DE2557203A1 - Druckmittelbetriebener antrieb - Google Patents
Druckmittelbetriebener antriebInfo
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Description
Ingersoll-Rand Company ir-49
17.12.1975 Se/P
Druckrnittelbetriebener Antrieb
Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetriebenen Antrieb. Die Erfindung besteht dabei aus einem neuartigen, durch die
Differenz von Kräften gesteuerten Antrieb, mit einem druekgesteuerten Ventil zur Umsteuerung eines Kolbens.
Druckmittelbetriebene Antriebe sind gewöhnlich irgendwie lageempfindlich
gesteuert, d.h. die Anwendung von Druck auf einen Kolben, um den Kolben hin und her zu bewegen, ist in manchen
Fällen abhängig von d|r Lage des Kolbens selbst und/oder der
Lage eines Ventils, das den Pluß des Druckmittels zur Kolbenkammer
steuert.
Bei lageempfindlichen druckmittelbetriebenen Antrieben, insbesondere
bei solchen zur Erzeugung großer Schlagkräfte, verursacht eine Lageänderung der Last oder des Schlagstückes eine
übermäßige Änderung der Reaktionskräfte. Bei handgehaltenen Werkzeugen können diese Reaktionskräfte lästig für die
Bedienungsperson sein.
Der neue druckmittelbetriebene Antrieb enthält ein nur durch Druck gesteuertes Ventil zur Beeinflussung des Druckmittelflusses
in und aus einem oder mehreren Arbeitszylindern eines Antriebs.
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H. SCHROETER Ttfcgfiwmr: Sduatpat
Sdnrjbüdi Gmöod 02/00 535 (BLZ «13 700 84) K.LEHMANN Telegramme; Schroep«
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Die treibende Druckkraft ist nahezu gleichbleibend und
dies ergibt eine niedrige Reaktionskraft auf das Gehäuse.
Mit dieser durch Druck gesteuerten Einrichtung bleibt die Rückwirkung auf das Gehäuse relativ unempfindlich gegen Lageänderungen
der Last oder des Schlagstückes.
Druckmittelbetriebene Antriebe für Schlagwerkzeuge, die für den großen Energiefluß konstruiert sind, der bei Abbrucharbeiten,
beim Stampfen und beim Bearbeiten von Gestein erforderlich ist, ergeben schwerwiegende Probleme mit Druckstößen.
Diese führen zum frühzeitigen Versagen von Teilen des Antriebs und Armaturen von Zu- oder Abführleitungen.
Bei den derzeit benützten Antrieben werden Gasspeicher
oder dergleichen verwendet, was Betriebskosten im Zusammenhang mit der Aufrechterhaltung des erforderlichen Gasdrucks verursacht.
In dem neuen druckmittelbetriebenen Antrieb werden Druckstöße auf ein Minimum gebracht, ohne daß dazu Gasspeicher oder
übermäßig große Volumina des Druckmittels benötigt werden.
Der neue druckmittelbetriebene Antrieb hat ein Gehäuse mit einer unter Druck gesetzten Druckpolster-Kammer und einer Kolbenkammer.
Der Kolben ist mit einer Oberfläche versehen, mit der er fortwährend dem Druck in der Druckpolster-Kammer ausgesetzt
ist. Die axiale Lage dieser Oberfläche des Kolbens steuert den Druck in der Druckpolster-Kammer. Ein Ventil ist ebenso
dauernd vom Druck in der Druckpolster-Kammer beeinflußt und enthält Oberflächen, die dem Betriebsdruck und dem Auslaßdruck
ausgesetzt sind. Wenn der Kolben nach unten geht, vermindert sich der Druck in der Druckpolster-Kammer und damit die auf
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das Ventil ausgeübte Kraft. Wenn ein bestimmter Kraftunterschied besteht, wird das Ventil in seine zweite Lage geschaltet,
um den Kolben mit dem Druckmittel zur Umkehrung seiner Bewegung zu beaufschlagen. Wenn der Kolben daraufhin nach oben geht,
nimmt der Druck in der Druckpolster-Kammer fortwährend zu. Wenn der Kraftunterschied einen bestimmten Kraftunterschied erreicht,
wird das Ventil wieder in seine erste Lage geschaltet. Der Arbeitskreislauf wird fortwährend solange wiederholt, wie
der druckmittelbetriebene Antrieb in Betrieb gehalten wird.
