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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil zur Steuerung eines einen Kolben mit einseitiger Kolbenstange aufweisenden doppelt wirkenden Arbeitszylinders, wobei das in Kolbenschieberbauweise ausgebildete Steuerventil vier externe Anschlüsse mit zugeordneten, im Ventilgehäuse ausgebildeten Ringkanälen, nämlich einen Pumpenanschluss P, einen Anschluss A1 für eine Zu- und Abfuhrleitung zum großen Hubraum des Arbeitszylinders, einen Anschluss B für eine Zu- und Abfuhrleitung zum kleinen Hubraum des Arbeitszylinders sowie einen mit dem Tank verbundenen Tankanschluss T aufweist und die Anschlüsse durch einen längsverschiebbar angeordneten, mittels in diesem angeordneter Ausnehmungen ausgebildete Kolbenbunde aufweisenden Steuerkolben über entsprechende, über dem Umfang der Kolbenbunde verlaufende Steuerkanten freigegeben beziehungsweise gesperrt werden, und wobei eine Einrichtung zur Rückspeisung des beim Ausfahren der Kolbenstange aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders verdrängten und zum Anschluss B des Steuerventils geführten Fluides in den großen Hubraum des Arbeitszylinders vorgesehen ist.
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Ein Steuerventil mit den vorgenannten Merkmalen ist in der
DE 10 2008 059 436 B3 beschrieben. Die daraus bekannte Ausbildung des Steuerventils soll ein Verfahren des Kolbens des Arbeitszylinders mit Differentialwirkung, das heißt mit einer schnellen Kolbenbewegung, ermöglichen, indem eine Rückspeisung des beim Arbeitshub des Differentialzylinders, das heißt beim Ausfahren der Kolbenstange, aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders verdrängten Fluids in den großen Hubraum des Arbeitszylinders vorgesehen ist, so dass die Pumpe sowohl beim Arbeitshub des Arbeitszylinders als auch bei dessen Rückhub mit einem Einfahren der Kolbenstange jeweils nur die gleiche Fördermenge liefern muss. Zur Ausführung dieser Rückspeisung ist bei dem bekannten Steuerventil im Ventilgehäuse ein fünfter interner Ringkanal ausgebildet, der über eine im Ventilgehäuse ausgebildete interne Brücke mit dem zum Anschluss A gehörigen Ringraum verbunden ist. In der beim Rückhub des Arbeitszylinders wirksamen Stellung des Steuerkolbens ist der mit dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders verbundene Anschluss B des Ventilgehäuses über den fünften Ringkanal und die daran angeschlossene interne Brücke mit dem zum Anschluss A gehörigen Ringkanal verbunden, so dass das aus dem kleinen Hubraum verdrängte Fluid zum Anschluss A und von dort zum großen Hubraum des Arbeitszylinders geführt ist.
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Bei dem bekannten Steuerventil kann als nachteilig angesehen werden, dass die Herstellung des Ventilgehäuses mit dem internen Ringkanal und der zugehörigen internen Brücke einen gewissen Aufwand erfordert. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die dem mit dem großen Hubraum des Arbeitszylinders verbundenen Anschluss A1 zugeordnete Ausnehmung im betreffenden Kolbenbund des Steuerkolbens eine doppelte Größe im Vergleich mit den übrigen am Steuerkolben ausgebildeten Ausnehmungen aufweisen muss, um beim Rückhub des Kolbens den entsprechend großen, aus dem großen Hubraum des Arbeitszylinders verdrängten Fluidstrom über das Steuerventil zum Tank ableiten zu können. Die insofern asymmetrische Ausbildung der Ausnehmungen erschwert die Fertigung des Steuerkolbens und die Montage des Steuerventils.
