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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kopplung, welche ein erstes und ein zweites Teil enthält, welche einen Stecker und eine Buchse ausbilden, wobei das erste Teil ein Gehäuse mit einer Bohrung und einem Gleitelement, welches innerhalb der Bohrung bewegbar angeordnet ist, enthält, durch Verbindung und Trennung des zweiten Teils zum ersten Teil.
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In vielen Anwendungen gibt es eine Notwendigkeit, beispielsweise Fluidleitungen von zwei unterschiedlichen Elementen in einer durchgängigen Fluidleitung zur Übertragung des Fluids zu verbinden, wobei dies durch eine Kopplung vorgenommen werden kann. In vielen anderen Fällen gibt es ein mit Druck beaufschlagtes Fluid, welches durch die Kopplung übertragen werden soll, und gibt es eine Notwendigkeit, die Fluidleitung in zumindest einem der Teile von der Kopplung zu schließen, wenn die Kopplung getrennt wird. Es gibt ebenfalls eine Notwendigkeit, dass diese Kopplungen einfach verbunden und getrennt werden. Diese Typen von Kopplungen werden oftmals als Schnellkopplungen bezeichnet.
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Ein Beispiel von einer solchen Kopplung ist beispielsweise in der
US 4,683,905 beschrieben. Diese Kopplung enthält zwei Teile mit Elementen, welche vorgespannt sind und bewegt werden, wenn diese zwei Teile verbunden werden, um einen Fluidpfad von dem einen Teil zu dem anderen Teil auszubilden, welches ermöglicht, dass das Fluid durch die Kopplung fließt, und wobei der Fluidpfad in dem einen Teil von der Kopplung geschlossen wird, wenn die Kopplung nicht verbunden ist. Diese Kopplung ist jedoch druckempfindlich in Bezug auf den Druck des Fluides, welches die Kopplungsteile umgibt, so dass, wenn es im umgebenden Fluid einen hohen Druck gibt, der Fluidpfad nachteilhafterweise geöffnet wird, wenn die Vorspannung von den Elementen nicht stark genug ist, um dem Druck von dem umgebenden Fluid entgegenzuwirken.
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Aus der
US 5,002,254 ist eine automatische Kopplung für mit Druck beaufschlagte Fluidschaltungen bekannt, beispielsweise komprimierte Luftverteilungsnetzwerke in Fabriken oder Werkstätten. Es ist eine Aufgabe von der Erfindung, eine automatische Kopplung bereitzustellen, welche das ”Peitscheneffekt”-Phänomen zuverlässig verhindert, welches zum Zeitpunkt der Entkopplung erzeugt wird. In der
US 5,365,972 ist eine unterseeische Hydraulikkopplung mit einem Ablassventil beschrieben. Eine weitere Kopplung für große Tiefen ist aus der
FR 2 660 407 bekannt.
DE 26 23 934 A1 offenbart ferner eine Steckkupplung zum Verbindung von Gasleitungen.
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Es gibt jedoch eine Notwendigkeit, eine Kopplung bereitzustellen, bei welcher das System zum Schließen des Übertragungspfades, welcher ein Fluidpfad, welcher durch Fluidbohrungen erzeugt wird, oder weitere Pfade zur Übertragung von weiteren Medien sein kann, bei einem oder bei beiden Teilen, welche die Kopplung ausbilden, in Relation zu dem Druck des Fluides, welches die Kopplung umgibt, und oder sogar des Druckes in dem Fluidpfad, welcher abgesperrt werden soll, nicht druckempfindlich ist. Es ist ebenfalls eine Aufgabe, eine Kopplung bereitzustellen, welche sich aufgrund von Druckschwankungen und/oder eines hohen Umgebungsdruckes um die Kopplung nicht nachteilhafterweise öffnen wird.