Das Ventil kann, wenn gewünscht, aus einer zum Kolben koaxialen Gleithülse bestehen. Die Hülse hat einen inneren Durchmesser
im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Schultern des Kolbens.
Im anderen Fall kann das Ventil einen Ventilkörper querab vom Kolben enthalten, wobei sich Druckmittelleitungen von der
Druckpolster-Kammer zum Ventilkörper erstrecken.
Die Erfindung sowie ihre vielen VorteL Ie sind aus der nachfolgenden,
ins einzelne gehenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Aufbrechhammers, in dem der
neue Antrieb verwendet werden kann,
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch die neuartigen Bestandteile
des Antriebs mit einem Hülsenventil in der einen Lage,
Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt mit dem Hülsenventil in der
zweiten Lage,
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Pig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Pig.2,
Pig· 5 eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, bestimmter Einzelheiten des Hülsenventils und
eines Kolbenstift-Aufnehmers,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles
der Erfindung mit einem druckgesteuerten Ventil querab vom Kolben , wobei Ventil und Kolben ihre
erste Lage einnehmen,
Fig. 7 eine Ansicht ähnlich der Fig. 6 mit dem druckgesteuerten
Ventil und dem Kolben in ihren zweiten Lagen.
In Fig.l ist ein Brechhammer gezeigt, der ein Gehäuse 10 aufweist,
an dem zum Aufbrechen von Bodenbelägen ein geeignetes Werkzeug, z.B. ein Brechmeißel befestigt ist. Der Brechmeißel 12 ist unten
am Gehäuse 10 mittels eines Schwenkhebels 14 befestigt. Beim Betrieb des Brechhammers drückt die Bedienungsperson einen Handgriff
16 nach unten. Eine Feder. 18 ist koaxial um einen Bolzen
angebracht und hilft Stöße aufzunehmen.
Obwohl im folgenden der neue druckmittelbetriebene Antrieb in einem Brechhammer beschrieben wird, muß klargestellt werden,
daß dieser Antrieb für jeden anderen Zweck ebenfalls benützt werden kann, für den druckmittelbetriebene Antriebe gebraucht
werden. Die Erfindung besteht aus einem durch Druck gesteuerten druckmittelbetriebenen Antrieb und ist nicht auf einen Brechhammer
beschränkt.
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In Fig. 2 ist gezeigt, daß das Druckmittel zum Gehäuse 10 mittels Leitungen, z.B. die durch ein Ventil 24 gesteuerte Zuleitung
22 zugeführt wird. Das Druckmittel wird von der Zuleitung 22 zu einer sich in Längsrichtung erstreckenden Druckleitung
26 geführt und weiter durch eine Querverbindung 28 in die Kolbenkammer 30. Das Druckmittel wird aus der Kolbenkammer
30 abwechselnd durch querverlaufende Auslaßleitungen
32, 34 ausgelassen. Die Auslaßleitungen 32, 34 gehen in
die sich längs erstreckende Leitung 36 über und diese in eine Ausgangsleitung 38 nahe dem oberen Ende des
Gehäuses.
Innerhalb des Gehäuses ist eine unter Druck gesetzte Druckpolster-Kammer
40 vorgesehen. Eine Bohrung 44 erstreckt sich von der Druckpolster-Kammer nach unten. Der hin und her gehende
Kolben 46 hat einen Längsabschnitt 48 von größerem Durchmesser
als der übrige Teil des Kolbens, wodurch eine erste Schulter und eine zweite Schulter 52 gebildet werden. Eine Schulter 54
zur Aufnahme des Drucks In der Druckpolster-Kammer ist am Kolben 46 vorgesehen und dauernd dem Druck in der Druckpolster-Kammer
ausgesetzt.
