EP4470676A1 - Pump unit and liquid dispenser comprising such a pump unit - Google Patents
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- EP4470676A1 EP4470676A1 EP23177045.4A EP23177045A EP4470676A1 EP 4470676 A1 EP4470676 A1 EP 4470676A1 EP 23177045 A EP23177045 A EP 23177045A EP 4470676 A1 EP4470676 A1 EP 4470676A1
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- B05B11/1067—Pump inlet valves actuated by pressure
Definitions
- the invention relates to a pump unit for a liquid dispenser and a liquid dispenser with such a pump unit.
- a generic pump unit is part of a liquid dispenser, for example a liquid dispenser for pharmaceutical liquids or possibly also cosmetic liquids.
- the pump unit is designed to suck liquid from a liquid reservoir and to apply pressure to it for the purpose of dispensing it through a dispensing opening.
- the dispensing takes place in particular in the form of a spray jet, but can also take the form of an unatomized jet or in the form of individual drops.
- Pump units of this type are usually intended for manual actuation, in particular for actuation in the form of pressing down an actuating button, on which in particular the discharge opening can also be provided.
- Pump units of this type are usually provided with a return spring which, after actuation and a usually associated reduction in the volume of a pump chamber, combined with a discharge of the liquid, pushes the pump unit back into its starting position and in doing so moves a pump piston back to its starting position.
- the return spring was usually designed as a metal spring.
- many liquid dispensers now use a plastic spring. This makes recycling easier, as there is no need to separate the metal components from the plastic.
- the object of the invention is to provide a pump unit and a dispenser with such a pump unit, wherein the pump unit has a return spring which simultaneously ensures the desired functioning of the pump unit and enables easy recycling.
- a pump unit for a liquid dispenser and a liquid dispenser with such a pump unit are proposed.
- the pump unit is described below in particular.
- the embodiments equally relate to a liquid reservoir with such a pump unit.
- the pump unit according to the invention has a pump cylinder and a pump piston which is movable relative to the pump cylinder between an unactuated end position and an actuated end position.
- the pump cylinder has, at least in one section, a cylindrical sealing surface in the region of which the pump piston rests against this sealing surface in a circumferentially sealing manner.
- a pump chamber surrounded by the pump cylinder and the pump piston has its maximum volume in the non-actuated end position and its minimum volume in the actuated end position.
- liquid is pumped out of the pump chamber in the direction of a discharge opening.
- liquid is sucked into the pump chamber from a liquid reservoir.
- the pump unit has an inlet valve at a liquid inlet of the pump chamber and an outlet valve at a liquid outlet of the pump chamber.
- the outlet valve is open and the inlet valve is closed.
- the outlet valve is closed and the inlet valve is open at least in phases, so that liquid is sucked into the pump chamber through the liquid inlet.
- the outlet valve is preferably a valve that opens depending on the overpressure in the pump chamber.
- the inlet valve can be opened depending on the negative pressure in the pump chamber or depending on the distance.
- the pump unit has a return spring, by means of which the pump piston is subjected to force in the direction of the non-actuated end position.
- This spring acts between the housing or in particular the pump cylinder of the pump unit on the one hand and the pump piston on the other, whereby the return spring can also be mounted on components attached to the pump cylinder and the pump piston instead of on the pump cylinder and the pump piston.
- the pump piston itself can also be an integral part of the return spring, as will be explained below.
- this return spring is designed in a special way.
- the return spring is designed as a tension spring and is arranged in such a way that a cylinder-side end and a piston-side end of the return spring are spaced apart from one another in a longitudinal direction when the pump chamber is reduced in size, thereby creating or increasing a state of tension in the return spring.
- the piston is thus spaced apart from the cylinder-side end of the return spring and the bearing area there, so that the return spring as a whole is subjected to tension.
- the return spring is designed as a cage spring at least in sections. This means that the area of the return spring designed as a cage spring or, if applicable, the return spring designed as a cage spring as a whole has a circumferential wall with a cylindrical or conical basic shape. Openings are provided in this wall which has a structure with node pieces and spring bars connecting the node pieces.
- the design of the return spring as a tension spring has the advantage that the shape of the spring is defined when tensioned by actuation. With compression springs, however, there is the problem that that they can deviate in a way that is not always easy to predict and can therefore impair the function of the dispenser.
- the cage spring has proven to be particularly well suited to ensuring a defined positional behavior of the return spring when actuated. The deformation of the return spring can be controlled very precisely by specifically strengthening or weakening node pieces and/or spring bars.
- a cage spring usually has node pieces in its wall which, due to the arrangement of the openings, are integrally connected to spring bars with adjacent node pieces or with areas of the return spring adjacent to the cage spring.
- the cage spring preferably has at least four node pieces, from which at least three spring bars extend to other node pieces or to areas of the return spring adjacent to the cage spring.
- at least eight such node pieces are preferably provided, or even twelve or more such node pieces.
- the cage spring has spring bars which are integrally attached to a common node piece and which are spread apart as the ends of the return spring are spaced apart, thereby causing a bending deformation in the respective node piece.
- the return spring with such spring bars which spread out under load is preferably shaped in such a way that it stores a significant part of the energy introduced by actuation in the form of bending deformation, i.e. by a deformation in which spring bars and nodes of the cage spring are deformed in such a way that compression occurs on one side and expansion occurs on an opposite side.
- the energy applied during actuation does not have to be stored exclusively by the bending deformation in the nodes or spring bars.
- bending deformation and other elastic deformations can occur in other parts of the return spring. It is considered advantageous if, in a tensioned state of the return spring, Arrangement of the pump piston in the actuated end position a proportion of at least 50% of the spring energy of the return spring is stored in the bending deformation of the node pieces and the spring bars, preferably a proportion of at least 80%.
- the wall of the cage spring has spring bars cut free on both sides through openings, with preferably between 8 and 200 openings and particularly preferably between 12 and 100 openings being provided. Preferably, at least three such spring bars are formed by the openings, but particularly between 12 and 72 spring bars.
- the return spring is at least partially made of a polyolefin, preferably polyethylene.
- the return spring is made entirely of polyolefin.
- the return spring is made as a 2K part. In such a case, preferably at least the cage spring is made of polyolefin.
- the cage spring has a structure of openings and intermediate node pieces and spring bars.
- an elastic deformation by bending takes place in the node pieces, whereby the bending deformation of the node pieces also includes the bending deformation in the transition sections of the spring bars that immediately adjoin the node pieces.
- two spring bars that are connected in one piece to a node piece are connected by a rounded transition on the node piece, preferably with a minimum rounding radius of more than 0.5 mm, in particular more than 1.0 mm. This transition radius is considered to be part of the node piece in the sense of the invention.
- the cage spring preferably has openings which are each delimited by four spring bars, namely two upper and two lower spring bars.
- a lower and an upper spring bar each form two spring bars which are connected to the side of the opening by a node piece.
- the upper and lower spring bars form spring bars which are each connected to one another in a central position relative to the opening by further node pieces.
- the cage spring preferably has a circumferential structure of node pieces and connecting spring bars, in which the spring bars are connected to node pieces at both ends and In particular, preferably at least some node pieces each carry at least two pairs of spring bars.
- the node pieces are preferably arranged one behind the other in the longitudinal direction in the form of rows, with preferably 4, 6 or 8 rows of node pieces being provided and distributed over the circumference of the cage spring.
- At least one of the node pieces, which carry two pairs of spring bars, preferably has a cross-section in a plane orthogonal to the longitudinal direction with a shape that tapers in the direction of a central axis of the return spring.
- Two lateral flanks of the node piece are therefore not aligned parallel, but are angled radially with respect to the central axis of the cage spring or even beyond the radial alignment.
- the cross-section of the node piece can have a triangular cross-sectional area.
- the opposite alignment with a shape that tapers in the direction away from a central axis or the parallel alignment of the flanks can also be advantageous depending on the specific shape of the cage spring and the conditions in production.
- Another special design provides that a plurality of peripherally distributed node pieces are provided, which are connected to one another via a stabilizing ring.
- the circumferential stabilizing ring is preferably formed in one piece with the node pieces.
- the stabilizing ring is preferably connected to the node pieces of the cage spring in such a way that no bending deformation or other relevant deformation takes place in it when the return spring is stretched.
- Such a stabilizing ring can be useful in a cage spring to connect node pieces that are arranged on a common geometric plane orthogonal to the longitudinal axis, thus reducing the tendency of the node pieces to deviate outwards or inwards during actuation. Instead, the position of the node pieces relative to one another remains largely unchanged and the energy stored in the return spring is stored primarily via the deformation of the spring bars.
- the openings which are usually surrounded by knot pieces and four spring bars, can be provided in various special shapes.
- the cage spring has openings which form a clear distance in the longitudinal direction in lateral areas that is greater than a central clear distance in the longitudinal direction.
- the clear distance in the longitudinal direction is preferably zero centrally in the non-actuated state of the return spring, which means that the opposing surfaces of the return spring do not rest against one another only in two lateral areas of the opening in the non-actuated state.
- the design described is particularly suitable for achieving a high degree of deformation without damaging the return spring.
- the return spring component is preferably provided with rounded sections in order to prevent the return spring from tearing when actuated.
- the spring bars on a common node preferably enclose an angle that is between 5° and 50° larger than an angle that the spring bars enclose when the pump cylinder and the pump piston are arranged in the non-actuated end position.
- a straight line that runs through nodes connected by means of a spring bar encloses an angle of less than 10° with a plane orthogonal to the longitudinal direction when the pump unit is in the non-actuated state and an angle of more than 10° when the pump unit is in the actuated state.
- the return spring can be connected to the pump piston in various ways. For example, a mechanical coupling is possible, which can be made possible by form-fitting contours on the return spring and a pump piston part.
- a one-piece design is particularly advantageous, in which the return spring has a piston geometry with a circumferential piston lip that is integrally formed on the return spring at its lower end. This piston lip forms the pump piston and, at least in phases, rests on the inside of the cylindrical pump cylinder during operation.
- the one-piece design means that there is no need for a positive or non-positive coupling of the pump piston with the return spring, which is sufficiently stable under tensile load.
- a component made of just one plastic can be provided as a one-piece component, which includes the piston lip and the spring area with node pieces and spring bars.
- a component manufactured using multi-component injection molding is also conceivable in order to provide the component with special material properties in sections.
- the cage spring and the piston lip in particular can be made of different materials.
- the return spring can also have other functional components, particularly in the one-piece design with a one-piece molded piston lip.
- the return spring preferably provides a valve surface of the outlet valve, against which a valve section of a valve body rests when the outlet valve is closed.
- this valve section is preferably designed to expand under the effect of a liquid overpressure and to be lifted off a valve counter surface in order to thereby enable the liquid to be discharged.
- the pump unit has an outlet pipe which projects from a discharge side into an inner region of the return spring.
- the outlet pipe is preferably provided in a fixed position relative to an actuating handle by means of which the pump unit is manually actuated.
- the coupling between the return spring and the outlet pipe takes place in the inner region of the return spring.
- the outlet pipe and the return spring preferably have interacting stop surfaces so that the return spring can be stretched by means of the outlet pipe when it is pressed down.
- the stop surfaces can be aligned orthogonally to a direction of displacement of the outlet pipe. It is particularly advantageous if at least one and preferably both stop surfaces have a conical or otherwise widening shape. The stop surfaces can thus engage with one another. In such a case, the outlet pipe is, as it were, hooked into the stop surface of the return spring.
- an outlet valve can be carried out in particular using an outlet pipe of the type described or of another type.
- the pump unit therefore preferably has an outlet pipe which is inserted into the return spring.
- a valve component is provided on this outlet pipe. This can in particular be designed as a separate component which can be attached to the outlet pipe and in particular inserted here.
- the valve component preferably forms a valve surface of the outlet valve, which, when the outlet valve is closed, rests in the region of a lower end of the return spring and/or on an inner side of the pump piston. If the pressure in the pump chamber is sufficiently high, the return spring or the pump piston is elastically expanded so that the contact is lost and the outlet valve is thereby opened.
- the valve component can alternatively or additionally also be part of the inlet valve.
- the liquid inlet is provided in a base of the pump cylinder and that a section of the valve component moves into the liquid inlet when the outlet pipe is pressed down or moves within the liquid inlet and thereby closes the inlet valve. This is particularly useful if a discharge delayed compared to the actuation of the pump unit is desired, as will be explained below.
