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Allgemeiner
Stand der Technik
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Dosierventile
sind gewöhnliche
Mittel, über
die Aerosole aus Aerosolbehältern
abgegeben werden. Dosierventile sind insbesondere nützlich zum
Verabreichen medizinischer Zubereitungen, die ein verflüssigtes Treibgas
enthalten und einem Patienten in einem Aerosol verabreicht werden.
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Wenn
medizinische Zubereitungen verabreicht werden, muss in jeder aufeinander
folgenden Dosis die richtige, vorbestimmte Menge der Zubereitung
an den Patienten abgegeben werden. Auf diese Weise wird an den Patienten
eine ausreichende Dosis der Zubereitung abgegeben, um die gewünschte physiologische
Reaktion zu bewirken. Jedes Abgabesystem muss genau und zuverlässig Dosen
der medizinischen Zubereitung abgeben können, um die Sicherheit und
die Effizienz der Behandlung absichern zu helfen.
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Dosierventile
wurden entwickelt, um eine Kontrolle über die Abgabe der medizinischen
Aerosolzubereitungen zu erhalten. Ein Dosierventil reguliert das
Volumen einer medizinischen Zubereitung, die von einem Behälter über eine
Dosierkammer zu einem Patienten gelangt. Die Dosierkammer definiert
daher die maximale Menge der Zubereitung, die als nächste Dosis
abgegeben wird. Ein zuverlässiges
und kontrollierbares Fließen der
medizinischen Zubereitung in die Dosierkammer ist daher höchst wünschenswert.
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In
einigen Dosierventilen füllt
sich die Dosierkammer mit der medizinischen Zubereitung, bevor der
Patient die Ventilspindel betätigt
und dadurch die Dosis freisetzt. Nach der Abgabe einer Dosis wird
die Dosierkammer wieder mit der Zubereitung befüllt, so dass sie bereit ist,
die nächste
Dosis zu entladen. Demzufolge ist die Dosierkammer jederzeit mit
der Zubereitung gefüllt,
außer
der kurzen Zeit, während
der die Ventilspindel vom Benutzer heruntergedrückt wird, um eine Dosis zu
entladen. Auch sind die Wege, durch welche die Zubereitungsmasse
fließen
muss, um die Dosierkammer zu erreichen, oft eng und gewunden. Als
Folge weisen Dosierventile, die in dieser Weise aufgebaut sind,
eine Anzahl von Nachteilen auf, was zum Beispiel zu fehlerhafter
Dosierung aufgrund von Perfektionsverlusten führt.
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In
anderen Dosierventilen entsteht die Dosierkammer nicht, sofern nicht
und solange bis die Ventilspindel betätigt wird. Im Allgemeinen weisen
solche Dosierventile eine kleine Ringöffnung zwischen der äußeren Oberfläche der
Ventilspindel und der inneren Oberfläche eines umgebenden Ventilgehäuses auf,
also in dem engen Bereich zwischen der Ventilspindel und der Gehäusewand,
in welchem sich die Ventilspindel und die Gehäusewand in enger Nachbarschaft
befinden. Wenn die Ventilspindel betätigt wird, fließt die Zubereitung durch
einen Einlass hindurch und in die kleine Ringöffnung und die entstehende
vorübergehende
Dosierkammer hinein, deren Entstehung unten beschrieben wird.
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Die
Betätigung
der Ventilspindel in solch einem Dosierventil kann in eine Füllphase
und eine Entladungsphase unterteilt werden. Die Füllphase
beginnt, wenn die Ventilspindel während der Betätigung heruntergedrückt wird.
Der Vorgang des Herunterdrückens
der Ventilspindel bewirkt die Ausbildung einer vorübergehenden
Dosierkammer. Wenn die Ventilspindel heruntergedrückt wird,
dehnt sich die vorübergehende
Dosierkammer aus, und die Zubereitung tritt in die Dosierkammer
ein. Wenn die Auslenkung der Ventilspindel fortgeführt wird,
wird eine Phase erreicht, in welcher die Befüllung der vorübergehenden
Dosierkammer endet. Schließlich
wird die Auslenkung der Ventilspindel bis zur Entladungsphase fortgeführt, in
welcher die dosierte Zubereitung entladen wird. In diesen Ventilen
bewirkt daher eine einzelne Betätigung
eine schnelle Befüllung der
vorübergehenden
Dosierkammer, gefolgt vom Entladen der Zubereitung an den Patienten.
Die dosierte Zubereitung verweilt daher für keine nennenswerte Zeit in
der Dosierkammer. Solche Dosierventile können die Abgabe von konstanteren
Dosen der Formulierung ermöglichen,
als es von Dosierventilen ermöglicht
werden kann, in denen sich die Dosierkammer mit der Zubereitung
befüllt,
bevor die Ventilspindel betätigt
wird.
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Obwohl
ein Dosierventil mit einer vorübergehenden
Dosierkammer Vorteile gegenüber
anderen Arten von Dosierventilen für die Abgabe von Aerosolzubereitungen
bietet, kann der Durchfluss der Zubereitung von dem Behälter zu
der Dosierkammer immer noch unterbrochen oder behindert werden.
Wenn dies geschieht kann die Zubereitung in unkonstanten oder ungenauen
Dosen abgegeben werden.
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Was
benötigt
wird, ist ein Dosierventil für
einen Dosierinhalator, welches den Durchfluss der Zubereitung in
die Dosierkammer verbessert und dadurch für konstante, genaue Dosen der
Zubereitung sorgt.
