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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Zerstäubungs-Dosierpumpe, die nur arbeitet, wenn sie auf einen
unter Druck stehenden Behälter montiert ist. In der Praxis
enthält der entsprechende Behälter außer der zu zerstäubenden
Flüssigkeit ein Gas, das sich ausdehnen kann, je mehr der
Behälter sich leert und so den inneren Druck auf einem höheren
Pegel als dem Atmosphärendruck halten kann. Dieses Gas kann in
der Flüssigkeit aufgelöst sein, wie z.B. Freon, oder nicht
gelöst, wie z.B. Stickstoff. In Zusammenwirkung mit einer
Pumpe dient es weniger dazu, die Flüssigkeit aus dem Behälter
zu stoßen, als dazu, jeden Kontakt der Reserveflüssigkeit mit
der Umgebungsluft zu vermeiden. Der daraus resultierende
Zerstäuber ist besonders interessant im Bereich der Arzneimittel.
Bestimmte Präparate oxidieren nämlich an der Luft oder können
von den in der Atmosphäre vorhandenen Keimen kontaminiert
werden. Sie verlieren dann ihre Heil-Eigenschaften und werden
sogar toxisch.
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Eine Zerstäuber-Dosierpumpe, die auf einen unter Druck
stehenden Behälter montiert werden kann, ist im Stand der
Technik bekannt. Sie wird nachfolgend genauer in Bezug auf die
einzige Figur beschrieben. Es gibt außerdem verschiedene
Varianten von ihr in der französischen Patentanmeldung FR-A-2 620 052,
angemeldet 1987 von der Firma VALOIS, deren Merkmale
dem Oberbegriff des beiliegenden Anspruchs 1 entsprechen. Im
Moment wird sich darauf beschränkt klarzustellen, daß nichts
diese Pumpe daran hindert, zu funktionieren, wenn der Behälter
sich auf Atmosphärendruck befindet. Anders gesagt, bei einem
Gasleck aus dem Behälter hinaus und der Einführung von ein
wenig Luft an seiner Stelle existiert es die Gefahr der
Verabreichung einer unsauberen Flüssigkeit.
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Daher hat die vorliegende Erfindung zum Ziel, diese
Dosierpumpe des Stands der Technik dahingehend zu verändern,
daß jede Zerstäubung nach einem Gasleck aus dem Behälter
heraus
unmöglich gemacht wird.
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Zu diesem Zweck wird eine Dosierpumpe für einen
Druckzerstäuber mit Eigensicherung vorgeschlagen, wobei diese
Dosierpumpe dicht auf einen Behälter montiert ist, der eine zu
zerstäubende Flüssigkeit sowie ein Gas enthält, wobei die
Dosierpumpe auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet
aufweist:
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- einen Pumpenkörper, der mit dem Behälter über einen offenen
Zylinder in Verbindung steht, der sich innerhalb des
Pumpenkörpers erstreckt und außen mindestens ein Relief an
mindestens einem seiner Enden aufweist,
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- einen ersten Hohlkolben, der innerhalb des Pumpenkörpers
entlang einer Hublänge gleitend angeordnet ist, die von
Anschlagmitteln begrenzt wird, wobei dieser erste Kolben auf der
Seite des Behälters eine Basis in dichtem Kontakt mit dem
Pumpenkörper, um eine Pumpenkammer innerhalb des Pumpenkörpers
gegen Atmosphärenluft zu isolieren, sowie auf der dem Behälter
entgegengesetzten Seite eine Hohlstange mit einer Verengung
des Innendurchmessers aufweist,
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- einen zweiten Differentialkolben, der gleitend innerhalb des
Pumpenkörpers angeordnet ist, mit auf der Seite des Behälters
einer Schürze, von der ein freies Ende sich dicht auf diesen
offenen Zylinder des Pumpenkörpers aufschieben kann, um ein
Einlaß-Rückschlagventil für die Flüssigkeit vom Behälter bis
in die Pumpenkammer zu bilden, und mit auf der dem Behälter
entgegengesetzten Seite einem Stift, dessen Spitze angepaßt
ist, um einer Nadel als Auflage zu dienen, und der in die
Hohlstange des ersten Kolbens eingeführt ist, um auf die
Verengung aufzuschlagen und mit ihr eine Ausgangsklappe für den
Auslaß der Flüssigkeit aus der Pumpenkammer in die Atmosphäre
zu bilden,
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- eine Rückholfeder, die zwischen dem zweiten Kolben und dem
Pumpenkörper angeordnet ist und nach der Zerstäubung der in
der Pumpenkammer enthaltenen Flüssigkeit die Öffnung der
Einlaß-Rückschlagklappe bewirkt,
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dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholfeder so tariert ist,
daß sie nach der Zerstäubung der in der Pumpenkammer
enthaltenen Flüssigkeit eine für die Öffnung der
Einlaß-Rückschlagklappe unzureichende Rückholkraft ausübt, wenn der in dem
Behälter herrschende Druck geringer ist als ein vorbestimmter
Druck, der höher ist als der Atmosphärendruck.
