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Die Erfindung betrifft eine hydraulische
Ventilanordnung mit einer Versorgungsanschlußanordnung, die einen Hochdruckanschluß und einen
Niederdruckanschluß aufweist,
einer Arbeitsanschlußanordnung,
die zwei Arbeitsanschlüsse
aufweist, einem Steuerventil, das zwischen der Versorgungsanschlußanordnung
und der Arbeitsanschlußanordnung
angeordnet ist, und einem Sperrventil für jeden Arbeitsanschluß, das zwischen
dem Steuerventil und dem jeweiligen Arbeitsanschluß angeordnet
ist und dessen Ventilelement mechanisch mit Hilfe eines Stößels aufsteuerbar
ist.
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Eine derartige hydraulische Ventilanordnung ist
aus
DE 40 28 887 A1 bekannt.
Dort wird der Stößel zum Öffnen des
jeweiligen Sperrventils über
eine Schrägfläche am Schieber
des Steuerventils betätigt. Durch
die Öffnung
des Sperrventils wird ein Rückführen des
Motors in ei nen nicht ausgelenkten oder ausgefahrenen Zustand auch
dann möglich,
wenn auf den Motor nur eine kleine Last wirkt, beispielsweise das
Eigengewicht, und diese Last so gering ist, daß sie den zum Aufsteuern des
Sperrventils über
irgendwelche Hilfsventile notwendigen Druck nicht aufbringen kann.
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Eine hydraulische Ventilanordnung
mit Sperrventilen ist hauptsächlich
für die
Montage auf Traktoren oder anderen Arbeitsmaschinen gedacht. Die
Sperrventile sollen dabei für
ein möglichst
tropfdichtes Verhalten sorgen, d.h. sie sollen den an die Arbeitsanschlußanordnung
angeschlossenen Motor in einer bestimmten Position halten, wenn
dies vom Steuerventil so eingestellt ist. Die Sperrventile werden
mit Hilfe eines Pilotdrucks geöffnet.
Dies geht beispielsweise aus
DE 199 31 142 A1 oder
199 19 015 A1 hervor. Allerdings
ist es hierfür
erforderlich, daß der
Motor einen ausreichenden Pilotdruck erzeugen kann.
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Bei doppelt wirkenden Motoren (oder
anderen Verbrauchern) ist dies in der Regel kein Problem, weil der
Motor dann, wenn er durch den Druck an einem Arbeitsanschluß in eine
Richtung bewegt wird, automatisch einen entsprechend großen Druck
am anderen Arbeitsanschluß erzeugt,
der dann wiederum die Sperrventile öffnen kann. Bei einfach wirkenden
Motoren trifft dies nicht zu. Da nur auf der einen Seite des Motors
Flüssigkeit
vorhanden ist, kann er nur in eine Richtung aktiviert werden. Um
wieder in eine Ausgangsstellung zurückkehren zu können, muß er in
die entgegengesetzte Richtung von einer Last beeinflußt werden.
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Man weiß im vorhinein im Grunde nie
sicher, welcher Verbraucher an die Ventilanordnung angeschlossen
werden soll. Die Ventilanordnung muß daher in der Lage sein, sowohl
bei zweiseitig wirkenden Motoren als auch bei einseitig wirkenden
Motoren die Sperrventile zu öffnen.
Wenn beispielsweise bei einem Traktor die Ackerschiene über die
Ventilanordnung angesteuert wird, auf der Ackerschiene aber kein
Gewicht ruht, dann gibt es kaum eine Last, um die Ackerschiene abzusenken.
Der Druck in der Tankleitung müßte nahezu
bei 0 bar liegen, was in der Regel relativ schwierig zu realisieren
ist.
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Man hat daher in
DE 40 28 887 A1 eine Zwangsöffnung der
Sperrventile vorgesehen. Wenn der Schieber des Steuerventils in
eine Richtung bewegt wird, dann stellt er zum einen die notwendigen hydraulischen
Verbindungen her, um den Motor in eine Richtung betreiben zu können. Gleichzeitig
wird das Sperrventil über
den Stößel und
den Schieber geöffnet,
um ein Ablaufen der Flüssigkeit
aus der gegenüberliegenden
Druckkammer des Motors zu ermöglichen.