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US-A-4819834
bezieht sich auf Dosierventile und Verfahren zum wiederholten Abgeben
einer genauen Menge eines unter Druck stehenden Fluids wie z.B.
eines Aerosols. Jedes Dosierventil ist so aufgebaut, dass die Dosierkammer
nur nach der Betätigung
der Ventilspindel vorliegt, um eine Dosis abzugeben. Während des
kurzen Moments, in dem die Ventilspindel von dem Benutzer heruntergedrückt und
darauf folgend losgelassen wird, um eine Dosis abzugeben, wird daher
die Dosierkammer erzeugt, mit Aerosolzubereitung befüllt und
geleert.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Es
ist festgestellt worden, dass ein Grund für einen unterbrochenen oder
behinderten Durchfluss der Zubereitung die Konstruktion des Dosierventils
sein kann. Die Länge
der Ringöffnung
zwischen der Ventilspindel und dem Ventilkörper kann den Durchfluss der
Zubereitung in die entstehende Dosierkammer beeinflussen. Die Länge der
Ringöffnung
kann durch die Grenzen eines engen Bereichs zwischen der Ventilspindel
und der Gehäusewand
definiert sein, also eines Bereichs, in welchem sich die Ventilspindel
und das Ventilgehäuse in
verhältnismäßig enger
Nachbarschaft zueinander befinden. Im Allgemeinen kann ein Dosierventil,
welches eine im Verhältnis
längere
Ringöffnung
enthält,
ein vergrößertes Risiko
für Turbulenzen,
Rückführung oder
einen erhöhten
Druckabfall im Fluss der Zubereitung in die Dosierkammer schaffen,
von denen jedes oder alle den Durchfluss der Zubereitung unterbrechen
oder behindern können.
Im Gegensatz dazu kann ein Dosierventil, welches eine im Verhältnis kürzere Ringöffnung enthält, für einen
verbesserten Durchfluss der Zubereitung sorgen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Verbesserung des
Durchflusses einer Aerosolformulierung in einem Dosierventil bereit,
aufweisend: a) das Bereitstellen eines Dosierventils, aufweisend:
i) eine Gehäusewand,
die eine innere Kammer definiert und eine Dosierdichtung und eine
Membran aufweist, wobei die Membran Wände aufweist, die eine Apertur
definieren, ii) eine Ventilspindel, die ein Gehäuseteil und ein Spindelteil
aufweist, wobei das Gehäuseteil
eine Unterkante aufweist und in der inneren Kammer des Dosierventils
in verschiebbarem, abdichtendem Eingriff mit der Dosierdichtung
angeordnet ist, und wobei das Spindelteil eine Auslassöffnung aufweist
und in verschiebbarem, abdichtendem Eingriff mit der Membran durch
die Apertur gelangt, iii) eine Ringöffnung, die einen Einlass aufweist
und eine Länge
aufweist, die durch den Abstand vom Einlass zur Unterkante des Gehäuseteils
der Ventilspindel definiert wird, und iv) einen Fließweg, der
durch den Einlass hindurch mindestens vorübergehende Fluidverbindung
zwischen der inneren Kammer und der Ringöffnung ermöglicht; b) Rekonfigurieren
des Dosierventils, um eine oder mehrere Variablen in der Formel
zu verändern, wobei
- P
- = Druckabfall,
- L
- = Länge des
Rings [m],
- Q
- = Volumen-Fließgeschwindigkeit
[m3/s],
- μ
- = Fluidviskosität [kg/m·s],
- f
- = durchschnittliche
Ringbenutzung [0–1],
- h
- = Abstand zwischen
der inneren und äußeren Wand
des Rings [m],
- R
- = innerer Radius des
Rings [m],
- ρ
- = Dichte der Formulierung
[kg/m3], und
- K
- = Eintrittsverlust-Koeffizient,
so dass der Durchfluss der Zubereitung verbessert
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Dosierinhalators, der ein Aerosol-Dosierventil
enthält.
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Aerosol-Dosierventils in Ruheposition.
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3 ist
eine weiter vergrößerte Querschnittsansicht
des Aerosol-Dosierventils aus 2, welche eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines alternativen Aerosol-Dosierventils in Ruheposition.
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5 ist
eine weiter vergrößerte Querschnittsansicht
des Aerosol-Dosierventils aus 4, welche eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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6 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines anderen alternativen Aerosol-Dosierventils in Ruheposition.
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7a ist
eine weiter vergrößerte Querschnittsansicht
des Aerosol-Dosierventils aus 6 in Ruheposition,
welche eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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7b ist
eine weiter vergrößerte Querschnittsansicht
des Aerosol-Dosierventils aus 6 in der
befüllten
Betriebsphase, welche eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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8 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Aerosol-Dosierventils in der Betriebsphase der Befüllung.
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9 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Aerosol-Dosierventils in der befüllten Betriebsphase.
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10 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Aerosol-Dosierventils in der Betriebsphase der Entladung.
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Detaillierte
Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der
Fließeigenschaften
eines Dosierventils durch Umgestalten des Dosierventils derart,
dass die Ringöffnung
eine kürzere
Länge aufweist,
als sie in einem ursprünglichen
Aufbau des Dosierventils vorlag.
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Die
folgende Beschreibung wird hinsichtlich eines Aerosol-Dosierventils
ausgeführt,
welches verwendet wird, um eine Aerosolzubereitung aus einem Aerosolbehälter abzugeben.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung findet jedoch auch Anwendung
auf die Abgabe jedes denkbaren unter Druck stehenden Fluids, welches
eine genaue, bemessene Dosis erfordert. Insbesondere ist das hierin
beschriebene Dosierventil nützlich zum
Abgeben medizinischer Aerosolzubereitungen.