- the design of the pump unit provides that the pump unit has a cylinder housing and a housing cover to form the pump cylinder.
- the cylinder housing preferably has two cylindrical sections with different inner diameters in the longitudinal direction, namely a return spring section with a larger diameter to accommodate the cage spring of the return spring and a pump chamber section with a smaller diameter, the diameter of the pump chamber section being adapted to the outer diameter of the pump piston at least in sections to limit the pump chamber.
- the housing cover is intended to close the pump unit and in particular its return spring section at the top. It can be provided with an opening through which an actuating tappet protrudes, preferably in the form of the outlet pipe already mentioned.
- the outlet valve of the pump unit is preferably a pressure-dependent opening outlet valve, i.e. a valve which opens when a design-specified limit pressure in the pump chamber has been reached.
- the pump unit has a closable outflow channel through which liquid can flow from the pump chamber back into the liquid reservoir and which is only closed after an idle stroke has been covered when the pump piston is transferred from the unactuated end position towards the actuated end position.
- Both designs that of the inlet valve that closes after an idle stroke and that of the outlet channel that closes after an idle stroke for the purpose of backflow from the pump chamber into the liquid reservoir, mean that when the pump unit is activated, no discharge takes place initially, since the liquid in the pump chamber is not yet isolated from the liquid reservoir at the start of activation and therefore no pressure can be built up here to open the outlet valve. Only when the idle stroke has been covered is the pump chamber isolated from the liquid reservoir, the pressure in the liquid increases and discharge begins.
- the idle stroke is at least 5%, preferably at least 10%, of the distance between the activated and the unactivated end position of the pump piston.
- the delayed discharge of liquid by the idle stroke is advantageous because it ensures that a uniform amount of liquid can be achieved per actuation, even if the return spring has a length that deviates from the nominal length when not actuated due to relaxation or other aging processes.
- One way of implementing an outflow channel of the type described is for the pump cylinder and the pump piston to be coordinated in such a way that they do not form a circumferential seal against each other in the non-actuated end position and that they only come into circumferential sealing contact with each other after an idle stroke has been covered during the displacement of the pump piston in the direction of the actuated end position. Only when the circumferential sealing contact is established can no more liquid escape from the pump chamber into the liquid reservoir and continued actuation causes the liquid to be discharged.
- the pump cylinder and the pump piston are coordinated with one another in such a way that they do not form a circumferential seal against one another in the non-actuated end position can be achieved by the pump piston not being in contact with the pump cylinder in the non-actuated end position, so that an annular gap remains between an inner wall of the pump cylinder and the pump piston.
- a design is possible in which the pump piston in the non-actuated end position rests against the inner wall of the pump cylinder over a partial section of the circumference and is spaced from the inner wall of the pump cylinder in another partial section of the circumference, forming an outflow channel.
- the liquid can escape from the pump chamber at the pump piston at the beginning of an actuation and then flow back into the liquid reservoir through an outflow opening in the pump cylinder.
- the pump cylinder has an outflow opening in a cylinder wall of the pump cylinder, whereby this outflow opening is arranged in such a way that it is passed over by the pump piston when the pump piston is transferred from the non-actuated end position to the actuated end position. Up to this point, liquid can flow from the pump chamber back into the liquid reservoir. As soon as the pump piston has passed over the outflow opening, the liquid in the pump chamber is pressurized and thus discharged.
- the outflow channel is preferred because it makes it possible to avoid a negative pressure in the pump chamber during the return stroke. Such a negative pressure is worth avoiding because it makes it necessary to design the return spring to be sufficiently strong to overcome the negative pressure.
- the use of an additional outflow channel eliminates this need.
- the inlet valve is designed as a pressure-dependent closing inlet valve which opens opposite the liquid reservoir when there is excess pressure in the pump chamber. Such a pressure-dependent closing and opening inlet valve allows liquid to be sucked into the pump chamber almost immediately at the start of the return stroke.
- Preferred designs of the inlet valve are above all plate valves or valves with a valve ball.
- the pump units described preferably consist entirely of plastic, in particular exclusively of plastics that can be processed in a common recycling stream.
- the pump unit can also have small proportions of other plastics or metallic components, provided that their total proportion of the mass of the pump unit does not exceed 10% and preferably 5%.
- a liquid dispenser according to the invention has a pump unit according to the invention.
- a liquid dispenser preferably has a liquid reservoir made of plastic. This preferably has an opening into which the pump unit is inserted and in which the pump unit is preferably fixed by means of a housing cover.
- the liquid reservoir preferably has a total volume of less than 100 ml, in particular less than 50 ml.
- the liquid reservoir is preferably filled with a pharmaceutical or cosmetic liquid.
- Fig. 2 shows the liquid dispenser 100 in a sectional view. It can be seen that the pump unit 10 is inserted through an opening in the bottle body of the liquid reservoir 110 and is secured by means of a closure 94. In the design of the Fig. 2 It is provided that the bottle body has a tapered neck region 114 such that a direct radial seal to the outside of the pump unit 10 is formed.
- the pump unit 10 has a pump cylinder 30, which forms a housing and is divided into a cylinder housing 32 and a housing cover 40.
- the cylinder housing 32 and the housing cover 40 each have an outward-facing installation flange 36, 42, which are pressed against each other and against the neck of the bottle body by means of the closure 94.
- An outlet pipe 60 projects into the cylinder housing 32 through an opening in the housing cover 40.
- a discharge head 90 is connected to this outlet pipe 60 on the outside of the cylinder housing 32 and forms a liquid path up to a discharge opening 92.
- the discharge head 90 is depressed to effect discharge. Depressing the discharge head 90 also causes the outlet pipe 60 to be depressed.
- a return spring 70 is provided within the pump cylinder 30, whereby the corresponding component in this embodiment takes on additional functions in addition to the return spring function, as described below.
- the return spring 70 has an outwardly projecting bearing element 73 at its upper end 72, which in this case is designed in the form of a circumferential bearing ring, but could also be designed differently and in particular with interruptions.
- the circumferential design of the bearing element 73 means that it represents an effective seal between the housing cover 40 and the cylinder housing 32.
- the closure 94 also puts the bearing element 73 under tension, so that there is no risk of it slipping out.
- the spring area 80 which is designed in the manner of a cage spring. This means that a plurality of node pieces 82 are provided in the spring area 80, which are connected to one another in a network-like manner by spring bars 79.
- the cage spring which is described in more detail below with regard to its possible structure, is designed to provide a restoring force by means of which the pump unit 10 returns to its initial state after the end of the manual actuation of the pump unit 10.
- a lower end 74 of the return spring 70 is connected to the outlet pipe 60.
- the connection is created by the lower end of the outlet pipe 60 being provided with a circumferential stop surface 61 which has a slightly conical shape.
- an external and also slightly conical stop surface 71 is provided on an inner side of the return spring 70. The stop surfaces 61, 71 lie against one another and are hooked together as it were by the aforementioned inclination.
- the return spring 70 in particular its spring area 80, is stretched as a whole and a return force is generated that becomes stronger with increasing displacement.
- the return spring 70 is already under tensile stress in its non-actuated end position, so that when actuated, a return force is present from the start, which enables the return to the end position.
- the return spring 70 has a structure explained in more detail below, which is designed to achieve a low relaxation through the permanently existing tensile stress state.
- the pump piston 50 is provided at the lower end of the return spring 70 or at the outlet pipe 60 and has a piston lip 52 which, during operation, rests at least in phases against a cylindrical wall of the cylinder housing 32.
- the pump piston 50 is designed as the distal end of the return spring 70, but could also be designed as a separate part and be mechanically connected to the return spring. If the lower end 74 of the return spring 70 is pressed down by means of the outlet pipe 60, the pump piston 50 is also pressed down and the pump chamber 12 delimited thereby is isolated and subsequently reduced in size.
- the cylinder housing 32 has a pump chamber region 32A that is adapted to the diameter of the pump piston 50. In the exemplary embodiment, this delimits the pump chamber 12 together with the pump piston 50.
- an inner groove 32C is provided, which means that the pump piston 50 in this area does not yet isolate the pump chamber 12 below the pump piston 50 from the spring area 32B.
- the pump piston 50 is depressed, this only leads to an isolation of the pump chamber 12 when the lower end of the groove 32C is passed over by the pump piston.
- the reduction in the size of the pump chamber 12 leads to the liquid contained therein being pressed through the groove 32C into the spring area 32B of the cylinder housing 32, from where it can pass back into the liquid reservoir 110 through an outflow opening 32D.
- the inlet valve 16 is designed as a pressure-dependent plate valve, which has a limitedly movable valve plate, which is pressed downwards by excess pressure in the pump chamber and thereby closes the liquid inlet 14.
- the outlet valve 20 is formed by a valve surface 50A on the inside of the pump piston 50 and by a valve component 64, which is inserted into the outlet pipe 60 from below and while maintaining a clear cross-section.
- the outlet valve 20 opens when the pressure in the pump chamber 12 is sufficient to expand the pump piston 50 to such an extent that contact with the conical valve surface 20A of the valve component 64 is lost and liquid can flow from the pump chamber 12 into the liquid outlet 18.
- the discharge ends at the latest when the actuated end position of the discharge head 90 is reached. Depending on the design, this may be the case when the pump piston 50 strikes the lower end of the cylinder housing 32, when another stop on the side of the discharge head 90 and the outlet pipe 60 strikes a stop surface or when the inlet valve 16 is opened in a path-dependent manner towards the end of the actuation.
- the piston lip 52 hits the lower end of the pump chamber 12, causing the piston lip 52 to deform and thus forcing the outlet valve to open.
- This is advantageous because it also causes the outlet valve 20 to open automatically when the dispenser is started up, when there is still compressible air in the pump chamber and the outlet valve 20 does not open depending on the pressure, and the air can therefore escape from the pump chamber 12.
- the liquid dispenser 100 If the force applied to the discharge head 90 is removed at the end of the actuation, the liquid dispenser 100 returns to its starting position.
- the return spring 70 or its spring area 80 which is under tension as a whole, shortens again and pulls the pump piston 50 upwards. Due to the outlet valve 20 now being closed, this causes a negative pressure in the pump chamber 12, the inlet valve 16 opens and liquid is sucked in from the liquid reservoir 110. At the same time, the outlet pipe 60 and thus the discharge head 90 are also pushed back upwards.
- Fig. 3A and 3B show a variety of possible cage springs that can be used as return springs 70. All return springs 70 have in common that they have a flange-like bearing element 73 at an upper end 72, with which the return springs 70 are attached at their upper end to the pump cylinder 30, and that an integrally formed pump piston 50 is provided at the lower end 74 of the return springs.
- the various return springs differ in terms of their respective spring area 80. Deviating from these designs, cage springs can also be used that are not formed integrally with the pump piston.
- spring areas 79 are designed in the form of a cage spring and have a large number of openings that allow spring bars 79 to be cut free. These spring bars 79 are connected in several, usually two or four at a time, to node pieces 82 of the cage springs. The spring bars 79 extend at least in the circumferential direction. If the return spring is stretched as a whole, this does not result in individual sections of the spring being stretched by the same distance or to the same extent. Instead, bending deformations occur, primarily in the area of the node pieces 82, but also partly in the area of the spring bars 79 themselves.
- the first design of the Fig. 3A has a total of 16 openings 78 and 28 spring bars 79 as well as 16 node pieces 82.
- the openings 78 each have an oval shape, so that the spring bars 79 already have an inclined orientation in relation to the longitudinal direction 2 in the unstretched state of the entire spring.
- the second design of the Fig. 3A has a total of 16 openings 78, 28 spring bars 79 and 16 node pieces 82.
- the openings 78 are not oval in shape, but are larger in the side areas than in the middle. This creates strongly rounded side areas that do not cause any notch effect when the return spring 70 is deformed and can therefore maintain the tension already present in the non-actuated end position.
- the third design of the Fig. 3A A total of 16 openings 78, 28 spring bars 79 and 16 nodes 82 are provided.
- the openings 78 are again shaped differently. In the relaxed state, they each consist of two circular partial openings that are connected by a slot, in the area of which the spring bars 79 above and below the opening 78 lie directly against each other.
- the aforementioned circular partial openings also mean that no notch effect occurs.
- openings 78, 28 spring bars 79 and 16 node pieces 82 are provided.
- the openings are designed in the form of narrow slots, the opposite edges of which do not lie against one another in the relaxed state shown.
- node pieces 82 When first designing the Fig. 3B 32 openings 78, 56 spring bars 79 and 32 node pieces 82 are provided.