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Weiterhin ist aus der
DE 30 00 260 C2 ein Steuerventil bekannt, welches sechs Gehäuseanschlüsse aufweist, denen am Steuerkolben drei Kolbenbunde zugeordnet sind. Das daraus bekannte Steuerventil ermöglichst bereits eine Rückspeiseschaltung, bei welcher das beim Ausfahren der Kolbenstange aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders verdrängte Fluid über eine außenliegende Anschlussleitung dem großen Hubraum des Arbeitszylinders zuführbar ist. Ferner ist in dieser außenliegenden Anschlussleitung ein Wegeventil mit zwei Schaltstellungen eingeschaltet, mittels dessen eine Erhöhung der Haltekraft bei ausgefahrener Kolbenstange möglich ist.
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Mit dem insoweit bekannten Steuerventil ist der Nachteil verbunden, dass die Fertigung des Ventilgehäuses mit sechs Anschlüssen aufwendig ist und daher auch einen entsprechenden Aufwand hinsichtlich der vorzusehenden Anschlussleitungen erfordert. Außerdem verursacht der drei Kolbenbunde aufweisende Steuerkolben ebenfalls einen entsprechenden zusätzlichen Fertigungsaufwand.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei welchem die vorgenannten Nachteile vermieden sind.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Anspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, dass das Ventilgehäuse einen fünften externen Anschluss A2 aufweist, der über eine außenliegende Anschlussleitung mit dem großen Hubraum des Arbeitszylinders verbunden ist und dass in die vom großen Hubraum des Arbeitszylinders zum Anschluss A1 führende Zu- und Abfuhrleitung eine Leitungsverzweigung für eine zum Tank führende Abfuhrleitung eingeschaltet ist und einerseits in die Abfuhrleitung ein druckabhängiges Umschaltventil zum Durchlass eines Teilstromes des aus dem großen Hubraum des Arbeitszylinders verdrängten Fluides eingeschaltet ist und andererseits die die Verbindung der Anschlüsse A1 und T herstellende Ausnehmung im Steuerkolbengleich groß bemessen ist wie die in der betreffenden Steuerstellung des Steuerkolbens die Anschlüsse P und A1 beziehungsweise B sowie die Anschlüsse B und A2 verbindenden Ausnehmungen derart, dass ein anderer Teilstrom des aus dem großen Hubraum verdrängten Fluides über die Anschlüsse A1, T des Steuerventils in die zum Tank führende Abfuhrleitung eingespeist wird.
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Mit der Erfindung ist zunächst der Vorteil verbunden, dass im Vergleich mit dem aus der
DE 10 2008 059 436 B3 bekannten Steuerventil der zusätzliche Ringkanal an einen fünften externen Anschluss des Ventilgehäuses angeschlossen ist, so dass auf die Herstellung einer internen Ventilbrücke verzichtet werden kann. Es kommt hinzu, dass der Anschluss A nur mit der von der Pumpe gelieferten Fluidmenge beaufschlagt ist und die beim Rückhub des Arbeitszylinders zusätzlich zum großen Hubraum zuzuführende Fluidmenge außerhalb des Steuerventils dorthin geleitet wird. Im Vergleich mit dem aus der
DE 30 00 260 C2 bekannten Steuerventil ist ein Gehäuseanschluss eingespart.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass sich die vom großen Hubraum des Arbeitszylinders zum Anschluss A1 führende Zu- und Abfuhrleitung verzweigt, so dass zwei Fließwege zum Tank ausgebildet sind, und zwar ein Fließweg über das Steuerventil und ein Fließweg über das druckabhängige Umschaltventil. Hiermit ist der der Vorteil verbunden, dass der Steuerkolben eine regelmäßige Gestalt aufweist, da alle Kolbenbunde und daran befindlichen Ausnehmungen gleiche Abmessungen haben können. Übersteigt somit das aus dem großen Hubraum des Arbeitszylinders beim Rückhub des Kolbens verdrängte Fluid die Durchleitungskapazität der den Anschluss A mit dem Anschluss T verbindenden Steuerkante des Steuerventils, so öffnet das druckabhängige Umschaltventil die zusätzlich vorgesehene Abfuhrleitung zum Tank, so dass ein entsprechender Teilstrom des verdrängten Fluids unmittelbar zum Tank fließt und nicht über das Steuerventil geführt ist.
