DE1922850A1

DE1922850A1 - Ventilsteuervorrichtung fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1922850A1
Application number: DE19691922850
Authority: DE
Inventors: Warwicker Peter Griggs
Original assignee: Bryce Berger Ltd
Current assignee: Bryce Berger Ltd
Priority date: 1968-05-06
Filing date: 1969-05-05
Publication date: 1970-01-22
Also published as: DE6918188U; GB1262075A; FR2007916A1

Description

BRYCE BERGiJR LIMITED Hucclecote, Gloucester (Großbritannien)

Ventilsteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils oder mehrerer Ventile einer Brennkraftmaschine.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Vorrichtung in einfacher und zweckmäßiger Form zu schaffen.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Akkumulator zur Druckmittelspeicherung, Mittel zur Beschickung des Akkumulators, eine druokmittelbetä^tigbare Einrichtung zum Stellen eines Motorventils und eine syriohron zum Motor arbeitende Steuereinrichtung zur Steuerung des Druckmittelflusses vom Akkumulator zur druckmittelbetätigbaren Einrichtung auf.

Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und einiger Varianten dieses Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind ι

Fig, 1 eine Sehnittdaretellung duroh tin Äusführungabeispiel einer Torrichtung gem. der Erfindung,

fig« 2 eine Variant· eines Seils der in fig· 1 gezeigten

Vorrichtung»
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Pig. 3 eine weitere Variante eines Teils der in Pig. 1 gezeigten Vorrichtung, und

Pig. 4 eine Variante der in Fig. 3 gezeigten Anordnung.

Gern, Fig. 1 wird ein einziges Ventil 1o einer Brennkraftmaschine durch eine Vorrichtung betätigt, die eine draekmittelbetätigbare Einrichtung 11 zur Betätigung des Ventils aufweist. Zu dieser Einrichtung gehört ein Kolben 12, der in einem Zylinder 13 verschiebbar ist. Der Zylinder ist am Motor befestigt. Ein Ende H des Kolbens 12 hat einen kleineren Durchmesser und erstreckt sich durch eine Öffnung in der angrenzenden Stirnwand des Zylinders. Dieses Ende des Kolbens lie^t an dex Ventilschaft an. Der Ventilschaft ist durch eine Feder in dia geschlossene Stellung vorgespannt. An diesen Ende des Zylinders ist in der Wand eine Öffnun_o 15 vorgesehen, die mit einem Ablauf über ein federvorgespanntes Ventil 16 in Verbindung steht, das zum öffnen eingerichtet ist, wenn beim Abwärtshub des Kolbens das Druckmittel durch die Öffnung 15 gedrückt wird. Ferner ist in dem Ventil 16 eine Drosselöffnung 13 vorgesehen, die den Druckmittelfluß in den Zylinder 13 drosselt. Die Lage der Off-" nung 15 ist so vorgesehen, daß sie vom Kolben 12 abgedeckt wird, wenn er sich in Richtung auf dieses Ende des Zylinders bewegt. Das andere Ende des Zylinders 13 steht mit einer Druckmittel zuleitung 13 in Verbindung. Die Zuleitung von Druckmittel zu dieser Zuleitung und der Austritt von Druckmittel aus dieser Zuleitung wird durch eine Steuereinrichtung 2o gesteuert, die synchron zum Motor arbeitet.

Die Steuereinrichtung weist einen Ventilschieber 21 auf, der axial innerhalb eines Ventilgehäuses 22 verschiebbar ist. Der Yentilaehieber ist durch eine Sehraub druckfeder in einer Sichtung Yorgespannt und durch eine Stellstange 24 in entgegenge- »«t st er Sichtung bewegbar, die-bequem durch eine Socke einer vom Motor angetriebenen Hockenwelle gesteuert ist, Das Ventilgehäuse weist eine Bohrung auf, in der der Ventil schieber verschiebbar