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Diese Ausbildung hat jedoch einige
Nachteile. Zum einen wird eine relativ große Reibung zwischen dem Schieber
des Steuerventils und dem Stößel des
Sperrventils erzeugt, was beispielsweise dann von Nachteil ist,
wenn der Schieber elektrisch betätigt
werden soll. Darüber
hinaus ist bei dieser Ausgestaltung ein teilweise erheblicher Verschleiß zu beobachten,
der die Gefahr mit sich bringt, daß die Ventilanordnung auf Dauer
funktionsunfähig
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
Verwendung eines nur einseitig wirkenden Motors das der Versorgung
dienende Sperrventil zuverlässig
aufsteuern zu können.
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Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Ventilanordnung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Stößel auf seiner dem Ventilelement
abgewandten Seite in einem Druckraum endet, der mit Druck beaufschlagbar
ist.
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Durch die Druckbeaufschlagung des
Druckraumes wird der Stößel bewegt
und steuert dadurch das Ventilelement des Sperrventils auf. Dieses
Aufsteuern benötigt
also keine Umlenkung von mechanisch wirkenden Kräften mehr. Die Beaufschlagung des
Stößels erfolgt
hydraulisch. Hydraulische Drücke können aber
weitgehend verschleißfrei
auf den Stößel wirken.
Dementsprechend wird der Verschleiß klein gehalten und das Sperrventil
kann auch auf Dauer zuverlässig
auf gesteuert werden. Die Erzeugung eines Drucks auf den Stößel ist
vergleichsweise einfach. Ein erhöhter
Druck steht im System ohnehin zur Verfügung. Man muß diesen
Druck nur mit geeigneten Maßnahmen
auf die entsprechende Stirnseite des Stößels leiten.
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Hierbei ist bevorzugt, daß der Druckraum des
Stößels für ein Sperrventil
begrenzt ist durch das Ventilelement des jeweils anderen Sperrventils.
Mit dieser Ausgestaltung erreicht man, daß der Schieber des Steuerventils
(oder ein entsprechendes Ventilelement) lediglich so betätigt werden
muß, daß der Druck
zum zweiten Sperrventil geleitet wird, wenn das erste Sperrventil
aufgesteuert werden soll. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, die
Ventilanordnung wahlweise mit einem Motor zu betreiben, der an beiden
Arbeitsanschlüssen
angeordnet ist, oder mit einem Motor, der an nur einem Arbeitsanschluß angeordnet
ist und dementsprechend einseitig wirkt. Der freie Arbeitsanschluß muß bei dieser
Ausgestaltung lediglich verschlossen werden. Wenn man nun mit Hilfe
des Steuerventils den Druck zum an sich verschlossenen Arbeitsanschluß leitet,
dann wird dort zwar das Sperrventil aufgesteuert. Der Stößel wird
aber entsprechend bewegt, um auch das Sperrventil am anderen Arbeitsanschluß aufzusteuern. Das
Aufsteuern des Sperrventils am verschlossenen Arbeitsanschluß ist unkritisch,
weil die Hydraulikflüssigkeit
ohnehin nicht entweichen kann, unabhängig davon, ob das Sperrventil
geöffnet
ist oder nicht.
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Hierbei ist besonders bevorzugt,
daß für beide
Sperrventile ein gemeinsamer Stößel vorgesehen ist.
Der Stößel kann
dann sowohl das eine als auch das andere Sperrventil öffnen, wenn
der Druck am jeweils anderen Sperrventil anliegt. Die Verwendung eines
einzelnen Stößels vereinfacht
den Aufbau. Man hat darüber
hinaus den Vorteil, daß man
den einseitig wirkenden Motor im Grunde an jedem der beiden Arbeitsanschlüsse anschließen kann,
ohne daß die
Funktion der Ventilanordnung negativ beeinflußt wird.
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Vorzugsweise ist der Stößel kürzer als
der Abstand zwischen den Ventilelementen der beiden Sperrventile.