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Hierbei kann vorgesehen sein, dass in die vom Anschluss T zum Tank führende Abfuhrleitung eine Drossel eingeschaltet und das druckabhängige Umschaltventil über eine Fühlleitung an den zwischen Drossel und Anschluss T gelegenen Leitungsabschnitt der Abfuhrleitung angeschlossen ist. Reicht somit der Querschnitt der eingeschalteten Drossel nicht mehr aus, das vom großen Hubraum des Arbeitszylinders abströmende Fluid über das Steuerventil und die daran bestehenden Anschlüsse A und T zum Tank strömen zu lassen, wird in dem vor der Drossel gelegenen Leitungsabschnitt ein entsprechender Druck erzeugt, der von der Fühlleitung des druckabhängigen Umschaltventils aufgenommen wird, so dass das Umschaltventil gegen die Wirkung einer Feder geöffnet und der zweite zusätzliche Abflussweg zum Tank freigemacht wird.
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Bei derartigen Steuerungen von Differentialzylindern tritt als zusätzliche Forderung auf, zumindest am Ende des Arbeitshubes bei ausgefahrener Kolbenstange die volle von der Pumpe zur Verfügung gestellte Kraft nicht mehr zum Bewegen des Kolbens, sondern als Haltekraft einzusetzen. Hierzu ist bei dem aus der
DE 10 2008 059 436 B3 bekannten Steuerventil vorgesehen, dass die vom fünften internen Ringkanal wegführende gehäuseinterne Brücke sowohl an den zum Anschluss A gehörigen Ringraum als auch an den zum Tankanschluss T gehörigen Ringraum angeschlossen ist, wobei in eine hierzu zwischen der gehäuseinternen Brücke und dem zum Anschluss A gehörigen Ringraum ausgestaltete Verbindungsbohrung ein ventilinternes Rückschlagventil mit einer zum Anschluss A gerichteten Durchlassöffnung und in dem stromabwärts der von der gehäuseinternen Brücke abgehenden Verbindungsbohrung zu dem zum Tankanschluss gehörigen Ringraum führenden Abschnitt der gehäuseinternen Brücke ein extern ansteuerbares Sperrventil zum Öffnen und Schließen der Verbindung vom internen Ringkanal zum Tankanschluss T angeordnet ist. Soll nun von der schnellen Kolbenfahrt mit Rückspeisung auf die volle Haltekraft umgeschaltet werden, so wird über die Umschaltung des ventilinternen Sperrventils von dessen Sperrstellung in dessen Offenstellung die Verbindung zwischen dem Anschluss und dem Anschluss T geöffnet. Damit wird die weitere Rückspeisung des aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders verdrängten Fluids unterbunden, und der kleine Hubraum wird unmittelbar zum Tank entlastet, so dass dem an der großen Fläche des Kolbens des Arbeitszylinders im großen Hubraum wirkenden Druck kein Druck in dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders mehr entgegensteht und demnach die Haltekraft gegenüber dem Zustand beim Ausfahren der Kolbenstange jedenfalls bei symmetrischer Ausbildung des Arbeitszylinders auf das Doppelte erhöht ist. Entsprechend ist bei dem aus der
DE 30 00 260 C2 bekannten Steuerventil ein zusätzliches Wegeventil vorgesehen.