- a special feature here is a total of three circumferential ring segments, each of which forms eight node pieces 82 and eight spring bars 79.
- the ring segments are connected to each other and to the return spring areas below and above the spring area 80 via eight further spring bars 79 each.
- Four further node pieces 82 are provided on the return spring areas below and above the spring area.
- the second design of the Fig. 3B looks similar to the first design. However, since the ring segments are designed differently than in the first design, they are not or hardly deformed when the return spring 70 is stretched and therefore do not store any relevant amount of energy even in the deformed state.
- the ring segments are in the case of the design of the Fig. 3B However, they are nevertheless advantageous since they represent stabilizing rings 86, by means of which the spring region 80 is otherwise stabilized and a circumferentially non-uniform deformation of the return spring 70 is avoided.
- the third design of the Fig 3B is basically the first design of the Fig. 3B very similar. The difference here is that instead of three ring segments, four ring segments are provided, so that a total of 40 openings 78 and 72 spring bars 79 and 40 node pieces 82 are provided.
- the fourth design of the Fig. 3B is similar to the second design, a modification of the previous variant, but in this case the ring segments are not subject to any bending deformation that occurs when the spring is stretched due to the connection at the top and bottom.
- the ring segments therefore also serve as stabilization rings 86 here.
- Fig. 4A and 4B that the elongation of the return spring 70 and thus of its spring area 80 designed as a cage spring is accompanied by the fact that in the normal orientation of the Fig. 4A and 4B essentially horizontal spring bars are deformed by the extension of the return spring 70, wherein this deformation occurs primarily in the transition region between connecting node pieces 82 and the respective spring bars 79.
- Fig. 4B shows the deformed state, with the hatching indicating the main deformation region in which over 80% of the energy applied by stretching is stored. This main deformation region is present at the node pieces 82, with the deformation being mainly a bending deformation, i.e. comprising tensile stress and compressive stress.
- the openings 78 in the return spring 70 of the Fig. 4A to 4C have a bone shape in their initial state.
- the relatively large roundings at the respective ends prevent a notch effect and provide an ideal structure for absorbing the tensile stress.
- Fig. 4C shows a cross section of the spring section at the level of Fig. 4B marked cutting plane. It can be seen that the wall cross-section tapers inwards, with the inclined surfaces being inclined beyond the radial relative position. It has been proven that such a shape is beneficial to the stability of the cage spring.
- Fig. 5 , 6 and 7 show alternatives concerning the dispenser or its pump unit 10. Unless otherwise stated, the other features of the respective pump units 10 are identical to the features of the pump unit 10 of the Fig. 2 .
- a ball valve is provided, i.e. a valve with a deflectable spherical body which, in a closed position, isolates the liquid inlet 14 from the pump chamber 12.
- a second difference is that in this design the piston lip 52 has no contact with the wall of the pump cylinder 30 in the non-actuated end position. Only when actuated does the piston lip 52 run into the pump chamber 12 guided by an insertion bevel and This closes all the way around the pump cylinder 30. The liquid that previously escaped through the gap between the piston lip 52 and the pump cylinder 30 returns to the liquid reservoir 110 through the outflow opening 32D.
- an outflow opening 32E is provided in the wall of the pump cylinder 30 at the level of the pump chamber 12. Only when the piston lip 52 has passed over this outflow opening 32E is the pump chamber 12 isolated and the pressure increase begins and results in the discharge of liquid.
- the inlet valve 16 is designed as a slit valve, which opens when there is negative pressure in the pump chamber 12.
- a closing extension 13 is provided on the valve component 64.
- the closing extension 13 moves into a metering channel of the inlet valve 16 after covering an idle stroke and thus isolates the pump chamber 12 so that the continued movement puts the liquid in it under pressure and causes the liquid to be discharged.
- a negative pressure initially builds up in the pump chamber 12. Only when the closing extension 13 has left the metering channel of the inlet valve 16 again can liquid be sucked in under the effect of the previously built-up negative pressure.
Landscapes
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
Pumpeneinheit (10) welche über einen Pumpenzylinder (30) und einen Pumpenkolben (50) verfügt, der gegenüber dem Pumpenzylinder (30) zwischen einer unbetätigten Endlage und einer betätigten Endlage beweglich ist. Die Pumpeneinheit (10) verfügt weiterhin über ein Einlassventil (16) an einem Flüssigkeitseinlass (14) und über ein Auslassventil (20) an einem Flüssigkeitsauslass (18) sowie über eine Rückstellfeder (70), mittels derer der Pumpenkolben (50) in die Richtung der unbetätigten Endlage kraftbeaufschlagt ist. Es wird vorgeschlagen, die Rückstellfeder (70) als Zugfeder auszubilden und derart anzuordnen, dass ein zylinderseitiges Ende (72) der Rückstellfeder (70) und ein kolbenseitiges Ende (74) der Rückstellfeder (70) beim Verkleinern der Pumpkammer (12) in einer Längsrichtung voneinander beabstandet werden und hierbei ein Spannungszustand in der Rückstellfeder (70) erzeugt oder verstärkt wird. Die Rückstellfeder (70) ist dabei zumindest abschnittweise als Käfigfeder ausgebildet, die eine Wandung (77) mit zylindrischer oder konischer Grundform aufweist. Die Wandung (77) der Käfigfeder weist eine durch Durchbrechungen (78) gebildete Struktur mit Knotenstücken (82) und die Knotenstücke (82) verbindenden Federstegen (79) auf.Pump unit (10) which has a pump cylinder (30) and a pump piston (50) which is movable relative to the pump cylinder (30) between an unactuated end position and an actuated end position. The pump unit (10) also has an inlet valve (16) on a liquid inlet (14) and an outlet valve (20) on a liquid outlet (18) as well as a return spring (70) by means of which the pump piston (50) is subjected to force in the direction of the unactuated end position. It is proposed that the return spring (70) be designed as a tension spring and arranged in such a way that a cylinder-side end (72) of the return spring (70) and a piston-side end (74) of the return spring (70) are spaced apart from one another in a longitudinal direction when the pump chamber (12) is reduced in size, and in the process a stress state is generated or increased in the return spring (70). The return spring (70) is designed at least in sections as a cage spring, which has a wall (77) with a cylindrical or conical basic shape. The wall (77) of the cage spring has a structure formed by openings (78) with node pieces (82) and spring webs (79) connecting the node pieces (82).
Description
Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinheit für einen Flüssigkeitsspender sowie einen Flüssigkeitsspender mit einer solchen Pumpeneinheit.The invention relates to a pump unit for a liquid dispenser and a liquid dispenser with such a pump unit.
Eine gattungsgemäße Pumpeneinheit ist Teil eines Flüssigkeitsspenders, beispielsweise eines Flüssigkeitsspenders für pharmazeutische Flüssigkeiten oder evtl. auch kosmetische Flüssigkeiten. Die Pumpeneinheit ist dafür ausgebildet, Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsspeicher anzusaugen und zum Zwecke des Austrags durch eine Austragöffnung mit Druck zu beaufschlagen. Der Austrag erfolgt insbesondere in Form eines Sprühstrahls, kann aber auch in Form eines unzerstäubten Jets oder in Form von Einzeltropfen erfolgen.A generic pump unit is part of a liquid dispenser, for example a liquid dispenser for pharmaceutical liquids or possibly also cosmetic liquids. The pump unit is designed to suck liquid from a liquid reservoir and to apply pressure to it for the purpose of dispensing it through a dispensing opening. The dispensing takes place in particular in the form of a spray jet, but can also take the form of an unatomized jet or in the form of individual drops.
Gattungsgemäße Pumpeneinheiten sind üblicherweise zur manuellen Betätigung vorgesehen, insbesondere zu einer Betätigung in Form eines Niederdrückens eines Betätigungsdrückers, an dem insbesondere auch die Austragöffnung vorgesehen sein kann.Pump units of this type are usually intended for manual actuation, in particular for actuation in the form of pressing down an actuating button, on which in particular the discharge opening can also be provided.
Gattungsgemäße Pumpeneinheiten sind üblicherweise mit einer Rückstellfeder versehen, die nach einer Betätigung und einer damit meist einhergehenden Volumenreduktion einer Pumpkammer, verbunden mit einem Austrag der Flüssigkeit, die Pumpeneinheit zurück in ihre Ausgangsstellung drückt und dabei einen Pumpenkolben zurück in dessen Ausgangslage verlagert.Pump units of this type are usually provided with a return spring which, after actuation and a usually associated reduction in the volume of a pump chamber, combined with a discharge of the liquid, pushes the pump unit back into its starting position and in doing so moves a pump piston back to its starting position.
Die Rückstellfeder ist früher üblicherweise als Metallfeder ausgestaltet worden. Inzwischen ist bei vielen Flüssigkeitsspendern dagegen eine Kunststofffeder in Verwendung. Dies erleichtert das Recycling, da eine Trennung von metallischen Komponenten zu Kunststoff nicht erforderlich ist.In the past, the return spring was usually designed as a metal spring. However, many liquid dispensers now use a plastic spring. This makes recycling easier, as there is no need to separate the metal components from the plastic.
Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, Pumpeneinheiten vorzusehen, deren Rückstellfeder in Art einer Zugfeder integriert ist. Derartiges ergibt sich beispielsweise aus der
Die bekannten Systeme weisen Rückstellfedern mit parallelen Einzelsträngen oder umlaufend geschlossenen Hülsenkörpern auf, die bei Betätigung der Pumpeinrichtung gedehnt werden. Es hat sich gezeigt, dass diese Bauweise problematisch ist, da es schwer ist, ein Material zu finden, welches bzgl. der erforderlichen Betätigungskraft und der gewünschten Rückstellkraft eine komfortable Verwendung ermöglicht. Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpeneinheit sowie einen Spender mit einer solchen Pumpeneinheit zur Verfügung zu stellen, wobei die Pumpeneinheit eine Rückstellfeder aufweist, die gleichzeitig die gewünschte Funktionsweise der Pumpeneinheit gewährleistet und einfaches Recycling ermöglicht.The object of the invention is to provide a pump unit and a dispenser with such a pump unit, wherein the pump unit has a return spring which simultaneously ensures the desired functioning of the pump unit and enables easy recycling.
Erfindungsgemäß wird eine Pumpeneinheit für einen Flüssigkeitsspender sowie ein Flüssigkeitsspender mit einer solchen Pumpeneinheit vorgeschlagen. Im Weiteren wird schwerpunktartig die Pumpeneinheit beschrieben. Die Ausführungen betreffen jedoch gleichermaßen einen Flüssigkeitsspeicher mit einer solchen Pumpeneinheit.According to the invention, a pump unit for a liquid dispenser and a liquid dispenser with such a pump unit are proposed. The pump unit is described below in particular. However, the embodiments equally relate to a liquid reservoir with such a pump unit.
Die erfindungsgemäße Pumpeneinheit verfügt über einen Pumpenzylinder und einen Pumpenkolben, der gegenüber dem Pumpenzylinder zwischen einer unbetätigten Endlage und einer betätigten Endlage beweglich ist. Der Pumpenzylinder verfügt zumindest in einem Teilabschnitt über eine zylindrische Dichtfläche, im Bereich derer der Pumpenkolben umlaufend dichtend an dieser Dichtfläche anliegt.The pump unit according to the invention has a pump cylinder and a pump piston which is movable relative to the pump cylinder between an unactuated end position and an actuated end position. The pump cylinder has, at least in one section, a cylindrical sealing surface in the region of which the pump piston rests against this sealing surface in a circumferentially sealing manner.
Eine durch den Pumpenzylinder und den Pumpenkolben umgebene Pumpkammer weist in der unbetätigten Endlage ihr maximales Volumen und in der betätigten Endlage ihr minimales Volumen auf. Während der betätigungsbedingten Reduktion des Pumpkammervolumens wird Flüssigkeit aus der Pumpkammer in Richtung einer Austragöffnung gefördert. Während des nachfolgendes Rückhubs und der damit einhergehenden Vergrößerung des Pumpkammervolumens wird Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsspeicher in die Pumpkammer gesogen.A pump chamber surrounded by the pump cylinder and the pump piston has its maximum volume in the non-actuated end position and its minimum volume in the actuated end position. During the actuation-related reduction of the pump chamber volume, liquid is pumped out of the pump chamber in the direction of a discharge opening. During the subsequent return stroke and the associated increase in the pump chamber volume, liquid is sucked into the pump chamber from a liquid reservoir.
