DE2240012A1

DE2240012A1 - Steuereinrichtung fuer hydrostatische lenkungen u.dgl

Info

Publication number: DE2240012A1
Application number: DE19722240012
Authority: DE
Inventors: Paul Erik Termansen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1972-08-14
Filing date: 1972-08-14
Publication date: 1974-03-07
Also published as: DE2240012B2; DK138362C; JPS5321581B2; DD106314A5; DE2240012C3; DK138362B; CH568184A5; SE399394B; GB1441166A; NL7311200A; BE801957A; IT991804B; FR2196621A5; JPS4957535A

Description

Steuereinrichtung für hydrostatische Lenkungen u. dgl.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für hydrostatische Lenkungen u. dgl., bei der ein Lenkorgan und ein Meßmotor, der mit einem Arbeitsmotor in Reihe schaltbar ist, über eine Nachlaufvorrichtung verbunden sind, die bei einer Relatiwerstellung aus der Neutralstellung zunächst ein Umsteuerventil verstellt und nach einem vorgegebenen Drehwinkel eine kraftschlüssige Kupplung zwischen Lenkorgan und Meßmotor bewirkt, wobei das zwischen Pmnpenanschluß und Rücklaufanschluß geschaltete Umsteuerventil Neutralstellungslöcher, über die in der Neutralstellung ein Kurzschlußpfad führt, sowie Umsteueröffnungen 'aufweist, über die bei einer Relatiwerstellung unter Verschließen der Neutralstellungslöcher ein Arbeitspfad errichtet wird, der zur lenkrichtungsabhängigen Verstellung des Arbeits- und des Meßmotors im Betrieb beidsinnig und nur einsinnig durchflossene Abschnitte aufweist, und wobei insbesondere die Nachlauf vorrichtung und das Umsteuerventil mit Hilfe zweier Drehschieber ausgebildet sind und der Meßmotor unabhängig von der Lenkrichtung dem Arbeitsmotor vorgeschaltet ist.

Eine Steuereinrichtung dieser Art ist aus der US-Patentschrift Re 25,126 bekannt. Hier ist ein äußerer Drehschieber mit dem Meßmotor und ein innerer Drehschieber mit dem Lenkrad verbunden, An den Drehschiebern sind die NeutralStellungslöcher und die Umsteueröffnungen ausgebildet. Die Drehschieber sind gegen die Kraft von Federn relativ zueinander drehbar und nehmen nach einem vorbestimmten Drehwinkel einander kraftschlüssig mit,

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so daß der Meßmotor vom Lenkrad her als Notpumpe benutzt werden kann, falls die Hauptpuinpe ausfällt. Die Neutralstellungslöcher haben einen sehr geringen Durchmesser und schließen nach einen entsprechend kleinen Drehwinkel. Vom Pumpenanschluß führt ein Kanal bis zu einer Umfangsnut im äußeren Drehschieber, von der die Neutralstellungslöcher unmittelbar und außerdem weitere Löcher ausgehen, die zu den Umsteueröffnungen führen.

In einem älteren Vorschlag (deutsche Patentanmeldung P 2' 56 842. 3-13) ist angegeben worden, für die Ileutralstellungslöchcr· mindestens drei unterschiedliche Lochgrößen vorzusehen, um auf diese Weise eine sich überlappende Freigabe von Ileutralstellungslöchern und Umsteueröffnungen zu erhalten, um ein zu plötzliches Umschalten von dem Kurzschlußpfad auf den Arbeitspfad zu vermeiden.

Bei anderen Steuereinrichtungen, wie sie in den US-Patentschriften 2334918 und 2918135 beschrieben sind, ist das Umsteuerventil als Axialschieber ausgebildet, der mechanisch mit der Nachlaufvorrichtung verbunden ist.

Es hat sich herausgestellt, daß bei hydrostatischen Lenkungen mit einer solchen Steuereinrichtung manchmal ein Schlag auf das Lenkrad ausgeübt wird, wenn der Arbeitsmotor eine plötzliche Belastung erfährt, z. B. wenn gelenkte Räder gegen einen Stein stoßen, daß dies aber nicht bei jeder dieser Belastungen des Arbeitsmotors der Fall ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der derartige Schläge auf das Lenkrad verhindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem einsinnig durchflossenen Abschnitt des Arbeitspfades nach dessen Abzweigung vom Kurzschlußpfad ein Rückschlagventil angeordnet ist.

