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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rückschlagventil zum Dämpfen eines Kolbens.
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Nach dem Dämpfen einer Vorwärtsbewegung eines Kolbens findet die Rückbewegung des Kolbens nur langsam statt. Dadurch ist ein Arbeitszyklus des Dämpfers langsam. Bei bisher bekannten Kugel-(Feder-)Systemen wird die Bewegung des Dämpfungskolbens mit Hilfe einer Hydraulikflüssigkeit indirekt auf eine Kugel übertragen. Teilweise existieren auch Umsetzungen mit einem oder mehreren Klappmechanismen.
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Die Druckschrift
US 4,989,701 betrifft einen Stoßabsorbierer mit einer Zylinderanordnung, die eine Arbeitskammer bildet, in der eine Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist.
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Die Druckschrift
US 2014/190778 A1 betrifft hydraulische Stoß- und Vibrationsdämpfer, die mit Trägheits- und Rücklaufeigenschaften reagieren.
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Die Druckschrift
US 6,286,640 B1 betrifft einen Dämpfer, der als Energie absorbierendes Element zur Wegbegrenzung dienen soll und der überall dort eingesetzt werden kann, wo sich bewegende Massen gestoppt werden müssen.
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Die Druckschrift
US 6,371,262 B1 betrifft einen Stoßabsorbierer, der eine Dämpfungskraft steuert und der an einem Aufhängungsgerät eines Fahrzeugs montiert ist.
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Die Druckschrift
JP 2001/234963 betrifft einen hydraulischen Stoßabsorbierer mit einem Rückschlagventil, um es einem Öl zu erlauben, von einem Reservoir in eine Ölkammer zu fließen.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Rückschlagventilfunktion bereitzustellen, die eine schnelle Rückbewegung eines Körpers ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Rückschlagventil gelöst, mit einem Gehäuse und einem Körper, welcher zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist und zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position bewegbar ausgebildet ist, bei dem den Körper zumindest teilweise eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Hülse umgibt, welche zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ausgebildet ist, wobei die Hülse in der ersten Position einen ersten Querschnitt zum Strömen von Fluid aus der Hülse beim Bewegen des Körpers in die eingefahrene Position ausbildet, und in der zweiten Position einen zweiten Querschnitt zum Strömen von Fluid in die Hülse beim Bewegen des Körpers in die ausgefahrene Position ausbildet, wobei der zweite Querschnitt größer ist, als der erste Querschnitt. Durch die bewegliche Hülse kann eine Rückschlagventilfunktion direkt integriert werden, die zu einer schnelleren Rückstellung des Körpers führt. Ein Hauptvorteil des Rückschlagventils ist die direkt durch die Bewegung des Körpers gesteuerte Öffnung des Ventils.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Rückschlagventils umfasst das Rückschlagventil eine Hülsenführung, welche in dem Gehäuse angeordnet ist und in der zweiten Position der Hülse zumindest einen Teil des zweiten Querschnitts freigibt.
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Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der zweite Querschnitt auf einfache Weise geöffnet werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Rückschlagventils sperrt die Hülsenführung in der ersten Position der Hülse den zweiten Querschnitt. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der zweite Querschnitt auf einfache Weise geschlossen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Rückschlagventils ist die Hülsenführung an einem Boden einer Kammer für das Fluid angeordnet. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Hülse auf einfache Weise geführt und unterstützt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Rückschlagventils weist die Hülsenführung eine zylindrische Form auf. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Durchlassöffnungen der Hülse um den gesamten Umfang angeordnet sein können. Die zylindrische Hülsenführung kann auf einfache Weise gefertigt werden und eine bessere Abdichtung auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Rückschlagventils weist die Hülse eine zylindrische Grundform auf. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass weitere Bauelemente des Rückschlagventils in konzentrischer Weise angeordnet werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Rückschlagventils weist die Hülse einen Übergang von einem ersten Innendurchmesser zu einem zweiten Innendurchmesser auf. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine Reibungskraft des in der Hülse beweglichen Körpers vermindert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Rückschlagventils umfasst das Rückschlagventil eine Außenfeder zum Beaufschlagen der Hülse mit einer Kraft in Richtung der ersten Position der Hülse. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Hülse durch die Außenfeder schnell wieder in die Endlage gebracht werden kann und dort gehalten wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Rückschlagventils umfasst das Rückschlagventil eine Innenfeder zum Beaufschlagen des Körpers mit einer Kraft in Richtung der ausgefahrenen Position. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Rückbewegung des Körpers überhaupt erst ermöglicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Rückschlagventils ist der zweite Querschnitt durch eine Durchlassöffnung zum Durchlassen des Fluides gebildet. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der zweite Querschnitt auf einfache Wiese gebildet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Rückschlagventils ist der erste Querschnitt durch zumindest eine Drosselstelle zum Durchlassen des Fluides gebildet. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine Bewegung des Körpers gedämpft wird. Bei der Anordnung mehrerer Drosselstellen entsteht beim Durchfahren des Körpers ein veränderlicher Querschnitt. Somit unterliegt die Dämpfungswirkung der Abhängigkeit des Querschnitts.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Rückschlagventils gelöst, das ein Gehäuse und einen Körper umfasst, welcher zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist und zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position bewegbar ausgebildet ist und welchen zumindest teilweise eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Hülse umgibt, welche zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ausgebildet ist, mit den Schritten eines Ausbildens eines ersten Querschnitts zum Strömen von Fluid aus der Hülse beim Bewegen des Körpers in die eingefahrene Position in der ersten Position der Hülse; und eines Ausbildens eines zweiten Querschnitts zum Strömen von Fluid in die Hülse beim Bewegen des Körpers in die ausgefahrene Position in der zweiten Position der Hülse, wobei der zweite Querschnitt größer ist, als der erste Querschnitt. Dadurch werden die gleichen Vorteile wie durch das Rückschlagventil nach dem ersten Aspekt erreicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Hülse in der Bewegungsrichtung des Körpers mit dem Körper verschoben. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Hydraulikflüssigkeit durch eine ausreichend große Öffnung ungehindert zurückfließen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gibt eine Hülsenführung in der zweiten Position der Hülse zumindest einen Teil des zweiten Querschnitts frei. Dadurch wird ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass der zweite Querschnitt auf einfache Weise geöffnet werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens sperrt die Hülsenführung in der ersten Position der Hülse den zweiten Querschnitt. Dadurch wird ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass der zweite Querschnitt auf einfache Weise geschlossen werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische und eine Querschnittsansicht einer Rückschlagventilfunktion;
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2 eine detailliertere Querschnittsansicht der Rückschlagventilfunktion;
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3A–3F verschiedene Stellungen des Körpers beim Einfahren;
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4A–4K verschiedene Stellungen des Körpers beim Ausfahren;
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5 eine weitere Rückschlagventilfunktion; und
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6 ein Verfahren zum Betreiben eines Rückschlagventils.
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1 zeigt eine perspektivische und eine Querschnittsansicht eines Rückschlagventils 100. Das Rückschlagventil 100 dient beispielsweise als Dämpfer einer mechanischen Bewegung, bei der ein Körper 101 in ein Gehäuse 129 hineingedrückt wird. Im Inneren des Rückschlagventils 100 befindet sich eine Hülse 103, die zusammen mit dem Körper 101 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verschiebbar ist.
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Die Hülse 103 weist einen ersten Querschnitt zum Strömen von Fluid aus der Hülse 103 beim Bewegen des Körpers 101 in die eingefahrene Position auf. Daneben weist die Hülse 103 einen zweiten Querschnitt zum Strömen von Fluid in die Hülse 103 beim Bewegen des Körpers 101 in die ausgefahrene Position auf. Der zweite Querschnitt ist dabei größer als der erste Querschnitt.
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Der erste Querschnitt ist beispielsweise durch eine Anzahl von Drosselstellen 127 gebildet, durch die eine Hydraulikflüssigkeit beim Einfahren des Körpers 101 gedrückt wird. Dadurch wird die Einschubbewegung des Körpers 101 hydraulisch gedämpft. Der zweite Querschnitt ist beispielsweise durch ein oder mehrere Durchlassöffnungen 105 gebildet, die je nach Lage der Hülse 103 freigegeben werden.