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Der vorbestimmte Druck wird zum Beispiel zwischen 1
und 2 Bar unterhalb des Atmosphärendrucks gewählt.
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Die Erfindung wird besser verstanden werden anhand der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der Betrachtung
der beiliegenden Zeichnung, die als nicht einschränkendes
Beispiel eine Ausführungsform zeigt. In der einzigen
entsprechenden Figur wird im Längsschnitt eine zu Beginn erwähnte
Vorkompressions-Dosierpumpe des Stands der Technik gezeigt,
auf die sich die vorliegende Verbesserung bezieht. Gemäß der
soeben gegebenen Zusammenfassung dieser Verbesserung, deren
ausführlichere Beschreibung folgt, wird jedoch verstanden
werden, daß diese Figur ebenso eine erfindungsgemäße
Vorkompressions-Dosierpumpe zeigt.
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Bevor auf das Wesentliche der vorliegenden
Verbesserung eingegangen wird, beschränkt sich diese Beschreibung
zunächst einmal auf ein Beispiel einer Dosierpumpe gemäß dem
Stand der Technik. Ihre Struktur und ihr Betrieb werden
beschrieben, sowie die Art, wie eine solche Pumpe zum Füllen des
Behälters mit unter Druck stehendem Gas geeignet ist. Hierfür
wird sich auf die einzige Figur bezogen. Diese zeigt
insbesondere die Drehsymmetrie der verschiedenen die Pumpe bildenden
Teile in Bezug auf die Achse 00: ein Aufklemmkragen 2, im
allgemeinen aus verformbarem Metall, um sich mit Hilfe einer
Dichtung 21 dicht auf den Hals eines Behälters (nicht
dargestellt) anzupassen, wobei dieser letztere den Vorrat an zu
zerstäubender Flüssigkeit sowie eine gewisse Menge an unter
Druck stehendem Gas enthält, ein Ansatz 3, der von einer
Schulter 22 des Kragens 2 gehalten wird, die eine Zwischen-
Dichtungsscheibe 23 zurückhält, ein Pumpenkörper 4, der außen
von einem Zylinder 41 gebildet wird, auf dessen offenes Ende
42 der Ansatz 3 unter Krafteinwirkung aufgesetzt wird, wobei
eine Dichtschnur 24 seine dichte Befestigung bewirkt, und
dessen anderes Ende in einer Muffe 47 endet, die ein Tauchrohr
1 aufnehmen kann, das sich in etwa bis zum Boden des Behälters
erstreckt, ein Hohlkolben 5, von dem eine Basis 51 gegen den
Ansatz 3 anschlägt, aber dicht im Inneren des Pumpenkörpers 4
aufgrund zweier peripherer Lippen gleiten kann, und der sich
nach außerhalb des Pumpenkörpers 4 in einer engeren Hohlstange
52 verlängert, die mit Spiel innerhalb des Ansatzes 3 geführt
werden kann.
