DE2104362A1

DE2104362A1 - Druckventil fuer hydraulische anlagen

Info

Publication number: DE2104362A1
Application number: DE19712104362
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. Schwing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-01-30
Filing date: 1971-01-30
Publication date: 1972-08-10
Also published as: DE2104362B2

Description

8. Jan. 1971

Dipl.-Ing. !Friedrich Schwing, 468 Wanne-Eiekel, Rathausstr.

"Druckventil für hydraulische Anlagen"

Die Erfindung "betrifft ein Druckventil für hydraulische Anlagen, bei dem ein Ventilkörper von einer Schließfeder in Schließrichtung und von dem Systemdruck in Öffnungsrichtung belastet ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Druokventile für ölhydraulische Anlagen, in denen der Systemdruck auf einen bestimmten Maximalwert begrenzt werden soll.

Insbesondere in den letztgenannten Anlagen liegen die maximalen Systemdrücke in Größenordnungen, welche bei plötzlichen Druckanstiegen oder Überschreitungen der zulässigen Höchstdrücke erhebliche Gefahren für die in der Anlage vorhandenen leitungen und Stellglieder heraufbeschwören. Soll der zulässige Höchstdruck des Systems mit Hilfe eines Druckbegrenzungsventils in einem Teil oder in der ganzen Anlage begrenzt werden, so muß dementsprechend nicht nur Druckmedium beim Anstieg des Systemdruckes auf den zulässigen Höchstwert rechtzeitig abgelassen werden, sondern es muß auch ein zu plötzlicher Druckanstieg in der Anlage verhindert werden.

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Es sind Druckventile bekannt, bei denen die auf den Ventilkörper wirkende Schließfeder auf den zulässigen Maximaldruck in dem System vorgespannt ist. Solche Ventile haben den !fachteil, daß sie erst bei Erreichen des Höchstdruckes öffnen und sich sogar eine höhere Druckspitze ergibt, die umso höher anfällt, je schneller der Druckanstieg im System erfolgt. Dadurch kommt es in der Regel zu erheblichen dynamischen Belastungen, sobald der Widerstand im System plötzlich anwächst. Vom Anwachsen des Widerstandes hängt nämlich die Geschwindigkeit des Druckanstieges ab.

Wenn z.B. der hydraulische Schwenkantrieb eines Baggers betätigt wird, führt das im mechanischen Getriebe vorhandene Spiel zu einem anfänglich geringen Widerstand im hydraulischen System, der den hydraulischen Antrieb schnell anlaufen läßt. Nach Erschöpfung des mechanischen Spieles hat der hydraulische Antrieb das Getriebe bereits auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Die hohe kinetische Energie des Getriebes überträgt sich dann schlagartig über das Ritzel auf die Verzahnung der Drehverbindung. Anschließend entsteht eine weitere Belastungsspitze, die infolge der Trägheit der üblichen Druckventile noch über den konstanten Einstellwert des Ventils hinausgeht.

Es ist bekannt, zur Vermeidung solcher Belastungsspitzen in das hydraulische System Druckspeicher einzubauen. Solche Druckspeicher bedeuten jedoch einen erheblichen technischen Aufwand, weil sie die flüssigkeitssäule des Systeas mit Hilfe von Gasdruckpolstern oder -federn zusätzlich dämpfen. Außerdem stellen solche Speicher, sofern sie Gasdruckpolster verwenden, unter Umständen einen nennenswerten Gefahrenfaktor dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckventil zu schaffen, das auf hydraulischem Wege automatisch den öffnungs-

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druck des Ventilkörpers, beginnend mit beliebig niedrigen Ailfangsdrücken und einer beliebig wählbaren Zeit allmählich auf den dem Widerstand entsprechenden Systemdruck spannt, so daß ein plötzliches Ansteigen des Widerstandes nicht zu einem scharfen Druckanstieg im System führt und so die damit verbundenen Belastungsspitzen ausgeschaltet werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich die Schließfeder auf einem beweglichen und mit einem Steuerdruck in Schließrichtung belasteten Spannkolben abstützt, dessen statisch wirksame fläche größer als die mit dem Systemdruck belastete m statisch wirksame fläche des Schließkörpers ist, und daß der auf den Spannkolben wirkende Steuerdruck von einer Steuerleitung aufgebracht wird, mit der der Systemdruck angezapft ist und in die zur Einstellung der Spannkolbengeschwindigkeit, der die Geschwindigkeit der Druckänderung entspricht, eine Vorrichtung zur Durchflußmengenbegrenzung eingebaut ist.