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i~t. Zwischen de /ι Enäen der Bohrung isst eine erste Ausnehmung 25 vorgesehen, die in Verbindung mit aer Zuleitung 19 steht. Auf gegenüberliegende.! Seite:i der erster) Ausnehmung 25 befinden sich im Abst?i-d dazu eine zweite 26 und eine dritte Ausnehmung 27, di·"- mit einer Druckmittel zuleitung bzw. mit dem Ableuf 17 in Veroindung steht. Der Veirtilschieber iet mit einer einzigen Nut versehen, durcL die die Ausnehmung 25 in Verbindung entweder nit aer Ausnehmung 26 o3er mit der Ausnehmung 27 gebrachtwerden κετιη. Die Ausnehmung 25 wird in eine Verbindung mit der Ausnehmung 27 während der Bewegung des Ventilscbiebers 21 unter der Wirkung der Feder gebracht. Die Länge der Hut am Ventilschicber ist dabei derart vorgesehen, daß die erste Ausnehmung in keiner. Pail in eine gleichzeitige Verbindung nit den beiden anderen Ausnehmungen, gebracht werden kann.

Die Ausnehmung 26 steht mit einex Akkumulator 28 in Verbindung, der Druckmittel speichert. Der Akkumulator wird mit Druckmittel durch eine beliebige Einrichtung 29 versorgt, beispielsweise durch eine vom iiotor angetriebene Pumpe. Die Pumpe arbeitet dabei derart, daß der Akkumulator während eines erheblichen Teils des Arbeitstakts des Motors mit Druckmittel versorgt wird.

Im Betrieb bei einer Lage des VentilSchiebers 21 zur Herstellung einer Verbindung zwischen der ersten Ausnehmung 25 und der dritten Ausnehmung 27 hält die Feder des Ventils 1o das Ventil in der geschlossenen Stellung. Bei Bewegung des VentilSchiebers durch die Stellstange 24 in dessen Alternativstellung wird die Ausnehmung 25 in Verbindung mit der Ausnehmung 26 gebracht, und dabei fließt Druckmittel vom Akkumulator durch, die Zuleitung 19 in den den Kolben enthaltenden Zylinder. Der Druck reicht aus, um durch den Kolben das Ventil in Richtung auf die geöffnete Stellung gegen die Wirkung der Ventilfeder zu bewegen. Gegen Ende der Bewegung des Kolbens wird die Öffnung 15 progressiv geschlossen, um damit den Kolben und das Ventil zu bremsen. Wenn die Öffnung vollständig geschlossen ist, entsteht eine hydraulische Sperre, und der Kolben bleibt in dieser Stellung,

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um damit das Ventil in der geöffneten Stellung zu halten, bis der Ventilecliieber in dessen Alternativstellung bewegt wird. Wenn das geschieht, drückt die Ventilfeder das Ventil und den Kolter in umfe.iehrter Richtung, bis das Ventil geschlossen ist* Die Geschwindigkeit dieser Bewegung kenn darcL eine Drosselstelle j5o festgelegt werden, die in einer Verbindung vorgesehen ist, welche zwischen dem Ablauf und der Ausnehmung 27 geschaltet iito Während der Kücl::fIhrbewegung des Kolbens kenn sie": ein Hohlraum in de..; Teil des Zylinders bilden, der das schmalere Ende des Kolbeus umgibt. Dieser Hohlraum wird beseitigt, wenn ausreichend Zeit zur Verfugung steht, und zwar we-.;en des Durchf ließ ens des Druckmittels durch die Drosselöffnung in de:.i federbelastet en Ventil.