Die Pumpeneinheit verfügt zu diesem Zweck über ein Einlassventil an einem Flüssigkeitseinlass der Pumpkammer und über ein Auslassventil an einem Flüssigkeitsauslass der Pumpkammer. Während des Austrags ist das Auslassventil geöffnet und das Einlassventil geschlossen. Während des Rückhubs ist zumindest phasenweise das Auslassventil geschlossen und das Einlassventil geöffnet, so dass Flüssigkeit durch den Flüssigkeitseinlass in die Pumpkammer gesogen wird. Wie im Weiteren noch beschrieben ist, ist das Auslassventil vorzugsweise ein in Abhängigkeit des Überdrucks in der Pumpenkammer öffnendes Ventil. Das Einlassventil kann in Abhängigkeit des Unterdrucks in der Pumpenkammer bzw. wegabhängig geöffnet werden.For this purpose, the pump unit has an inlet valve at a liquid inlet of the pump chamber and an outlet valve at a liquid outlet of the pump chamber. During discharge, the outlet valve is open and the inlet valve is closed. During the return stroke, the outlet valve is closed and the inlet valve is open at least in phases, so that liquid is sucked into the pump chamber through the liquid inlet. As will be described below, the outlet valve is preferably a valve that opens depending on the overpressure in the pump chamber. The inlet valve can be opened depending on the negative pressure in the pump chamber or depending on the distance.
Die Pumpeneinheit verfügt über eine Rückstellfeder, mittels derer der Pumpenkolben in die Richtung der unbetätigten Endlage kraftbeaufschlagt ist. Diese Feder wirkt zwischen dem Gehäuse bzw. insbesondere dem Pumpenzylinder der Pumpeneinheit einerseits und dem Pumpenkolben andererseits, wobei die Rückstellfeder statt am Pumpenzylinder und dem Pumpenkolben auch an hieran befestigten Bauelementen gelagert sein kann. Insbesondere kann der Pumpenkolben auch selbst einstückiger Teil der Rückstellfeder sein, wie im Weiteren noch erläutert wird.The pump unit has a return spring, by means of which the pump piston is subjected to force in the direction of the non-actuated end position. This spring acts between the housing or in particular the pump cylinder of the pump unit on the one hand and the pump piston on the other, whereby the return spring can also be mounted on components attached to the pump cylinder and the pump piston instead of on the pump cylinder and the pump piston. In particular, the pump piston itself can also be an integral part of the return spring, as will be explained below.
Erfindungsgemäß ist diese Rückstellfeder in besonderer Weise gestaltet. Die Rückstellfeder ist erfindungsgemäß als Zugfeder ausgebildet und derart angeordnet, dass ein zylinderseitiges Ende und ein kolbenseitiges Ende der Rückstellfeder beim Verkleinern der Pumpkammer in einer Längsrichtung voneinander beabstandet werden und hierbei ein Spannungszustand in der Rückstellfeder erzeugt oder verstärkt wird. Bei Betätigung der Pumpeneinheit wird der Kolben also vom zylinderseitigen Ende der Rückstellfeder und dem dortigen Lagerbereich beabstanden, so dass die Rückstellfeder als Ganzes auf Zug beansprucht ist.According to the invention, this return spring is designed in a special way. According to the invention, the return spring is designed as a tension spring and is arranged in such a way that a cylinder-side end and a piston-side end of the return spring are spaced apart from one another in a longitudinal direction when the pump chamber is reduced in size, thereby creating or increasing a state of tension in the return spring. When the pump unit is actuated, the piston is thus spaced apart from the cylinder-side end of the return spring and the bearing area there, so that the return spring as a whole is subjected to tension.
Die Rückstellfeder ist zumindest abschnittweise als Käfigfeder ausgebildet. Dies heißt, dass der als Käfigfeder ausgebildete Bereich der Rückstellfeder bzw. ggf. die insgesamt als Käfigfeder ausgebildete Rückstellfeder eine umlaufende Wandung mit zylindrischer oder konischer Grundform aufweist. In dieser Wandung sind Durchbrechungen vorgesehen, die eine Struktur mit Knotenstücken und die Knotenstücke verbindenden Federstegen aufweist.The return spring is designed as a cage spring at least in sections. This means that the area of the return spring designed as a cage spring or, if applicable, the return spring designed as a cage spring as a whole has a circumferential wall with a cylindrical or conical basic shape. Openings are provided in this wall which has a structure with node pieces and spring bars connecting the node pieces.
Es hat sich gezeigt, dass der Aufbau einer Zug-Rückstellfeder als Käfigfeder erhebliche Vorteile bietet. So ist insbesondere eine schwächere Relaxationsneigung zu verzeichnen. Zudem wird bei einer Käfigfeder die elastische Längung nicht ausschließlich durch Materialdehnung verursacht, sondern in erheblichem Maße durch Biegeverformung. Dies führt zu einer höheren Flexibilität bei der Auswahl des Federmaterials, denn auch Materialien, die bei angemessener Stärke im Falle einer reinen Dehnbeanspruchung eine zu hohe Betätigungskraft verursachen würden, kommen in Frage, wenn die Rückstellfeder stattdessen auch oder überwiegend durch Biegeverformung gelängt werden.It has been shown that the design of a tension return spring as a cage spring offers considerable advantages. In particular, there is a weaker tendency to relax. In addition, in a cage spring, the elastic elongation is not only caused by material stretching, but to a large extent by bending deformation. This leads to greater flexibility in the selection of the spring material, because materials that would cause too high an actuation force in the case of pure tensile stress, even if they were of appropriate strength, can be considered if the return spring is instead also or predominantly elongated by bending deformation.
Die Gestaltung der Rückstellfeder als Zugfeder hat den Vorteil, dass im durch Betätigung gespannten Zustand die Formgebung der Feder definiert ist. Bei Druckfedern besteht hingegen das Problem, dass diese in nicht immer gut vorhersehbarer Weise ausweichen können und dadurch die Funktion des Spenders beeinträchtigen können. Die Käfigfeder hat sich als besonders gut geeignet herausgestellt, um ein definiertes Lageverhalten der Rückstellfeder bei Betätigung zu gewährleisten. Durch gezielte Stärkung oder Schwächung von Knotenstücken und/oder Federstege lässt sich die Verformung der Rückstellfeder sehr genau steuern.The design of the return spring as a tension spring has the advantage that the shape of the spring is defined when tensioned by actuation. With compression springs, however, there is the problem that that they can deviate in a way that is not always easy to predict and can therefore impair the function of the dispenser. The cage spring has proven to be particularly well suited to ensuring a defined positional behavior of the return spring when actuated. The deformation of the return spring can be controlled very precisely by specifically strengthening or weakening node pieces and/or spring bars.
Eine Käfigfeder weist in ihrer Wandung üblicherweise Knotenstücke auf, die durch die Anordnung der Durchbrechungen bedingt mit Federstegen mit benachbarten Knotenstücken oder mit an die Käfigfeder angrenzenden Bereichen der Rückstellfeder einstückig verbunden ist.A cage spring usually has node pieces in its wall which, due to the arrangement of the openings, are integrally connected to spring bars with adjacent node pieces or with areas of the return spring adjacent to the cage spring.
Vorzugsweise weist die Käfigfeder mindestens vier Knotenstücke auf, von denen aus sich jeweils mindestens drei Federstege zu anderen Knotenstücken oder zu an die Käfigfeder angrenzenden Bereichen der Rückstellfeder erstrecken. Insbesondere vorzugsweise sind mindestens acht solche Knotenstücke vorgesehen oder gar zwölf oder mehr solche Knotenstücke.The cage spring preferably has at least four node pieces, from which at least three spring bars extend to other node pieces or to areas of the return spring adjacent to the cage spring. In particular, at least eight such node pieces are preferably provided, or even twelve or more such node pieces.
Vorzugsweise verfügt die Käfigfeder über Federstege, die an einem gemeinsamen Knotenstück einstückig angebracht sind und die im Zuge der Beabstandung der Enden der Rückstellfeder aufgespreizt werden und hierdurch eine Biegeverformung im jeweiligen Knotenstück bewirken.Preferably, the cage spring has spring bars which are integrally attached to a common node piece and which are spread apart as the ends of the return spring are spaced apart, thereby causing a bending deformation in the respective node piece.
Die Rückstellfeder mit solchen bei Belastung aufgespreizten Federstegen istvorzugsweise derart geformt, dass sie die durch Betätigung eingebrachte Energie zu einem erheblichen Teil in Form von Biegeverformung speichert, also durch eine Verformung, bei der Federstege und Knotenstücke der Käfigfeder derart verformt werden, dass es auf einer Seite zu einer Stauchung und an einer gegenüberliegenden Seite zu einer Dehnung kommt.The return spring with such spring bars which spread out under load is preferably shaped in such a way that it stores a significant part of the energy introduced by actuation in the form of bending deformation, i.e. by a deformation in which spring bars and nodes of the cage spring are deformed in such a way that compression occurs on one side and expansion occurs on an opposite side.
Es hat sich insbesondere bei einer solchen auf Biegeverformung basierenden Feder gezeigt, dass mit solchen Knotenstücken und Federstegen nur eine geringe Relaxationsneigung zu verzeichnen ist und eine für die Pumpenbetätigung passende Federkennlinie hier einfacher zu erzielen ist als bei einer vollständig oder primär durch Dehnbeanspruchung Energie speichernden Feder.It has been shown, particularly with such a spring based on bending deformation, that with such node pieces and spring bars there is only a low tendency to relax and a spring characteristic suitable for pump actuation is easier to achieve here than with a spring that stores energy completely or primarily through tensile stress.
Die Speicherung der bei der Betätigung aufgebrachten Energie muss nicht ausschließlich durch die besagte Biegeverformung in den Knotenstücken oder Federstegen erfolgen. Zusätzlich kann es Biegeverformung und anderweitige elastische Verformungen in anderen Teilen der Rückstellfeder kommen. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn in einem gespannten Zustand der Rückstellfeder bei Anordnung des Pumpenkolbens in der betätigten Endlage ein Anteil von mindestens 50% der Federenergie der Rückstellfeder in der Biegeverformung der Knotenstücke sowie der Federstege gespeichert ist, vorzugsweise ein Anteil von mindestens 80%.The energy applied during actuation does not have to be stored exclusively by the bending deformation in the nodes or spring bars. In addition, bending deformation and other elastic deformations can occur in other parts of the return spring. It is considered advantageous if, in a tensioned state of the return spring, Arrangement of the pump piston in the actuated end position a proportion of at least 50% of the spring energy of the return spring is stored in the bending deformation of the node pieces and the spring bars, preferably a proportion of at least 80%.
Die Wandung der Käfigfeder weist durch Durchbrechungen beidseitig freigeschnittene Federstege auf, wobei vorzugsweise zwischen 8 und 200 Durchbrechungen und insbesondere vorzugsweise zwischen 12 und 100 Durchbrechungen vorgesehen sind. Vorzugsweise sind durch die Durchbrechungen mindestens drei solche Federstege gebildet, insbesondere jedoch zwischen 12 und 72 Federstege.The wall of the cage spring has spring bars cut free on both sides through openings, with preferably between 8 and 200 openings and particularly preferably between 12 and 100 openings being provided. Preferably, at least three such spring bars are formed by the openings, but particularly between 12 and 72 spring bars.
Vorzugsweise ist die Rückstellfeder zumindest partiell aus einem Polyolefin hergestellt, vorzugsweise aus Polyethylen. Vorzugsweise ist die Rückstellfeder vollständig aus Polyolefin hergestellt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Rückstellfeder als 2K-Teil hergestellt ist. In einem solchen Falle ist vorzugsweise zumindest die Käfigfeder aus Polyolefin hergestellt.Preferably, the return spring is at least partially made of a polyolefin, preferably polyethylene. Preferably, the return spring is made entirely of polyolefin. However, it can also be provided that the return spring is made as a 2K part. In such a case, preferably at least the cage spring is made of polyolefin.
