüssigkeit strömt.
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Wird der Kolben 25, 26 weiter nach unten gedrückt, so erreicht er
eine Stelle, bei der der untere Kolbenabschnitt 25 in den unteren Zylinderabschnitt
14 eintaucht, wobei der obere Zylinderabschnitt 13 von dem unteren Zylinderabschnitt
14 getrennt wird. Bei weiterer Abwärtsbewegung des Kolbens 25, 26 wird die Luft
in dem unteren Zylinderabschnitt 14 durch die Austrittskanäle 50 und 51 nur noch
nach außen gedrückt, während die Luft in dem oberen Zylinderabschnitt 13 aber unterhalb
des oberen
Kolbenabschnittes 26 durch den Kanal 19 und das Rohr
29 in den Behälter gedrückt wird. Bei Erreichen der untersten Kolbenstellung dichtet
der untere Kolbenabschnitt 25 die Austrittskanäle 50 und 51 ab, während der Kolbenabschnitt
26 den Kanal 19 mit dem anschließenden Rohr 29 abschließt. Der von den beiden Kolbenabschnitten
25 und 26 eingeschlossene untere Zylinderraum ist dann auf Null verkleinert, während
der obere Zylinderraum oberhalb des oberen Kolbenabschnittes 26 sein maximales Volumen
aufweist und mit Luft von im wesentlichen Umgebungsdruck gefüllt ist.
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Wird der Druckknopf 27 freigegeben, so wird der Kolben 25, 26 durch
die Kraft der Feder 28 nach oben bewegt. Der Kolbenabschnitt 26 drückt dabei die
Luft in dem oberen Zylinderraum über die Kanäle 16, 17 in den Behälter oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels. Der hierbei auf die Flüssigkeit ausgeübte geringe Gasdruck
trägt mit dazu bei, daß Flüssigkeit durch das Rohr 29 und den Kanal 19 in den mit
der Aufwärtsbewegung der Kolbenabschnitte 25 und 26 sich ausdehnenden unteren Zylinderraum
gedrückt wird.
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Die Hauptkraft, mit der die Flüssigkeit aus dem Behälter in den unteren
Zylinderraum gedrückt wird, ergibt sich aber aus dem Ansaugdruck auf Grund der Aufwärtsbewegung
des oberen Kolbenabschnittes 26. Hierbei ist wesentlich, daß der untere Kolbenabschnitt
25, solange er sich innerhalb des unteren Zylinderabschnittes 14 befindet, diesen
von dem oberen Zylinderabschnitt 13 dicht abschließt. Während also über die Kanäle
50, 51 durch die Aufwärtsbewegung des unteren Kolbenabschnittes 25 in den unteren
Zylinderabschnitt 14 Luft angesaugt wird, wird mit der Aufwärtsbewegung des oberen
Kolbenabschnittes 26 durch das Rohr 29 und den Kanal 19 in den oberen Zylinderabschnitt
13 Flüssigkeit aus dem Behälter angesaugt. Sobald der untere Kolbenabschnitt 25
die Ringschulter 15 freigegeben hat, fällt die angesaugte Flüssigkeit aus dem oberen
Zylinderabschnitt 19 in den unteren Zylinderabschnitt 14, während bei weiterer Aufwärtsbewegung
des Kolbens 25, 26 weitere Flüssigkeit aus dem Behälter angesaugt wird. Wenn der
obere Kolbenabschnitt 26 den Deckel 21 erreicht hat, kommt die Kolbenbewegung zur
Ruhe und die Ansaugung der Flüssigkeit aus dem Tehälter in den Zylinderraum unterhalb
des Kolbens 25, 26 ist beendet.
In diesem Zustand enthält der untere
Zylinderabschnitt 14 eine bestimmte Flüssigkeitsmenge, die bei der nächsten Abwärtsbewegung
des Kolbens 25, 26 über die Kanäle 50, 51 an die Umgebung versprüht werden kann.
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Wird der Kolben 25, 26 in dieser Situation nach unten gedrückt, wird
die vorher angesaugte Flüssigkeit in dem Zylinderraum unterhalb des Kolbenabschnittes
26 teile über den Kanal 19 und das Rohr 29 zurück in den Flüssigkeitsbehälter und
teils über die Kanäle 50, 51 nach außen gedrückt. Es gelangt dabei mehr Flüssigkeit
über die Kanäle 50, 51 nach außen als über den Kanal 19 und das Rohr 29 zurück in
den Behälter, weil der Widerstand in dem Rohr 29, das in den mit Flüssigkeit gefüllten
Behälter eintaucht und bis nahe über den Behälterboden reicht, größer ist als in
den zur Umgebung offenen Kanälen 50, 51. Bei weiterer Abwärtsbewegung des Kolbens
erreicht schließlich der untere Kolbenabschnitt 25 die Ringschulter 15 und dringt
weiter in den unteren Zylinderabschnitt 14 ein. Hierbei schließt der untere Kolbenabschnitt
25 den unteren Zylinderabschnitt 14 von dem oberen Zylinderabschnitt 15 unterhalb
des oberen Kolbenabschnittes 26 dicht ab. Bei weiterer Abwärtsbewegung wird die
Flüssigkeit in dem unteren Zylinderabschnitt 14 in Abhängigkeit von der Druckkraft,
mit der der Kolben nach unten gedrückt wird, mit entsprechend hohem Druck allein
aus den Kanälen 50, 51 herausgedrückt. Der hohe Druck, der von dem Kolben 25 innerhalb
des Zylinders 14 erzeugt wird, führt zu einer feinen Versprühung der aus dem Kanal
51 austretenden Flüssigkeit.