Der Ventilschieber 21 i.jt im wesentlichen druckkompensiert, so dpi: die zu dessen Betätigung erforderliche Kraft außerordentlich klein im Vergleich zur normalen Kraft ist, die benötigt wird, um das Ventil ge,;;en die Kraft seiner Feder zu öffnen. Ferner werden auf Grund der Tatsache, daß die den Akkumulator 28 beschickende Einrichtung 29 Druckmittel während einis erheblichen Teils des Arbeitstakts des Motors zuleitet, die auf Grand der Betätigung des Ventiltriebs auftretenden Spitzenlasten durch eine kontinuierlichere und niedrigere 'Belastung ersetzt. Gegebenenfalls kann eine Drosselstelle 31 in der Leitung vorgesehen sein, die den Akkumulator mit der Ausnehmung 26 verbindet. Dadurch kann die Gesarutgeschwindigkeit gesteuert werden, mit der das Ventil geöffnet wird. Alternativ ka.in der Druck des zum Akkumulator zugeleiteten Druckmittels variiert werden, um der. gleichen Effekt zu erzielen. Ferner kann eine weitere Drosselstelle 32 zwischen dem Akkumulator und der Einrichtung 29 vorgesehen sein, so daß keine nennenswerte Erhöhung im Fließen des Druckmittels von der Einrichtung erfolgt, während das Ventil geöffnet wird.

Gegebenenfalls kann gem. der Darstellung in Fig. 2 der Kolben 12 mit einem Vorsprung an seinem Ende versehen sein, das durch

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das Druckmittel beaufschlagt wird, um eine Kammer 33 zu bilder;, aus der während der Rückführbewegunc des Ventils 1o unter der Wirkung der Ventilfeder Druckmittel austritt. Der Austritt des Druckmittels aus dieser Kammer erfolgt durch Nuten 34, dis •in dem Vorsprung ein^eformt sind« Diese Nuten können in jeder geeigneten Weise geformt sein, um die Bewegung des Ventils in Richtung auf die geschlossene Stellung zu steuern.

Gem. der Darstellung in Fi~. 3 gehört zur Einrichtung 29 eine Pumpe 4o, die Druckmittel zum Akkumulator 23 leitet. Dabei handelt es sich um eine Hubkolbenpumpe, die normalerweise dazu verwendet wird, flüssigen Kraftstoff zur Einspritzdüse eines Eigenzündungsnotors zuzuleiten. Die Pumpe hat einen Druckmittel-Saugkanal 42. Der Kolben 41 ist in seiner v/inkellage verstellbar, um mit jedem Hub eine Änderung der durch die Pumpe geförderten Druckmittelmenge zu ermöglichen. Durch diese Anordnung steigt bei einer bestimmten Winkelstellung des Kolbens der Druck im Akkumulator 28 um einen, bestimmten Wert an, nachde.;: das Ventil 2o geöffnet worden ist. Die Betätigung der Pumpe erfolgt durch eine Nooke an einer den Motor zugeordneten nockenwelle, und die Pumpbewegung des Kolbens erfolgt während eines erheblichen Teils des Arbeitstaktes des Motors. Ferner ist ein Steuerventil 43 in die Leitung zwischen dem Akkumulator 28 und der Ausnehmung 26 des Ventilijehäuses eingeschaltet, das auf den Druck im Akkumulator anspricht. Das Steuerventil weist einen abgesetzten Kolben 44 auf, der in einer absprechend abgestuften Bohrung 45 verschiebbar ist. Das größere Jände des Kolbens wird von einem Steuerdruck über eine Leitung 46 beaufschlagt, und das kleinere Inde der Bohrung steht mit den Akkumulator in Verbindung. Am kleineren Ende der Bohrung ist eine Öffnung 47 vorgesehen, die in Verbindung mit der Ausnehmung 26 steht und die durch das kleinere Ende des abgestuften Kolbens 44 vollständig abgedeckt werden kann. Vor der Betätigung des Ventilschiebers zum öffnen des Motorventils reicht die auf das kleinere Ende des Kolbens durch den Druck innerhalb des Akkumulators ausgeübte Kraft aus, um die auf das größere Ende des Kolbens durch den

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Steuerdruck ausgeübte Kraft zu überwinden. Die PoI^e davon ist", daß der Kolben a:u £;ro^eren ünie der abgestuften Bohr on ■ reLel·- ten wird und daS die öffnung aia kleineren Teil der Bohrung vollständig geöffnet ist.