Die Käfigfeder weist eine Struktur aus Durchbrechungen und dazwischenliegenden Knotenstücken und Federstegen auf. In den Knotenstücken findet bei der Längung der Käfigfeder während der Spenderbetätigung eine elastische Verformung durch Biegung statt, wobei unter der Biegeverformung der Knotenstücke auch die Biegeverformung in sich unmittelbar an die Knotenstücke anschließenden Übergangsabschnitte der Federstege zu verstehen sind. Insbesondere sind zwei einstückig mit einem Knotenstück verbundenen Federstege durch einen abgerundeten Übergang am Knotenstück verbunden, vorzugsweise mit einem minimalen Rundungsradius von mehr als 0,5 mm, insbesondere von mehr als 1,0 mm. Dieser Übergangsradius wird im Sinne der Erfindung als Teil des Knotenstücks angesehen.The cage spring has a structure of openings and intermediate node pieces and spring bars. When the cage spring is elongated during dispenser operation, an elastic deformation by bending takes place in the node pieces, whereby the bending deformation of the node pieces also includes the bending deformation in the transition sections of the spring bars that immediately adjoin the node pieces. In particular, two spring bars that are connected in one piece to a node piece are connected by a rounded transition on the node piece, preferably with a minimum rounding radius of more than 0.5 mm, in particular more than 1.0 mm. This transition radius is considered to be part of the node piece in the sense of the invention.
Vorzugsweise weist die Käfigfeder Durchbrechungen auf, die von jeweils vier Federstegen begrenzt werden, nämlich von zwei oberen und zwei unteren Federstegen. Ein unterer und ein oberer Federsteg bilden jeweils zwei Federstege, die seitlich der Durchbrechung durch ein Knotenstück verbunden sind. Die oberen und die unteren Federstege bilden Federstege, die jeweils bezogen auf die Durchbrechung in mittiger Position miteinander über weitere Knotenstücke verbunden sind.The cage spring preferably has openings which are each delimited by four spring bars, namely two upper and two lower spring bars. A lower and an upper spring bar each form two spring bars which are connected to the side of the opening by a node piece. The upper and lower spring bars form spring bars which are each connected to one another in a central position relative to the opening by further node pieces.
Zumindest einige Durchbrechung sind in einem solchen Falle durch insgesamt vier Knotenstücke und insgesamt vier Federstege definiert.In such a case, at least some of the openings are defined by a total of four node pieces and a total of four spring bars.
Die Käfigfeder weist vorzugsweise eine umlaufende Struktur aus Knotenstücken und verbindenden Federstegen auf, bei der die Federstege an beiden Enden mit Knotenstücken verbunden sind und insbesondere vorzugsweise zumindest einige Knotenstücke jeweils mindestens zwei Paar von Federstegen tragen. Die Knotenstücke sind vorzugsweise in Längsrichtung hintereinander in Art von Reihen angeordnet, wobei vorzugsweise 4, 6 oder 8 Reihen von Knotenstücken vorgesehen und über den Umfang der Käfigfeder verteilt sind.The cage spring preferably has a circumferential structure of node pieces and connecting spring bars, in which the spring bars are connected to node pieces at both ends and In particular, preferably at least some node pieces each carry at least two pairs of spring bars. The node pieces are preferably arranged one behind the other in the longitudinal direction in the form of rows, with preferably 4, 6 or 8 rows of node pieces being provided and distributed over the circumference of the cage spring.
Mindestens eines der Knotenstücke, welche zwei Paar von Federstegen tragen, weist vorzugsweise in einer Ebene orthogonal zur Längsrichtung einen Querschnitt mit einer in Richtung einer Mittelachse der Rückstellfeder verjüngten Form auf. Zwei seitliche Flanken des Knotenstücks sind also nicht parallel ausgerichtet, sondern radial bezogen auf die Mittelachse der Käfigfeder oder sogar noch über die radiale Ausrichtung hinausgehend gegeneinander angewinkelt. Insbesondere kann der Querschnitt des Knotenstücks eine dreieckige Querschnittsfläche aufweisen. Auch die entgegengesetzte Ausrichtung mit sich in Richtung von einer Mittelachse weg verjüngender Form oder die parallele Ausrichtung der Flanken kann je nach konkreter Formgebung der Käfigfeder und Gegebenheiten in der Fertigung vorteilhaft sein.At least one of the node pieces, which carry two pairs of spring bars, preferably has a cross-section in a plane orthogonal to the longitudinal direction with a shape that tapers in the direction of a central axis of the return spring. Two lateral flanks of the node piece are therefore not aligned parallel, but are angled radially with respect to the central axis of the cage spring or even beyond the radial alignment. In particular, the cross-section of the node piece can have a triangular cross-sectional area. The opposite alignment with a shape that tapers in the direction away from a central axis or the parallel alignment of the flanks can also be advantageous depending on the specific shape of the cage spring and the conditions in production.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Verjüngung in Richtung der Mittelachse Spannungsspitzen reduziert und somit die Gefahr einer Verletzung der Rückstellfeder im Zuge der Betätigung der Pumpeneinheit verringert ist.It has been shown that the taper in the direction of the central axis reduces stress peaks and thus reduces the risk of damage to the return spring during operation of the pump unit.
Eine weitere besondere Bauweise sieht vor, dass eine Mehrzahl von umfänglich verteilten Knotenstücken vorgesehen ist, die über einen Stabilisierungsring miteinander verbunden sind. Insbesondere vorzugsweise ist der umlaufende Stabilisierungsring einstückig mit den Knotenstücken ausgebildet. Der Stabilisierungsring ist vorzugsweise derart mit den Knotenstücken der Käfigfeder verbunden, dass in ihm keine Biegeverformung oder anderweitige relevante Verformung stattfindet, wenn die Rückstellfeder gedehnt wird.Another special design provides that a plurality of peripherally distributed node pieces are provided, which are connected to one another via a stabilizing ring. In particular, the circumferential stabilizing ring is preferably formed in one piece with the node pieces. The stabilizing ring is preferably connected to the node pieces of the cage spring in such a way that no bending deformation or other relevant deformation takes place in it when the return spring is stretched.
Ein solcher Stabilisierungsring kann bei einer Käfigfeder hilfreich sein, um Knotenstücke, die auf einer gemeinsamen zur Längsachse orthogonalen geometrischen Ebene angeordnet sind, miteinanderzu verbinden und somit die Neigung der Knotenstücke zu reduzieren, während der Betätigung nach außen oder innen auszuweichen. Stattdessen bleibt die Position der Knotenstücke relativ zueinander weitgehend unverändert und die in der Rückstellfeder gespeicherte Energie wird primär über die Verformung der Federstege gespeichert.Such a stabilizing ring can be useful in a cage spring to connect node pieces that are arranged on a common geometric plane orthogonal to the longitudinal axis, thus reducing the tendency of the node pieces to deviate outwards or inwards during actuation. Instead, the position of the node pieces relative to one another remains largely unchanged and the energy stored in the return spring is stored primarily via the deformation of the spring bars.
Die üblicherweise von Knotenstücken und vier Federstegen umgebenen Durchbrechungen können in verschiedenen besonderen Formen vorgesehen sein.The openings, which are usually surrounded by knot pieces and four spring bars, can be provided in various special shapes.
Eine bevorzugte Gestaltung sieht vor, dass die Käfigfeder Durchbrechungen aufweist, die in Seitenbereichen einen lichten Abstand in Längsrichtung bilden, der größer als ein zentrischer lichter Abstand in Längsrichtung ist. Der lichte Abstand in Längsrichtung ist zentrisch vorzugsweise im unbetätigten Zustand der Rückstellfeder Null, was also bedeutet, dass nur in zwei seitlichen Bereichen der Durchbrechung im unbetätigten Zustand die gegenüberliegenden Flächen der Rückstellfeder nicht aneinander anliegen.A preferred design provides that the cage spring has openings which form a clear distance in the longitudinal direction in lateral areas that is greater than a central clear distance in the longitudinal direction. The clear distance in the longitudinal direction is preferably zero centrally in the non-actuated state of the return spring, which means that the opposing surfaces of the return spring do not rest against one another only in two lateral areas of the opening in the non-actuated state.
Die beschriebene Bauform ist besonders geeignet, um ein hohes Maß an Verformung ohne Beschädigung der Rückstellfeder zu erzielen. In den genannten seitlichen Bereichen ist das Bauteil der Rückstellfeder vorzugsweise mit Ausrundungen versehen, um bei einer Betätigung ein Einreißen der Rückstellfeder zu vermeiden.The design described is particularly suitable for achieving a high degree of deformation without damaging the return spring. In the lateral areas mentioned, the return spring component is preferably provided with rounded sections in order to prevent the return spring from tearing when actuated.
Die Federstege an einem gemeinsamen Knotenstück schließen bei Anordnung des Pumpenzylinders und des Pumpenkolbens in betätigter Endlage vorzugsweise einen Winkel ein, der zwischen 5° und 50° größer ist als ein Winkel, den die Federstege bei Anordnung des Pumpenzylinders und des Pumpenkolbens in der unbetätigten Endlage einschließen. Vorzugsweise schließt eine Gerade, die durch mittels eines Federstegs verbundene Knotenstücke verläuft, im unbetätigten Zustand der Pumpeneinheit mit einer zur Längsrichtung orthogonalen Ebene einen Winkel von weniger als 10° ein und im betätigten Zustand einen Winkel von mehr als 10°.When the pump cylinder and the pump piston are arranged in the actuated end position, the spring bars on a common node preferably enclose an angle that is between 5° and 50° larger than an angle that the spring bars enclose when the pump cylinder and the pump piston are arranged in the non-actuated end position. Preferably, a straight line that runs through nodes connected by means of a spring bar encloses an angle of less than 10° with a plane orthogonal to the longitudinal direction when the pump unit is in the non-actuated state and an angle of more than 10° when the pump unit is in the actuated state.
Die Rückstellfeder kann mit dem Pumpenkolben auf verschiedene Weisen verbunden sein. So ist beispielsweise eine mechanische Kopplung möglich, die beispielsweise formschlüssig durch passende Konturen an der Rückstellfeder und einem Pumpenkolbenteil ermöglicht sein kann.The return spring can be connected to the pump piston in various ways. For example, a mechanical coupling is possible, which can be made possible by form-fitting contours on the return spring and a pump piston part.
Insbesondere von Vorteil ist jedoch eine einstückige Gestaltung, bei der die Rückstellfeder an ihrem unteren Ende eine einstückig an der Rückstellfeder angeformte Kolbengeometrie mit umlaufender Kolbenlippe aufweist. Diese Kolbenlippe bildet den Pumpenkolben und liegt im Betrieb zumindest phasenweise innenseitig am zylindrischen Pumpenzylinder an. Die Einstückigkeit erlaubt den Verzicht auf eine form- oder kraftschlüssige Kopplung des Pumpenkolbens mit der Rückstellfeder, die unter Zuglast ausreichend stabil ist.However, a one-piece design is particularly advantageous, in which the return spring has a piston geometry with a circumferential piston lip that is integrally formed on the return spring at its lower end. This piston lip forms the pump piston and, at least in phases, rests on the inside of the cylindrical pump cylinder during operation. The one-piece design means that there is no need for a positive or non-positive coupling of the pump piston with the return spring, which is sufficiently stable under tensile load.
Dabei kann als einstückiges Bauteil sowohl ein Bauteil aus nur einem Kunststoff vorgesehen sein, welches die Kolbenlippe und den Federbereich mit Knotenstücken und Federstegen umfasst. Daneben ist aber auch ein im Mehrkomponentenspritzguss hergestelltes Bauteil denkbar, um das Bauteil abschnittsweise mit besonderen Materialeigenschaften zu versehen. Hier können insbesondere die Käfigfeder und die Kolbenlippe aus unterschiedlichem Material gefertigt sein.A component made of just one plastic can be provided as a one-piece component, which includes the piston lip and the spring area with node pieces and spring bars. In addition, a component manufactured using multi-component injection molding is also conceivable in order to provide the component with special material properties in sections. In this case, the cage spring and the piston lip in particular can be made of different materials.
Die Rückstellfeder kann, insbesondere in der einstückigen Gestaltung mit einer einstückig angeformten Kolbenlippe, auch noch weitere Funktionsbestandteile aufweisen. So stellt die Rückstellfeder vorzugsweise eine Ventilfläche des Auslassventils zur Verfügung, an der ein Ventilabschnitt eines Ventilkörpers bei geschlossenem Auslassventil anliegt. Insbesondere vorzugsweise ist dieser Ventilabschnitt dafür ausgebildet, sich unter Wirkung eines Flüssigkeitsüberdruckes aufzuweiten und von einer Ventilgegenfläche abgehoben zu werden, um hierdurch den Flüssigkeitsaustrag zu ermöglichen.The return spring can also have other functional components, particularly in the one-piece design with a one-piece molded piston lip. The return spring preferably provides a valve surface of the outlet valve, against which a valve section of a valve body rests when the outlet valve is closed. In particular, this valve section is preferably designed to expand under the effect of a liquid overpressure and to be lifted off a valve counter surface in order to thereby enable the liquid to be discharged.