Irn Ausführungsbeispiel der Fig. 2 enthält das durch Di1UCk gesteuerte
Ventil eine Gleithülse 56 koaxial mit dem kolben 46. Der Innendurchmesser der Gleithülse 56 ist im wesentlichen gleich
dem Durchmesser des Längsabschnittes 48 des Kolbens 46. Ein erster oatz von am Umfang gleichmäßig verteilten Durchlässen
5*> und üLn zweiter Sat.5 von am Umfang gleichmäßig verteilten
Durchlasen 60 t der im axialen Abs band vom ersten Sans von
Dujr-ehUtSi.;ün Liegt, sind In der Gloithülse 56 vorgesehen.
GO
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Eine Mehrzahl von Kolbenstiften 62 wird gegen das der Druckpdster-Kammer
40 zugewandte Ende der Gleithülse 56 gedrückt. Die Kolbenstifte 62 sind in gleichmäßigem Umfangsabstand am Ende
der Gleithülse 56 angeordnet. Der obere Teil jedes Kolbenstiftes
62 wird dem in der Druckpolster-Kammer herrschenden Druck durch Durchlässe 64 in einem Kolbenstift-Aufnehmer 66 dauernd
ausgesetzt. Für jeden Kolbenstift ist ein Durchlaß vorgesehen. Tn dem gezeigten Ausführungsbeispiel gibt es einundzwanzig Durchlässe
64 und einundzwanzig Kolbenstifte 62. Natürlich kann jede beliebige Anzahl von Kolbenstiften und Durchlässen nach
Wunsch verwendet werden.
Die Gleithülse 56 hat an ihrem unteren Ende ein Bohrung 68 größeren
Innendurchmessers, als der Durchmesser des übrigen Teils der Gleithülse 56 beträgt, wodurch eine nach unten gerichtete Hingschulter
70 gebildet ist (siehe Fig. 2 und 3). Der oberste
Abschnitt 72 der Gleithülse 56 hat eine Bohrung von im wesentlichen
der gleichen Größe wie der Kolben 46, wodurch eine nach unten gerichtete Ringschulter 74 gebildet ist.
Im Betrieb des in den Fig. 1-5 gezeigten Ausführungsbeispieles wird die in Fig.2 gezeigte relative Lage der Gleithülse 56
und des Kolbens 46 durchlaufen, wobei der Kolben 46 in seiner untersten Lage den Schlagaufnehmer 75 schlägt, der wiederum den
Brechmeißel 12 schlägt. Der Druck in der Druckpolster-Kammer hat dabei gerade einen Druck niedrig genug zum Verschieben der
Gleithülse 56 in ihre oberste Stellung erreicht, so daß die Durchlässe 6O mit der Kolbenkammer 30 verbunden sind und die
Durchlasse 58 von der Kolbenkammer j5O durch den unteren Abschnitt
des Kolbenstift-Aufnehmers 66 abgetrennt sind.
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Druckmittel wird in die Zuleitung 22, durch das offene Ventil 24, durch die sich längs erstreckende Druckleitung 26, durch die
Querverbindung 28, die vKolbenkammer 30 und die Durchlässe 60
geleitet. Der Druck des Druckmittels wird nach oben gegen die Schulter 50 am Längsabschnitt 48 des Kolbens 46 ausgeübt und
ebenso nach oben gegen die Ringschulter 70 der Gleithülse 56.
Die auf die Schulter 50 wirkende Kraft bewegt den Kolben 46
nach oben gegen die Kraft, die auf die Schulter 54 ausgeübt wird.
Zu Anfang sind die Kraft auf die Ringschulter 70 und die Auslaßdruckkraft
auf die Ringsehulter 74 zusammen größer als die durch di Durchlässe 64 auf Kolbenstifte 62 ausgeübte Kraft, wodurch die
Gleithülse 56 in der in Fig.2 gezeigten oberen Lage gehalten
wird.