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Wenn
es verwendet wird, um eine medizinische Aerosolzubereitung abzugeben,
kann das Dosierventil, welches mit dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung benutzt wird, verwendet werden, um in eine Körperöffnung eines
Patienten wie Mund, Nase, Anus, Vagina, Ohren oder auf die Augen
oder irgendeine Hautfläche jede
denkbare Aerosolzubereitung eines Medikaments zu verabreichen. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf medizinische Anwendungen
beschränkt
und kann verwendet werden, wo immer eine genaue Materialmenge eines
unter Druck stehenden Fluids in eine vorgegebene Region abgegeben
werden soll.
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Es
sind verschiedene Bauweisen von Dosierventilen bekannt. Trotz Unterschieden
in den Bauweisen der Dosierventile gibt es viele Ähnlichkeiten
in der allgemeinen Struktur, der Funktion und dem Betrieb von Dosierventilen,
die dazu führen,
dass die Merkmale der vorliegenden Erfindung allgemein anwendbar
auf viele Konstruktionen von Dosierventilen sind. Obwohl die folgende
Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf eine Zusammenstellung verschiedener
Konstruktionen von Dosierventilen erstellt ist, sind die in der vorliegenden Erfindung
enthaltenen Grundsätze
ebenso auf andere Konstruktionen von Dosierventilen anwendbar. Demzufolge
sollte die folgende Beschreibung der vorliegenden Erfindung als
Veranschaulichung betrachtet werden, und sollte nicht so ausgelegt
werden, dass sie den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ungerechtfertigt beschränkt.
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In 1 ist
eine Aerosolabgabevorrichtung, allgemein mit 10 bezeichnet,
dargestellt, welche eine Konstruktion eines Dosierventils beinhaltet.
Das obere Ende des Dosierventils 14 ist um das Ende eines
herkömmlichen
Aerosolbehälters 12 gequetscht,
während
ein herkömmliches
Entnahmeteil 16 um das untere Ende des Dosierventils 14 herum
befestigt ist. Eine Aerosolzubereitung wird daher vom Aerosolbehälter 12 nach
unten abgegeben, durch das Dosierventil 14 hindurch, dann
durch das Entnahmeteil 16, wo es an einen Patienten abgegeben
wird. Das Entnahmeteil 16 leitet die Aerosolzubereitung
zu der Körperöffnung oder
Hautfläche,
in/auf welche die Aerosolzubereitung abgegeben werden soll. Das
Entnahmeteil 16 kann zum Beispiel ein Mundstück sein,
das in den Mund eines Patienten eingeführt werden kann, wodurch die
Aerosolzubereitung oral verabreicht wird.
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Die
Aerosolabgabeeinheit, die in 1 dargestellt
ist, ist lediglich ein Beispiel dafür, wie das Dosierventil in
eine Abgabevorrichtung eingebaut sein kann. Außerdem hängt die Bauweise des Entnahmeteils 16 von
der Anwendung des Aerosols ab.
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In
jeder der 2, 4 und 6 ist
zur Vereinfachung der Darstellung eine Konstruktion eines Dosierventils
isoliert dargestellt. Obwohl in jeder der 2, 4 und 6 weder
der Aerosolbehälter 12 noch das
Entnahmeteil 16 vollständig
dargestellt sind, sollte es sich verstehen, dass das Dosierventil,
das in jeder dieser Figuren dargestellt ist, mit einem Aerosolbehälter 12,
einem Entnahmeteil 16 oder beidem kombiniert werden kann,
wie in 1 gezeigt. Jede der 3, 5 und 7a stellt
eine auseinandergezogene Ansicht der Konstruktion eines Dosierventils
dar, welches entsprechend in 2, 4 und 6 veranschaulicht
ist. 3, 5 und 7a veranschaulichen
die Merkmale der vorliegenden Erfindung, angewendet auf die Konstruktionen
eines Dosierventils, die in 2, 4 und 6 dargestellt
sind. Es sollte angemerkt werden, dass die Abmessungen der Ringöffnungen,
die in den Figuren dargestellt sind, nicht maßstabsgetreu gezeichnet sein
sollen. Insbesondere sind zur Vereinfachung der Darstellung die
Ringöffnungen
im Verhältnis zum
Rest des Dosierventils größer gezeichnet,
sowohl in der Länge
als auch in der Breite, als sie in bestimmten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sein können.
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In 2, 4 und 6 ist
in jeder Figur eine unterschiedliche Konstruktion eines Dosierventils
in einer Ruheposition dargestellt. Jedes Dosierventil 14 enthält im Allgemeinen
eine Ummantelung 18, welche dazu dient, die verschiedenen
Komponenten des Dosierventils 14 unterzubringen. Der obere
Teil der Ummantelung 18 ist an dem Aerosolbehälter 12 befestigt
(wie in 1 dargestellt). Ein Ventilgehäuse 22 sitzt
innerhalb der Ventilummantelung 18 und stellt im Gegenzug
eine Ummantelung für
eine Ventilspindel 24 bereit. Das Ventilgehäuse kann
einen Boden 22a und eine Wand 22b enthalten. Die
Ummantelung 18, das Ventilgehäuse 22 und eine Membran 20 können derart
ausgerichtet sein, dass sie zusammen eine Apertur bilden.
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Das
Dosierventil 14 enthält
eine innere Kammer 38, von der ein Teil von einer Ventilspindel 24 belegt ist.
Eine oder mehrere Anschlussstellen 46 sorgen für einen
Fluidaustausch zwischen der inneren Kammer 38 und dem Aerosolbehälter 12.