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Entsprechend der erfindungsgemäßen Ausbildung des Steuerventils und dessen Zusammenschaltung mit dem Arbeitszylinder ist somit nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass in die vom Anschluss A2 zum großen Hubraum des Arbeitszylinders führende Anschlussleitung ein Rückschlagventil mit einer zum Arbeitszylinder gerichteten Durchlassrichtung eingeschaltet und zwischen Anschluss A2 und Rückschlagventil eine Leitungsverzweigung mit einer zum Tank führenden Abfuhrleitung angeordnet und in die zum Tank führende Abfuhrleitung ein extern ansteuerbares Sperrventil zum hubunabhängigen Öffnen und Schließen der Verbindung vom Anschluss A2 zum Tank eingeschaltet ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:
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1 ein hydraulisches Steuerventil mit daran angeschlossenem Arbeitszylinder unter Einschluss eines druckabhängigen Umschaltventils für die Rückführung des aus dem großen Hubraum des Arbeitszylinders verdrängten Fluides zum Tank in einer schematischen Darstellung,
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2 das Steuerventil gemäß 1 in einer anderen Ausführungsform mit einer Umschaltmöglichkeit von schneller Kolbenfahrt auf Erhöhung der Haltekraft.
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Die vorstehende Zeichnung gibt lediglich die Ausgangsstellung für die nachstehende Funktionserläuterung ohne Rücksicht auf die maßgebliche Ausführung des Steuerventils wieder, so dass die konstruktive Auslegung und Wahl der Abmessungen von dem Durchschnittsfachmann in Kenntnis der von der Erfindung gewollten Funktionszusammenhänge zu treffen ist.
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Ein zunächst aus 1 ersichtlicher Arbeitszylinder 10 weist einen darin verschieblichen und beiderseits unterschiedliche Flächen aufweisenden Kolben 12 mit einer Kolbenstange 11 auf. Der Kolben 12 unterteilt den Arbeitszylinder 10 in einen großen Hubraum 13 und einen kleinen Hubraum 14. Jeder Hubraum 13, 14 ist über eine an ihm angeschlossene Zu- und zugleich Abfuhrleitung 15 beziehungsweise 16 für das Fluid mit den Verbraucheranschlüssen A1, B eines Steuerventils 20 verbunden, wobei dem Steuerventil 20 weiterhin ein Tank 17 und eine Pumpe 18 zugeordnet sind.
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Insofern sind an dem Ventilgehäuse 21 des Steuerventils zunächst vier Standard-Anschlüsse P, A1, B, T ausgebildet, wobei der Anschluss P mit der Pumpe 18, der Anschluss A1 über die Zu- und Abfuhrleitung 15 mit dem großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 und der Anschluss B über die Zu- und Abfuhrleitung 16 mit dem kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 verbunden ist. Dem Tankanschluss T ist der Tank 17 zugeordnet. Ferner ist an dem Ventilgehäuse 21 ein fünfter externer Anschluss A2 ausgebildet, der über eine außerhalb des Steuerventils verlaufende außenliegende Anschlussleitung 22 mit der Zu- und Abfuhrleitung 15 zwischen dem Anschluss A1 und dem großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 oder unmittelbar mit dem großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 verbunden ist. Im Inneren des Ventilgehäuses 21 sind den einzelnen, vorgenannten Gehäuseanschlüssen jeweils Ringräume zugeordnet, und zwar ein Ringraum 23 für den Anschluss P, ein Ringraum 24 für den Anschluss A1, ein Ringraum 25 für den Anschluss B, ein Ringraum 26 für den Anschluss A2 und ein Ringraum 27 für den Anschluss T.
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In der zugeordneten Bohrung des Ventilgehäuses 21 des Steuerventils 20 ist ein Steuerkolben 28 verschiebbar, der zwei Kolbenbunde 29 aufweist, wobei jeweils auf den Außenseiten eines jeden Kolbenbundes 29 Ausnehmungen 30 ausgefräst sind. In der schematisch dargestellten Mittelstellung des Steuerkolbens 28 in 1 sperren die beiden Kolbenbunde 29 die Anschlüsse A1 und B ab.