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Der Pumpenkörper 4 umschließt weiter einen zweiten
Kolben 6, dessen Form sehr speziell ist. An einem seiner Enden
schiebt sich eine Nadel 61, die in einem Konus 62 mit einer
Spitze in Form eines kleinen Trichters 70 endet, ins Innere
der Stange 52 des Hohlkolbens 5 und schlägt gegen eine innere
Verengung 53 der Stange 52 an. Das andere Ende des Kolbens 6
besteht aus einer zylindrischen Schürze 63, die außen mit
Führungsrippen 66 entlang der Innenwand des Zylinders 41
versehen ist. Im Inneren der Schürze 63 weist der Kolben 6 einen
Finger 64 auf, der auf die Drehachse 00 der Pumpe zentriert
ist. Dieser Finger 64 steht derart vor, daß eine zylindrische
Feder 7 sich mit einem ihrer Enden darauf aufschieben kann um
sich darauf abzustützen und dabei koaxial zur Einheit der
Dosierpumpe bleibt. In der in der Figur gezeigten
Ausführungsform liegt das andere Ende der Feder 7 auf dem Boden des
Pumpenkörpers 4 entgegengesetzt seinem offenen Ende 42 auf. Zwei
Hohlzylinder 43 und 44 verlängern den Pumpenkörper 4 innen,
wobei die Feder 7 zum Teil zwischen ihnen angeordnet ist.
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Ohne Krafteinwirkung von außen auf die Dosierpumpe
sind die soeben erwähnten verschiedenen Elemente 1 bis 7 so
zueinander angeordnet, wie in der Figur gezeigt, was also der
Ruhestellung der Pumpe entspricht. In dieser Stellung steht
die Pumpenkammer 45, die im wesentlichen von dem ringförmigen
Raum zwischen den Zylindern 41 und 44 des Pumpenkörpers 4
definiert wird, mit dem Behälter über das Tauchrohr 1 in
Verbindung. Die Längen der Schürze 63 bzw. des offenen Zylinders
44 sind nämlich so gewählt, daß ein ringförmiger Durchlaß 46
zwischen diesen beiden Elementen besteht. So befindet sich die
Kammer 45 auf dem Druck Po, der im Behälter herrscht. Dieser
Druck verändert sich im allgemeinen zwischen 2 und 6 Bar, je
nach der Menge des vorhandenen Gases. Aufgrund der Form des
zweiten Kolbens 6 entsteht daraus eine Kraft, die sich zu der
der Rückholfeder 7 addiert, um diesen Kolben 6 gegen den
Hohlkolben 5 zu drücken. Das Aufeinanderlegen dieser beiden Kolben
geschieht in Höhe des konischen Endes 62 der Nadel 61 und der
Verengung 53 der Stange 52. Mit Hilfe der relativen
Elastizität der Teile wird ein dichter Kontakt erhalten, der dazu
beiträgt, die Kammer 45 von der Außenumgebung zu isolieren.
Außerdem legt der Druck im Inneren der Kammer 45 die innere
Lippe der Basis 51 gegen den Zylinder 41. Dies vervollständigt
also die Isolierung der unter Druck stehenden Pumpenkammer 45
von der Außenumgebung. Wenn sie nach ihrem Ansaugbeginn mit
Flüssigkeit gefüllt ist, ist jede Gefahr des Verderbens der
Flüssigkeit also gebannt.
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Sobald eine derartige Kompression auf das Ende der
Stange 52 ausgeübt wird, daß der Druck der Flüssigkeit auf die
Kolben, die Reibungen der Basis 51 des Hohlkolbens 5 auf dem
Zylinder 41 des Pumpenkörpers 4 sowie der Widerstand der Feder
7 überwunden werden, beginnt die Schürze 63 des zweiten
Kolbens 6, sich um den offenen Zylinder 44 zu schieben. Damit
verschwindet der Durchlaß 46. Gemäß einer ersten
Ausführungsform der Pumpe gemäß dem oben erwähnten Stand der Technik
enthält der offene Zylinder 44 Ausschnitte 49 in Höhe seines
freien Rands. Diese Ausschnitte 49 können je nachdem einfache
Nuten sein, die so wie dargestellt an der Außenoberfläche des
offenen Zylinders 44 angebracht sind, oder aus Ausschnitten in
seiner Wand bestehen (nicht dargestellt). So bleibt in den
ersten Momenten des Aufschiebens der Schürze 63 auf den
offenen Zylinder 44 die Pumpenkammer 45 mit dem Behälter über die
Ausschnitte 49 in Verbindung, und dies trotz des
Vorhandenseins einer Dichtlippe am freien Ende 67 der Schürze 63. Erst
wenn diese Lippe in voller Höhe des offenen Zylinders 44
ankommt, ist die Pumpenkammer 45 sowohl von der Umgebungsluft
als auch vom Behälter isoliert. In einer zweiten
Ausführungsform der Pumpe (nicht dargestellt), in der der offene Zylinder
44 keine Ausschnitte aufweist, wird eine vergleichbare
Isolierung gleich am Anfang des Aufschiebens der Schürze 63 auf den
Zylinder erhalten.