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Diese Aufgaben werden durch eine Kopplung gemäß Anspruch 1 gelöst. Gemäß der Erfindung ist eine Kopplung bereitgestellt, welche ein erstes und ein zweites Teil enthält, welche vorzugsweise einen Stecker und eine Buchse ausbilden. Diese Kopplung ergibt zumindest einen Übertragungspfad durch die Kopplung in einem verbundenen Zustand von der Kopplung, und wobei ein Trennungszustand von der Kopplung bei zumindest einem Teil von der Kopplung zumindest einen geschützten und/oder geschlossenen Übertragungspfad hat. Der Übertragungspfad ist vorzugsweise ein Fluidpfad, welcher durch Fluidbohrungen in den zwei Teilen von der Kopplung ausgebildet ist, jedoch kann er ebenfalls ein Übertragungspfad sein, und zwar als Leitungen, zur Übertragung von Signalen, Elektrizität oder weiteren Medien, welche über die Kopplung übertragen werden sollen. Es kann ebenfalls mehr als einen Übertragungspfad durch die Kopplung geben. Indem der Übertragungspfad geschlossen oder geschützt ist, gibt es die Möglichkeit, ein mit Druck beaufschlagtes Fluid sicher innerhalb der Kopplung zu halten, und dass es nicht aus den Umgebungen herausleckt, oder andererseits verhindert wird, dass das umgebende Fluid mit dem Übertragungspfad in dem Teil von der Kopplung in Kontakt tritt oder darin eintritt. Die Kopplung gemäß der Erfindung kann vorzugsweise eine Schnellkopplung sein, bei welcher der Einsatz von einem Teil von der Kopplung in den anderen zeitweilig den einen Teil mit dem weiteren verschließt, jedoch ist die Erfindung nicht auf eine Schnellkopplung beschränkt, und sie kann eine Kopplung sein, bei welcher die Teile über eine Gewindeverbindung verbunden werden, und zwar entweder indem sie in Relation zueinander umdreht werden oder eine Schraube- und Mutter-Anordnung haben, um eine Verbindung zwischen ihnen bereitzustellen, oder jegliche weitere Lösung.
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Das erste Teil von der Kopplung enthält ein Gehäuse mit einer Bohrung und einem Schiebeelement, welches innerhalb der Bohrung bewegbar angeordnet ist, indem das zweite Teil verbunden und getrennt wird. Das zweite Teil von der Kopplung kann selbstverständlich eine ähnliche Anordnung haben. Ein Teil des Übertragungspfades in dem Gehäuse von dem ersten Teil der Kopplung hat ein Ende in der Bohrung und ist mit einem Teil des Übertragungspfades im zweiten Teil in Kontakt, wenn das zweite Teil mit dem ersten Teil verbunden ist, jedoch andererseits durch das Schiebeelement geschlossen oder geschützt wird. Gemäß der Erfindung hat das Schiebelement zwei Endoberflächen, wobei beide Endoberflächen in einem getrennten Zustand der Kopplung sind, wobei sie einem Fluid ausgesetzt sind, welches die Kopplung umgibt. In einem verbundenen Zustand von der Kopplung schlägt eine Endoberfläche von dem Schiebeelement gegen eine Oberfläche des zweiten Teils von der Kopplung an. Dieses Anschlagen wird das Schiebeelement in Relation zu der Bohrung in dem Gehäuse bewegen und die Teile des Übertragungspfades verbinden, um einen durchgängigen Übertragungspfad durch die Kopplung auszubilden. Die Verbindung der Übertragungspfade kann erzielt werden, indem das Schiebeelement von dem offenen Ende des Übertragungspfades in der Bohrung fortgedrückt wird, und dadurch der Übertragungspfad im zweiten Teil mit dem offenen Ende in der Bohrung verbunden und geöffnet wird. Der Kontakt zwischen den Übertragungspfaden kann erzielt werden, indem ein verbindender Übertragungspfad durch das Schiebeelement ausgebildet wird. Dieser verbindende Übertragungspfad wird mit dem offenen Ende in der Wand von der Bohrung in Kontakt treten, wenn das Schiebeelement durch das zweite Teil bewegt wird, wobei ein weiteres Ende von dem verbindenden Übertragungspfad mit einem Übertragungspfad im zweiten Teil in Verbindung treten wird.