Eine Feder 48 kann dazu dienen, die Ventilspindel 24 auf
die Ruheposition hin auszurichten. Es kann jedoch jedes geeignete
Mittel zum Ausrichten der Ventilspindel 24 in die Ruheposition verwendet
werden. Alternativ kann die Ventilspindel 24 unausgerichtet
sein.
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Die
Ventilspindel 24 enthält
im Allgemeinen ein Gehäuseteil,
welches eine Unterkante 24a und eine Seitenwand 24b enthält. Ein
Spindelteil der Ventilspindel 24 erstreckt sich durch die
Apertur und befindet sich in verschiebbarem, abdichtendem Kontakt
mit der Membran 20. Das Spindelteil der Ventilspindel 24 kann
eine Entladungsöffnung 50 enthalten,
durch welche eine bemessene Dosis der Zubereitung entladen werden
kann. Die Entladungsöffnung 50 kann
eine oder mehrere Seitenöffnungen 52 enthalten.
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Das
Gehäuseteil
der Ventilspindel 24 kann im Allgemeinen so aufgebaut sein,
dass es im Wesentlichen dieselbe Form aufweist wie die umgebende
Wand des Ventilgehäuses 22b,
dass es aber geringfügig
kleiner als diese ist. Daher wird eine Ringöffnung 26 zwischen
der Ventilgehäusewand 22b und
der Seitenwand der Ventilspindel 24b gebildet. In bestimmten
Konstruktionen von Dosierventilen, in welchen das Gehäuseteil der
Ventilspindel 24 und die Ventilgehäusewand 22b beide
einen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen, bildet die Ringöffnung 26 im Querschnitt
einen Ring. Das Gehäuseteil
der Ventilspindel 24 und die Ventilgehäusewand 22b und somit
die Ringöffnung 26 können jedoch
jede geeignete Form aufweisen.
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In
der Ruheposition, die in 2, 4 und 6 dargestellt
ist, ist das Gehäuseteil
der Ventilspindel 24 konzentrisch in den Ventilkörper 22 eingepasst
und stellt einen ausreichenden Zwischenraum für die Ringöffnung 26 bereit.
Wenn die Ventilspindel 24 betätigt wird, dann wird die Ventilspindel 24 in
die innere Kammer 38 des Dosierventils 14 ausgelenkt,
und ein Raum wird zwischen der Unterkante des Gehäuseteils der
Ventilspindel 24a und dem Boden des Ventilgehäuses 22a erzeugt.
Der so erzeugte Raum bildet den Hauptteil der Dosierkammer 34,
welche in 8 dargestellt ist und unten
detaillierter erörtert
wird. Aufgrund der Bauweise des Gehäuseteils der Ventilspindel 24 und
des Ventilgehäuses 22 ist
nur ein kleiner Prozentsatz des Dosierkammervolumens vorhanden,
dargestellt durch das Volumen der Ringöffnung 26, wenn das
Dosierventil 14 sich in der Ruheposition befindet.
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In
jeder Konstruktion des Dosierventils enthält das Dosierventil 14 auch
mindestens zwei Ringdichtungen: die Membran 20 und die
Dosierdichtung 32. Die Membran 20 isoliert die
Zubereitung im Aerosolbehälter 12 vom Äußeren des
Ventils durch die Bildung dreier fluiddichter Versiegelungen: 1)
einer Ringversiegelung zwischen der Membran 20 und der
Ventilspindel 24, wo die Ventilspindel aus der Ventilummantelung
herausragt, 2) einer planaren Druck- oder Gleitringversiegelung
zwischen der Membran 20 und der Ummantelung 18 und
3) einer planaren Druck- oder Gleitringversiegelung zwischen der
Membran 20 und dem Ventilgehäuse 22. Die Dosierdichtung 32 isoliert
vorübergehend
die Zubereitung in der Dosierkammer 34 von dem Aerosolbehälter 12 durch
Bildung zweier fluiddichter Versiegelungen: 1) einer Ringversiegelung
zwischen der Dosierdichtung 32 und dem Gehäuseteil
der Ventilspindel 24 und 2) einer planaren Druck- oder
Gleitringversiegelung zwischen der Dosierdichtung 32 und
dem Ventilgehäuse 22.
Auf diese Weise stellt die Dosierdichtung 32 ein Mittel
zum Beenden des Durchflusses der Zubereitung von dem Aerosolbehälter 12 zu
der Dosierkammer 34 während
der Betätigung
der Ventilspindel 24 bereit.
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Ein
Fließweg
sorgt für
einen zumindest vorübergehenden
Fluidaustausch zwischen der inneren Kammer 38 und der Ringöffnung 26 durch
einen Einlass 28 hindurch. In einigen Konstruktionen von
Dosierventilen, dargestellt in 2 und 4,
kann der Fließweg
einen Durchtritt 40 durch das Innere des Gehäuseteils
der Ventilspindel 24 enthalten. In solchen Dosierventilen
sorgt der Durchtritt 40 durch das Innere des Gehäuseteils der
Ventilspindel 24 für
einen Fluidaustausch zwischen der inneren Kammer 38 und
der Ringöffnung 26 durch eine Öffnung 42 hindurch.
Wenn die Ventilspindel 24 betätigt wird, wird sie in die
innere Kammer 38 ausgelenkt. Schließlich kann das Ausmaß dieser
Auslenkung ausreichend sein, um zu bewirken, das die Öffnung 42 beginnt,
durch die Dosierdichtung 32 verschlossen zu werden. Eine
weitere Betätigung
der Ventilspindel 24 bewirkt, dass der Teil der Ventilspindel-Seitenwand 24b zwischen
der Öffnung 42 und
dem Spindelteil der Ventilspindel 24 in einen abdichtenden
Eingriff mit der Dosierdichtung 32 gelangt. An diesem Punkt
versperrt die Dosierdichtung 32 den Fließweg, der
für einen
Fluidaustausch zwischen der inneren Kammer 38 und der Ringöffnung 26 sorgt,
und beendet dadurch den Durchfluss der Zubereitung in die Dosierkammer 34 und
isoliert die Dosierkammer 34 vom Aerosolbehälter 12.