Wenn der Kolben 46 nach oben geht, wird das Druckmittel aus der Gleithülse 56 über Durchlässe 58, eine Kammer 76 im Kolbenstift-Aufnehmer
66, eine Kammer 78 im Gehäuse 10, Auslaßleitungen 34,
die sich längs erstreckende Leitung 36 und die Ausgangsleitung
ausgelassen. Ebenso wird beim Aufwärtsbewegen des Kolbens 46
das Druckmittel in der Druckpolster-Kammer 40 durch die Schulter zusammengedrückt, wodurch sich der Druck in der Druckpolster-Kammer
40 erhöht. Dieser erhöhte Druck wird den Kolbenstiften 62 durch
die Bohrung 44 und die Durchlässe 64 mitgeteilt. Noch bevor der Kolben 46 seine äußerste obere Lage erreicht, übersteigt die auf
die Kolbenstifte 62 ausgeübte Kraft die Summe der Kräfte gegen die Ringschulter 70 und die Ringschulter 74 der Gleithülse 56.
Die Gleithülse 56 wird darauf in die Lage der Fig.3 nach unten
geschaltet.
Wie in Fig. 3 gezeigt hat sich die Gleithülse 56 nach unten bewegt.
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um die Durchlässe 58 mit der Kolbenkammer 30 zu verbinden.
Die Durchlässe 60 wurden von der Kolbenkammer 30 durch die
untere Lagerbüchse 80 abgesperrt. Die Ringschulter 70 der Gleithülse 56 stößt gegen den Ansatz 82 des unteren Lagers
84.
Druckmittel aus der Kolbenkammer 50 wird darauf durch Durchlässe
58 in der Gleithülse 56 zur Schulter 52 des Längsabschnittes
48 des Kolbens 46 geleitet. Auch arbeitet der in der Kolbenkammer J>0 herrschende Druck gegen die Ringschulter
74 des obersten Abschnittes der Gleithülse 56. Druckmittel wird aus derJGleithülse 56 durch Durchlässe 60, eine Bohrung 86
in der unteren Lagerbüchse 80, die querverlaufende Auslaßleitung 52 und eine längsverlaufende Leitung 36 ausgelassen
(siehe Fig. 2 und Fig.J). Der Auslaßdruck wird auch gegen die untere Ringschulter 70 der Gleithülse 56 ausgeübt.
Wenn sich der Kolben 46 nach unten bewegt, dehnt sich das Druckmittel in der Druckpolster-Kammer 40 aus, und vermindert
dabei seinen Druck. Da die gegen die Kolbenstifte 62 ausgeübte Kraft abnimmt, wird sie einen bestimmten Wert erreichen, wo
sie geringer ist als die Summe der gegen die Ringschultern und 70 ausgeübten Kräfte. Dieser Wert wird gerade dann erreicht,
bevor der Kolben 46 an den Schlagaufnehmer 75 anschlägt. Die Gleithülse 56 wird darauf in die in Fig.2 gezeigte Lage zurückbewegt
und der Arbeitskreislauf fortwährend wiederholt.
Während des Betriebs sind entweder die Durchlässe 58 oder die Durchlässe 60 mit der Kolbenkammer j50 verbunden · Zu keiner
Zeit sind beide Arten von Durchlässen 58 und 60 vollkommen von der
Kolbenkammer J>0 abgesperrt.Auf diese Weise ist Druckmittel von der
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Kolbenkammer JO nie vollkommen abgesperrt und Druckstöße
sind auf ein Minimum zurückgeführt.
Palis gewünscht, kann der vorbestimmte Druckbereich in der
Druckpolster-Kammer 40 zum Zwecke der Abänderung des Arbeitskreislaufes einstellbar sein. Hierzu ist ein Regelventil 88 in
der Leitung 90 vorgesehen. Dieses Ventil steuert den Zufluß
von Druckmittel in die Druckpolster-Kammer 40 über die Leitung 90 und die Leitung 92.
Ein zweites Ausführungsbeispiel des neuen druckmittelbetriebenen Antriebes ist schematisch in den Pig. 6 und 7 dargestellt.