Durch die Erfindung wird die Schließfeder des Ventilkörpers mit dem Systemdruck vorgespannt, jedoch nur im statischen Zustand des Systems voll mit dem Systemdruck belastet. In allen anderen Zuständen des Systems wird die Geschwindigkeit des Druckanstieges durch die Durchflußmengenbegrenzung beeinflußt. Dadurch wird er- \ reicht, daß je nach Einstellung des neuen Druckbegrenzungsven- w tils dessen öffnungsdruck unmittelbar vom Widerstand des Systems abhängt, also etwa um einen bestimmten Prozentsatz, z.B. 10% Über dem durch einen bestimmten Widerstand bedingten Systemdruck liegt. Wächst dieser Widerstand und damit der Druck im System an, so wächst auch der öffnungsdruck des Ventils entsprechend. Steigt der Widerstand plötzlich an, so öffnet das Druckbegrenzungsventil und stellt sich erst nach einer mit Hilfe der Durchflußmengenbegrenzung vorgewählten Geschwindigkeit auf den neuen Systemdruck ein.

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Der Vorteil eines solchen Druckbegrenzungsventils besteht darin, daß sein Öffnungsdruck auch wieder automatisch auf den Anfangswert zurückfällt, sofern dazu eine verhältnismäßig geringe Zeitspanne zur Verfügung steht. Dadurch wird im Ergebnis eine definierte Druckänderungsgeschwindigkeit am Druckventil erreicht. Dies geschieht mit außerordentlich einfachen Mitteln, so daß die praktische Verwendung des neuen Druckventils keinen nennenswerten Mehraufwand in insbesondere ölhydraulischen Anlagen dar-• stellt, die bisher nur mit den üblichen Sicherheitsventilen ausgerüstet sind.

In der Regel sind direkt gesteuerte Druckbegrenzungsventile kleine Baukörper, so daß eine sehr kleine Ölmenge einen erheblichen Kolbenweg des Spannkolbens bewirkt. Daher empfiehlt es sich, zur Vergrößerung der von der Durchflußmengenbegrenzung gesteuerten Durchflußmenge den Spannkolben mit einem mit dem Systemdruck belasteten Druckkolben zu verbinden, dessen belastete Fläche größer als die des Spannkolbens ist. Die Steuerleitung, in die nach obigem die Vorrichtung zur Durchflußmengenbegrenzung eingebaut ist, führt dann in eine der beiden Druckräume des Spannkolbens. Je nachdem, ob die Durchflußmengenbegrenzung in die Steuerleitung zum entstehenden Hingraum oder zum Kolbenraum eingebaut ist, wirkt diese während des Spannvorganges als Ab- oder Zulaufdrossel. Die ölmenge, die durch die Durchflußmengenbegrenzung fließt, ist in jedem Falle größer als die insgesamt durch die Steuerleitung zufließende Menge.

Es hat sich ferner bewährt, den maximalen Druck, mit dem die Schließfeder den Ventilkörper belastet, durch einen Anschlag, der die Bewegung des Spannkolbens im Schließsinne des Ventilkörpers begrenzt, festzulegen. Ein solcher Anschlag kann mit einem den Spannkolben umgebenden und im Gehäuse des Ventils festgelegten Hing gebildet werden, dem sich am Ende des Spannkolbenweges der Druckkolben anlegt.