In einer Betriebsweise, in der beide Arbeitsanschlüsse mit
dem Motor verbunden sind, stört der
Stößel dann
nicht. Er ist zwar möglicherweise
so beaufschlagt, daß er
ein Sperrventil öffnet,
wenn das andere Sperrventil durch den Druck am Hochdruckanschluß geöffnet wird,
der durch das Steuerventil dorthin geleitet wird. In diesem Fall
ist das Öffnen
des anderen Sperrventils aber ohnehin erforderlich. Wenn der Stößel kürzer ist
als der Abstand zwischen den Ventilelementen der beiden Sperrventile,
gibt es auf jeden Fall eine Stellung, in der er beide Sperrventile
nicht beaufschlagt.
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Bevorzugterweise weisen das Ventilelement und/oder
der Stößel an ihrer
gemeinsamen Berührungsfläche mindestens
eine Ausformung auf, die das Vordringen von Flüssigkeit zwischen den Stößel und
das Ventilelement erlaubt. Damit ist sichergestellt, daß der Druck
auch auf die entsprechende Stirnseite des Stößels wirken kann, um den Stößel zu verlagern.
Der Stößel kann
im übrigen
relativ dünn sein.
Die auf den Stößel wirkende
Kraft muß lediglich ausreichen,
um eine Kraft zu überwinden,
die beispielsweise von einer Schließfeder auf das Ventilelement
des Sperrventils ausgeübt
wird. Eine derartige Ausformung kann beispielsweise eine Nut sein,
die in der Oberfläche
des Ventilelements des Sperrventils angeordnet ist. Sie kann auch
ein Vorsprung an der Stirnseite des Stößels sein. Andere Ausgestaltungen sind
denkbar und für
den Fachmann ohne weiteres auffindbar.
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Vorzugsweise weisen der Stößel und
die Ventilelemente der beiden Sperrventile eine gemeinsame Bewegungsachse
auf. Der Stößel und
die beiden Ventilelemente bewegen sich also entlang einer geraden
Linie. Dies hält
den Verschleiß klein.
Der Stößel wird
nur entlang seiner Bewegungsrichtung belastet. Die Führung des
Stößels im
Gehäuse
wird also nicht durch seitlich wirkende Kräfte belastet.
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Vorzugsweise ist der Druckraum mit
einer Leckölabführeinrichtung
verbindbar. Im Normalbetrieb wird der Stößel keinen Einfluß auf die
Ventilfunktion haben. Um jedoch vollständig sicherzustellen, daß nicht
unabsichtlich ein Druck an den Arbeitsanschlüssen aufgebaut werden kann,
der dann wieder den Stößel beeinflußt, ist
die Leckölabführeinrichtung vorgesehen, über die
eine entsprechend überschüssige Menge
an Hydraulikflüssigkeit
abgeführt
werden kann, bevor der Druck zu groß wird. Wenn das Steuerventil
in der Neutralstellung ist, dann sorgt die Leckölabführeinrichtung dafür, daß eine Leckage nicht
zu einem Druckaufbau an den Arbeitsanschlüssen führen kann.
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Hierbei ist bevorzugt, daß die Leckölabführeinrichtung
eine Blende aufweist, die eine Verbindung zum Niederdruckanschluß bildet.
Durch die Blende wird verhindert, daß bei einem gewollten Druckanstieg
in dem entsprechenden Druckraum zu viel hydraulische Flüssigkeit
abfließen
kann.
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Vorzugsweise ist die Blende in einer
Lastfühlleitung
angeordnet, die in Neutralstellung des Steuerventils mit dem Niederdruckanschluß verbunden
ist. Dies ist eine relativ einfache Ausgestaltung. Die Lastfühlleitung
ist ohnehin mit den Arbeitsanschlüssen verbunden. Dies ist erforderlich,
um den jeweils höchsten
im System vorkommenden Druck an die Pumpe oder eine damit verbundene
Steuereinrichtung zu melden. Man kann nun dieser Lastfühlleitung
eine zweite Funktion mitgeben. Sie dient nämlich dazu, kleinere Leckagemengen
von Hydraulikflüssigkeit
abzuführen.