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Wie im Einzelnen nicht weiter dargestellt, weil als bekannt zu unterstellen, sind zur Herbeiführung der Steuerbewegungen des Steuerkolbens 28 an beiden Enden des Steuerkolbens 28 in dem Ventilgehäuse 21 jeweils entsprechende Vorsteuerungen ausgebildet, wobei durch Beaufschlagung der Vorsteuerungen mit entsprechendem Steueröl der Steuerkolben 28 in dem Ventilgehäuse 21 in beiden Richtungen jeweils verschoben werden kann, so dass die an dem Steuerkolben 28 ausgebildeten Kolbenbunde 29 über die ausgebildeten Ausnehmungen 30 jeweils die Gehäuseanschlüsse P, A1, B, T, A2 im Hinblick auf die gewünschte Ventilfunktion zusammenschalten. Dies ist im Stand der Technik bekannt.
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Um eine Rückspeisung des bei dem Arbeitshub des Arbeitszylinders 10, dass heißt bei dem Ausfahren der Kolbenstange 11 aus dem Arbeitszylinder 10, aus dem kleinen Hubraum 14 verdrängten Fluids in den großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 durchführen zu können, ist der Anschluss A2 vorgesehen, der mittels der außenliegenden Anschlussleitung 22 mit dem großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 verbunden ist.
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Soweit in einer beim Arbeitshub des Arbeitszylinders 10 nach links versetzten Stellung des Steuerkolbens 28, in welcher eine Verbindung zwischen dem Anschluss P und dem Anschluss A1 hergestellt und der Tankanschluss T durch den linken Kolbenbund 28 blockiert ist, gleichzeitig die Verbindung zwischen P und B durch den rechten Kolbenbund 29 blockiert ist, ist in dieser Kolbenstellung die Verbindung von B nach A2 über die zugeordnete Ausnehmung 30 geöffnet. In dieser Stellung kann das aus dem kleinen Hubraum 14 verdrängte Fluid über die Zu- und Abfuhrleitung 16, den Anschluss B, die zugehörigen Ringkanäle 25, 26 und den Anschluss A2 in die außenliegende Anschlussleitung 22 eintreten und hierüber zum großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 strömen, so dass der von der Pumpe P über den Anschluss A1 gelieferte Volumenstrom um die Rückspeisung aus dem kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 erhöht wird. Somit ist ein Schnellgang des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 10 gegeben.
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Zum Rückhub des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 10 wird der Steuerkolben 28 gegenüber der in 1 dargestellten Stellung nach rechts versetzt, so dass die Verbindung von P nach B geöffnet und gleichzeitig die Verbindung von B nach A2 durch den rechten Kolbenbund 28 gesperrt ist. Da gleichzeitig die Verbindung von P nach A1 durch den linken Kolbenbund 28 gesperrt ist, fördert die Pumpe 18 nun über die Verbindung P-B in den kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 und sorgt für ein Verfahren des Kolbens 12 nach links. Gleichzeitig ist in der nach rechts versetzten Stellung des Steuerkolbens 26 die Verbindung von A1 nach T durch die linke äußere Ausnehmung 30 im Steuerkolben 28 freigegeben, so dass ein Fließweg für das beim Rückhub des Kolbens 12 aus dem großen Hubraum 13 verdrängte Fluid über die Zu- und Abfuhrleitung 15, den Anschluss A1, die Ausnehmung 30 und den Anschluss T zum Tank 17 gegeben ist.
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Da die beim Rückhub über das Steuerventil 20 zu führende Fluidmenge doppelt so groß ist wie die dem kleinen Hubraum 14 von der Pumpe 18 über den Anschluss B zuzuführende Fluidmenge ist zur Aufrechterhaltung einer gleichgroßen Auslegung aller an den Kolbenbunden 29 des Steuerkolbens 28 ausgebildeten Ausnehmungen 30 ein zweiter Fließweg zum Tank 17 eingerichtet. Hierzu ist in die Zu- und Abfuhrleitung 15 eine Leitungsverzweigung 31 eingeschaltet, von der eine Abfuhrleitung 32 unmittelbar zum Tank 17 geführt ist. In diese Abfuhrleitung 32 ist ein druckabhängiges Umschaltventil 33 eingeschaltet. Um den für die Schaltung des Umschaltventils 33 erforderlichen Schaltdruck abzugreifen, ist in die vom Anschluss T zum Tank 17 führende Leitung 19 eine Drossel 34 angeordnet, wobei an dem zwischen Drossel 34 und Anschluss T gelegenen Leitungsabschnitt eine zum Umschaltventil 33 führende Fühlleitung 35 angeschlossen ist.