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Um den Mindestdruck im System einstellen zu können, ist es ausserdem zweckmäßig, einen verstellbaren Anschlag zur Begrenzung der Spannkolbenbewegung, die in der Öffnungsrichtung des Ventilkörpers abläuft, vorzusehen. Auch dieser Anschlag kann auf den Druckkolben wirken.

Ferner ist es zweckmäßig, die Vorrichtung zur Durchflußmengenbegrenzung mit einer Einrichtung auszustatten, welche die Verstellung der Durchflußmenge ermöglicht.

Die Erfindung betrifft auch die Anwendung des neuen Druckbegrenzungsventiles auf die Steuerung des hydraulischen Antriebsmediums von Arbeitszylindern, die zum Antrieb von Kolbenpumpen, insbesondere für die förderung von Beton verwendet werden und die über getrennte Versorgungsleitungen abwechselnd mit Hilfe eines Mehrwegeventiles mit dem von einer Antriebspumpe gelieferten Druck oder einem Rücklauf verbunden sind, wobei gegebenenfalls zwischen der Antriebspumpe und dem Mehrwegeventil ein Höchstdruckventil angeordnet ist.

In der Praxis der bekannten Steuerungen dieser Art ist das Höchstdruckventil auf einen Öffnungsdruck eingestellt, der dem zulässigen Höchstdruck entspricht und der zumindest während des Pumpenbetriebes nicht verändert wird. Da die Massenbeschleunigung sich bei jedem Hub der Pumpe auswirkt, kommt es zu starken Bewegungen des Schlauches, mit dem der Beton am Ende der Rohrleitung verteilt wird. Außerdem schlägt die zur Pumpe führende Rohrleitung und beschädigt dadurch leicht die Armierungen, die mit Beton abgedeckt werden sollen.

Durch die Erfindung kann erreicht werden, daß die Druckänderungsgeschwindigkeit im hydraulischen System definiert und dadurch unabhängig von der jeweiligen Größe der zu beschleunigenden Betonmasse und des Widerstandes in der Betonförderleitung

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Erfindungsgemäß wird zu diesemZweck ein Abbau der Druckspitzen während des Arbeitstaktes der Kolben in den Antriebszylindern vorgesehen, in dem jede Versorgungsleitung mit dem Bücklauf angezapft und in jeder Anzapfung ein Druckventil gemäß der Erfindung eingebaut wird; der Mindestschließdruck der Schließfedern der jjruckventile wird auf einen Ii vorgewählten, weit unter dem maximalen Systemdruck liegenden Druck eingestellt und durch Einstellung der Vorrichtungen zur Durchflußmengenbegrenzung der Zeitraum vorgewählt, der bis zum Erreichen des dem jeweiligen Förderwiderstand entsprechenden Druckes in den Arbeitszylindern vergeht.

Insbesondere kann erreicht werden, daß das bisher übliche Höchstdruckventil fortfällt. Dazu werden die verstellbaren Anschläge zur Wegbegrenzung der Spannkolben in den Druckbegrenzungsventilen auf den maximalen Systemdruck eingestellt.

Die Erfindung wird weiter anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in den Zeichnungen wiedergegeben sind; es zeigen

fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Druckbegrenzungsventils gemäaß der Erfindung, bei der die Mehrzahl der Seile im Schnitt wiedergegeben ist und

fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Druckbegrenzungsventils gemäß der Erfindung sowie dessen Anwendung auf das hydraulische System, das zum Antrieb einer Kolbenpumpe für die Förderung von Beton benutzt wird.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen einander entsprechende !Teile.

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In einem Ventilgehäuse 1, das mit einem durch Schrauben 2 gesicherten Deckel 3 verschlossen ist, befindet sich ein Kanal 4, welcher den Systemdruck führt. Von diesem zweigt eine Bohrung ab, deren Ende mit einem kegelförmigen Ventilkörper 5 versehbssen ist. Der Ventilkörper wird mit einer Schließfeder 6 in Schließrichtung belastet; auf ihn wirkt der Systemdruck in der Leitung 4 in Öffnungsrichtung. Das hydraulische Medium kann bei geöffnetem Schließkörper 5 über einen Raum 7 in eine Bohrung 8 gelangen, welche an den Rücklauf des Systems angeschlossen ist.