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Vorzugsweise ist das Ventilelement
sowohl mechanisch mit dem Stößel als
auch hydraulisch aufsteuerbar. Die hydraulische Öffnung der Ventile wird typischerweise
bei großen
Drücken,
beispielsweise 10 bar bis 400 bar, und großen Durchflußmengen verwendet,
wo hingegen die mechanische Lösung bei
kleineren Drücken,
z. B. zwischen 0 und 10 bar und kleinen
Durchflußmengen
verwendet wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt
die
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einzige Fig. einen schematischen
Querschnitt durch eine hydraulische Ventilanordnung.
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Eine hydraulische Ventilanordnung 1 weist ein
Gehäuse 2 auf.
Im Gehäuse 2 sind
zwei Arbeitsanschlüsse
A, B vorgesehen, die zusammen eine Arbeitsanschlußanordnung
bilden. Ferner gibt es einen Hochdruckanschluß P und einen nicht näher dargestellten
Niederdruckanschluß,
die zusammen eine Versorgungsanschlußanordnung bilden. Zwischen der
Arbeitsanschlußanordnung
A, B und dem Versorgungsanschluß P
ist ein Steuerventil 3 angeordnet, das einen nur schematisch
dargestellten Schieber 4 aufweist, der in einer Bohrung 5 im
Gehäuse 2 unter der
Wirkung eines Antriebs b verschiebbar ist. Die Bohrung 5 weist
eine Reihe von Umfangsnuten 7–13 auf. Der Schieber 4 weist
eine Reihe von Umfangsnuten 14–19 auf. Durch eine Verschiebung
des Schiebers 4 lassen sich die Umfangsnuten 14–19 so positionieren,
daß bestimmte
benachbarte Umfangsnuten 7–13 in
der Bohrung 5 miteinander verbunden werden. Die Darstellung
des Schiebers 4 mit seinen Nuten 14–19 ist insofern nicht
maßstäblich. Da
aber die Ausbildung eines derartigen Steuerventils 3 mit einem
Schieber 4 in einer Bohrung an sich bekannt ist, wird auf
eine nähere
Erläuterung
verzichtet.
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Die Umfangsnut 7 steht über einen
Kanal 20 mit dem Ausgang eines Kompensationsventils 21 in Verbindung.
Der Eingang des Kompensationsventils 21 ist mit dem Hochdruckanschluß P verbunden.
Das Kompensationsventil 21, das auch als Druckwaage oder
Druckregler bezeichnet werden kann, stellt sicher, daß über das
Steuerventil 3 immer der gleiche Druckabfall herrscht.
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Das Steuerventil 3 steht über eine
erste Arbeitsleitung 22 mit dem Arbeitsanschluß A in Verbindung
und über
eine zweite Arbeitsleitung 23 mit dem Arbeitsanschluß B. In
der ersten Arbeitsleitung 22 ist ein erstes Sperrventil 24 angeordnet,
das ein Ventilelement 25 aufweist, das durch eine Druckfeder 26 in Anlage
an einem Ventilsitz 27 gehalten wird. Das Sperrventil 24 ist
durch einen Druck aufsteuerbar, der in der Arbeitsleitung 22 herrscht.
Voraussetzung dafür
ist, daß der
Druck in der Arbeitsleitung 22 so groß ist, daß er die Kraft der Druckfeder 26 überwindet. Natürlich gibt
es mehrere unterschiedliche Möglichkeiten
für die Öffnung der
Ventile 24 und 28. Man kann auch einen Teil des
Bereichs des Rückschlagventils
auf der Lastseite mit Niederdruck (auf der Federseite) verbinden
und gleichzeitig über
einen Differenzbereich die restliche Federkraft mit Hilfe des Lastdrucks überwinden.
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In ähnlicher Weise ist in der Arbeitsleitung 23 ein
Sperrventil 28 angeordnet, das ein Ventilelement 29 aufweist,
das durch eine Druckfeder 30 gegen einen Ventilsitz 31 gedrückt wird.