Weil die Dosierdichtung 32 sich in abdichtendem Eingriff
mit der Ventilspindel 24 befindet, bewahrt die Dosierdichtung 32 die
Isolierung der Dosierkammer 34 von dem Aerosolbehälter 12,
wenn die Ventilspindel 24 weiter betätigt wird, wodurch ein weiterer
Durchfluss der Zubereitung in die Dosierkammer 34 verhindert
wird.
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In
einer anderen Konstruktion, dargestellt in 6, kann
der Fließweg
zwischen der Dosierdichtung 32 und dem Gehäuseteil
der Ventilspindel 24 liegen. Wenn die Ventilspindel 24 betätigt wird,
wird sie in die innere Kammer 38 hinein ausgelenkt. Schließlich wird
das Ausmaß dieser
Auslenkung ausreichend sein, um zu bewirken, dass eine Dichtfläche 44 auf
der Ventilspindel 24 mit der Dosierdichtung 32 in
Kontakt kommt, wodurch eine Versiegelung zwischen der Dosierdichtung 32 und
der Ventilspindel 24 gebildet wird. Diese Versiegelung
versperrt den Fließweg,
der für
einen Fluidaustausch zwischen der inneren Kammer 38 und
der Ringöffnung 26 sorgt,
wodurch der Durchfluss der Zubereitung vom Aerosolbehälter 12 zur
Dosierkammer 34 beendet wird. Wenn die Ventilspindel 24 weiter
ausgelenkt wird, verbleibt sie in dauerndem abdichtenden Kontakt
mit der Dosierdichtung 32, wodurch ein weiterer Durchfluss
der Zubereitung vom Aerosolbehälter 12 zur Dosierkammer 34 verhindert
wird.
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Die
Ringöffnung 26 ist
in 3, 5, 7a und 7b detaillierter
dargestellt. Die Ringöffnung 26 ist
durch den Zwischenraum definiert, der von der Seitenwand des Ventilgehäuses 24b,
der Wand der Ventilspindel 22b, einem Einlass 28 und
einer Linie begrenzt ist, die sich von der Unterkante der Ventilspindel 24a parallel
zu der horizontalen Achse der Ventilspindel erstreckt. Der Abstand
zwischen dem Einlass 28 und der Unterkante der Ventilspindel 24a definiert
die Länge
der Ringöffnung 30.
In Ruheposition befindet sich die Unterkante der Ventilspindel 24a im
Wesentlichen in Kontakt mit dem Boden des Ventilgehäuses 22a.
Allgemein ist der Einlass 28 als der Punkt entlang des
Fließweges
definiert, wo die Zubereitung zuerst in den engen Bereich zwischen
der Seitenwand der Ventilspindel 24b und der Wand des Ventilgehäuses 22b eintritt.
Weil verschiedene Konstruktionen des Dosierventils eine Vielfalt
von Strukturen und Bauweisen der Ventilspindel beinhalten, können die
einzelnen Strukturen, die verwendet werden, um die Position des
Einlasses zu definieren, zwischen verschiedenen Konstruktionen des
Dosierventils variieren. Der Einlass 28 ist in der folgenden
Beschreibung für
eine Zusammenstellung von beispielhaften Konstruktionen des Dosierventils
definiert. Der Einlass 28 kann jedoch für jede Konstruktion des Dosierventils
durch Bezugnahme auf den engen Bereich zwischen der Seitenwand der
Ventilspindel 24b und der Wand des Ventilgehäuses 22b definiert
sein.
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3 und 5 stellen
die Anordnung der Ringöffnung 26 in
einem Dosierventil dar, welches so konstruiert ist, dass der Fließweg durch
das Innere der Ventilspindel 24 verläuft. Die Zubereitung fließt durch
den Durchtritt 40 hindurch und durch einen Einlass 28 in
die Ringöffnung 26 hinein.
Der Einlass 28 verläuft
im Wesentlichen parallel zu der horizontalen Achse der Ventilspindel
von einem Punkt an der Unterkante der Durchtrittsöffnung 42 aus.
Wenn die Unterkante der Durchtrittsöffnung 42 eine Ecke
bildet, dann befindet sich der Einlass 28 an der Kante
der Ecke, wie in 3 dargestellt. Wenn die Unterkante
der Durchtrittsöffnung 42 abgerundet
ist, dann befindet sich der Einlass 28 an dem Punkt, an
welchem die Tangente der Kurve, die durch die Rundung definiert
wird, im Wesentlichen kollinear mit der Seitenwand des Ventilgehäuses 24b ist,
wie in 5 dargestellt. Wenn die Unterkante der Durchtrittsöffnung 42 schräg ist, dann
befindet sich der Einlass 28 an der Ecke der Durchtrittsöffnung 42,
von welcher eine Seite die Seitenwand des Ventilgehäuses 24b enthält. Die
Länge der
Ringöffnung 30 ist
für jede
der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die in 3 und 5 dargestellt
sind, veranschaulicht.
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7a und 7b zeigen
die Anordnung der Ringöffnung 26 in
einem Dosierventil, welches so konstruiert ist, dass der Fließweg zwischen
der Dosierdichtung 32 und dem Gehäuseteil der Ventilspindel 24 verläuft. In
solch einem Dosierventil befindet sich der Einlass 28 an
dem Punkt der Dichtfläche 44,
der zuerst mit der Dosierdichtung 32 in Kontakt gerät, wie in 7b dargestellt.