Die Schließfeder 6 stützt sich auf einer Fläche 9 an der Stirn- Ji seite eines Spannkolbens IO ab. Dieser Spannkolben ist in einer Bohrung 11 eines hülsenförmigen Einsatzes 12 beweglich gelagert. Die Hülse ist bei 13 bzw. 14 mit Hingdichtungen versehen, welche sich dem Deckel 3 bzw. dem umgebenden Gehäuse 1 anlegen.

Das der Fläche 9 gegenüberliegende Ende des Spannkolbens 10 ist mit einem Druckkolben 15 verbunden, welcher in der Büchse 12 einen Hingraum 16 abschließt.

Aus der den Systemdruck führenden Bohrung 4 zweigt ein Kanal 17 ab, der in einen TJ-förmigen !Teil 18 übergeht, welcher im Deckel angeordnet ist, wobei eine Ringdichtung 19 die Teile 17 und 18 ^ gegen Verlust von Druckmittel sichert. Der über dem Druckkolben W 15 liegende Raum 19 ist daher unmittelbar mit dem Systemdruck verbunden.

Die Bohrung 17 ist mit einer Bohrung 20 angezapft, welche in einen Ringraum 21 mündet, der bei 22 mit dem Raum 16 verbunden ist. Die Anzapfung 20 weist eine Vorrichtung zur Durchflußmengenbegrenzung auf. Diese wird von einer Stellschraube 23 mit kegelförmiger Spitze 24 gebildet; die Stellschraube 23 kann durch eine Mutter 25 gesichert werden.

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Mit der Vorrichtung 23-25 wird eine Drosselung der Abflußmenge aus dem Hingraum 16 verwirklicht.

In der Ruhestellung des Kolbens 15 herrscht auf seinen beiden Seiten derselbe Druck, nämlich der Systemdruck. Die in diesem statischen Zustand effektiv auf die Feder 6 einwirkende Kraft ist gleich dem Produkt aus der Fläche des Kolbens 10 und dem Systemdruek. Die statisch wirksame Fläche, also die des Kolbens 10, ist größer als diejenige de» ebenfalls unter Systemdruck stehenden Fläche des Ventilkörpers 5. Steigt der Systemdruck, so bewegen sich die miteinander verbundenen Kolben 21 und 10 im Sinne weiterer Vorspannung der Feder 6. Dabei wird Druckmedium aus dem Ringraum 16 über die Durchflußmengenbegrenzung 23-25 verdrängt. Sinkt der Systemdruck, so bewegt die Feder beide Kolben zurück, bis wieder Gleichgewicht herrscht.

Der maximale Druck, mit dem die Schließfeder 6 den Ventilkörper 5 belasten kann, wird durch einen Anschlag 27 begrenzt, der von einem Ring gebildet wird, welcher den Spannkolben 10 umgibt. Sobald sich der Kolben 15 auf den Ring 27 setzt, hört die Bewegung des Spannkolbens 10 in Schließrichtung des Körpers 5 auf. Dann ist der gewünschte Höchstdruck der Anlage erreicht.

Außerdem ist ein verstellbarer Anschlag zur Begrenzung der Spannkolbenbewegung in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers vorgesehen. Dieser wird von einer Schraube 28 gebildet, welche mit einer Mutter 29 gesichert werden kann.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 it der den Ventilkörper 5 über die Bohrung 4 belastende Systemdruck aus einem hohlen Schließkörper 30 eines von dem Druckventil nach Fig. 1 vorgesteuerten weiteren Ventils abgeleitet, das in dem Gehäuse 1 ebenfalls untergebracht ist. Der Schließkörper 30 dieses Ventils

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ist mit eine* Drosselbohrung 31 an den bei 40 herrschenden Syatemdruck angeschlossen. In Schließrichtung ist der Ventilkörper 30 mit einer Feder 32 belastet. Die Bohrung 8 hinter dem Ventilkörper 5 führt in eine Hauptabflußleitung 41. Das Ventilgehäusel weist einen weiteren Deckel 42 auf, der mit Hilfe von Schrauben 43 befestigt ist und eine Fortsetzung der Bohrung 17 aufweist, die mit 44 ibezeiehnet ist und die Bohrung 17 an den bei 40 herrschenden Systemdruck anschließt.