Das Ventilelement 29 kann vom Ventilsitz 31 abgehoben
werden, wenn der Druck in der zweiten Arbeitsleitung 23 groß genug
ist. Der Druck in den beiden Arbeitsleitungen 22, 23 wird durch
den Schieber 4 des Steuerventils 3 gesteuert.
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Dargestellt ist nun eine Betriebssituation,
in der lediglich am Arbeitsanschluß A ein einfach wirkender Motor 32 angeschlossen
ist. Der Motor 32 weist einen Druckraum 33 auf,
der von einem beweglichen Kolben 34 begrenzt ist. Wenn
die Arbeitsleitung 22 durch eine entsprechende Stellung
des Schiebers 4 des Steuerventils 3 unter Druck
gesetzt wird, dann wird das Sperrventil 24 aufgesteuert
und die Hydraulikflüssigkeit
aus der Arbeitsleitung 22 kann über den Arbeitsanschluß A in den
Druckraum 33 des Motors 32 fließen.
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Der andere Arbeitsanschluß B ist
verschlossen. Dies ist durch ein Rückschlagventil 35 symbolisiert.
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Eine Rückbewegung des Kolbens 34 unter Verkleinerung
des Druckraums 33 ist ohne weitere Maßnahmen nicht möglich. Wenn
der Druck in der Arbeitsleitung 22 absinkt, dann schließt das Sperrventil 24 und
der Arbeitsanschluß A
ist abgesperrt.
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Aus diesem Grunde ist zwischen den
beiden Ventilelementen 25, 29 ein Stößel 36 angeordnet,
der in einer Bohrung 37 im Gehäuse verschiebbar ist. Die Achse
der Bohrung und damit auch die Achse des Stößels 36 stimmt überein mit
der Achse 48 der Ventilelemente 25, 29 der
Sperrventile 24, 28.
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Die Arbeitsleitung 22 weist
vor dem Sperrventil 24 einen ersten Druckraum 38 auf.
Der Druck im ersten Druckraum 38 steuert die Öffnungsbewegung
des Ventilelements 25 des ersten Sperrventils 24.
In ähnlicher
Weise weist die zweite Arbeitsleitung 23 vor dem Sperrventil 28 einen
Druckraum 39 auf. Der Druck im Druckraum 39 steuert
die Öffnungsbewegung
des Ventilelements 29 des zweiten Sperrventils 28.
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Der Stößel 36 endet nun in
den beiden Druckräumen 38, 39.
Der Stößel 36 wird
durch den Druck in den beiden Druckräumen 38, 39 beaufschlagt.
Wenn der Druck im zweiten Druckraum 39 größer ist
als der Druck im ersten Druckraum 38, dann wird der Stößel 36 in
Richtung auf das Ventilelement 25 des ersten Sperrventils 24 verschoben. Wenn
der Druck im. zweiten Druckraum 39 ausreicht, um eine Kraft
zu erzeugen, die größer ist,
als die von der Druckfeder 26 ausgeübte Kraft auf das Ventilelement 25 des
ersten Sperrventils 24, dann ist der Stößel 36 in der Lage,
das Ventilelement 25 vom Ventilsitz 27 abzuheben
und dementsprechend eine Verbindung vom Arbeitsanschluß A zur
ersten Arbeitsleitung 22 freizugeben.
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Dies kann man nun ausnutzen, um den
Kolben 34 des Motors 32 abzusenken.
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Der Schieber 4 des Steuerventils 3 wird
so verschoben, daß der
Kanal 20 vom Kompensationsventil 21 verbunden
wird mit der zweiten Arbeitsleitung 23. Dementsprechend
baut sich ein Druck in der zweiten Druckkammer 39 auf,
der den Stößel 36 in Richtung
auf das Ventilelement 25 des ersten Sperrventils 24 verschiebt,
in der Zeichnung also nach links, und das Ventilelement 25 vom
Ventilsitz 27 gegen die Kraft der Druckfeder 26 abhebt.