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Indem beide Endoberflächen des Schiebeelements dem umgebenden Fluid ausgesetzt sind, folgt daraus, dass das Schiebeelement derart ausgebildet werden kann, dass es nicht auf das umgebende Fluid anspricht und in Relation zu dem inneren Fluid innerhalb des Übertragungspfades in einem getrennten Zustand von der Kopplung im Druck ausgeglichen wird und dadurch ebenfalls derart ausgebildet wird, so dass die Kopplung sich nicht nachteilhafter öffnen wird und daher den Übertragungspfad in einem getrennten Zustand von der Kopplung aussetzen wird. Dies kann vorgenommen werden, indem der ausgesetzte Bereich von einer Endoberfläche von dem Schiebeelement zumindest gleich dem Bereich von dem entgegengesetzten Ende von dem Schiebeelement ist, wobei der gleich oder größer ausgesetzte Bereich am Ende des Schiebeelements ist, welches entgegengesetzt dem Ende von jenem Schiebeelement ist, welches in einem verbundenen Zustand von der Kopplung gegen das zweite Teil anschlägt. Ein Druck im umgebenden Fluid wird in einem solchen Fall nicht dazu neigen, das Schiebeelement innerhalb der Bohrung zu bewegen, da es ähnliche Druckkräfte von dem umgebenden Fluid an beiden Endoberflächen von dem Schiebeelement gibt, oder dazu neigen, das Schiebeelement auf eine geschlossene Position zu bewegen, da es an einer Seite, verglichen mit der anderen Seite, einen größeren ausgesetzten Bereich gibt. Das Schiebeelement ist zusätzlich ebenfalls im Druck ausgeglichen mit Bezug auf den Druck in dem Fluid im geschlossenen Übertragungspfad. Dies wird erzielt, indem gleiche Abdichtungsoberflächen, welche dem inneren Fluid innerhalb des Übertragungspfades ausgesetzt sind, und zwar an beiden Seiten, in einer Längsrichtung des Schiebeelements betrachtet, von dem offenen Ende des Übertragungspfades in der Bohrung zwischen dem Schiebeelement und einer Innenwand von der Bohrung in einem geschlossenen Zustand, getrennten Zustand von der Kopplung vorliegen. Dadurch wird eine Kopplung erzielt, welche sowohl mit Bezug auf das innere Fluid innerhalb des Übertragungspfades ausgeglichen ist, als auch ausgeglichen ist, um die Kopplung in einem getrennten Zustand derart sicherzustellen, dass sie den Übertragungspfad nicht nachteilhafterweise den umgebenden Fluiden aussetzt, und ebenfalls auf eine solche Art und Weise ausgeglichen ist, dass sie relativ einfach zu verbinden und zu trennen ist.
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Das Schiebeelement kann in einer Ausführungsform durch ein elastisches Element in einem getrennten Zustand von der Kopplung auf eine vorgegebene Position vorgespannt werden, wo sie abgeschlossen ist oder das Ende des Teils von dem Übertragungspfad schützt, welches in der Bohrung endet, wobei das Schiebeelement bewegbar angeordnet ist. Dies kann vorgenommen werden, um sicherzustellen, dass das offene Ende von dem Übertragungspfad in der Bohrung durch das Schiebeelement schnell abgedeckt wird.
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Wenn die Seite, welche nicht an das zweite Teil anschlägt, größer ist als jene Seite, welche an das zweite Teil anschlägt, folgt daraus, dass ein Druck in dem umgebenden Fluid dazu neigen wird, das Schiebeelement in eine Richtung des ausgesetzten kleineren Bereiches zu schieben, das heißt, dass bei einer solchen Ausführungsform keine Notwendigkeit für ein elastisches Element besteht, um das Schiebeelement in einem getrennten Zustand von der Kopplung vorzuspannen, da der äußere Druck dazu neigen wird, das Schiebeelement an die gewünschte Stelle zu bewegen, solange die Druckdifferenz, welche auf die ausgesetzten Bereiche drückt, größer ist als die Reibungskraft zwischen dem Schiebelement und der Bohrung in dem Gehäuse von dem ersten Teil der Kopplung. Eine solche Ausführungsform wird schon an sich ebenfalls eine Kopplung ergeben, welche in einer mit Druck beaufschlagten Umgebung etwas schwieriger zu verbinden ist, da der Verbindungsprozess ebenfalls den Druck von dem umgebenden Fluid an der Seite von dem Schiebeelement, welche nicht gegen das zweite Teil von der Kopplung anschlägt, zu überwinden hat. Bei einer solchen Ausführungsform muss das Schiebeelement in seiner Bewegung innerhalb der Bohrung in beiden Richtungen beschränkt werden.