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Wenn der Kolben seine unterste Stellung erreicht hat, weist der Zylinderraum
unterhalb des Kolbens 25, 26 wieder das Volumen Null auf, während das Volumen oberhalb
des Kolbens 25, 26 wieder seine maximale Größe angenommen hat und mit angesaugter
Luft gefüllt ist. Das Freigeben des Druckknopfes 27 führt dazu, daß der Kolben 25,
26 erneut unter der Kraft der Feder 28 in seine obere Endstellung zurückgeführt
wird, wobei der Zylinderraum oberhalb des Kolbens 25, 26 wieder zunehmend verkleinert
und der Zylinderraum unterhalb des Kolbens erneut zunehmend vergrößert wird, wobei
in den unteren Zylinderraum erneut Flüssigkeit aus dem Behälter angesaugt wird,
die bei der nächsten Abwärtsbewegung des Kolbens zum größten Teil über die Kanäle
25, 26 an die Umgebung versprüht
wird. Da nach dem ersten Versprühen
der Flüssigkeit in den Kanälen 51, 52 eine Restflüssigkeit verbleibt, wird bei der
folgenden Abwärtsbewegung des Kolbens 25, 26 eine geringere Luftmenge über die Kanäle
51 und 52 in den Zylinderraum unterhalb des Kolbens 25, 26 angesaugt, als das bei
der ersten Abwärtsbewegung des Kolbens 25, 26 der Fall war, so daß bei der zweiten
und weiteren aufeinanderfolgenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 25, 26 etwas mehr
Flüssigkeit in den Zylinderraum unterhalb des Kolbens 25, 26 angesaugt wird als
bei seiner ersten Aurwärtsbewegung. Das heißt, daß bei weiteren Abwärtsbewegungen
des Kolbens etwas mehr Flüssigkeit über die Kanäle 50, 51 versprüht wird als bei
seiner anfänglichen Abwärtsbewegung.
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Lediglich der untere Kolbenabschnitt 25 und der untere Zylinderabschnitt
14 sind derart ausgelegt, daß während der Pumpbewegung die Flüssigkeit aus dem unteren
Zylinderabschnitt 14 mit hohem Druck ins ,reie gedrückt wird. Alle anderen Teile
der Flüssigkeitspumpe sind einem geringen Druck ausgesetzt, der ausreicht, um Flüssigkeit
aus dem Behälter in den Zylinderraum unterhalb des Kolbens 25, 26 anzusaugen.
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Vorzugsweise besitzen die Austrittskanäle 50, 51 ein möglichst kleines
Volumen, so daß ein Minimum der Flüssigkeit in den Kanälen verbleibt, wenn sich
der Kolben 25, 26 in seiner untersten Stellung befindet. Hierdurch kann während
eines ersten Teiles der Aufwärtsbewegung des Kolbens 25, 26 etwas Luft. über die
Kanäle 50, 51 in den unteren Zylinderteil 14 angesaugt werden. Bei geeigneter Wahl
des Kolbens und des Zylinderraumes ist es daher möglich, bei der Aufwärtsbewegung
des Kolbens die restliche Flüssigkeit aus den Kanälen 50, 51 vollkommen freizusaugen.
Bei Abwärtsbewegungen kann ein hydraulischer Druckstoß erzielt werden, der zu besonders
hohen Ausströmdrücken führt, wie sie vor allem für besondere Sprüheffekte, wie z.B.
Sprühflüssigkeiten für Reinigungsflüssigkeiten usw. erwünscht sind. Außerdem wird
eine Verstopfung der Austrittskanäle mit restlicher Flüssigkeit vermieden, was bei
vielen bekannten Sprühvorrichtungen der Fall ist.
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Die Austrittsbohrung 51 kann mit jeder beliebigen Düse versehen sein,
um einen gewünschten Sprühstrahl zu erreichen.