Gleichzeitig hat der Schieber 4 eine Verbindung zwischen
der ersten Arbeitsleitung 22 und dem nicht näher dargestellten
Niederdruckanschluß,
der beispielsweise mit den beiden Nuten 10, 11 verbunden
sein kann, hergestellt, so daß die
Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckraum 33 des Motors 32 abfließen kann.
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Der Stößel 36 liegt in der
dargestellten Ruhestellung am Ventilelement 29 des zweiten
Sperrventils 28 an. Um sicherzustellen, daß Hydraulikflüssigkeit
zwischen das Ventilelement 29 und den Stößel 36 gelangen
kann, hat das Ventilelement 29 eine Ausformung 40,
im vorliegenden Fall eine Nut, in seiner Oberfläche. Diese Ausformung 40 muß nicht groß sein.
Sie muß nur
ausreichen, um einen Druck auf den Stößel 36 auszuüben, der
ausreicht, um den Stößel 36 vom
Ventilelement 29 abzuheben. Danach steht die gesamte Stirnfläche des
Stößels 36 für eine Druckbeaufschlagung
zur Verfügung.
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Die Länge des Stößels 36 ist kürzer als
der Abstand zwischen den beiden Ventilelementen 25, 29.
In der Ruhestellung ist es also durchaus möglich und auch vorgesehen,
daß die
beiden Sperrventile 24, 28 geschlossen sind.
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Wenn die Anschlußanordnung geändert wird,
beispielsweise ein zweiseitig wirksamer Motor an die beiden Arbeitsanschlüsse A, B
angeschlossen wird, dann ist der Stößel 36 in der Lage,
jeweils das Sperrventil 24, 28 zu öffnen, in
dessen Druckraum 38, 39 nicht genügend Druck
anliegt, um es zu öffnen.
Wenn beispielsweise der Arbeitsanschluß A unter Druck gesetzt werden
soll, dann steht ein entsprechender Druck in der ersten Arbeitsleitung 22 unter der
Steuerung des Schiebers 4 des Steuerventils 3 an.
Dieser Druck ist in der Lage, das Sperrventil 24 zu öffnen. Gleichzeitig
wird der Stößel 36 nach
rechts verschoben Band öffnet
das zweite Sperrventil 28, so daß Flüssigkeit aus dem Arbeitsanschluß B über die Arbeitsleitung 23 abfließen kann.
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Die Ventilanordnung 1 ist
also ohne weitere Umbaumaßnahmen
sowohl verwendbar, wenn ein nur einseitig wirkender Motor angeschlossen
ist, als auch, wenn ein zweiseitig wirkender Motor angeschlossen
ist.
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Im Normalbetrieb wird der Stößel 36 keinen Einfluß auf die
Ventilfunktion haben. Um jedoch vollständig dagegen zu sichern, daß sich nicht
unbeabsichtigt ein Druck in den Arbeitsleitungen 22, 23 oder den
Arbeitsanschlüssen
A, B aufbauen kann, der die Sperrventile 24, 28 öffnen könnte, sind
die Arbeitsanschlüsse
A, B über
Leitungen 41, 42 mit einem Lastfühl-Anschluß LS verbunden.
Allerdings ist in dieser Verbindung eine Blende 43, 44 für jeden
Arbeitsanschluß A,
B vorgesehen. Über
diese Blenden 43, 44 kann eine Leckageflüssigkeit,
die in der Neutralstellung des Schiebers 4 im Gehäuse 2 in
eine oder beide der Arbeitsleitungen 22, 23 gelangt,
abfließen.
Die LS-Leitung ist in der Neutralstellung des Schiebers 4 mit
dem Niederdruckanschluß verbunden.
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Natürlich sind auch andere Möglichkeiten der
Leckageflüssigkeit-Abfuhr
möglich,
sofern dabei sichergestellt ist, daß in der ausgelenkten Stellung des
Schiebers 4, in der eine entsprechende Menge an Hydraulikflüssigkeit
unter Druck zu einem der beiden Arbeitsanschlüsse A, B fließen soll,
nicht zu viel Flüssigkeit
ungenutzt abfließt.