Die Länge
der Ringöffnung 30 ist
in jeder der 7a und 7b veranschaulicht.
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Wie
unten detaillierter beschrieben wird, können die Abmessungen der Ringöffnung 26 so
konstruiert sein, dass sie für
eine Arbeitsweise des Dosierventils 14 sorgen, die für die Abgabe
einer bestimmten Zubereitung geeignet ist. Zum Beispiel können die
Abmessungen der Ringöffnung 26 den
Durchfluss der Zubereitung vom Aerosolbehälter 12 in die Dosierkammer 34 beeinflussen.
Außerdem
bestimmen die Abmessungen der Ringöffnung 26 das Volumen
der Ringöffnung
und daher das Volumen der Zubereitung, welches vor der Betätigung der
Ventilspindel 24 in der Ringöffnung 26 vorliegen
kann.
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Ein
Maß für die Qualität des Durchflusses
der Zubereitung in einem Dosierventil ist der Druckabfall, den die
Zubereitung erfährt,
wenn sie vom Aerosolbehälter 12 zur
Dosierkammer 34 fließt.
So wie der Begriff hier verwendet wird, bedeutet Druckabfall einen
Energieverlust pro Volumeneinheit. Der Energieverlust wird in Form
einer äquivalenten
Druckdifferenz zwischen zwei Punkten im Strömungsfeld ausgedrückt. Zum
Beispiel kann ein Druckverlust in einem Fließweg vorliegen, wo ein Fluid
gezwungen wird, bei verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit
scharf die Richtung zu verändern.
Wenn der Druckabfall hoch genug ist, dann kann die Zubereitung einer
Hohlraumbildung unterliegen, was zu einer ungenauen oder nicht effektiven
Dosierung führt. Eine
Hohlraumbildung der Zubereitung ist daher nicht wünschenswert.
Demzufolge kann es wünschenswert sein,
dass man ein Dosierventil konstruieren kann, welches verbesserte
Fließeigenschaften
aufweist, so dass das Risiko der Hohlraumbildung der Zubereitung
verringert wird. Ein Weg, dieses Ziel zu erreichen, ist es, ein Dosierventil
so zu konstruieren, dass der Druckabfall, den die Zubereitung erfährt, verringert
wird.
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Das
Verhältnis
zwischen Druckabfall und der Länge
der Ringöffnung
kann in erster Näherung
gemäß Formel
I ermittelt werden, welche unten angegeben ist. Formel I geht von
der Annahme eines laminaren Durchflusses durch eine gleichmäßige zylindrische
Ringöffnung
mit einem Ventilspindelradius aus, welcher deutlich größer ist
als die Breite der Ringöffnung.
Darüber
hinaus ist die Formel I auf den Durchfluss der Zubereitung in verschiedenen
Konstruktionen von Dosierventilen anzuwenden, sofern die Konstruktion
des Dosierventils eine Ringöffnung
enthält.
wobei:
- P
- = Druckabfall,
- L
- = Länge des
Rings [m],
- Q
- = Volumen-Fließgeschwindigkeit
[m3/s],
- μ
- = Fluidviskosität [kg/m·s],
- f
- = durchschnittliche
Ringbenutzung [0–1],
- h
- = Abstand zwischen
der inneren und äußeren Wand
des Rings [m],
- R
- = innerer Radius des
Rings [m],
- ρ
- = Dichte der Formulierung
[kg/m3], und
- K
- = Eintrittsverlust-Koeffizient.
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Wenn
alle anderen Variablen konstant gehalten werden, variiert daher
der Druckabfall gemäß der Länge der
Ringöffnung.
In der Tat, wenn der viskose Beitrag zum Druckabfall
viel größer ist als der Beitrag der
kinetischen Energie zum Druckabfall,
so wie es auftreten kann,
wenn die Zubereitung sehr zähflüssig ist,
dann verändert
sich der Gesamt-Druckabfall
P fast direkt proportional zu der Länge der Ringöffnung.
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Deswegen
wird durch die Konstruktion eines Dosierventils mit einer minimalen
Ringöffnungslänge der Druckabfall
minimiert und daher die Wahrscheinlichkeit und das Ausmaß der Hohlraumbildung
der Zubereitung verringert.
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Wie
oben erwähnt
geht die Formel I von der Annahme einer gleichmäßigen zylindrischen Ringöffnung aus,
in welcher die Breite der Ringöffnung
(h) konstant ist. Die Grundsätze
der vorliegenden Erfindung sind jedoch ebenso auf Dosierventile
anzuwenden, in welchen die Breite der Ringöffnung variiert. Zum Beispiel kann
eine ungleichmäßige Breite
der Ringöffnung
entlang der Länge
der Öffnung
in einem vertikalen Querschnitt vorliegen. Alternativ kann eine
ungleichmäßige Breite
der Ringöffnung
radial in einem horizontalen Querschnitt vorliegen. Für die Zwecke
der Annäherung
des Druckabfalls (P) gemäß der Formel
I wird die Breite der Ringöffnung
(h) für
ein Dosierventil mit einer ungleichmäßigen Breite der Ringöffnung durch
Integrieren von Differentialformen der Formel über die Nicht-Gleichmäßigkeit
berechnet. Zum Beispiel kann der Druckabfall in einem Dosierventil
mit einer ungleichmäßigen Breite
der Ringöffnung,
welche in einem vertikalen Querschnitt vorliegt, durch Integrieren
von Differentialformen der Formel I entlang der Länge der
Ringöffnung
angenähert werden.