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Die Pumpe in Fig. 1 besteht im wesentlichen nur aus sechs Teilen und
enthält kein Rückschlagventil, wie bei den bekannten vergleichbaren Flüssigkeitspumpen
für Sprühvorrichtungen. Die sechs Pumpenteile bestehen aus dem Pumpen- oder Gehäusekörper
10, dem Deckel 21, dem Kolbenstab 24, dem Stufenkolben 25, 26, der Feder 28 und
dem Steigrohr 29. Jedes dieser Teile - mit Ausnahme der Feder 28 -kann aus Kunststoff
bestehen und in Spritzgußformen hergestellt sein. Der von Hand betätigte Mechanismus
kann auch durch einen Auslöse- bzw. Abzugsmechanismus ersetzt sein, wie er in der
US-Patentschrift 4 078 725 beschrieben und dargestellt ist.
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Selbstverständlich kann der in Fig. 1 gezeigte Druckfedermechanismus
durch einen Zugfedermechanismus ersetzt sein, in der der Kolben 25, 26 durch eine
Feder in der unteren Stellung gehalten wird und durch Zug entgegen der Kraft der
Feder in die obere Endstellung bewegt wird. Diese Zugbewegung kann direkt oder über
einen Hebelmechanismus von Hand erzeugt werden.
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Eine zweite Ausführung nach der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt.
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Ein Flüssigkeitsbehälter 31 für eine Sprühflüssigkeit ist durch einen
Pumpenkörper 32 dicht verschlossen, der prinzipiell in der gleichen Weise aufgebaut
ist und in entsprechender Weise arbeitet wie die Ausführung nach Fig. 1. Der Pumpenkörper
32 setzt sich aus einem Gehäuseteil 33, einem Deckel 34, einem Kolben 35, einen
Kolbenbetätiger 36, einer Feder 37 und einem Steigrohr 38 zusammen. Außerdem umfaßg
der Pumpenkörper eine mit dem Kolben 35 verbundene Halterung 39 für den Kolbenbetätiger
36 und einen Austrittskanal, der von dem unteren Zylinderteil 45 ausgeht und an
eine Düse 40 angeschlossen ist, die bei Betätigung der Pumpe einen Sprühstrahl mit
einer bestimmten Sprühform abgibt. Ähnlich wie bei dem Gehäuseteil 10 nach Fig.
1 besitzt das Gehäuseteil 33 eine zylindrische Ausnehmung aus zwei voneinander abgesetzten
koaxialen zylindrischen Abschnitten 44, 45, die von dem Deckel 34 dicht abgeschlossen
sind, von denen der obere Zylinderabschnitt 44 einen größeren Durchmesser aufweist
als der untere Zylinderabschnitt 45.
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Eine Ringschulter bildet den Übergang zwischen den beiden Zylinderabschnitten
44 und 45. Von der Ringschulter geht eine Bohrung 43 aus, die ein Steigrohr 38 fest
aufnimmt, durch das die Flüssigkeit aus dem Behälter 31 in den Zylinderraum unterhalb
des oberen Zylinderabschnittes gefördert wird. Der Kolben 35 setzt sich aus einem
oberen weiteren Kolbenabschnitt 41 und einem unteren engeren Kolbenabschnitt 42
zusammen, die innerhalb des zweiteiligen Zylinderraumes verschieblich angeordnet
sind, der von dem Deckel 34 nach oben begrenzt ist Der Kolbenbetätiger 36 besteht
aus einer zylindrischen Kappe 36, deren Innendurchmesser etwas größer ist als der
Außendurchmesser des zylindrischen Deckels 34 mit dem anschließenden Gehäuseteil
33. Wenn die Kappe 36 nach unten gedrückt wird, nimmt sie in ihrem Inneren teleskopartig
einen Teil des Gehäuseteiles 33 mit dem Deckel 34 auf. Am Außenumfang des zylindrischen
Gehäuseteiles 33 befindet sich ein Absatz 46 bzw. eine Schulter, auf dem bzw. der
der untere Rand der Kappe 36 in ihrer untersten Stellung aufsitzt, wodurch die Abwärtsbewegung
der Kappe begrenzt ist.
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Die Belüftung innerhalb des Pumpenkörpers 32 unterscheidet sich von
den Belüftungskanälen 16, 17 in Fig. 1, durch die der Zylinderraum oberhalb des
Kolbens mit dem Baum des Flüssigkeitsbehälters oberhalb der Flüssigkeit verbunden
ist. In Fig. 2 befinden sich ein oder mehrere öffnungen 47 in dem Deckel 34, wodurch
eine Verbindung zwischen dem Inneren der Kappe 36 und dem Zylinderraum oberhalb
des oberen Kolbenabschnittes 41 vorhanden ist. Das Innere der Kappe 36 ist über
den Kappenrand ständig mit der Umgebung in Verbindung, der einen geringen radialen
Abstand von dem äußeren Deckelrand und dem Gehäuseteil 35 wahrt. Während der Abwärtsbewegung
des Kolbens 35 durch eine äußere Druckkraft auf die Kappe 36 ist der Zylinderraum
oberhalb des Kolbenabschnittes 41 an die Umgebung angeschlossen.