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Wenn die äußere Kompression dann ebenfalls die
Reibungen der Schürze 63 auf dem offenen Zylinder 44 überschreitet,
beginnt das Volumen der Kammer 45 sich zu verringern, während
das Aufschieben der Schürze 63 auf den offenen Zylinder 44
weitergeht. Daraus ergibt sich eine Erhöhung des Drucks der
Flüssigkeit, die in der Kammer 45 eingeschlossen ist. Die
Kammer 45 steht jedoch insbesondere durch die Rinnen zwischen
den Rippen 66, die sich entlang der Außenwand der Schürze 63
befinden, mit einem kleinem Raum 65 in Verbindung, der
zwischen der Basis 51 des Hohlkolbens 5 und dem zweiten Kolben 6
ausgebildet ist (ggf. mit Hilfe von entsprechenden Rippen).
Von da an wird der gleiche erhöhte Druck PP auf das Ende 67 der
Schürze 63 und die Oberseite des zweiten Kolbens 6 ausgeübt,
deren Fläche größer ist. Dieser Druck PP wird im allgemeinen
Vorkompressiondruck genannt und ist folglich wesentlich höher
als Po. Dies führt zu Kräften parallel zur Achse 00, deren
Resultierende dazu neigt, den zweiten Kolben 6 ins Innere des
Pumpenkörpers 4 zurückzubringen, indem sie sich der Feder 7
sowie dem Druck Po widersetzt, der im Behälter herrscht. Die
Nadel 61 zieht sich leicht von der Verengung 53 zurück und ein
Durchlaß öffnet sich für die Flüssigkeit der Kammer 45 nach
außen.
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Die Zerstäubung setzt sich so während des ganzen
Absteigens der Kolben fort, wobei die kontinuierliche
Verringerung des Volumens der Pumpenkammer ihren mittleren Druck auf
einem Wert hält, der etwas über PP liegt. Es kommt jedoch ein
Moment, in dem dieses Phänomen sich erschöpft, da die Kolben
nicht schnell genug in Bezug auf die Geschwindigkeit
absteigen, mit der die in der Pumpenkammer enthaltene Flüssigkeit
nach außen sprüht. Die noch in der Kammer verbleibende
Flüssigkeit befindet sich also bald wieder auf einem Druck nahe PP.
Da dieser das Zurückziehen der Nadel 61 aus der Verengung 53
nicht mehr bewirken kann, schließt sich die Ausgangsklappe.
Bei bestimmten Dosierpumpen gemäß dem Stand der Technik, wie
jene gemäß der oben erwähnten ersten Variante, geschieht dies,
bevor das freie Ende 67 der Schürze 63 eine oder einige der
Rippen 48 berührt, die an der Wurzel des offenen Zylinders 44
auf dem Pumpenkörper 4 vorstehen. Daher kann es nützlich sein,
sie so anzuordnen, daß der Ansaugbeginn der Pumpe gemäß einer
bekannten Methode begünstigt wird. Jedoch in den Fällen, wo
eine Einführung des freien Endes 67 der Schürze 63 über die
Rippe(n) 48 befürchtet wird, können komplementäre
Anschlagmittel (nicht dargestellt) leicht vorgesehen werden, um das
Eindrücken der Kolben und insbesondere des Kolbens 5 zu
begrenzen. 0bwohl nicht mehr die Rede davon sein kann, so den
Ansaugbeginn zu begünstigen, sind Rippen 48 und Anschlagmittel
zum Beispiel vorteilhaft im Rahmen der zweiten Variante der
erwähnten Dosierpumpe gemäß dem Stand der Technik (nicht
dargestellt). Die Rolle der Rippe(n) 48 in dieser zweiten
Variante wird allerdings erst auf den folgenden Seiten beschrieben.