Vorzugsweise ist eine Bauweise vorgesehen, bei der die Pumpeneinheit ein Auslassrohr aufweist, welches von einer Entnahmeseite in einen Innenbereich der Rückstellfeder ragt. Das Auslassrohr ist vorzugsweise ortsfest zu einer Betätigungshandhabe vorgesehen, mittels derer die Pumpeneinheit manuell betätigt wird. Im Innenbereich der Rückstellfeder findet die Kopplung zwischen der Rückstellfeder und dem Auslassrohr statt. Hierfür weisen das Auslassrohr und die Rückstellfeder vorzugsweise zusammenwirkende Anschlagflächen auf, so dass die Rückstellfeder beim Niederdrücken des Auslassrohres mittels dessen gedehnt werden kann. Die Anschlagsflächen können orthogonal zu einer Verlagerungsrichtung des Auslassrohres ausgerichtet sein. Insbesondere von Vorteil ist es, wenn mindestens eine und vorzugsweise beide Anschlagsflächen eine konische oder sich anderweitig aufweitende Formgebung aufweisen. Die Anschlagsflächen können hierdurch ineinandergreifen. Das Auslassrohr ist in die Anschlagsfläche der Rückstellfeder in einem solchen Falle gleichsam eingehakt.Preferably, a design is provided in which the pump unit has an outlet pipe which projects from a discharge side into an inner region of the return spring. The outlet pipe is preferably provided in a fixed position relative to an actuating handle by means of which the pump unit is manually actuated. The coupling between the return spring and the outlet pipe takes place in the inner region of the return spring. For this purpose, the outlet pipe and the return spring preferably have interacting stop surfaces so that the return spring can be stretched by means of the outlet pipe when it is pressed down. The stop surfaces can be aligned orthogonally to a direction of displacement of the outlet pipe. It is particularly advantageous if at least one and preferably both stop surfaces have a conical or otherwise widening shape. The stop surfaces can thus engage with one another. In such a case, the outlet pipe is, as it were, hooked into the stop surface of the return spring.
Die Bildung eines Auslassventils kann insbesondere unter Verwendung eines Auslassrohres der beschriebenen oder anderweitiger Art erfolgen. Die Pumpeneinheit weist also vorzugsweise ein Auslassrohr auf, welches in die Rückstellfeder eingeschoben ist. An diesem Auslassrohr vorgesehen ist ein Ventilbauteil. Dieses kann insbesondere als separates Bauteil ausgebildet sein, welches an dem Auslassrohr befestigt und insbesondere hier eingeschoben sein kann.The formation of an outlet valve can be carried out in particular using an outlet pipe of the type described or of another type. The pump unit therefore preferably has an outlet pipe which is inserted into the return spring. A valve component is provided on this outlet pipe. This can in particular be designed as a separate component which can be attached to the outlet pipe and in particular inserted here.
Das Ventilbauteil bildet vorzugsweise eine Ventilfläche des Auslassventils, welches im geschlossenen Zustand des Auslassventils im Bereich eines unteren Endes der Rückstellfeder und/oder an einer Innenseite des Pumpenkolbens anliegt. Wenn der Druck in der Pumpkammer ausreichend groß ist, wird die Rückstellfeder oder der Pumpenkolben elastisch aufgeweitet, so dass der Kontakt verlorengeht und das Auslassventil hierdurch geöffnet wird.The valve component preferably forms a valve surface of the outlet valve, which, when the outlet valve is closed, rests in the region of a lower end of the return spring and/or on an inner side of the pump piston. If the pressure in the pump chamber is sufficiently high, the return spring or the pump piston is elastically expanded so that the contact is lost and the outlet valve is thereby opened.
Das Ventilbauteil kann alternativ oder zusätzlich auch Teil des Einlassventils sein. Hierfür ist vorzugsweise vorgesehen, dass in einem Boden des Pumpenzylinders der Flüssigkeitseinlass vorgesehen ist und dass ein Abschnitt des Ventilbauteils bei einem Niederdrücken des Auslassrohres in den Flüssigkeitseinlass einfährt bzw. sich innerhalb des Flüssigkeitseinlasses verschiebt und hierdurch das Einlassventil verschließt. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn ein gegenüber der Betätigung der Pumpeneinheit verzögerter Austrag gewünscht ist, wie es im Weiteren noch erklärt wird.The valve component can alternatively or additionally also be part of the inlet valve. For this purpose, it is preferably provided that the liquid inlet is provided in a base of the pump cylinder and that a section of the valve component moves into the liquid inlet when the outlet pipe is pressed down or moves within the liquid inlet and thereby closes the inlet valve. This is particularly useful if a discharge delayed compared to the actuation of the pump unit is desired, as will be explained below.
Zur Verbindung der Rückstellfeder mit dem Pumpenzylinder ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Rückstellfeder zur Bildung des zylinderseitigen Federlagers an einem Ende mindestens ein nach außen ragendes Lagerelement aufweist, beispielsweise in Form eines umlaufenden Lagerrings. Die Rückstellfeder ist bezogen auf eine Längsrichtung mittels dieses Lagerelements am Pumpenzylinder gesichert, wobei hierfür Anlageflächen am Lagerelement und am Pumpenzylinder vorgesehen sein können. Vorzugsweise sind die Anlagefläche am Lagerelement und/oder die Anlagefläche am Pumpenzylinder unter Bildung einer gestuften Struktur orthogonal zu einer Betätigungsrichtung ausgerichtet oder mit einer Fase versehen, um ein Abgleiten des Lagerelements vom Pumpenzylinder zu verhindern.To connect the return spring to the pump cylinder, it is preferably provided that the return spring has at least one outwardly projecting bearing element at one end to form the cylinder-side spring bearing, for example in the form of a circumferential bearing ring. The return spring is secured to the pump cylinder in a longitudinal direction by means of this bearing element, whereby contact surfaces can be provided on the bearing element and on the pump cylinder for this purpose. Preferably, the contact surface on the bearing element and/or the contact surface on the pump cylinder are aligned orthogonally to an actuation direction to form a stepped structure or are provided with a chamfer to prevent the bearing element from sliding off the pump cylinder.
Die Bauweise der Pumpeneinheit sieht bei einer bevorzugten Gestaltung vor, dass die Pumpeneinheit zur Bildung des Pumpenzylinders ein Zylindergehäuse sowie einen Gehäusedeckel aufweist. Das Zylindergehäuse weist vorzugsweise in Längsrichtung zwei zylindrische Teilbereiche mit unterschiedlichen Innendurchmessern auf, nämlich einen Rückstellfederbereich mit größerem Durchmesser zur Aufnahme der Käfigfeder der Rückstellfeder und einem Pumpkammerbereich mit geringerem Durchmesser, wobei der Durchmesser des Pumpkammerbereichs zumindest abschnittsweise zur Begrenzung der Pumpkammer an den Außendurchmesser des Pumpenkolbens angepasst ist. Der Gehäusedeckel ist dafür vorgesehen, die Pumpeneinheit und insbesondere deren Rückstellfederbereich nach oben zu verschließen. Er kann mit einer Durchbrechung versehen sein, durch die ein Betätigungsstößel hineinragt, vorzugsweise in Form des bereits genannten Auslassrohrs.In a preferred embodiment, the design of the pump unit provides that the pump unit has a cylinder housing and a housing cover to form the pump cylinder. The cylinder housing preferably has two cylindrical sections with different inner diameters in the longitudinal direction, namely a return spring section with a larger diameter to accommodate the cage spring of the return spring and a pump chamber section with a smaller diameter, the diameter of the pump chamber section being adapted to the outer diameter of the pump piston at least in sections to limit the pump chamber. The housing cover is intended to close the pump unit and in particular its return spring section at the top. It can be provided with an opening through which an actuating tappet protrudes, preferably in the form of the outlet pipe already mentioned.
Die Rückstellfeder kann zwischen dem Zylindergehäuse und dem Gehäusedeckel eingeklemmt sein. Insbesondere vorzugsweise weisen der Gehäusedeckel und das Zylindergehäuse jeweils einen nach außen ragenden Einbauflansch auf, wobei die beiden Einbauflansche unmittelbar aneinander anliegen. Die aneinander anliegende Einbauflansche gestatten es, dass mittels eines Verschlusses des Flüssigkeitsspenders, der bspw. mit Schnappelementen oder einem Gewinde an einem Behälter des Flüssigkeitsspeichers befestigt ist, auch die beiden Gehäuseelemente der Pumpeneinheit, also das Zylindergehäuse und der Gehäusedeckel, aneinandergepresst und lagefixiert werden, so dass hierdurch das zylinderseitige Federlager der Rückstellfeder ausreichend gesichert ist.The return spring can be clamped between the cylinder housing and the housing cover. In particular, the housing cover and the cylinder housing each preferably have an outwardly projecting installation flange, with the two installation flanges directly abutting one another. The abutting installation flanges allow the two housing elements of the pump unit, i.e. the The cylinder housing and the housing cover are pressed together and fixed in position so that the cylinder-side spring bearing of the return spring is sufficiently secured.
Das Auslassventil der Pumpeneinheit ist vorzugsweise ein druckabhängig öffnendes Auslassventil, also ein Ventil, welches öffnet, wenn ein konstruktiv vorgegebener Grenzdruck in der Pumpkammer erreicht wurde.The outlet valve of the pump unit is preferably a pressure-dependent opening outlet valve, i.e. a valve which opens when a design-specified limit pressure in the pump chamber has been reached.
Das Einlassventil kann ebenfalls als druckabhängig öffnendes Ventil ausgebildet sein, welches öffnet, wenn der Druck in der Pumpkammer gegenüber dem Druck im Flüssigkeitsspeicher ausreichend abgefallen ist, so dass in der Pumpkammer ein Unterdruck herrscht. Bei einer besonderen Gestaltung jedoch ist das Einlassventil als wegabhängig schließendes Einlassventil ausgebildet, welches bei der Überführung des Pumpenkolbens aus der unbetätigten Endlage in Richtung der betätigten Endlage in einer konstruktiv definierten Zwischenstellung nach Zurücklegen einer Leerhubstrecke schließt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein hierfür vorgesehener Schließfortsatz, der zum Schließen des Einlassventils dichtend in einen Dosierkanal eintritt, gegen Ende der Betätigung diese Dosierkanal am gegenüberliegenden Ende wieder öffnet, so dass der Austrag schlagartig und wohldefiniert endet. Dies erleichtert auch die Inbetriebnahme des Spenders, da hierdurch im Zuge der Inbetriebnahme in der Pumpkammer befindliche oder dort komprimierte Luft in den Flüssigkeitsspeicher entweichen kann.The inlet valve can also be designed as a pressure-dependent opening valve, which opens when the pressure in the pump chamber has fallen sufficiently compared to the pressure in the liquid reservoir so that a negative pressure prevails in the pump chamber. In a special design, however, the inlet valve is designed as a path-dependent closing inlet valve, which closes in a structurally defined intermediate position after covering an idle stroke when the pump piston is transferred from the non-actuated end position towards the actuated end position. In addition, it can be provided that a closing extension provided for this purpose, which enters a dosing channel to close the inlet valve and seals it, opens this dosing channel again at the opposite end towards the end of the actuation so that the discharge ends abruptly and in a well-defined manner. This also makes it easier to start up the dispenser, since this allows air in the pump chamber or compressed there to escape into the liquid reservoir during start-up.
Alternativ zu einem solchen wegabhängig schließenden Einlassventil kann vorgesehen sein, dass die Pumpeneinheit einen verschließbaren Ausflusskanal aufweist, durch den Flüssigkeit aus der Pumpenkammerzurück in den Flüssigkeitsspeicher fließen kann und der bei der Überführung des Pumpenkolbens aus der unbetätigten Endlage in Richtung der betätigten Endlage erst nach Zurücklegen einer Leerhubstrecke geschlossen wird.As an alternative to such a path-dependent closing inlet valve, it can be provided that the pump unit has a closable outflow channel through which liquid can flow from the pump chamber back into the liquid reservoir and which is only closed after an idle stroke has been covered when the pump piston is transferred from the unactuated end position towards the actuated end position.