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2 zeigt eine detailliertere Querschnittsansicht des Rückschlagventils 100 mit dem Körper 101 und der Hülse 103. Der Körper 101 weist einen becherförmigen Kolbenkopf 119 und eine stangenförmige Kolbenstange 115 auf, die an dem Kolbenkopf 119 befestigt ist. Der Kolbenkopf 119 weist eine umlaufende Nut auf, in der ein Dichtelement 133 angeordnet ist. Im Allgemeinen kann der Kolbenkopf 119 auch ein anderes Dichtelement aufweisen. Das Dichtelement 133 dichtet den Spalt zwischen dem Körper 101 und der Hülse 103 ab. Der Körper 101 ist gegenüber der Hülse 103 verschiebbar angeordnet.
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Die Hülse 103 weist eine zylindrische Grundform auf und ist im Inneren des Rückschlagventils 100 verschiebbar gelagert. Zu diesem Zweck ist eine zylindrische Hülsenführung 107 vorgesehen, auf der die Hülse 103 hin und her gleiten kann.
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Im Bereich des vorderen Anschlags weist die Hülse 103 fensterartige Durchlassöffnungen 105 auf, die den zweiten Querschnitt bilden. Auf der anderen Seite weist die Hülse 103 weitere fensterartige Durchlassöffnungen 123 auf. Durch den Körper 101 und die Hülse 103 wird eine Kammer 121 gebildet, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist.
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Die Hydraulikflüssigkeit wird beim Einschieben des Körpers 101 durch den ersten Querschnitt aus der Kammer 121 gedrückt, der durch Drosselstellen 127 gebildet wird, die sich in der Seitenwand der Hülse 103 befinden. Dadurch wird die Bewegung des Körpers 101 verlangsamt und gedämpft. An einem unteren Ende der Hülse 103 ist ein Fußabschnitt 125 gebildet, der seitlich umlaufend von der Außenseite der Hülse 103 absteht und den Angriffspunkt der Außenfeder 109 darstellt.
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Konzentrisch um die Hülse 103 herum ist eine Außenfeder 109 angeordnet, die sich an dem Gehäuse 129 und dem Fußabschnitt 125 abstützt und die Hülse 103 mit einer Kraft in Richtung einer Sperrposition drückt. Das Gehäuse 129 umfasst an dem unteren Ende die zylindrische Hülsenführung 107, die in das Innere der Hülse 103 und in die Kammer 121 hineinragt. Die Hülsenführung 107 stützt die Hülse 103 an deren Innendurmesser ab. Je nach Lage der Hülse 103 im Inneren des Rückschlagventils 100 sind die Durchlassöffnungen 105 durch die Hülsenführung 107 freigegeben oder geschlossen.
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Im Inneren der Hülse 103 befindet sich eine Innenfeder 117, die den Körper 101 in die Ausgangslage drückt und die bei der Einschubbewegung gespannt wird. Zudem weist die Hülse 103 einen Übergang 131 von einem ersten Innendurchmesser zu einem zweiten Innendurchmesser auf. Der erste Innendurchmesser ist kleiner als der zweite Innendurchmesser, so dass bei einer Rückbewegung des Körpers 101 eine Mitnahmekraft auf die Hülse 103 aufgrund der fehlenden Reibung verringert werden kann.
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Durch die Hülse 103 wird auf einfache Weise eine Rückschlagventilfunktion implementiert, die in das hydraulische Rückschlagventil 100 integriert ist und die dafür sorgt, dass die Hydraulikflüssigkeit schnell in die Kammer 121 zurückströmen kann.
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3A–3F zeigen verschiedene Stellungen des Körpers 101 beim Einfahren in das Rückschlagventil 100. 3A zeigt den Körper 101 in der ausgefahrenen Position. In der ausgefahrenen Position befindet sich die Hülse 103 in der linken Anschlagsposition und der Körper 101 in der rechten Anschlagsposition. Die Durchlassöffnungen 105 der Hülse 103 sind durch die Hülsenführung 107 verdeckt, so dass keine Hydraulikflüssigkeit durch diese hindurchtreten kann. Die Innenfeder 117 und die Außenfeder 109 sind weitestgehend entspannt.
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3B und 3C zeigen den Körper 101 bei einer Einfahrt in das Rückschlagventil 100. Bei dieser Einfahrt wird die Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer 121 durch die Drosselstelle 127 der Hülse 103 gedrückt, so dass die Bewegung des Körpers 101 verzögert wird. Die nicht gezeigte Innenfeder 117 wird durch diese Bewegung gespannt.
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3D und 3E zeigen den weiteren Einschubvorgang des Körpers 101, bei der der Körper 101 durch das Innere der Hülse 103 gleitet. Bei dieser Bewegung wird die Innenfeder 117 weiter zunehmend gespannt.