Wenn das Ventil 2o betätigt wird, geschieht das, was bereits beschrieben worden ist, jedo.jh fällt auf Grund des Herausfliesseü3 von Druckmittel aus dem Akkumulator der Druck des Druck- . mittels ;iarin ab, und es wird schließlich ein Punkt erreicht, bei dem sich der abgestufte Kolben 44 in Richtung auf das kleinere üinle der Bohrung bewe;;t, um dar.it dia Off-.ung 47 in der Wand a.u kleinere^ Teil zu schließen. Von da sii fließt kein weiteres Druckmittel in den Bef.'.tit;.r.^ozylinier für das 'j'iotorven— til, und des Ventil bewegt sich nicht weiter. In dieser Stellung bleibt das L-iotorve^til, solange die erste Ausnehmung 25 und die zweite Ausnehmung 26 im Ventilgehäuse miteinander in Verbindung· stehen. Sobald der Ventilsc! ieber in die Alternativstellung bewegt wird, schließt sich ger.;. der Beschreiben " das iviotorventil. Kurz n- chde.r, das resci.ehen ist, fördert dio Pumpe erneut Druclnnittel zum Akkumulator, so da3 sich der abgestufte Kolben zum größeren cinde der Bohrung be.vegt, wo er a^f den nächsten Arbeitstakt wartet. Das lls.2, um das das iiOtorventil 1o geöffnet wird, hängt von der Druekmitteliaenge ab, die von der Pumpe gefördert wi^d. D^s xznn bei laufendem Motor geiiniert werden, indeir, lediglich die »Vinkeleinstellung des Kolter.s 41 geändert wird. Die ^eschwindirkeit, mit der das ilotorventil 1o geöffnet wird, wird dadurch gesteuert, da2 die Druckbeaufschlagun™ auf das gr'i3ere EnJe des abgestuften Kolbens gesteuert wird. Durch Steuerung des Abbremsens des abgestuften Kolbens 44 bei dessen Bewegung zum Schließen der öffnung 47, die mit der Z7'eiten Ausnehmung in Verbindung steht, kann ferner das Abbremsen des Motorventils gesteuert werden. Das Abbremsen des abgestuften Kolbens kann durch Regulieren der Abflieögeschwindigkeit des Druclanittels aus der Kammer 48 gesteuert werden, die zwischen dem Absatz der abgestuften Bohrung und des gröSeren Teil des Kolbens gebildet ist. Zweckmäßigerweise wird die

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Abflieiii-eschwindigkeit durch Zusammenwirken der Kante des breiterer. Teils des KoItens mit einer Ablauf öffnung 49 gesteuert, di?. von der Bohrung pm Absatz wegführt.

ein Entstehen von ^ef^hrlich hohe.; Drücken in der Vorrichtung fr""¹* den Fall zu verhindern, dal'.- die von der Pumpe geförderte DrviClnnitteinlenke größer als die zur Betätigung des Motorventils i^t, ict ein Überdruckventil 5o an der Druckseite der Pumpe 43 vorgesehen.

In einer Abwandlung dieser Variante sind der Akkumulator und das Ste\3 3rventil zu einer Einheit zusaiunengef aßt. Gemäß der Darstellung in Fij. 4 umfa;3t di ?s Einheit 51 einen abgestuften Kolben 52 > der in einer e:rts:.rechrnd abgestuften Bohrung 53 verschiebbar iat. In größsreii Teil der Bohrung befindeu sich auf den Kolben einwirkende Federmittel, die den Kolben in Richtung auf das kleinere Ende der Bohrung drücken. Bei den Federmitteln kann es sich gem. der Darstellung um eine Schraubendruckfeder 54 hinleln, oder alternativ kann ein kompressibles Medium vorgesehen sein, beis_ielsweise Druckluft. Das kleinere Ende der abgestuften Bohrung 53 befindet sich in stündiger Verbindung mit der z-.eiten Ausnehmung des Ventils 2o. Eine Anzahl axi-rl er Futen ?>· erstrecken sich vom kleineren Ende des Kolbens bis zu einer Stelle an größerer. Teil des Kolbens. Diese Nuten dienen dasu, das kleinere Ende der Bohrung in Verbindung mit des Raum 55 zu bringen, der sich zwischen de:n Absatz in der Bohrung und de-c größeren Teil des Kolbens befindet. Dieser Raum steht in Verbindung mit der Druckseite der Pumpe 4o.