Alternativ kann der Druckabfall in einem Dosierventil mit einer
ungleichmäßigen Breite
der Ringöffnung,
welche in einem horizontalen Querschnitt vorliegt, durch azimutales
Integrieren von Differentialformen der Formel I angenähert werden.
Ungeachtet der besonderen Eigenart der ungleichmäßigen Ringöffnung wird gemäß der Formel
I der Druckabfall im Allgemeinen verringert, wenn die Länge der
Ringöffnung
(L) verkürzt wird.
Demgemäß wird der
Durchfluss der Zubereitung verbessert, wenn die Länge der
Ringöffnung
verkürzt wird,
ungeachtet. irgendeiner Schwankung in der Breite der Ringöffnung.
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Für Zwecke,
die sich nicht direkt auf die Annäherung des Druckabfalls unter
Verwendung der Formel I beziehen, wie z.B. das Berechnen eines Verhältnisses
der Länge
der Ringöffnung
zur Breite der Ringöffnung, kann
die Breite einer ungleichmäßigen Ringöffnung durch
das Auswählen
einer repräsentativen
Ringöffnungsbreite
angenähert
werden. Für
solche Zwecke kann man als repräsentative
Ringöffnungsbreite
eine maximale Breite, eine minimale Breite oder eine durchschnittliche
Breite der ungleichmäßigen Ringöffnung auswählen.
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Gemäß den oben
beschriebenen Grundsätzen
enthält
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Ringöffnung mit einer Länge von
etwa 3,2 mm. Verschiedene alternative Ausführungsformen enthalten eine
Ringöffnung
mit einer Länge
von etwa 2,0 mm, etwa 1,0 mm, etwa 0,4 mm oder etwa 0,1 mm. Bestimmte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung enthalten eine Ringöffnung mit einer Breite von
etwa 0,8 mm. Verschiedene alternative Ausführungsformen enthalten eine
Ringöffnung
mit einer Breite von etwa 0,1 mm, etwa 0,05 mm, etwa 0,025 mm oder
etwa 0,01 mm. Größere Breiten,
wie z.B. etwa 0,2 mm, etwa 0,5 mm oder 1,0 mm, sind auch möglich, wenn
sie für
eine bestimmte Anwendung erwünscht
sind.
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Arbeitsweise
des Dosierventils
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Die
verschiedenen oben beschriebenen Dosierventilkonstruktionen arbeiten
in einander ähnlicher Weise.
Zwischen den Dosierungen befindet sich jede oben beschriebene Dosierventilkonstruktion
in einer Ruheposition. Die Betätigung
des Dosierventils hat zur Folge, dass die Ventilspindel der Reihe
nach mindestens drei Betriebsphasen durchläuft, um eine Dosis der Zubereitung
abzugeben: eine Füllphase,
eine befüllte
Phase und eine Entladungsphase. Nach der Abgabe einer Dosis der
Zubereitung gelangt das Dosierventil zurück in die Ruheposition. Die Arbeitsweise
der Dosierventile wird unten detaillierter beschrieben, wobei ein
Teil der Beschreibung sich auf die Unterschiede in der Arbeitsweise
bezieht, die sich aus den Unterschieden in der Bauweise der verschiedenen
Dosierventilkonstruktionen ergeben. Die Grundsätze der vorliegenden Erfindung sind
jedoch auf alle beschriebenen Dosierventilkonstruktionen gleichermaßen anwendbar,
ebenso wie auf Konstruktionen, die hier nicht beschrieben sind.
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In
der Füllphase,
dargestellt in 8, wird die Ventilspindel 24 nach
innen in die innere Kammer 38 ausgelenkt. Wenn die Ventilspindel 24 nach
innen ausgelenkt wird, wird die Dosierkammer 34 zwischen
dem Boden des Ventilgehäuses 22a und
der Unterkante der Ventilspindel 24a gebildet. Das Volumen
der Dosierkammer 34 vergrößert sich, wenn die Ventilspindel
ausgelenkt wird.
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Die
Aerosolzubereitung tritt in folgender Weise in das Füllvolumen
der Dosierkammer 34 ein. Zubereitung vom Aerosolbehälter 12 gelangt
durch die ein oder mehreren Anschlussstellen des Dosierventils 46 hindurch
und in die innere Kammer 38 des Dosierventils hinein. Von
der inneren Kammer 38 folgt die Zubereitung dem Fließweg zur
Ringöffnung 26.
In der Dosierventilkonstruktion, die in 2 bis 5 dargestellt
ist, folgt der Fließweg
dem Durchtritt 40 durch das Innere der Ventilspindel hindurch.
In der Dosierventilkonstruktion, die in 6, 7a und 7b dargestellt
ist, verläuft
der Fließweg
zwischen der Dosierdichtung 32 und der Ventilspindel 24.
In beiden Konstruktionen gelangt sofort nach der Betätigung der
Ventilspindel 24 Aerosolzubereitung vom Aerosolbehälter 12 zur
Dosierkammer 34, wenn die Ventilspindel 24 von
der Ruheposition in die Füllphase
bewegt wird. Die Zubereitung befüllt
weiter die Dosierkammer 34, bis das Dosierventil 14 die
befüllte
Phase erreicht hat.
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Die
befüllte
Phase, dargestellt in 9, ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Dosierdichtung 32 den Fließweg versperrt und dadurch
den Durchfluss der Zubereitung vom Aerosolbehälter 12 zur Dosierkammer 34 beendet.