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Mittels der Drossel 34 wird derjenige Fluidstrom eingestellt, der von dem großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 über die Anschlüsse A1 und T1 des Steuerventils 20 zum Tank 17 zu führen ist. Reicht der Querschnitt der Drossel 34 nicht mehr aus, den entsprechenden Fluidstrom durchzuleiten, wird in dem Leitungsabschnitt zwischen dem Anschluss T und der Drossel 34 ein entsprechender Druck aufgebaut, der über die Fühlleitung 35 abgegriffen und zur Steuerung dem druckabhängigen Umschaltventil 33 zugeleitet wird, so dass das Umschaltventil 33 gegen Federwirkung geöffnet wird und den zusätzlichen Weg zum Tank 17 über die Abfuhrleitung 32 freimacht.
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In 2 ist eine Weiterbildung des vorstehend zu 1 beschriebenen Steuerventils dargestellt, bei welchem nun eine Umschaltmöglichkeit von dem sogenannten Eilgang des Arbeitszylinders mit schnellerer Ausschubbewegung der Kolbenstange 11 auf einen Zustand mit hoher Haltekraft möglich ist. Wie im Stand der Technik grundsätzlich vorgegeben, muss dabei der kleine Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 durch eine Umschaltung zum Tank 17 hin entlastet werden, damit im kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 kein Druck mehr ansteht. Hierzu ist das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel derart weitergebildet, dass in die zwischen dem Anschluss A2 und dem großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 bestehende außenliegende Abfuhrleitung 22 eine Leitungsverzweigung 36 eingeschaltet ist, von der eine zum Tank 17 führende Abfuhrleitung 37 ihren Ausgang nimmt. Stromabwärts der Leitungsverzweigung 36 ist in die Anschlussleitung 22 ein Rückschlagventil 38 mit einer zum Arbeitszylinder 10 gerichteten Durchlassrichtung eingeschaltet, und es ist in die zum Tank führende Abfuhrleitung 37 ein extern ansteuerbares Sperrventil 39 zum hubunabhängigen Öffnen und Schließen der Verbindung vom Anschluss A2 zum Tank 17 eingeschaltet.
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In der sogenannten Eilgangsschaltung, also beim schnellen Vorfahren des Kolbens 12 in dem Arbeitszylinder 10 mit Ausschub der Kolbenstange 11, befindet sich das Sperrventil 39 in der Sperrstellung, so dass das aus dem kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 verdrängte Fluid vom Anschluss B über A2 und die Anschlussleitung 22 zum großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 strömt, wobei in dieser Fließrichtung sich das in die Leitung 22 eingeschaltete Rückschlagventil 38 jeweils öffnet. Soll nun auf die volle Haltekraft im Arbeitszylinder 10 umgeschaltet und insofern eine druckentlastende Verbindung des kleinen Hubraums 14 zum Tank 17 hergestellt werden, so wird das Sperrventil 39 in die Offen-Stellung geschaltet, so dass der Verbindungsweg von dem kleinen Hubraum 14 über den Anschluss B, den Anschluss A2, die Anschlussleitung 22 und die Abfuhrleitung 37 zum Tank 17 freigegeben ist. In dieser Stellung sperrt das Rückschlagventil 38 den Weg vom unter Pumpendruck stehenden Anschluss A1 und die Leitungen 15 und 22 ab, so dass hier eine Entlastung des Anschlusses A1 zum Tank 17 nicht möglich ist.