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Bei einer Ausführungsform enthält das Schiebeelement zumindest ein Dichtungsmittel, um den Übertragungspfad gegen das umgebende Fluid in einem verbundenen und/oder nicht verbundenen Zustand von der Kopplung abzudichten. Dies kann entweder ein Dichtungsmittel sein, welches um ein offenes Ende von der Bohrung in dem Gehäuse zwischen dem Schiebeelement und der Bohrung angeordnet ist, oder kann ein Dichtungsmittel mit einer Breite sein, welche groß genug ist, um das offene Ende von dem Übertragungspfad oder eine Dichtungsoberfläche um das offene Ende von dein Übertragungspfad abzudecken, oder können zwei oder mehrere Dichtungsmittel, welche um den Umfang des Schiebeelements bei einem Anschlagen zwischen dem Schiebeelement und der Bohrung in dem Gehäuse angeordnet sind, und wobei zumindest eines an jeder Seite von dem offenen Ende des Übertragungspfades in einem getrennten Zustand von der Kopplung angeordnet ist. Das Dichtungsmittel kann in Nuten in der Oberfläche von dem Schiebeelement oder in der Bohrung im Gehäuse angeordnet sein. Es ist jedoch vorteilhaft, dass das Dichtungsmittel an dem Schiebeelement vorliegt. Vorzugsweise enthält der zumindest eine Übertragungspfad durch die Kopplung zumindest eine Fluidbohrung zur Übertragung eines Fluides.
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Das elastische Element ist zwischen einem Teil des Gehäuses und dem Schiebeelement angeordnet, wobei es das Schiebeelement in einer vorgegebenen Position in einem getrennten Zustand von der Kopplung beibehält. Daraus folgt, dass das elastische Element in einem verbundenen Zustand von der Kopplung komprimiert oder gestreckt werden kann, da das zweite Teil von der Kopplung dazu neigen wird, das Schiebeelement innerhalb der Bohrung, wenn es mit dem ersten Teil von der Kopplung verbunden ist, gegen die Vorspannung von dem elastischen Element zu bewegen.
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In einer Ausführungsform, bei welcher der Übertragungspfad eine Fluidbohrung zur Übertragung von Fluiden ist, können das Schiebeelement und/oder die Bohrung in dem Gehäuse eine Umfangsnut enthalten, welche in einem getrennten Zustand von der Kopplung an dem offenen Ende des Übertragungspfades angeordnet ist, wobei daraus eine gleichförmige Kraftverteilung um das Schiebeelement von einem inneren Fluid innerhalb der Kopplung folgt, und ebenfalls eine noch gleichförmigere Kraftverteilung von dem inneren Fluid an das Dichtungsmittel folgt.
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In einer Ausführungsform von der Erfindung, bei welcher einer der Übertragungspfade ein Fluidpfad ist, kann das Schiebeelement eine Einwegeventil-Anordnung enthalten, welche den Fluidpfad im Gehäuse über das Schiebeelement mit dem umgebenden Fluid in einem getrennten Zustand von der Kopplung verbindet. Dies ermöglicht es, dass ein Fluid von dem Fluidpfad in dem Gehäuse an das umgebende Fluid durch das Schiebeelement überführt wird, wenn das innere Fluid in dem Fluidpfad einen vorgegebenen Druck übersteigt und/oder die Druckdifferenz über das Einwegeventil einen vorgegebenen Wert übersteigt.
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Erfindungsgemäß hat das Schiebeelement eine zweite Umfangsnut, welche mit einem Begrenzungselement interagiert, welches innerhalb der Bohrung angeordnet ist, wobei es die Bewegung des Schiebeelementes in beide Richtungen innerhalb der Bohrung begrenzt. Es können weitere Anordnungen vorliegen, welche die Bewegung des Schiebeelements innerhalb der Bohrung begrenzen, beispielsweise kann es Anschlagelemente geben, welche an entgegengesetzten Enden von der Bohrung angeordnet sind, wobei sie eine weitere Bewegung des Schiebeelements verhindern, es kann Schulterelemente innerhalb der Bohrung geben, welche mit Schulterelementen interagieren, welche an dem Schiebeelement ausgebildet sind, und das elastische Element kann ein Begrenzungselement ausbilden.