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Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 35 wird die Luft oberhalb
des Kolbenabschnittes 41, nicht wie in Fig. 1 in den Behälter gedrückt, sondern
strömt über eines oder mehrere Löcher 37 in dem Deckel 34 ins Freie.
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Im übrigen arbeitet der Pumpenkörper 32 nach Fig. 2 entsprechend wie
der Pumpenkörper nach Fig. 1 und alle Vorteile hinsichtlich einer
einfachen
Fertigung und Funktion, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführung nach
Fig. 1 beschrieben worden sind, gelten ebenso für die Ausführung nach Fig. 2.
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Die Düse 40 ist als scheibenartiger Körper ausgebildet, der in eine
entsprechende zylindrische Ausnehmung in den Pumpenkörper eingepreßt ist. Von der
Ausnehmung führt ein Kanal bzw. eine Bohrung zu dem konisch sich verjüngenden Boden
des unteren Zylinderabschnittes 45 Bei der Düse 40 in Fig. 2 handelt es sich um
eine herkömmliche Wirbelstromdüse, bei der die von dem unteren Kolbenabschnitt 42
unter Druck ausgestoßene Flüssigkeit tangential in eine Wirbelkammer eintritt, in
der die Flüssigkeit in eine kreisende Wirbelströmung versetzt wird, bevor sie als
konischer Sprühstrahl die konisch sich erweiternde zentrale Austrittsöffnung der
Wirbelkammer verläßt.
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Jede andere Sprühdüse kann anstelle der Sprühdüse 40 verwendet werden,
wobei die Wahl der Sprühdüse abhängig ist von der gewünschten Gestalt des Sprühstrahles
und der Tropfengröße sowie der Tropfenverteilung der ausgestoßenen Flüssigkeit.
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Fig. 3 zeigt eine weitere Ausbildung nach der Erfindung, die aus einem
Flüssigkeitsbehälter 52 und einem Pumpenkörper 53 besteht. Der Pumpenkörper 53 unterscheidet
sich zwar in seiner Ausbildung von den beiden Pumpenkörpern nackf, Fig. 1 und 2,
aber arbeitet im wesentlichen nach dem gleichen Prinzip wie die Pumpenkörper nach
Fig.1 und 2. Ein hohler zylindrischer Körper 54, der nach beiden Seiten offen ist,
ist durch eine innere Ringschulter 55 in einen inneren oberen und einen inneren
unteren Abschnitt unterteilt. Der innere untere Abschnitt des Körpers 54 besitzt
ein Innengewinde oder dergleichen Anschlußmittel, mit dem der Körper 54 auf den
Hals des Behälters 52 aufschraubbar bzw. aufsteckbar oder ansetzbar ist. Zwischen
der Ringschulter 55 und dem oberen Rand des Behälterhalses ist ein Dichtungsring
56 eingespannt. Durch den Dichtungsring 56 ragt eine halsförmige Verlängerung an
dem feststehenden Kolben 57.
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Die halsförmige Verlängerung ist zum festen Anschluß an den Dichtungsring
an ihrem äußeren Ende 58 nach außen umgebördelt. Es ist klar, daß dem Fachmann sich
weitere Anschlüsse des Kolbens an den Dichtungsring 56 anbieten, der vorzugsweise
die in Fig. 3 gezeigte Gestalt besitzt. So kann der Dichtungsring 56 auch mit dem
Kolben 57 aus einem Stück bestehen. Der Kolben 57 erstreckt sich durch den oberen
inneren Abschnitt des zylindrischen Körpers 54 und besitzt
einen
unteren weiteren Kolbenabs-chnitt 59 und einen oberen engeren Kolbenabschnitt 60.
Die beiden Kolbenabschnitte 59 und 60 haben die gleiche Funktion wie die Kolbenabschnitte
25 und 26 in Fig. 1 und die Kolbenabschnitte 41 und 42 in Fig.2, wie durch die nachfolgende
Beschreibung deutlich wird. Eine Bohrung 61 erstreckt sich zentral durch den gesamten
Kolben 57. Im unteren Abschnitt des Kolbens ist die Bohrung 57 etwas erweitert,
um das Steigrohr 62 aufnehmen zu können, das in die Erweiterung fest eingesetzt
ist.
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Das Steigrohr 62 erstreckt sich durch den Behälter 52 bis dicht über
seinen in Fig. 3 nicht dargestellten Boden.
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Ein kappenartiger Körper 62 besitzt an seiner Unterseite eine Ausnehmung,
die aus einem unteren weiteren Zylinderabschnitt 63 und einem oberen engeren Zylinderabschnitt
65 besteht. Die beiden Zylinderabschnitte 64 und 65 sind durch eine Ringschulter
66 voneinander getrennt. Ein Deckel 67 ist an der Unterseite des kappenartigen Körpers
63 befestigt. Der Deckel 67 kann an den Körper angepreßt, angeklebt oder auf jede
andere Weise mit ihm fest verbunden sein.