Im Betrieb bei Förderun™ von Druclimittel durch die Pumpe wird der Kolben 52 In iiichtung avif das größere Ende des Zylinders gegen die Wirkung der Federmittel bewegt, und das Druckmittel wird in dem Raum 55 gespeichert. Bei Betätigung des Schieber-Ventils strömt das Druckmittel aus diesem Raum durch die Nuten 54 zum kleineren Ende der Bohrung und zur zweiten Ausnehmung. Beim Offnen des Ventils 2o füllt der Druck in dem Raum 55 ab,

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und der Kolben wird durcli die Federmittel bewegt, bis die Entern der Nuten am größeren Teil des Kolbens durch den Absatz in der Bohrang abgedeckt sind. Dadurch wird die Zuförderung von Brücke mittel zum Betätigun^szylinder für das Motorventil unterbrochen,; und das Motorventil 1o bleibt in der geöffneten Stellung, bis das Schieberventil 2o verstellt wird, um das Ausströmen von Druckmittel gem, der vorangegangenen Beschreibung zu ermöglichen. Durch entsprechende Formgebung der Nuten ü>6 am kleineren Teil des Kolbens laut sich die Geschwindigkeit steuern, mit der der abgestufte Kolben abgebremst wird, und damit laut sich auck die Abbremsgeschwindigkeit des Motorventils steuern, während es_: sich auf seine geöffnete Stellung zu bewegt.

Das Schieberventil wird gem. der vorangegangenen Beschreibung durch eine Stellstange gesteuert, die von einer Nooke an einervom Motor angetriebenen Nockenwelle bewegt wird. Ebensogut kani* jedoch das Schieberventil 2o auch hydraulisch, pneumatisch oder.elektromagnetisch synchron zum Motor angetrieben werden. Ferner kann die beschriebene Vorrichtung einer Kraftspeieher-? Kraftstoffeinspritzanlage zugeordnet sein. Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, eine einzige Pumpe und einen einzi&eii. Akkumulator für beide Systeme vorzusehen, wobei eine gemeinsame. Steuereinrichtung vorhanden ist.

Patentanepjplicne j

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Claims

ν·1· !Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils oder mehrerer

\ / Ventile einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch

einen Akkumulator (28) zur Druckmittelspeicherung, Mittel (29) zur Beschickung des Akkumulators (28), eine druckmittelbetätigbare Einrichtung (11) zum Stellen eines Motorventils (1o) und eine synchron zum Motor arbeitende Steuereinrichtung (2o) zur Steuerung des Druckmittelflusses vom Akkumulator (28) zur druckmittelbetätigbaren Einrichtung (11).

2« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckmittelbetätigbare Einrichtung (11) einen in einem entsprechenden Zylinder (13) verschiebbaren abgestuften Zylinder (12) aufweist, wobei der zwischen der Abstufung des Kolbens (12) und der Abstufung des Zylinders (13) gebildete Raum in Verbindung mit einem Ablauf (17) über eine in die Wand am schmaleren Ende des Zylinders (13) vorgesehene Öffnung (15) steht .und wobei die Öffnung (15) so angeordnet ist, daß sie vom Kolben (12) bei seiner Annäherung an sein Hubende zur Erzeugung^einer hydraulischen Sperre abgedeckt wird, mittels derer die Bewegung des Kolbens (12) in einer festgelegten Lage beendet wird·

3. Vorrichtung naoh Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Einwegeventil (16)i über daa die Öffnung (15) mit dem Ablauf (17) in Verbindung steht und das durch Druckmittelbeaufsehlagung bei einer Bewegung des Kolbens (12) zum Öffnen des Motorventils (1ο) in die geöffnete Stellung bewegbar ist, wobei eine Drosselöffnuxig (18) vorgesehen ist, durch die Druckmittel während der Schließbewegung des Ventils-(to) gedrosselt dem genannten Raum zuleitbar ist»