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Die Kopplung kann mit einem System gemäß der Erfindung an beiden Teilen von der Kopplung ausgebildet sein, wobei Schiebeelemente, welche in Bohrungen in beiden Teilen von der Kopplung angeordnet sind, den Übertragungspfad in beiden Teilen von der Kopplung in einem getrennten Zustand von der Kopplung schützen.
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Die Erfindung wird nun durch beispielhafte Ausführungsformen mit Bezug auf die anliegenden Figuren erläutert, wobei
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1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform von einer Kopplung gemäß der Erfindung in einem verbundenem Zustand zeigt,
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2 ein zweites Teil von der Kopplung in 1 in einem getrennten Zustand von der Kopplung zeigt,
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3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform von einer Kopplung gemäß der Erfindung in einem verbundenen Zustand zeigt, und
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4 das erste Teil von der Kopplung in 3 in einem getrennten Zustand zeigt.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform von einer Kopplung gemäß der Erfindung in einem verbundenen Zustand von der Kopplung gezeigt. Ein erstes Teil 1 und ein zweites Teil 2 sind verbunden, wobei sie einen durchgehenden Übertragungspfad durch die Kopplung ausbilden, wobei ein Übertragungspfad 8A im ersten Teil 1 und ein Übertragungspfad 8B im zweiten Teil 2 verbunden werden. In diesem verbundenen Zustand von der Kopplung drückt das zweite Teil 2 ein Schiebeelement 7 intern innerhalb einer Bohrung 6 (siehe 2) im ersten Teil 1, wodurch der Übertragungspfad 8A im ersten Teil 1 mit dem Übertragungspfad 8B im zweiten Teil 2 verbunden wird.
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In 2 ist das erste Teil 1 von der Kopplung in 1 in einem getrennten Zustand von der Kopplung gezeigt. Das erste Teil enthält ein Gehäuse 5 mit einer Bohrung 6, wobei das Schiebeelement bewegbar zwischen zwei Positionen, welche jeweils in 1 und 2 gezeigt sind, angeordnet ist. Das Schiebeelement 7 ist in 1 durch eine elastisches Element 13 in einer Vorspannung gezeigt, um an einer Position zu sein, wo es ein offenes Ende 9 von dem Übertragungspfad 8A schließt oder schützt, welcher in dieser Ausführungsform ein Fluidpfad ist, welcher in der Bohrung 6 endet. Das elastische Element 13 wird in einem verbundenen Zustand von der Kopplung (1) zwischen einem Teil 14 des Gehäuses und dem Schiebeelement 7 gedrückt. Das Schiebeelement 7 hat zwei Enden, nämlich eine erste Endoberfläche 10, welches in einem verbundenen Zustand von der Kopplung zum zweiten Teil 2 von der Kopplung gerichtet ist, und eine zweite Endoberfläche 11, welche innerhalb der Bohrung 6 in eine andere Richtung gerichtet ist. Beide Endoberflächen 10, 11 sind in einem getrennten Zustand von der Kopplung durch die 19 in dem Gehäuse nahe der zweiten Endoberfläche 11 und der Öffnung von der Bohrung 6, dem umgebenden Fluid ausgesetzt, wobei das zweite Teil 2 von der Kopplung eingesetzt werden sollte, um die Kopplung zu verbinden. In dieser Ausführungsform braucht das elastische Element nicht für das umgebende Fluid undurchlässig zu sein, wodurch ein gesamtes zweites Ende von dem Schiebeelement 7 jeweils durch eine erste Endoberfläche 11A und eine zweite Endoberfläche 11B innerhalb und außerhalb des elastischen Elements 13 ausgebildet wird. Die zusammengefassten gesamten Bereiche, welche den zwei Endoberflächen 10, 11 des Schiebeelements 7 ausgesetzt sind, sind in dieser Ausführungsform größtenteils gleich.