In der Dosierventilkonstruktion, die in 2 bis 5 dargestellt
ist, beendet die Dosierdichtung 32 den Durchfluss der Zubereitung
durch Bereitstellen eines abdichtenden Eingriffs mit dem Teil der
Ventilspindel-Seitenwand 24b,
der sich zwischen der Durchtrittsöffnung 42 und dem
Spindelteil der Ventilspindel befindet. In der Dosierventilkonstruktion,
die in 6, 7a und 7b dargestellt
ist, beendet die Dosierdichtung 32 den Durchfluss der Zubereitung
durch Bilden einer Versiegelung mit der Dichtfläche 44 der Ventilspindel 24,
wie in 7b dargestellt. In jeder Konstruktion
bildet und bewahrt die Dosierdichtung 32 eine Fluidversiegelung
um die Ventilspindel 24 herum, auch wenn die Ventilspindel 24 bezogen
auf die Dosierdichtung 32 weiter nach innen ausgelenkt
wird. Die Bewahrung dieser Fluidversiegelung verhindert jeden weiteren
Durchfluss von Zubereitung in die Dosierkammer 34 hinein,
so dass die Befüllung
der Dosierkammer 34 abgeschlossen ist. In dieser Phase
ist die abgemessene Zubereitungsdosis isoliert und bereit zur Entladung
aus der Dosierkammer 34 und zur Abgabe an den Patienten.
Die Abmessungen des Ventilgehäuses 22,
der Ventilspindel 24 und der anderen Ventilkomponenten
bestimmen das Volumen der Dosierkammer 34 in der befüllten Betriebsphase.
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Wenn
die Ventilspindel 24 während
der Betätigung
weiter nach innen ausgelenkt wird, geht das Dosierventil in die
Betriebsphase der Entladung über,
dargestellt in 10. Wenn die Ventilspindel 24 weiter
betätigt
wird, dann gelangen die ein oder mehreren Seitenöffnungen 52 der Entladungsöffnung 50 durch
die Membran 20 hindurch und geraten in Fluidaustausch mit
der Dosierkammer 34. Dieser Fluidaustausch ermöglicht,
dass die Aerosolzubereitung innerhalb der Dosierkammer 34 in
die ein oder mehreren Seitenöffnungen 52 freigesetzt
wird und die Zubereitung daher durch die Entladungsöffnung 50 hindurch
gelangt, wodurch die abgemessene Dosis der Aerosolzubereitung an
den Patienten oder einen anderen gewünschten Bereich abgegeben wird.
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Während der
Entladung der Aerosolzubereitung aus der Dosierkammer 34 verhindert
die Versiegelung zwischen der Ventilspindel 24 und der
Dosierdichtung 32 weiterhin den Durchtritt weiterer Zubereitungsmasse vom
Aerosolbehälter 12 zur
Dosierkammer 34.
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Nachdem
die Dosis der Aerosolzubereitung entladen ist, wird die Ventilspindel 24 in
die ursprüngliche Ruheposition
zurückgestellt.
Die Ventilspindel 24 kann durch die Ausrichtungsfunktion
der Feder 48 in die Ruheposition zurückgestellt werden, oder alternativ
durch irgendwelche anderen Mittel wie z.B. Bedienung durch den Patienten.
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Die
aufeinander folgenden Phasen der Betätigung der Ventilspindel werden
alle während
der kurzen Dauer der Betätigung
der Ventilspindel 24 durchgeführt. Demgemäß geschieht die Bildung, Befüllung und
Entleerung der Dosierkammer 34 schnell. Nur ein kleiner
Prozentsatz einer Zubereitungsdosis befindet sich zwischen den Entladungen
in der Dosierkammer 34, und die Dosierkammer ist nur für einen
kurzen Moment unmittelbar vor der Entladung der Zubereitung aus
der Dosierkammer 34 vollständig mit Zubereitung befüllt. Das folgende
Loslassen der Ventilspindel durch den Patienten ermöglicht,
dass das Ventil aus der Position der Ventilspindel 24 während der
Entladungsphase in die Ruheposition zurückkehrt. Während der Rückkehr der Ventilspindel 24 in
die Ruheposition kann Zubereitung in die Dosierkammer 34 eintreten,
sobald die Dosierdichtung 32 nicht mehr den Fließweg in
die Dosierkammer 34 hinein versperrt. Während in dieser Zeit eine Hohlraumbildung
der Zubereitung auftreten kann, bewirkt die folgende Weiterbewegung
der Ventilspindel 24, wenn sie ihre Rückkehr in die Ruheposition
vollendet, dass die Zubereitung über
die Ringöffnung 26 in
die innere Kammer 38 zurückgeführt wird. Eine Ringöffnung mit
einer kurzen Länge
trägt dazu
bei, das Abfluten des restlichen Dampfes sicherzustellen und die
Rückkehr
der Ventilspindel 24 gegen die Kraft, die vom Viskositätswiderstand herrührt, zu
erleichtern.
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Verschiedene
Modifikationen und Abänderungen
der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann offensichtlich werden,
ohne dass man den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung verlässt. Es
versteht sich, dass die vorliegende Erfindung durch die veranschaulichenden
Ausführungsformen
und Beispiele, die hier ausgeführt
worden sind, nicht ungerechtfertigt beschränkt werden soll, und dass solche
Beispiele und Ausführungsformen
nur beispielhaft vorgestellt werden, wobei der Schutzbereich der
Erfindung nur durch die Ansprüche
beschränkt
werden soll, die hier im Folgenden ausgeführt werden.
so wie es auftreten kann, wenn die Zubereitung sehr zähflüssig ist, dann verändert sich der Gesamt-Druckabfall P fast direkt proportional zu der Länge der Ringöffnung.