In Fig. 2 it außerdem die Anwendung des Druckbegrenzungsventils nach Fig. 1 auf eine Steuerung dargestellt. Die Steuerung betrifft den Zu- und Abfluß des hydraulischen Antriebsmediums, das von einer Pumpe 50 gefördert wird und zu zwei hydraulischen Arbeitszylindern 51 und 52 über getrennte Versorgungsleitungen bzw. 54 gelangt. Diese Versorgungsleitungen 53 bzw. 54 werden abwechselnd mit Hilfe eines Mehrwegeventiles 55» dessen Schieber zwei Schaltstellungen 56 und 57 aufweist, an den von der Pumpe 50 gelieferten Druck oder an dem bei 58 dargestellten Rücklauf angeschlossen. Zwischen der Antriebspumpe 50 und dem Mehrwegeventil 55 kann ein Hochstdruckventil 59 angeordnet sein.

Die Arbeitszylinder 51 und 52 sind an der Eingseite der Kolben 60 bzw. 61 über eine Leitung 62 miteinander verbunden, so daß das jeweils beim Vorlauf eines Kolbens 60 bzw. 61 aus dem Ringraum verdrängte öl in den Ringraum desjenigen Zylinders gelangt, in dem der Kolben zurückläuft;

Die Kolbenstangen 62 bzw. 63 der Kolben 60 bzw. 61 wirken auf die Kolben 64 und 65 einer mit zwei Arbeitszylindern 66 bzw. 67 versehenen Betonpumpe, welche über ein beliebiges Schiebersystem 68 den Beton in eine Betonförderleitung 69 drückt.

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üum Abbau der Druckspitzen, die bei der Beschleunigung der Betonsäule in der Leitung 69 normalerweise während jedes Arbeitstaktes der Kolben 64 bzw. 65 in den Zylindern 66 bzw. 67 entstehen, ist jede Versorgungsleitung 53 bzw. 54 bei 70 bzw. 71 angezapft, und in der Anzapfung befindet sich die oben beschriebene Ventilanordnung.

Da in der Anzapfung 71 das gleiche Ventil wie in der Anzapfung 70 verwendet wird, ist diese Seite der Steuerung abgebrochen wiedergegeben.

Der Mindestschließdruck der Schließfedern 6 de» Druekventile nach Pig. 1 ist auf einen vorgewählten, weit unter dem maximalen Systemäruck liegenden Druck mit Hilfe der Schraube 28 eingestellt. Durch Einstellung der Vorrichtungen zur Durchflußbegrenzung, die mit 23-25 in Pig. 2 bezeichnet sind, wird der Zeitraum vorgewählt, der bis zum Erreichen des Maximaldruckes in den Arbeitszylindern 51 bzw. 52 vergeht.

Dadurch läßt sich ein weiches Arbeiten der Pumpe erreichen.

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Das Höchstdrucknxk 59 kann fortfallen, wenn der Ring 27 für den Anschlag des Kolbens 15 in seiner Höhe so bemessen ist, daß sich bei Erreichen des Anschlages der Sicherheitsdruck ergibt.