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Der Kolben 57 ragt mit seiner halsförmigen Verlängerung durch eine
Öffnung in dem Deckel 67, so daß beide Kolbenabschnitte 59 und 60 des Kolbens innerhalb
der von dem Deckel 67 abgeschlossenen Ausnehmung angeordnet sind. Die Offnung in
dem Deckel 67 gestattet es, daß der kappenartige Körper 63 zusammen mit dem Deckel
axial gegenüber dem feststehenden Kolben 57 verschiebbar ist, wobei die Unterseite
des weiteren Kolbenabschnittes 59 als Anschlag für die oberste Stellung des Körpers
63 dient. Bei einer Verschiebung des Körpers 63 gegenüber dem Kolben 57 trennt der
untere weitere Kolbenabschnitt 59 einen oberen Zylinderraum druckdicht von einem
unteren Zylinderraum ab. Der obere engere Kolbenabschnitt 60 des Kolbens 57 hat
einen solchen Durchmesser, daß wenn der Kolbenabschnitt 60 über die Ringschulter
66 hinaus in den oberen Zylinderabschnitt 65 eintaucht, der Zylinderraum 64 oberhalb
des Kolbenabschnittes 59 von dem Zylinderraum oberhalb des Kolbenabschnittes 60
druckdicht getrennt ist.
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Der Abstand zwischen dem oberen Ende des Kolbenabschnittes 60 bis
zur oberen Fläche des unteren Kolbenabschnittes 59 ist im wesentlichen gleich der
axialen Länge des oberen Zylinderabschnittes 65.
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In der untersten Stellung des kappenartigen Körpers 63 stößt daher
die Ringschulter 66 auf den Kolbenabschnitt 59.
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Eine zylindrische Druckfeder 68 ist um den Kolben 57 herum zwischen
dem Deckel 67 und der Ringschulter 55 eingespannt. Die Feder 68 hält den unbelasteten
kappenartigen Körper 63 in seiner oberen Stellung, in der der Deckel 67 an der unteren
Seite des unteren Kolbenabschnittes 59 anliegt.
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In dem Deckel 67 befinden sich ein oder mehrere Öffnungen 69, die
eine Verbindung zwischen dem unteren Zylinderraum unterhalb des Kolbenabschnittes
59 im kappenförmigen Körper 63 und dem oberen Teil des zylindrischen Körpers 54
herstellen. Da der obere Teil des zylindrischen Körpers 54 stets offen zur Umgebung
ist, ist auch der untere Zylinderraum im kappenförmigen Körper 63 immer entlüftet.
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Von der Ringschulter 66 geht ein Austrittskanal 70 aus, der an eine
Sprühdüse 71 angeschlossen ist, die entsprechend der Düse 40 in Fig. 2 ausgebildet
sein kann.
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Befindet sich bei der Inbetriebnahme der Sprühflasche nach Fig.3 zunächst
noch keine Flüssigkeit im Innern des kappenartigen Körpers 63, der durch die Kraft
der Feder 68 in seiner obersten Stellung gehalten ist, dann besitzt der mit Luft
gefüllte obere Zylinderraum im Körper 63 oberhalb des Kolbens 57 sein maximales
Volumen, während der untere Zylinderraum unterhalb des Kolbens 57 das Volumen Null
aufweist. Wird der Körper 63 insbesondere von Hand nach unten gedrückt, dann wird
die Luft aus dem oberen Zylinderraum durch den Austrittskanal 70 und die Düse 71
in dem Maße nach außen gedrückt, wie sich das Volumen des oberen Zylinderraumes
verkleinert.
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Etwas Luft wird auch über die axiale Kolbenbohrung 61 und das Steigrohr
62 in den Flüssigkeitsbehälter entweichen und zwar vor allem dann, wenn der obere
Kolbenabschnitt 60 über die Ringschulter 66 in den Zylinderabschnitt 65 eingedrungen
ist. Gleichzeitig mit der Verkleinerung des Volumens des oberen Zylinderraumes vergrößert
sich das Volumen des unteren Zylinderraumes, wobei über die öffnung 69 Luft in den
unteren Zylinderraum angesaugt wird. Wenn der kappenartige Körper 63 bis in seine
unterste Stellung verschoben worden ist, ist das Volumen des oberen Zylinderraumes
Null und das mit Luft gefüllte
Volumen des unteren Zylinderraumes
hat seine maximale Größe.
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Wenn der kappenartige Körper 63 wieder freigegeben wird, wird er durch
die Kraft der vorgespannten Feder 68 in seine obere Endstellung zurückgedrückt.
Hierbei wird zunächst Flüssigkeit aus dem Behälter 52 über das Steigrohr 62 und
den Kanal 61 in den oberen Zylinderabschnitt 65 gesaugt und gleichzeitig wird Luft
über die Düse 71 und den Austrittskanal 70 in den Zylinderabschnitt 64 zwischen
dem oberen und dem unteren Kolbenabschnitt 60 und 59 angesaugt.