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Das Schiebeelement enthält ferner eine Umfangsnut 15, welche in einem getrennten Zustand von der Kopplung in Verbindung mit dem offenen Ende 9 des Übertragungspfades 8A positioniert ist, und es gibt zwei Dichtungsmittel 12, welche jeweils an einer Seite von der Umfangsnut 15 angeordnet sind, wobei das Dichtungsmittel 12 ein Vorspannungselement 21 enthält, welches ein Dichtungselement 20 nach außen in einen Anschlag gegen eine Wand von der Bohrung 6 drückt, wodurch das offene Ende 9 des Übertragungspfades 8A von der Kopplung gegen das umgebende Fluid abgedichtet wird. Ein Querschnitt quer zur Längsrichtung von der Bohrung 6 und dem Schiebeelement 7 zeigt an, dass sowohl die Bohrung 6 als auch das Schiebeelement 7 größtenteils kreisförmig sind, und dass das Dichtungsmittel 12 und die Nut 15 umlaufend sind. Es ist jedoch möglich, einen Querschnitt der Bohrung 6 und des Schiebeelementes 7 vorzusehen, welcher mehr oval ist oder eine weitere Konfiguration hat.
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Das Schiebeelement enthält ferner eine zweite Umfangsnut 17, welche mit einem Begrenzungselement 18 interagiert, welches in der Bohrung 6 von dem Gehäuse 5 angeordnet ist, welches die Bewegung des Schiebeelements 7 in beide Richtungen innerhalb der Bohrung 6 begrenzt. In dieser Ausführungsform ist ein Verbindungselement 24 angeordnet, um die Teile von der Kopplung mit weiteren Elementen, welche in der Figur nicht angezeigt sind, zu verbinden.
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In 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform von einer Kopplung gemäß der Erfindung gezeigt. Ahnlichen Elementen sind die gleichen Bezugszeichen gegeben, und es wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, und es wird nur eine Beschreibung von Merkmalen in dieser Ausführungsform gegeben, welche in der ersten Ausführungsform nicht angezeigt sind. Der Übertragungspfad 8A ist ohne ein Verbindungselement gezeigt, und das elastische Element 13 ist in dieser Ausführungsform als ein kegelstumpfförmiges elastisches Element 13 angezeigt. Die Umfangsnut 15 ist in dieser Ausführungsform mit einer radialen Fluidbohrung 23 verbunden, welche von der Umfangsnut 15 zu einer zentralen Bohrung 25 führt. Innerhalb der zentralen Bohrung 25 ist eine Einwegeventil-Anordnung 16 angeordnet, welche mit einer Verriegelungsscheibe 22 in der zentralen Bohrung 25 verriegelt ist. Die Einwegeventil-Anordnung 16 erlaubt, dass das Fluid in dem Übertragungspfad 8A von dem Übertragungsflusspfad 8A heraus in das umgebende Fluid fließt, wenn der Druck innerhalb des Übertragungspfades 8A einen vorbestimmten Druck übersteigt. Das umgebende Fluid wird daran gehindert, in den Übertragungspfad 8A zu fließen.
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Die erläuternden Ausführungsformen sind lediglich beispielhafte Ausführungsformen, wobei der Fachmann anerkennen wird, dass mehr als eine Fluidbohrung im Gehäuse und Schiebeelement angeordnet sein können, dass die Anordnung zur Begrenzung der Bewegung des Schiebeelements gestufte Teile von der Bohrung sein kann, dass es mehr als eine Öffnung in dem Ende des Gehäuses gegenüberliegend zu der Seite, in welche das zweite Teil von der Kopplung eingesetzt werden sollte, geben kann. Sowohl das erste als auch das zweite Teil von der Kopplung können Druckausgleichmittel enthalten, um offene Enden in dem Teil von der Kopplung zu schließen oder zu schützen. Es können mehr als ein Dichtungsmittel an beiden Seiten von dem offenen Ende in einem getrennten Zustand von der Kopplung angeordnet sein. Das elastische Element kann auf eine unterschiedliche Art und Weise angeordnet werden, wobei es in einem verbundenen Zustand von der Kopplung gestreckt wird, oder es kann in der Kopplung überhaupt kein elastisches Element geben.