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Wie auch immer, der Benutzer, der keine ausgegebene
Flüssigkeit mehr sieht, hört bald auf, die Kompression
aufrechtzuerhalten. Die Feder 7 sowie der Druck Po des Behälters,
die beide dazu beitragen, eine Kraft innerhalb der Schürze 63
auszuüben, rufen dann das gleichzeitige Wiederaufsteigen der
beiden Kolben innerhalb des Pumpenkörpers 4 hervor. Die
Pumpenkammer 45 vergrößert von neuem ihr Volumen. Praktisch
während der ganzen Bewegung der Kolben bleibt sie perfekt jedoch
isoliert, während das freie Ende 67 der Schürze 63 sich dann
entlang der massiven Wand des offenen Zylinders 44 bewegt. Der
Druck Pr der Flüssigkeit, die sie noch nach der Zerstäubung
umschließt, sinkt also ab. In Wahrheit ist die Pumpe derart
ausgestaltet, daß Pr deutlich geringer geworden ist als der
Druck Po, der im Behälter herrscht, wenn die Kolben praktisch
ihr Wiederaufsteigen innerhalb des Pumpenkörpers beendet
haben. So findet in dem Moment, wo der Durchgang 46 sich wieder
öffnet, ein starkes Ansaugen der Flüssigkeit vom Behälter zur
Pumpenkammer statt. Diese letztere ist dann wieder gefüllt, so
daß eine spätere Kompression der Stange 52 eine Zerstäubung
gemäß dem vorher beschriebenen Mechanismus bewirkt.
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Ein anderer typischer Aspekt der Dosierpumpe gemäß dem
Stand der Technik, auf die sich die vorliegende Verbesserung
bezieht, betrifft das Unterdrucksetzen des Behälters mit Hilfe
eines Gases. Dieses letztere wird nämlich mittels einer
Leitung eingeführt, die die Stange 52 des Hohlkolbens 5
hermetisch umschließt. Außerdem ist die Leitung mit einer Nadel
versehen, die ins Innere der Stange 52 eingeführt ist, so daß
ihr Ende in dem Trichter 70 am Ende der Nadel 61 eingeführt
wird. Die Nadel kann dann den zweiten Kolben 6 ins Innere des
Pumpenkörpers 4 zurückstoßen. So wird die Ausgangsklappe
offengehalten, die vom Konus 62 der Nadel 61 gebildet wird, der
gegen die innere Verengung 53 der Stange 52 in Anschlag liegt.
Gleichzeitig ist die Öffnung der Einlaßklappe in die
Pumpenkammer 45 sichergestellt. Zu diesem Zweck sieht die
Dosierpumpe gemäß dem Stand der Technik Mittel vor, um die Dichtheit
zwischen dem offenen Zylinder 44 und dem freien Ende 67 der
Schürze 63 zu unterbrechen, wenn diese letztere bis in eine
gewisse Höhe aufgeschoben ist. Gemäß der oben erwähnten ersten
Ausführungsform sind diese Mittel nichts anderes als die
Ausschnitte 49 auf dem freien Rand des offenen Zylinders 44. Die
entsprechende Höhe des Aufschiebens ist in diesem Fall
ziemlich geringfügig, wobei das freie Ende 67 der Schürze 63 vor
die Ausschnitte 49 kommt. Gemäß der zweiten Variante (nicht
dargestellt) dagegen muß das Aufschieben vollständig sein,
damit das freie Ende 67 der Schürze 63 sich über die Rippe(n)
48 an der Wurzel des offenen Zylinders 44 aufschiebt. Von da
an steht die Leitung mit dem Behälter über nacheinander den
Raum 65, die Rinnen zwischen den Rippen 66 um die Schürze 63,
diejenigen zwischen den Rippen 48 oder aber direkt die
Ausschnitte 49 in Verbindung. So kann unter Druck stehendes Gas
ohne Schwierigkeit ins Innere des von seiner Dosierpumpe
verschlossenen Behälters injiziert werden.