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Wenn das obere Ende des oberen Kolbenabschnittes 60 die Ringschulter
66 freigibt, fällt die angesaugte Flüssigkeit in den Zylinderabschnitt oberhalb
des unteren Kolbenabschnittes 59. Bei der weiteren Bewegung des kappenartigen Körpers
63 nach oben wird Luft und Flüssigkeit in den oberen Zylinderraum angesaugt, bis
der Deckel 67 an der Unterseite des unteren Zylinderabschnittes 59 anstößt. Im oberen
Zylinderraum befindet sich jetzt Flüssigkeit, die bei der nächsten Abwärtsbewegung
des kappenartigen Körpers 63 aus der Düse 71 ins Freie gedrückt wird. Während der
Aufwärtsbewegung des Körpers 63 durch die Kraft der Feder 68 ist die Luft aus dem
unteren Zylinderraum über die Öffnung 69 ins Freie entwichen.
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Bei der nächsten Abwärtsbewegung des kappenartigen Körpers 63 wird
zuncäsht Luft aus dem oberen\ Zylinderraum durch den Kanal 70 und die Düse 71 nach
außen gedrückt, bis der Flüssigkeitsspiegel oberhalb des unteren Kolbenabschnittes
in dem mit der Abwärtsbewegung des kappenartigen Körpers 63 sich ständig verkleinernden
oberen Zylinderraumes den Austrittskanal 70 erreicht. Von diesem Zeitpunkt ab wird
Flüssigkeit über den Kanal 70 und die Düse 71 in die Umgebung versprüht, während
der Kolbenabschnitt 60 Luft aus dem Zylinderabschnitt 65 über den Kanal 61 und das
Rohr 62 in den Behälter drückt.
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Das Versprühen der Flüssigkeit hält an, bis der kappenartige Körper
63 in seine unterste Stellung gedrückt ist. Anschließend kehrt der Körper 63 in
seine obere Ausgangsstellung zurück, sobald er losgelassen wird, wie vorstehend
beschrieben ist.
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Fig. 4 zeigte eine weitere Ausbildung nach der Erfindung in der Gestalt
einer Spritz- oder Sprühpistole 90. Die Sprühpistole 90
umfaßt
ein hohles Gehäuse 91 mit einem Flüssigkeitsreservoir 92 in seinem hinteren Bereich.
Dort befindet sich eine Öffnung zum Einfüllen der Flüssigkeit in das Reservoir 92.
Die öffnung ist durch einen entfernbaren Stopfen 93 oder dergleichen Verschlußkörper
verschließbar. In der nach oben abschließenden Wand des Reservoirs 92 befindet sich
eine Öffnung, durch die ein Steigrohr 94 dicht hindurchgeführt ist, das bis auf
den Boden des Reservoirs an seiner tiefsten Stelle ragt. Die Flüssigkeitspumpe befindet
sich unmittelbar vor dem Reservoir 92 und umfaßt einen Gehäusekörper 95, das an
seinem oberen Ende verschlossen und an seinem unteren Ende offen ist. Der Innenraum
des Gehäusekörpers 95 ist in einen axial relativ langen weiteren unteren Zylinderabschnitt
96 und einen axial relativ kürzeren engeren oberen Zylinderabschnitt 97 unterteilt.
Ein Kolben 98 ist innerhalb des Gehäusekörpers 95 verschieblich angeordnet.
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Das obere Kolbenende 99 besitzt eine solche Gestalt, das es kolbenartig
in den oberen Zylinderabschnitt 97 eintreten kann. Unterhalb des oberen Kolbenendes
99 schließt ein mittlerer weiterer Kolbenabschnitt 100 an, der den unteren Zylinderabschnitt
96 in zwei druckdichte Teilkammern unterteilt. Das Verhältnis der Volumen dieser
Teilkammern ändert sich mit der Kolbenbewegung. Mit Abstand von dem mittleren Kolbenabschnitt
100 befindet sich am unteren Ende des Kolbens 98 ein ringförmiger Betätigungsanschlag
101. Der Betätigungsanschlag hat den gleichen Durchmesser wie der untere Zylinderabschnitt
96 und dient somit auch als Führung für den im unteren Zylinderabschnitt gleitenden
Kolben 98. Der Betätigungsanschlag 101 verhindert damit ein Verkanten des mittleren
Kolbenabschnittes 100 bei seiner axialen Verschiebung im unteren Zylinderabschnitt.
Ohne einen solchen Führungsring am Ende des Kolbens 98 würde ein genaues Eintreten
des oberen Kolbenendes 99 in den engeren oberen Zyinderabschnitt 97 nicht ausreichend
sichergestellt sein und der Kolben 98 könnte bei seiner axialen Verschiebung eine
taumelnde Bewegung ausführen. Der Betätigungsanschlag 101 besitzt also zusätzlich
zu dem Kolbenabschnitt 100 eine zweite ringförmige Fläche, die ebenfalls an der
Zylinderwand des unteren Zylinderabschnittes 96 anliegt und eine Taumelbewegung
des Kolbens verhindert. Außerdem besitzt der Betätigungsanschlag 101 an seiner Unterseite
eine Fläche, über die der Kolben nach oben gedrückt werden kann.