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3F zeigt den Körper 101 in der linken Anschlagsposition. Der becherförmige Kolbenkopf 119 liegt an der Hülsenführung 107 an. Die Einschubbewegung des Körpers 101 wird dadurch beendet.
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Während des gesamten Bewegungsvorgangs befindet sich die Hülse 103 in der Endlage bzw. in der ersten Position und realisiert eine Dämpfwirkung durch eine Hydraulikflüssigkeit, wie beispielsweise Öl, die durch Betätigung des Körpers 101 durch eine Drosselstelle 127 gezwungen wird. Die Durchlassöffnungen 105 sind während des gesamten Dämpfvorgangs gesperrt.
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Nach der Beendigung des Dämpfungsvorgangs soll der Körper 101, der sich in der eingefahrenen Position befindet, rasch in die ausgefahrene Position zurückgebracht werden.
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4A–4K zeigen verschiedene Stellungen des Körpers 101 beim Ausfahren aus dem Rückschlagventil 100 in die ausgefahrene Position. 4A zeigt den Körper 101 zunächst in der eingefahrenen Position. Die Kammer 121 hat in der eingefahrenen Position das geringste Volumen.
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4B, 4C und 4D zeigen den Körper 101 bei einer Ausfahrt aus der Hülse des Rückschlagventils 100. Die Innenfeder 117 als Rückstellfeder drückt den Körper 101 aus der eingefahrenen Position. Bei diesem Vorgang bewegt der Körper 101 durch die Reibung des Dichtelements 133 die bewegliche Hülse 103 mit in Richtung der ausgefahrenen Position. Bei dieser Rückbewegung vergrößert sich das Volumen der Kammer 121 wieder, so dass Hydraulikflüssigkeit in die Kammer 121 einströmt.
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Durch die Haftreibung zwischen der Hülse 103 und dem Dichtelement 133 des Körpers 101 wird die Hülse 103 zusammen mit dem Körper 101 zurückgezogen. Durch die Verschiebung der Hülse 103 werden die Durchlassöffnungen 105 durch die Hülsenführung 107 freigeben. Durch die Durchlassöffnung 105 wird der Strömungsquerschnitt für die Hydraulikflüssigkeit vergrößert, so dass ein schnelleres Strömender Hydraulikflüssigkeit vom vorderen in den hinteren Bereich möglich ist und die Hydraulikflüssigkeit nicht durch die Drosselstelle 127 gedrängt werden muss.
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Der Körper 101 kann sich dadurch schneller in die ausgefahrene Position zurückbewegen. Bei dieser Bewegung der Hülse 103 wird die Außenfeder 109 komprimiert. Das Öffnen eines großen Strömungsquerschnittes wird durch Freigeben der Durchlassöffnungen 105 direkt gesteuert. Der große Querschnitt sorgt für ein ungehindertes Rückströmen der verdrängten Hydraulikflüssigkeit und so für eine rasche Rückstellung des Körpers 101.
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4E zeigt den weiteren Vorgang beim Ausfahren des Körpers 101. Sobald die Durchlassöffnungen 105 vollständig freigegeben sind, schlägt die Hülse 103 am anderen Ende des Rückschlagventils 100 an. Die Bewegung der Hülse 103 wird dadurch gestoppt und der Körper 101 beginnt an der Innenseite der Hülse 103 entlangzugleiten. Hierbei vergrößert sich das Volumen der Kammer 121 weiter.
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Zum gleichen Zeitpunkt an dem die verschiebbare Hülse 103 in der vorderen Endlage anschlägt, kann sich das Dichtelement 133 des Körpers 101 an dem Durchmessersprung 131 befinden.
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4F, 4G und 4H zeigen den Körper 101 beim weiteren Ausfahren aus dem Rückschlagventil 100. Die Lage der Hülse 103 in der Anschlagsposition ändert sich nicht mehr. Der Körper 101 gleitet daher durch die Hülse 103 hindurch. Dabei wird die Hydraulikflüssigkeit durch die Durchlassöffnungen 123 gedrückt und strömt durch die Durchlassöffnungen 105 in die Kammer 121.
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4I zeigt den Körper 101 an einem Übergang 131 von einem kleineren Innendurchmesser zu einem größeren Innendurchmesser der Hülse 103. Dadurch wird die Mitnahmekraft des Körpers 101 auf die Hülse 103 aufgrund der abnehmenden Reibung verringert.