Der Ventilkörper 100 ist querab vom Kolben 46 angeordnet. Der Ventilkörper kann sich innerhalb des Gehäuses 10 befinden, er
kann aber auch, falls gewünscht, völlig getrennt vom Gehäuse sein.
Der Ventilkörper 100 ist mit einem Abschnitt 102 kleineren Durch messers und einem Abschnitt 1O4 kleineren Durchmessers versehen.
Der Durchmesser des oberen Endes I05 ist kleiner als der Durchmesser des unteren Endes I06. Der Gegendruck aus der Druckpolster-Kammer
40 wird fortwährend auf das obere Ende I05 des Ventilkörpers 100 über die Leitung I07 ausgeübt. Zur Betätigung
des Kolbens 46 wird Druckmittel in das Gehäuse 10 über die Zuleitung 112 zugeführt. Das Druckmittel wird aus dem Gehäuse
durch die Ausgangsleitung 114 abgeführt.
Beim BütrI■·"=♦) des AuHfUhrungii Beispieles der PIj;. 6 und 7 ist
eine Helahi ν Λ».;.! des Vennjflkörpfiji'rs 100 und tk?.-i -U-li^iw 46
rli^ üoc Pi}·:.υ, i , der dei· iiuihon 46 kurz vor !Iju Ei vi nsn b
untei'sten Lage dargestellt ist. Druckmittel, fließt vcmu eier Zu-
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leitung 112 über den Abschnitt 104 kleineren Durchmessers
des Ventilkörpers 100, eine Leitung 116 und eine Leitung 108 zur Schulter 50, um den Kolben 46 nach oben zu bewegen. Das
Druckmittel in der Kolbenkammer JO wird durch die Leitung 118 ,
den Abschnitt 102 kleineren Durchmessers des Ventilkörpers 100 und die Leitung 120 zur Ausgangs leitung 114 ausgelassen.
Da der Kolben 46 sich nach -oben bewegt, wird das Druckmittel in der Druckpolster-Kammer 40 unter Zunahme seines Druckes
zusammengepreßt. Der in der Druckpolster-Kammer 40 herrschende Druck wird über die Leitung 107 dem oberen Ende 105 des Ventilkörpers
100 zugeführt. Wenn die Kraft auf das obere Ende 105 des Ventilkörpers 100 einen vorbestimmten Wert überschreitet,
wird der Ventilkörper 100 in die Lage der Fig.7 umgeschaltet.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird Druckmittel von der Zuleitung
durch den Abschnitt 102 kleineren Durchmessers des Ventilkörpers 100, eine Leitung 122, eine Leitung 118 und gegen die Schulter
52 am Kolben 46 geleitet. Druckmittel wird aus dem unteren Teil der Kolbenkammer 30 durch die Leitung 1O8, den Abschnitt 104
kleineren Durchmessers des Ventilkörpers 100 und die Leitung zur Aus gangs leitung 114 ausgelassen. Der Druck im unteren Teil
der Kolbenkammer JO wird auch auf das untere Ende 106 des
Ventilkörpers 100 über Leitungen 108 und 109 ausgeübt.
Da sich der Kolben 46 nach unten bewegt, wird der Druck gegen das obere Ende 105 des Ventilkörpers 100 vermindert.Wenn die
Kraft gegen das obere Ende 105 bis auf einen vorbestimmten Wert fällt, wird der Ventilkörper 100 in die in Fig.6 gezeigte Lage
umgesteuert. Der Arbeitskreislauf wird fortwährend wiederholt.
6 0 9 8 L· ή f η ί? π g
2 5 b 7 2 O 3
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Der Druckbereich der Druckpolster-Kammer 40 kann durch Zufluß
von Druckmittel durch die Leitung lj50 in die Druckpolster-Kammer 4o unter Kontrolle durch ein Regelventil I32 eingestellt werden.