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Eine Abzugsvorrichtung 103 am Gehäuse 91 ist dem Pumpengehäuse 95
vorgelagert. Die Abzugsvorrichtung 103 besitzt einen Schlitz 105 in den ein Stift
106 am Gehäuse 91 verschieblich eingreift. Außerdem ist die Abzugsvorrichtung um
einen Bolzen 104 schwenkbar gelagert.
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Wird die Abzugsvorrichtung um den Bolzen 104 verschwenkt, gleitet
der Stift entlang dem Schlitz 105. Ein Teil der Abzugsvorrichtung 103 liegt derart
an der Unterseite des Betätigungsanschlages 101 an, daß, wenn die Abzugsvorrichtung
im Gegenuhrzeigersinn (nach Fig. 4) bewegt wird, der Kolben 98 von der Abzugsvorrichtung
nach oben verschoben wird. Wenn die Abzugsvorrichtung in die entgegengesetzte Richtung
ausschwenkt, wird der Kolben in seine in Fig. 4 gezeigte Ausgangsstellung zurückbewegt.
Der Schlitz 105 begrenzt in Verbindung mit dem Stift 106 den Winkel» um den die
Abzugsvorrichtung verschwenkt werden kann. Eine vorgespannte Feder 102 greift an
den Boden des Kolbens 98 an und ist an einen Punkt 107 am Gehäuse 91 festgehalten,
der sich unterhalb der Pumpe befindet. Bei vorgespannter Feder 102 befindet sich
der Kolben 98 in seiner in Fig. 4 gezeigten unbetätigten Stellung, in der außerdem
die Abzugsvorrichtung am weitesten nach links verschwenkt ist.
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Nahe dem oberen Ende des weiteren Zylinderabschnittes 96 befindet
sich eine Austrittsöffnung 108, an die ein Austrittsrohr 109 anschließt, das zwischen
dem Pumpengehäuse 95 und einer Gehäuseöffnung 110 am vorderen Ende des Gehäuses
91 angeordnet ist, über das die Flüssigkeit aus dem Pumpengehäuse 95 nach außen
gedrückt wird. Erforderlichenfalls kann die Gehäuseöffnung als Düse ausgebildet
sein bzw. eine Düse aufnehmen. Eine Einlaßöffnung 111 am oberen Ende des engeren
Zylinderabschnittes 97 schließt an das Steigrohr 94 an, um Flüssigkeit aus dem Reservoir
in das Pumpengehäuse zu haben.
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Es wird angenommen, daß die Pumpe sich anfangs in der unbetätigten
Stellung befindet, die in Fig. 4 dargestellt ist, wobei sich keine Flüssigkeit in
dem oberen Zylinderraum befindet. Wenn die Abzugsvorrichtung 103 entgegen der Kraft
der Feder 102 angezogen wird, wird der Kolben 98 nachoben'in den oberen Zylinderraum
gedrückt, um die Luft oberhalb des Kolbenabschnittes 100 über das Austrittsrohr
109 ins Freie und über das Steigrohr 94 in das Reservoir zu drücken,
wo
die Luft an die Oberfläche aufperlt. Der Zylinderraum zwischen dem Kolbenabschnitt
100 und dem Anschlagring 101 ist ständig an Atmosphäre angeschlossen, da der Anschlagring
101 an seinem Außenumfang nicht dicht an der Zylinderwand des unteren Zylinderabschnittes
96 anliegt. Der Zutritt zur Atmosphäre erfolgt dabei über einen Schlitz im Gehäuse
der Sprühpistole, durch den die Abzugsvorrichtung 103 ragt.
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Nachdem der Kolben 98 seine oberste Stellung erreicht hat und die
Abzugsvorrichtung freigegeben wird, zieht die Feder 102 den Kolben 98 wieder nach
unten. Hierbei wird zunächst Wasser über das Steigrohr 94 angesaugt, solange sich
der obere Kolbenabschnitt 99 in dem oberen Zylinderabschnitt 97 nach unten bewegt.
Gleichzeitig wird auch durch den sich abwärts bewegenden unteren Kolbenabschnitt
100 Luft über den Austrittskanal 109 in den unteren Zylinderraum 96 oberhalb des
Kolbenabschnittes 100 angesaugt. Wenn der obere Kolbenabschnitt 99 aus dem oberen
Zylinderabschnitt 97 herausgetreten ist, wird weiterhin Luft und Flüssigkeit von
dem Kolben angesaugt, wobei sich die angesaugte Flüssigkeit oberhalb des unteren
Kolbenabschnittes 100 sammelt. Wenn der Kolben seine unterste Ausgangsstellung wieder
erreicht hat, dann befindet sich auf dem Kolbenabschnitt eine aus dem Reservoir
angesaugte Flüssigkeitsmenge, die bei der nächsten Aufwärtsbewegung des Kolbens
98 über den Austrittskanal 109 ins Freie versprüht bzw. gespritzt wird.