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4J zeigt den weiteren Vorgang bei der Rückbewegung des Körpers 101. Der Durchmessersprung 131 sorgt dafür, dass die Haftreibungskraft, die zu der Verschiebung der Hülse 103 geführt hat, plötzlich abnimmt und die verschiebbare Hülse 103 durch die Außenfeder 109 wieder in die Ausgangsposition in der hinteren Endlage gebracht wird, so dass die Durchlassöffnungen 105 erneut gesperrt sind.
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4K zeigt den Körper 101 nach vollständig vollzogener Rückbewegung. In dieser Position befindet sich der Körper 101 erneut in der ausgefahrenen Position.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Rückschlagventils 100 mit der Rückschlagfunktion. In dieser Ausführungsform des Rückschlagventils 100 wird die verschiebbare Hülse 103 nicht durch eine Haftreibungskraft des Dichtelements 133 zwischen dem Körper 101 und der Hülse 103 in die vordere Endlage bewegt, sondern über einen durch den ausfahrenden Körper 101 entstehenden Druckunterschied mitgeführt.
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Der Durchmessersprung 131 auf der Innenseite der verschiebbaren Hülse 103 ist nicht mehr notwendig. Wird an der Kolbenstange 115 ein weiteres Dichtelement 135 eingesetzt, kann auch auf die Außenfeder 109 verzichtet werden. Die Hülse 103 bildet dadurch eine Kammer 113 für die Hydraulikflüssigkeit um die Kolbenstange 115 herum. Die verschiebbare Hülse 103 wird so automatisch in die hintere, linke Endlage geschoben, sobald der Körper 101 betätigt wird.
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Beim Öffnen des Rückschlagventils wird die Bewegung des Körpers 101 ebenfalls mit Hilfe der Hydraulikflüssigkeit im Inneren der Kammer 113 auf die verschiebbare Hülse 103 übertragen. Allerdings wird die Hülse 103 beim Schließen des Rückschlagventils 100 durch die Dichtung an der Kolbenstange betätigt und in die hintere Endlage gebracht.
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Um eine möglichst kurze Rückstellzeit des Körpers zu erreichen, kann die Hydraulikflüssigkeit durch ein Rückschlagventil ungehindert zurückfließen.
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Dieses Rückschlagventil wird durch die verschiebbare Hülse 103 gebildet, so dass ein großer Strömungsquerschnitt mit dem Körper 101 gesteuert geöffnet wird und so die verdrängte Hydraulikflüssigkeit schnell wieder zurück in die ausgefahrene Position gefördert werden kann.
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6 zeigt ein Blockdiagram eines Verfahrens zum Dämpfen einer Kolbenbewegung. Das Verfahren wird in dem oben beschriebenen Rückschlagventil 100 ausgeführt und umfasst den Schritt S101 eines Ausbildens eines ersten Querschnitts zum Strömen von Fluid aus der Hülse 103 beim Bewegen des Körpers 101 in die eingefahrene Position in der ersten Position der Hülse 103; und den Schritt S102 eines Ausbildens eines zweiten Querschnitts zum Strömen von Fluid in die Hülse 103 beim Bewegen des Körpers 101 in die ausgefahrene Position in der zweiten Position der Hülse 103.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Alle Verfahrensschritte können durch Vorrichtungen implementiert werden, die zum Ausführen des jeweiligen Verfahrensschrittes geeignet sind. Alle Funktionen, die von gegenständlichen Merkmalen ausgeführt werden, können ein Verfahrensschritt eines Verfahrens sein.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Rückschlagventil
- 101
- Körper
- 103
- Hülse
- 105
- Durchlassöffnung
- 107
- Hülsenführung
- 109
- Außenfeder
- 113
- Kammer
- 115
- Kolbenstange
- 117
- Innenfeder
- 119
- Kolbenkopf
- 121
- Kammer
- 123
- Durchlassöffnung
- 125
- Fußabschnitt
- 127
- Drosselstellen
- 129
- Gehäuse
- 131
- Übergang
- 133
- Dichtelement
- 135
- Dichtelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4989701 [0003]
- US 2014/190778 A1 [0004]
- US 6286640 B1 [0005]
- US 6371262 B1 [0006]
- JP 2001/234963 [0007]