Beide Gestaltungen, die des nach einer Leerhubstrecke schließenden Einlassventils und die des nach einer Leerhubstrecke schließenden Ausflusskanals zum Zwecke des Rückflusses aus der Pumpkammer in den Flüssigkeitsspeicher, führen dazu, dass bei Betätigung der Pumpeneinheit zunächst kein Austrag stattfindet, da die Flüssigkeit in der Pumpenkammer zu Beginn der Betätigung noch nicht vom Flüssigkeitsspeicher isoliert ist und daher hier kein zum Öffnen des Auslassventils erforderlicher Druck aufgebaut werden kann. Erst wenn die Leerhubstrecke zurückgelegt ist, ist die Pumpkammer gegenüber dem Flüssigkeitsspeicher isoliert, der Druck in der Flüssigkeit steigt an und der Austrag beginnt. Die Leerhubstrecke beträgt mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10%, der Distanz zwischen der betätigten und der unbetätigten Endlage des Pumpenkolbens.Both designs, that of the inlet valve that closes after an idle stroke and that of the outlet channel that closes after an idle stroke for the purpose of backflow from the pump chamber into the liquid reservoir, mean that when the pump unit is activated, no discharge takes place initially, since the liquid in the pump chamber is not yet isolated from the liquid reservoir at the start of activation and therefore no pressure can be built up here to open the outlet valve. Only when the idle stroke has been covered is the pump chamber isolated from the liquid reservoir, the pressure in the liquid increases and discharge begins. The idle stroke is at least 5%, preferably at least 10%, of the distance between the activated and the unactivated end position of the pump piston.
Der durch die Leerhubstrecke verzögerte Flüssigkeitsaustrag ist vorteilhaft, da er bewirkt, dass eine einheitliche Flüssigkeitsmenge je Betätigung erzielbar ist, selbst wenn die Rückstellfeder aufgrund von Relaxation oder anderweitigen Alterungsprozessen im unbetätigten Zustand eine von der Solllänge abweichende Länge aufweist.The delayed discharge of liquid by the idle stroke is advantageous because it ensures that a uniform amount of liquid can be achieved per actuation, even if the return spring has a length that deviates from the nominal length when not actuated due to relaxation or other aging processes.
Eine Möglichkeit zur Realisierung eines Ausflusskanals der beschriebenen Art besteht darin, dass der Pumpenzylinder und der Pumpenkolben derart aufeinander abgestimmt sind, dass sie in der unbetätigten Endlage nicht umlaufend dichtend aneinander anliegen und während der Verlagerung des Pumpenkolbens in Richtung der betätigten Endlage erst nach Zurücklegen einer Leerhubstrecke in umlaufend dichtenden Kontakt miteinander gelangen. Erst wenn der umlaufend dichtende Kontakt gegeben ist, kann keine Flüssigkeit mehr aus der Pumpkammer in den Flüssigkeitsspeicher entweichen und die fortgesetzte Betätigung bewirkt den Flüssigkeitsaustrag.One way of implementing an outflow channel of the type described is for the pump cylinder and the pump piston to be coordinated in such a way that they do not form a circumferential seal against each other in the non-actuated end position and that they only come into circumferential sealing contact with each other after an idle stroke has been covered during the displacement of the pump piston in the direction of the actuated end position. Only when the circumferential sealing contact is established can no more liquid escape from the pump chamber into the liquid reservoir and continued actuation causes the liquid to be discharged.
Dass der Pumpenzylinder und der Pumpenkolben derart aufeinander abgestimmt sind, dass sie in der unbetätigten Endlage nicht umlaufend dichtend aneinander anliegen, kann dadurch erreicht werden, dass der Pumpenkolben in der unbetätigten Endlage nicht in Kontakt mit dem Pumpenzylinder steht, so dass zwischen einer Innenwandung des Pumpenzylinders und dem Pumpenkolben ein Ringspalt verbleibt. Alternativ ist eine Gestaltung möglich, bei der der Pumpenkolben in der unbetätigten Endlage über einen Teilabschnitt des Umfangs an der Innenwandung des Pumpenzylinder anliegt und in einem anderen Teilabschnitt des Umfangs von der Innenwandung des Pumpenzylinder unter Bildung eines Ausflusskanals beabstandet ist.The fact that the pump cylinder and the pump piston are coordinated with one another in such a way that they do not form a circumferential seal against one another in the non-actuated end position can be achieved by the pump piston not being in contact with the pump cylinder in the non-actuated end position, so that an annular gap remains between an inner wall of the pump cylinder and the pump piston. Alternatively, a design is possible in which the pump piston in the non-actuated end position rests against the inner wall of the pump cylinder over a partial section of the circumference and is spaced from the inner wall of the pump cylinder in another partial section of the circumference, forming an outflow channel.
In beiden Fällen kann die Flüssigkeit zu Beginn einer Betätigung aus der Pumpkammer am Pumpenkolben entweichen und dann durch eine Ausflussdurchbrechung im Pumpenzylinder zurück in den Flüssigkeitsspeicher gelangen.In both cases, the liquid can escape from the pump chamber at the pump piston at the beginning of an actuation and then flow back into the liquid reservoir through an outflow opening in the pump cylinder.
Eine andere mögliche Bauform sieht vor, dass der Pumpenzylinder eine Ausflussdurchbrechung in einer Zylinderwandung des Pumpenzylinders aufweist, wobei diese Ausflussdurchbrechung derart angeordnet ist, dass sie bei der Überführung des Pumpenkolbens aus der unbetätigten Endlage in die betätigte Endlage von Pumpenkolben überfahren wird. Bis zu diesem Zeitpunkt kann Flüssigkeit aus der Pumpkammer zurück in den Flüssigkeitsspeicher gelangen. Sobald der Pumpenkolben die Ausflussdurchbrechung überfahren hat, wird die Flüssigkeit in der Pumpkammerdruckbeaufschlagt und dadurch ausgetragen.Another possible design provides that the pump cylinder has an outflow opening in a cylinder wall of the pump cylinder, whereby this outflow opening is arranged in such a way that it is passed over by the pump piston when the pump piston is transferred from the non-actuated end position to the actuated end position. Up to this point, liquid can flow from the pump chamber back into the liquid reservoir. As soon as the pump piston has passed over the outflow opening, the liquid in the pump chamber is pressurized and thus discharged.
Wenngleich über ein wegabhängiges Einlassventil ebenso wie über den genannten Ausflusskanal Flüssigkeit bei einer zu definierten Zwischenstellung zurück aus der Pumpkammer in den Flüssigkeitsspeicher gedrückt werden kann, wird der Ausflusskanal bevorzugt, da es hierdurch möglich ist, dass beim Rückhub ein Unterdruck in der Pumpkammer vermieden wird. Ein solcher Unterdruck ist vermeidenswert, da er es erforderlich macht, die Rückstellfeder ausreichend stark für die Überwindung des Unterdrucks auszulegen. Die Verwendung eines zusätzlichen Ausflusskanals beseitigt diesen Bedarf. Insbesondere bei einer Pumpeneinheit mit Ausflusskanal wird es daher als vorteilhaft angesehen, wenn das Einlassventil als druckabhängig schließendes Einlassventil ausgebildet ist, welches bei Überdruck in der Pumpkammer gegenüber dem Flüssigkeitsspeicher öffnet. Ein solches druckabhängig schließendes und öffnendes Einlassventil gestattet es, dass zu Beginn des Rückhubs nahezu unmittelbar das Ansaugen von Flüssigkeit in die Pumpkammer erfolgt. Bevorzugte Gestaltungen des Einlassventils sind vor allem Plattenventile oder Ventile mit einer Ventilkugel.Although liquid can be pressed back from the pump chamber into the liquid reservoir at a defined intermediate position via a path-dependent inlet valve as well as via the aforementioned outflow channel, the outflow channel is preferred because it makes it possible to avoid a negative pressure in the pump chamber during the return stroke. Such a negative pressure is worth avoiding because it makes it necessary to design the return spring to be sufficiently strong to overcome the negative pressure. The use of an additional outflow channel eliminates this need. Particularly in the case of a pump unit with an outflow channel, it is therefore considered advantageous if the inlet valve is designed as a pressure-dependent closing inlet valve which opens opposite the liquid reservoir when there is excess pressure in the pump chamber. Such a pressure-dependent closing and opening inlet valve allows liquid to be sucked into the pump chamber almost immediately at the start of the return stroke. Preferred designs of the inlet valve are above all plate valves or valves with a valve ball.
Die beschriebenen Pumpeneinheiten bestehen vorzugsweise vollständig aus Kunststoff, insbesondere ausschließlich aus Kunststoffen, die in einem gemeinsamen Recycling-Stream verarbeitet werden können. Die Pumpeneinheit kann jedoch auch geringe Anteile anderer Kunststoffe bzw. metallische Anteile aufweisen, sofern deren Gesamtanteil an der Masse der Pumpeneinheit 10% und vorzugsweise 5% nicht übersteigt.The pump units described preferably consist entirely of plastic, in particular exclusively of plastics that can be processed in a common recycling stream. However, the pump unit can also have small proportions of other plastics or metallic components, provided that their total proportion of the mass of the pump unit does not exceed 10% and preferably 5%.
Ein erfindungsgemäßer Flüssigkeitsspender weist eine erfindungsgemäße Pumpeneinheit auf. Insbesondere vorzugsweise weist ein solcher Flüssigkeitsspender einen Flüssigkeitsspeicher aus Kunststoff auf. Dieser weist vorzugsweise eine Öffnung auf, in die die Pumpeneinheit eingesetzt ist und in der die Pumpeneinheit vorzugsweise mittels eines Gehäusedeckels fixiert ist.A liquid dispenser according to the invention has a pump unit according to the invention. In particular, such a liquid dispenser preferably has a liquid reservoir made of plastic. This preferably has an opening into which the pump unit is inserted and in which the pump unit is preferably fixed by means of a housing cover.
Der Flüssigkeitsspeicher weist vorzugsweise ein Gesamtvolumen von weniger als 100 ml auf, insbesondere von weniger als 50 ml. Im verkaufsfertigen Zustand ist der Flüssigkeitsspeicher vorzugsweise mit einer pharmazeutischen oder kosmetischen Flüssigkeit befüllt.The liquid reservoir preferably has a total volume of less than 100 ml, in particular less than 50 ml. In the ready-to-sell state, the liquid reservoir is preferably filled with a pharmaceutical or cosmetic liquid.
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
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Fig. 1A und 1B zeigen einen erfindungsgemäßen Flüssigkeitsspender sowie eine Pumpeneinheit hierfür in ungeschnittener Darstellung. -
Fig. 2 zeigt eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Pumpeneinheit in einer geschnittenen Darstellung. -
Fig. 3A und 3B zeigen verschiedene Varianten von Rückstellfedern für die Pumpeneinheit derFig. 2 ,5 und6 . -
Fig. verdeutlicht die Verformung einer Rückstellfeder der erfindungsgemäßen Pumpeneinheit bei Betätigung.4A bis 4C -
Fig. 5 ,6 und7 zeigen eine zweite, dritte und vierte Variante einer erfindungsgemäßen Pumpeneinheit in geschnittener Darstellung.
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Fig. 1A and 1B show a liquid dispenser according to the invention and a pump unit therefor in an uncut representation. -
Fig. 2 shows a first variant of a pump unit according to the invention in a sectional view. -
Fig. 3A and 3B show different variants of return springs for the pump unit of theFig. 2 ,5 and6 . -
Fig. 4A to 4C illustrates the deformation of a return spring of the pump unit according to the invention during actuation. -
Fig. 5 ,6 and7 show a second, third and fourth variant of a pump unit according to the invention in a sectional view.