4. Vorrichtung naoh Anspruch t, 2 oder 3» daduroh gekennzeichnet _t daS di« St euereinriohtuiag (2o) ein kräftekompeneiertes,

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vom Motor arigetri-be-ies Schi-berventil ist, das so betätigbar ist, daß das größere Ende des Zylinders (13) zum Öffnen des Ventils (io) in einer Verbindung mit deji Akkumulator (28) oder in einer· Verbindung mit dem Auflauf. (17) zum Schließen des Ventils (io) bringbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Drosselstelle (3o), durch die Druckmittel vom größeren Ende des Zylinders (13) zum Abiruf (17) fließt, wobei die Drossalstelle (3o) hinter de.. Schieberventil (2o) sne-eordnet ist.

6. Vorrichtung nach Ans^rucn 5» gekennzeichnet durch eine weitere dem Schieberventil (2o) vorgeschaltete Drosselstelle (31 )> durch die Druckmittel von Akkumulator (23) zum grösseren Ende des Zylinders (13) fließt und die zum-Begrenzen der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens (12) zum Öffnen des Motorventils (1o) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das größere Ende des Kolbens (12) axt einem Vorsprung versehen ist, der bei der Bewegung des Kolbens (12) in Richtung auf das größere Ende des Zylinders (13) in den Einlauf zum Zylinder (13) eintritt und der Nuten (34) aufweist, die derart geformt sind, daß das Ausströmen von Druckmittel aus dem größeren Ende des Zylinders (13) gedrosselt wird und damit die Schließgeschwindigkeit des Motorventils (io) gesteuert wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, da3 die Mittel zur Beschickung des Akkumulators (28) eine von den Motor angetriebene Pumpe (4o) sind. -

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Pumpe (4o) um eine Verdrängerpumpe mit veränderlicher Verdrängung handelt und daß ein Steuerventil (43) zwischen dem Akkumulator (28) und dir Steuereinrichtung (2o^ geschaltet ist, daß zum Absperren der Druekmittelzuleitung zur druckmittelbetätigbaren Einrichtung (11) bei

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Absinken des Drucks im Akkumulator (2B) auf einen Soll- . wert während der Zuleitung des Draclimittels zur drucionittelbet^;'tigbare2 Einrichtung (11) vor gesell er; ist, wotei die Verdrängung der Pumpe (4c) zur Bestimmung des Öffnungsmasses des Motorventils (io) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nech Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (43) einen in einer entsprechenden Bohrung (45) verschiebbaren abgestufter,. Kolben (44) aufweist, dessen schmaleres Ende als Ventil zur Steuerung des Druckmittelzuflusses zur dr^ckmittelbetätigbaren Einrichtung (11) vorgesehen ist und vom Druck innerhalb des Akkumulators (23) derart beaufschlagt χε-t, da£ eine in Richtung auf das größere Ende der Bohrung (45) wirkende Kraft auf de ^ Kolben (44) ausgeübt wird, wobei das größere Ende des Kolbens (44).durch einen Steuerdruck beaufschlagt ist, der zur Steuerung der Öffnungsg-eschwindigkeit des Motorventils (io) einstellbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1c, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmgeschwindigkeit von Druckmittel aus dem zwischen der Abstufung in der Bohrung (45) und der Abstufung am Kolben (44) gebildeten Raum (48) steuerbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch β, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkuiaul&tor zu einer Einheit (51) mit einem Steuerven-

. til zusammengefaßt ist, wobei das Steuerventil zum Absperpen der Bruckmittelzuleitung zur druckmittelbetätigbaren Einrichtung (11) bei Abfall des Akkumulatordrucks auf einen Sollwert während der Zuleitung von Druckmittel zur druckmittelbetätigbaren Einrichtung (11) vorgesehen ist, wobei die Verdrängung der Pumpe (4o) zur Bestimmung des Maßes der Öffnung des Motorventils (io) vorgesehen ist.

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