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Claims (1)
- ·- 12 - ir-49PATENTANSPRÜCHEDruckmittelbetriebener Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (10) eine unter Druck gesetzte Druckpolster-Kammer (40) und eine Kolbenkammer (30) vorgesehen sind, daß ein Kolben (46) im Gehäuse (10) gelagert ist, daß der Kolben (46) eine erste druckmittelbeaufschlagte Oberfläche (Schulter 50) und eine zweite druckmittelbeaufschlagte Oberfläche (Schulter 52) aufweist, daß der Kolben (46) ebenso eine durch den Druckpolster-Druck beaufschlagte Oberfläche (Schulter 54) aufweist, die zum einen das Druckmittel in der Druckpolster-Kammer (40) zusammendrückt und zum anderen sich ausdehnen läßt, wenn der Kolben (46) hin-und hergeht, und daß Mittel vorgesehen sind, die ein Ventil (56; 100) mit einem Abschnitt (72;l05) enthalten, der fortwährend dem Druck in der Druckpolster-Kammer (40) ausgesetzt ist und auf vorbestimmte Drücke darin anspricht, welche Mittel die Ausübung von Druck einmal auf die erste druckmittelbeaufschlagte Oberfläche (50) und das andere Mal auf die zweite druckmittelbeaufschlagte Oberfläche (52) steuern.2· Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil eine Gleithülse (56) koaxial mit dem Kolben (46) und mit einem Innendurchmesser im wesentlichen gleich den Durchmessern der ersten und der zweiten druckraittelbeaufschlagten Oberflächen (50„ 52) enthält.609846/0608- 15 - ir-49J5· Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Druckpolster-Kammer (40) gerichtete Ende (72) der Gleithülse (56) dauernd der von dem in der Druckpolster-Kammer (40) herrschenden Druck ausgeübten Kraft auegesetzt ist.4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleithülse (56) mit einem ersten Satz von Durchlässei (βθ) und einem zweiten Satz von Durchlässen (58' in axialem Abstand vom ersten Satz von Durchlässen (6O) versehen und so gleitbar gelagert ist, daß sie den ersten Satz der Durchlässe (6O) mit dem Druck in der Kolbenkammer (50) verbindet, wenn der Druck in der Druckpolster-Kammer (40) unterhalb eines vorgegebenen Wertes aufgrund der Abwärtsbewegung des Kolbens (46) liegt, und den zweiten Satz von Durchlässen '58) mit dem Druck in der Kolbenkammer (30) verbindet, wenn der Druck in der Druckpolster-Kammer (4o) oberhalb eines vorgegebenen Wertes aufgrund der Aufwärtsbewegung des Kolbens (46) liegt.5» Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil einen Ventilkörper (100) querab vom Kolben (46) enthält und daß sich eine Leitung (I07) von der Druckpolster-Kammer (4o) zum Ventilkörper (100) erstreckt, der so ausgebildet ist, daß er Druckmittel gegen die erste druckmittelbeaufschlagte Oberfläche (50) zur Bewegung des Kolbens (46■ nach oben leitet, und daß der Ventilkörper (100) sich in eine zweite Lage bewegt, wenn der Druck in der Druckpolster-Kammer (40) einen vorgegebenen Druck aufgrund der Aufwärtsbewegung des Kolbens (46) überschreitet, um die Zufuhr von Druckmittel zu der ersten druckmittelbeaufschlagten Oberfläche (50) zu sperren und den Zufluß von Druckmittel zur zweiten druckmittelbeaufschlagten Oberfläche(52) frei zu geben.609846/0 6 0B- 14 - ir-496. Antrieb nach Anspruch 5* dadurch gekennze lehnet, daß eine Leitung (108) sich vom unteren Ende der Kolbenkammer (30) zum Ventilkörper (100) erstreckt, um einen Abschnitt(unteres Ende I06) des Ventilkörpers (100) dem Druck im unteren Teil der Kolbenkammer (jJO) auszusetzen, wobei der Ventilkörper (100) in seine erste Lage zurückbewegt wird, wenn der Druck in dem unteren Teil einen bestimmten Druck aufgrund der Abwärtsbewegung des Kolbens (46) überschreitet.609846/0608
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