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Von den Dosierpumpen gemäß dem Stand der Technik,
deren Ausbildung und Betrieb soeben in Erinnerung gerufen
wurden, erinnert man sich an den Mechanismus des Aufstiegs der
Kolben nach der Zerstäubung. Dieser Mechanismus verwendet als
Bewegungsmotor einerseits die Feder 7, die sich entspannen
will, und andererseits den Druck Po, der im Behälter herrscht
und sich auf das Innere der Schürze 63 anwendet. Bisher war
die Feder 7 derart tariert, daß sie fähig war, alleine die
Kolben vollständig zurückzustoßen. Anders gesagt, geschah ihr
Wiederaufsteigen unabhängig vom Druck Po des Behälters. Und
wenn dieser letztere aufgrund eines Lecks abfiel, verlief
alles wie bei einer Betätigung der Pumpe unter den
ursprünglichen Verwendungsbedingungen.
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Die vorliegende Erfindung verhindert diese Identität
des Betriebs durch eine andere Tarierung der Feder 7. Von nun
an erwartet man von ihr, daß sie nur einen Teil der
notwendigen Kraft erbringt, um die Kolben zurückzustoßen, während man
vom Druck Po die Vervollständigung der Beanspruchung erwartet.
In anderen Worten ist die der vorliegenden Feder 7 zugeteilte
Rückholkraft geringer als die, die sie bis dahin auszeichnete,
wobei alle anderen Dinge gleich blieben. Zum Beispiel für eine
Pumpe, die eine Dosis von 100 ul ausgibt, geht die
Rückholkraft der Feder 7 in einem Verformungszustand entsprechend dem
Ruhedruck der Pumpe (siehe Figur) zum Beispiel von 600 auf 700
Gramm-Kraft (gf) gemäß dem Stand der Technik auf den Bereich
von 150-200 gf über. Diese deutliche Verringerung wird in der
Praxis nur erhalten, indem der Feder eine geringere
ursprüngliche Verformung aufgezwungen wird. Der verminderte
Platzbedarf der Pumpen und damit des für die Feder reservierten Raums
zwingt eher zu einer Verringerung ihrer Steifheit durch eine
passende Wahl des verwendeten Materials.
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In Wahrheit bedingt die Tarierung der Feder 7 gemäß
der vorliegenden Erfindung die vorherige Wahl eines minimalen
zulässigen Drucks P'o. Dies ist der geringste Druck, der in
dem Behälter herrschen kann und gleichzeitig noch das
Wiederaufsteigen der Kolben der Pumpen erlaubt. Vorteilhafterweise
wird P'o zwischen 1 und 2 Bar gewählt. So ist man sicher, daß
die vorliegende Pumpe niemals Dosen liefert, die mit der
Umgebungsluft in Kontakt kamen. Während nach einem Leck aus dem
Behälter heraus sich dort ein Druckabfall entwickelt (was im
allgemeinen relativ langsam geschieht aufgrund der Vielzahl
der außerdem vorgesehen Dichtelemente) kommt nämlich ein
Moment, in dem ein Druck von wenig geringer als P'o sich
einstellt. Der Benutzer kann dann die in der Pumpenkammer in
Reserve gehaltene Dosis Flüssigkeit ausgeben. Aber wenn er
nach dem Zerstäuben aufhört, auf die Pumpe zu drücken, bleiben
die beiden Kolben ausreichend in den Pumpenkörper eingedrückt,
damit die Kammer völlig isoliert bleibt. Er kann dann die
Pumpe von neuem betätigen, aber es wird keine Flüssigkeit mehr
ausgegeben, da die Kammer sich nicht füllt. Außerdem wird
keine Umgebungsluft in den Behälter eingesaugt. Damit ist jede
Gefahr gebannt, daß der Benutzer sich eine Dosis unsauberer
Flüssigkeit verabreicht. In anderen Worten besitzt der
Zerstäuber eine spezifische Sicherheit.