Patentan Sprüche

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Claims

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Patentansprüche

Druckventil für hydraulische Anlagen, hei dem ein Ventilkörper von einer Schließfeder in Schließrichtung und von dem Systemdruck in Öffnungsrichtung belastet ist ,dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schließfeder auf einem "beweglichen und mit einem Steuerdruck in Schließrichtung belasteten Spannkolben (10) abstützt, dessen statisch wirksame Fläche größer als die mit dem Systemdruek belastete statisch wirksame Fläche des Schließkörpers ^5) ist, und daß der auf den Spannkolben (10) wirkende Steuerdruck von einer Steuerleitung (17) aufgebracht wird, mit der der Systemdruek angezapft ist und in die zur Einstellung der Spannkolbengeschwindigkeit eine Vorrichtung (23-25) zur Durchflußmengenbegrenzung eingebaut ist.
2. Druckventil nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der von der Durchflußmengenbegrenzung gesteuerten Durchflußmenge der Spannkolben (10) mit einem mit dem Systemdruek belasteten Druckkolben (15) verbunden ist, dessen belastete Fläche größer als die des Spannkolbens ist,
3. Druckventil nach den Ansprüchen 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerleitung (20), in die die Vorrichtung (23-25) zur Durchflußmengenbegrenzung eingebaut ist, in den unter dem Druckkolben (15) liegenden Druckraum (16) des Spannkolbens (10) führt.

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4. Druckventil nach, den Ansprüchen 1 bis 3 , dadurch
gekennzeichnet, daß der maximale Druck, mit
dem die Schließfeder (6) den Ventilkörper (5) belastet,
durch einen Anschlag (27), der die Bewegung des Spannkolbens (10) im Schließsinne des V_entilkörpers (5) "begrenzt, festgelegt ist.
5. Druckventil nach Anspruch 4 > dadurch gekennzeichnet , daß der Anschlag (27) zur Festlegung des
Spannkolbenweges von einem den Spannkolben (10) umgebenden
Hing gebildet wird, dem sich am Ende des Spannkolbenweges
der Druckkolben (15) anlegt.
6. Druckventil nach den Ansprüchen 1 bis 5 > dadurch
gekennzeichnet, daß ein verstellbarer Anschlag (28) zur Begrenzung der Spannkolbenbewegung, die in der öffnungsrichtung des Vfentilkörpers (5) abläuft, vorgesehen ist.
7. Druckventil nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Anschlag (28) auf den Druckkolben (15) wirkt.
8. Druckventil nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge an der Begrenzungsvorrichtung (23-25) verstellbar ist.
9. Druckventil nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet , daß der den Ventilkörper (5)
belastende Systemdruck aus dem mit einer Drosselbohrung (31) versehenen und mit einer Feder (32) belasteten Schließkörper (30) eines vorgesteuerten Ventils größeren Querschnitts abgeleitet ist.

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10. Anwendung des Druckbegrenzungsventils nach. Anspruch. 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche auf die Steuerung des hydraulischen Antriebsmediums von Arbeitszylindern, die zum Antrieb von Kolbenpumpen, insbesondere für die Förderung von Beton verwendet werden und die über getrennte Versorgungsleitungen abwechselnd mit Hilfe eines Mehrwegeventils mit dem von einer Antriebspumpe gelieferten Druck oder einem Rücklauf verbunden sind, wobei gegebenenfalls zwischen der Antriebspumpe und dem Mehrwegeventil ein Höchstdruckventil angeordnet ist , dadurch gekennzeichnet , daß zum Abbau der Druckspitzen während des Arbeitstaktes der Kolben (60, 61) in den Antriebszylindern (51, 52) jede Versorgungsleitung (53, 54) mit den Leitungen (70, 71) angezapft und in jede Anzapfung ein Druckventil (1-28) eingebaut ist, und daß der Mindestschließdruck der Schließfedern (6) der Druckventile (1-28) auf einen Torgewählten, weit unter dem maximalen Systemdruck liegenden Druck eingestellt ist und durch Einstellung der Vorrichtungen (23-25) zur Durchflußmengenbegrenzung der Zeitraum vorgewählt ist, der bis zum Erreichen des Maximaldruckes in den Arbeitszylindern vergeht.
11. Steuerung nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß unter Portfall des Hochs tdruckventiles (59) der Ring (27) den Weg des Spannkolbens (10) in den Druckbegrenzungsventilen (1-28) bei Erreichen des Sicherheitsdruckes begrenzt.

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