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Wird der Kolben durch Ziehen an der Abzugsvorrichtung 103 in der vorstehend
beschriebenen Weise nach oben gedrückt, dann wird zunächst Luft über das Austrittsrohr
109 nach außen und über das Steigrohr 94 in das Reservoir abgeführt bis der Flüssigkeitsspiegel
der vorher angesaugten Flüssigkeit oberhalb des Kolbenabschnittes 100 die Austrittsöffnung
97 erreicht hat. Über den restlichen Hub wird die Flüssigkeit mit hohem Druck nur
über die Austrittsöffnung 97 und das Austrittsrohr 109 ins Freie gedrückt, während
der Kolbenabschnitt 99 innerhalb des oberen Zylinderabschnittes die restliche Luft
in das Reservoir drückt.
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Die vorstehend an Beispielen beschriebenen Flüssigkeitspumpen besitzen
damit grundsätzlich zwei Zylinder (z.B. 13 und 14
in Fig. 1) und
zwei mechanisch bewegte Kolben (z.B. 26 und 25 in Fig. 1), die in den Zylindern
verschieblich geführt sind.
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Der Ausdruck Zylinder wird hier als ein Raum verstanden, in dem ein
Kolben beliebiger Gestalt druckdicht verschieblich geführt ist. Das heißt also nicht,
daß die Zylinder und die Kolben kreisrunde Querschnitte aufweisen müssen. Vielmehr
können die Zylinder und entsprechend die Kolben jeden anderen z.B. ovale Querschnitte
aufweisen, mit denen die beschriebene Funktion erreichbar ist. Dabei arbeiten die
Kolben und die Zylinder grundsätzlich wie folgt: (1) Zu Beginn einer Hubbewegung
sind die Zylinderräume voneinander druckisoliert. So saugt der obere Kolben (26
in Fig. 1; 60 in Fig. 3) Flüssigkeit in den oberen Zylinderraum (13 in Fig. 1; 65
in Fig. 3) während der untere Kolben (25 in Fig. 1; 59 in Fig. 3) Luft aus der Umgebung
in den unteren Zylinderraum (14 in Fig. 1; 64 in Fig. 3) saugt.
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(2) Am Ende der Hubbewegung sind die Zylinderräume miteinander verbunden,
so daß Flüssigkeit von dem oberen Zylinderraum in den unteren Zylinderraum gelangen
kann und Luft aus dem unteren Zylinder raum durch die Flüssigkeit aufsteigen kann.
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(3) Während einer Zeitspanne beim Sprühvorgang sind die Zylinderräume
erneut voneinander druckisoliert. Der untere Kolben (25 in Fig. 1; 59 in Fig. 3)
übt auf den unteren Zylinderraum (14 in Fig. 1; 64 in Fig. 3) einen Druck aus, um
die Flüssigkeit aus diesem Zylinderraum durch einen Austrittskanal nach außen zu
drücken.
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Zusätzlich wird ein Fluid (entweder Luft oder ein Gemisch aus Luft
und zurückgebliebener Flüssigkeit aus dem oberen Zylinderraum durch den oberen Zylinder
in die Leitung-zum Flüssigkeitsvorrat gedrückt.
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Die vorstehend nur anhand von Ausführungsbeispielen näher beschriebenen
Pumpen lassen sich mit geringen Montage- und Fertigungsaufwand kostengünstig herstellen.
Sie sind für Massenproduktionen besonders geeignet und können auch in Einwegsprühflaschen
bzw.
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Einwegsprüh- oder -spritzbehälter jeder Art für jede Flüssigkeit,
insbesondere
für Haar- und Körpersprays, Reinigungsflüssigkeiten usw. vorteilhaft verwendet werden.
Dabei lassen sich alle Teile, bis auf eine Feder, als Kunststoffspritzteile ausbilden
Die Funktion ist besonders einfach, da keine aufwendigen und funktionsunsicheren
Rückschlagventile erforderlich sind.
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Innerhalb der Pumpenkammer muß beim Rückhub lediglich ein niedriger
Druck erzeugt werden, der ein Ansaugen der Flüssigkeit aus einem Behälter in die
Pumpenkammer erlaubt.
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Die Pumpe kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein, wobei jeweils
die vorstehend beschriebenen Funktionsprinzipien angewendet werden. Die Kolbenbetätigung
kann unmittelbar von Hand oder über Hebel z.B. eine Abzugsvorrichtung erfolgen.
Die Betätigung kann in vertikaler oder horizontaler Ebene erfolgen und ist auch
für Motorantriebe geeignet.
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