Die Pumpeneinheit 10 verfügt über einen Pumpenzylinder 30, der ein Gehäuse bildet und sich untergliedert in ein Zylindergehäuse 32 und einen Gehäusedeckel 40. Das Zylindergehäuse 32 und der Gehäusedeckel 40 weisen jeweils einen nach außen weisenden Einbauflansch 36, 42 auf, die mittels des Verschlusses 94 aneinander und an den Hals des Flaschenkörpers gepresst werden.The
Durch eine Durchbrechung im Gehäusedeckel 40 ragt ein Auslassrohr 60 in das Zylindergehäuse 32 hinein. Außenseitig des Zylindergehäuses 32 ist an dieses Auslassrohr 60 ein Austragkopf 90 angeschlossen, der einen Flüssigkeitspfad bis zu einer Austragöffnung 92 bildet.An
Bestimmungsgemäß wird der Austragkopf 90 niedergedrückt, um den Austrag zu bewirken. Das Niederdrücken des Austragkopfes 90 führt dazu, dass auch das Auslassrohr 60 niedergedrückt wird.As intended, the
Innerhalb des Pumpenzylinders 30 ist eine Rückstellfeder 70 vorgesehen, wobei das entsprechende Bauteil im Falle dieses Ausführungsbeispiels neben der Rückstellfederfunktion weitere Funktionen übernimmt, wie im Weiteren beschrieben sind. Die Rückstellfeder 70 weist an ihrem oberen Ende 72 ein nach außen ragendes Lagerelement 73 auf, welches vorliegend in Art eines umlaufenden Lagerrings geartet ist, jedoch auch anders und insbesondere mit Unterbrechungen gestaltet sein könnte. Die umlaufende Gestaltung des Lagerelements 73 führt dazu, dass dieses eine wirksame Dichtung zwischen dem Gehäusedeckel 40 und dem Zylindergehäuse 32 darstellt. Durch den Verschluss 94 ist das Lagerelement 73 zudem unter Spannung gesetzt, so dass ein Herausrutschen nicht zu befürchten ist.A
Unterhalb des Lagerelements 73 schließt sich der Federbereich 80 an, der in Art einer Käfigfeder gestaltet ist. Dies bedeutet, dass im Federbereich 80 eine Mehrzahl von Knotenstücken 82 vorgesehen sind, die durch Federstege 79 miteinander netzartig verbunden sind. Die Käfigfeder, die im Weiteren noch näher bezüglich seines möglichen Aufbaus beschrieben ist, ist dafür ausgebildet, eine Rückstellkraft zur Verfügung zu stellen, durch die nach Ende der manuellen Betätigung der Pumpeneinheit 10 diese in ihren Ausgangszustand zurückkehrt.Below the bearing
Zu diesem Zweck ist ein unteres Ende 74 der Rückstellfeder 70 mit dem Auslassrohr 60 verbunden. Die Verbindung ist dadurch geschaffen, dass das untere Ende des Auslassrohrs 60 mit einer umlaufenden Anschlagsfläche 61 versehen ist, die eine leicht konische Formgebung aufweist. Korrespondierend hierzu ist an einer Innenseite der Rückstellfeder 70 eine außenseitige und ebenfalls leicht konische Anschlagsfläche 71 vorgesehen. Die Anschlagsflächen 61, 71 liegen aneinander an und sind durch die genannte Neigung gleichsam miteinander verhakt.For this purpose, a
Wird über den Austragkopf 90 das Auslassrohr 60 niedergedrückt, so wird die Rückstellfeder 70, insbesondere ihr Federbereich 80, als Ganzes gedehnt und eine mit zunehmender Verlagerung stärker werdende Rückstellkraft erzeugt. Die Rückstellfeder 70 steht bereits in ihrer unbetätigten Endlage unter Zugspannung, so dass bei Betätigung von Beginn an eine Rückstellkraft gegeben ist, die die Rückstellung in die Endlage ermöglicht. Die Rückstellfeder 70 weist einen im Weiteren näher erläuterten Aufbau auf, der auf die Erzielung einer geringen Relaxation durch den dauerhaft gegebenen Zugspannungszustand hin ausgelegt ist.If the
Die Dehnung der Rückstellfeder70 als Ganzes geht nicht damit einher, dass Teilabschnitte der Rückstellfeder um das Maß der Verlagerung des Auslassrohres gedehnt werden. Vielmehr erfolgt die Dehnung der Gesamtrückstellfeder 70 im Federbereich 80 der Käfigfeder unter Biegeverformung von Teilen der Rückstellfeder 70, insbesondere von Knotenstücken 82 der Rückstellfeder, an denen mindestens zwei, vorzugsweise vier, Federstege 79 angebracht sind, die paarweise aufgespreizt werden. Dies wird im Weiteren noch erläutert.The stretching of the
Am unteren Ende der Rückstellfeder 70 oder am Auslassrohr 60 ist der Pumpenkolben 50 vorgesehen, der über eine Kolbenlippe 52 verfügt, die im Betrieb zumindest phasenweise an einer zylindrischen Wandung des Zylindergehäuses 32 anliegt. Der Pumpenkolben 50 ist im Falle der Ausführungsbeispiele als distales Ende der Rückstellfeder 70 ausgebildet, könnte aber auch als separates Teil ausgebildet und mit der Rückstellfeder mechanisch verbunden sein. Wird mittels des Auslassrohres 60 das untere Ende 74 der Rückstellfeder 70 niedergedrückt, so wird hierdurch auch der Pumpenkolben 50 niedergedrückt und die hierdurch begrenzte Pumpkammer 12 wird isoliert und nachfolgend verkleinert.The
Das Zylindergehäuse 32 verfügt neben einem durchmessergrößeren Federbereich 32B über einen Pumpkammerbereich 32A, der an den Durchmesser des Pumpenkolben 50 angepasst ist. Dieser begrenzt im Ausführungsbeispiel zusammen mit dem Pumpenkolben 50 die Pumpkammer 12.In addition to a
Im Falle der Gestaltung der
Bei fortgesetzter Bewegung wird dann der Druck in der Pumpkammer 12 erhöht, wodurchzum einen ein Einlassventil 16 an einem Flüssigkeitseinlass 14 geschlossen gehalten wird und zum anderen ein Auslassventil 20 geöffnet wird. Das Einlassventil 16 ist vorliegend als druckabhängig öffnendes Plattenventil ausgebildet, welches eine begrenzt bewegliche Ventilplatte aufweist, die durch Überdruck in der Pumpkammer nach unten gedrückt wird und dadurch den Flüssigkeitseinlass 14 verschließt. Das Auslassventil 20 wird durch eine Ventilfläche 50A an der Innenseite des Pumpenkolbens 50 sowie durch ein Ventilbauteil 64 gebildet, welches von unten und unter Bewahrung eines lichten Querschnitts in das Auslassrohr 60 eingeschoben ist. Das Auslassventil 20 öffnet, wenn der Druck in der Pumpkammer 12 ausreicht, um den Pumpenkolben 50 so weit aufzuweiten, dass der Kontakt zur konusförmigen Ventilfläche 20A des Ventilbauteils 64 verloren geht und so Flüssigkeit aus der Pumpkammer 12 in den Flüssigkeitsauslass 18 einströmen kann. Der Austrag endet spätestens dann, wenn die betätigte Endlage des Austragkopfes 90 erreicht wird. Dies kann je nach Auslegung der Fall sein, wenn der Pumpenkolben 50 am unteren Ende des Zylindergehäuses 32 anschlägt, wenn ein anderweitiger Anschlag auf Seiten des Austragkopfes 90 und des Auslassrohres 60 an einer Anschlagsfläche anschlägt oder wenn das Einlassventil 16 gegen Ende der Betätigung wegabhängig geöffnet wird.As the movement continues, the pressure in the
Gegen Ende der Betätigung stößt die Kolbenlippe 52 am unteren Ende der Pumpkammer 12 an, wodurch es zu einer Verformung der Kolbenlippe 52 und dadurch zu einer Zwangsöffnung des Auslassventils kommt. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch auch bei der Inbetriebnahme des Spenders, wenn sich in der Pumpkammer noch kompressible Luft befindet und ein druckabhängiges Öffnen des Auslassventils 20 daher nicht druckabhängig stattfindet, eine zwangsläufige Öffnung des Auslassventils 20 ergibt und damit die Luft aus der Pumpkammer 12 entweichen kann.Towards the end of the actuation, the
Entfällt mit Abschluss der Betätigung die Kraftbeaufschlagung des Austragkopfes 90 so kehrt der Flüssigkeitsspender 100 in seine Ausgangsstellung zurück. Die als Ganzes unter Zug stehende Rückstellfeder 70 bzw. ihr Federbereich 80 verkürzt sich wieder und zieht dabei den Pumpenkolben 50 nach oben. Dies verursacht aufgrund des nunmehr geschlossenen Auslassventils 20 einen Unterdruck in der Pumpkammer 12, ein Öffnen des Einlassventils 16 und ein Ansaugen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher 110. Gleichzeitig wird auch das Auslassrohr 60 und damit der Austragkopf 90 zurück nach oben gedrückt.If the force applied to the
Die
Allen Federbereichen ist gemeinsam, dass diese in Art einer Käfigfeder ausgebildet sind über eine Vielzahl von Durchbrechungen verfügen, die den Freischnitt von Federstegen 79 bewirken. Diese Federstege 79 sind zu mehreren, üblicherweise zu jeweils zweit oder jeweils viert, an Knotenstücken 82 der Käfigfedern angebunden. Die Federstege 79 erstrecken sich zumindest auch in Umfangsrichtung. Wird die Rückstellfeder als Ganzes gedehnt, so führt dies nicht dazu, dass einzelne Abschnitte der Feder um die gleiche Strecke oder in gleichem Maße gedehnt werden. Stattdessen kommt es zu Biegeverformungen, primär im Bereich der Knotenstücke 82, zum Teil aber auch im Bereich der Federstege 79 selbst.What all spring areas have in common is that they are designed in the form of a cage spring and have a large number of openings that allow
Bei der Gestaltung des Spenders gemäß
Die erste Gestaltungder
Auch die zweite Gestaltung der
Auch bei derdritten Gestaltung der
Bei der vierten Gestaltung der
Bei der ersten Gestaltung der
Die zweite Gestaltung der
Die dritte Gestaltung der
Die vierte Gestaltung der
Anhand der
Dennoch verdeutlichen die
Die Relaxationsneigung bei dieser Beanspruchung hat sich als gering herausgestellt. Auch bei langen Liefer- und Lagerzeiten, in denen die Rückstellfeder 70 dauerhaft unter Spannung steht, bleibt ein Großteil der ursprünglichen Rückstellneigung erhalten und die unbetätigte Endlage wird nach erstmaliger manueller Betätigung sicher erreicht.The tendency to relax under this stress has proven to be low. Even during long delivery and storage periods in which the
Die Durchbrechungen 78 bei der Rückstellfeder 70 der
Im Falle der Gestaltung der
Ein zweiter Unterschied besteht darin, dass die Kolbenlippe 52 bei dieser Gestaltung in der unbetätigten Endlage keinerlei Kontakt mit der Wandung des Pumpenzylinders 30 aufweist. Erst bei Betätigung läuft die Kolbenlippe 52 geführt durch eine Einführschräge in die Pumpkammer 12 ein und schließt dieser umlaufend mit dem Pumpenzylinder 30 ab. Die zuvor durch den Spalt zwischen Kolbenlippe 52 und Pumpenzylinder 30 entwichene Flüssigkeit gelangt durch die Ausflussdurchbrechung 32D zurück in den Flüssigkeitsspeicher 110.A second difference is that in this design the
Sobald die Pumpkammer 12 isoliert ist und das Kugelventil geschlossen ist, steigt der Druck in der Pumpkammer und das Auslassventil 20 öffnet. Nach Ende des Austrags erfolgt die Rückstellung unter der Wirkung der Rückstellfeder 70 und deren Käfigfeder. Das Kugelventil kann unmittelbar öffnen, so dass kein hoher Unterdruck in der Pumpkammer 12 entsteht, den die Rückstellfeder 70 überwinden muss.As soon as the
Bei der Gestaltung der
Das Einlassventil 16 ist bei dieser Gestaltung als Schlitzventil ausgebildet, welches bei Unterdruck in der Pumpkammer 12 öffnet.In this design, the
Bei der Gestaltung der
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EP23177045.4A EP4470676A1 (en) | 2023-06-02 | 2023-06-02 | Pump unit and liquid dispenser comprising such a pump unit |
PCT/EP2024/065139 WO2024246355A1 (en) | 2023-06-02 | 2024-06-02 | Pump unit and fluid dispenser comprising a pump unit of this type |
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EP23177045.4A EP4470676A1 (en) | 2023-06-02 | 2023-06-02 | Pump unit and liquid dispenser comprising such a pump unit |
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EP4470676A1 true EP4470676A1 (en) | 2024-12-04 |
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2023
- 2023-06-02 EP EP23177045.4A patent/EP4470676A1/en active Pending
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2024
- 2024-06-02 WO PCT/EP2024/065139 patent/WO2024246355A1/en unknown
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024246355A1 (en) | 2024-12-05 |
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