Bei dem Übergang von der Neutral stellung in eine Arbeitsstellung gibt es einen Bereich, in dem die Umsteueröffnungen bereits zum

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Teil freigegeben sind, die NeutralStellungsöffnungen aber noch nicht vollständig abgedeckt 6ind. Dieser Überlappungsbereich kann erstrebt sein oder aufgrund der üblichen Maschinentoleranzen ungewollt entstehen. Trifft innerhalb dieses Überlappungsbereichs auf den Arbeitsmotor eine äußere Kraft entgegen der augenblicklichen Verstellrichtung, so wird Druckflüssigkeit entgegen der Förderrichtung der Pumpe aus dem Arbeitsmotor verdrängt. Diese Druckflüssigkeit kann über die teilweise geöffneten Überströmöffnungen und die teilweise geöffneten NeutralStellungslöcher zur Rücklaufseite abfließen. Infolgedessen dreht sich der Meßmotor entgegen der Lenkrichtung und nimmt nach einem kurzen Weg über die Nachlaufvorrichtung das Lenkrad mit. Dies ergibt den störenden Schlag. Durch den Einbau des Rückschlagventils wird verhindert, daß Druckflüssigkeit aus dem Arbeitsmotor über den Meßmotor, die Umsteueröffnungen und die Neutralstellungslöcher zur Rücklaufseite gedrückt werden kann. Demzufolge wird der Meß-' motor nicht rückwärts gedreht und das Lenkrad nicht durch einen Schlag belastet, Durch die spezielle Lage des Rückschlagventils, nämlich in einem einseitig durchflossenen Abschnitt des Arbeitspfades nach dessen Abzweigung vom Kurzschlußpfad, wird sichergestellt, daß das Rückschlagventil seine Aufgabe einwandfrei erfüllt, ohne den Normalbetrieb zu stören.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Rückschlagventil in einem Kanal angeordnet ist, der von dem Pumpenanschluß und Neutralstellungslöcher verbindenden Teil des Kurzschlußpfades zu den druckseitigen Umsteueröffnungen führt. Bei dieser Anordnung kommt man mit einem einzigen Rückschlagventil für beide Lenkrichtungen aus. Die druckseitige Lage des Rückschlagventils ist günstig, weil beliebig hohe Rückdichtkräfte aufgenommen werden können. Ferner ist es von Vorteil, wenn das Rückschlagventil im Arbeitspfad dem Meßmotor benachbart ist, der vorzugsweise ebenfalls immer im Zulauf liegt. .

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn Pumpenanschluß und Rücklaufanschluß über eine Leitung verbunden sind, von der ein zu den druckseitigen Umsteueröffnungen führender Kanalabschnitt

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abgeht und die Pumpenseitig durch das Rückschlagventil und Rücklauf seitig durch ein Notsteuerventil, das bei einem Handantrieb des Meßmotorß als Notpumpe öffnet, und/oder ein Überdruckventil geschlossen ist. Durch diese Leitung wird der zu den Umsteueröffnungen führende Kanal^bschnitt im Notsteuerbetrieb über das Notsteuerventil unmittelbar mit der Rücklaufseite verbunden. Eine solche Leitung kann auch dazu dienen, einen Überdruck abzubauen. Bisher war für ein Überdruckventil immer ein gesonderter Pfad außerhalb der Steuereinrichtung vorgesehen.

Beispielsweise kann in die Leitung ein Einsatz eingefügt sein, der das Rückschlagventil führt, die Rückschlagventilfeder abstützt und den Sitz für das Notsteuerventil bildet. Dies ergibt einen sehr einfachen Aufbau.

Besonders günstig ist es, wenn das Verschlußstück des Notsteuerventils ein Hohlkolben ist, der den Schaft des Verschlußstücks des Rückschlagventils unter Bildung einer Drosselstelle umgibt und mit einer inmitten seiner Stirnfläche liegenden Linie an seinem Sitz anliegt, und wenn der Innenraum des Hohlkolbens über das Überdruckventil mit dem Sauganschluß verbunden ist. Da der Hohlkolben auf seiner dem Sitz abgewandten Seite eine größere dem Pumpendruck ausgesetzte Fläche hat als auf der dem Sitz zugewandten Seite, ist das Notsteuerventil normalerweise sicher geschlossen. Es öffnet nur, wenn der Meßmotor als Notpumpe betrieben wird und statt des Pumpendrucks einen Unterdruck erzeugt, oder wenn bei Überdruck das Überdruckventil öffnet und an der Drosselstelle ein Druckabfall auftritt, der das Notsteuerventil ebenfalls öffnet. Da nunmehr das Überdruckventil und das Notsteuerventil geöffnet sind, ergibt sich ein großer Quer- . schnitt zum Abbau des Überdrucks.

Sodann kann der Schaft des Rückschlagventils als Schieber ausgebildet sein, der den Eingang des Überdruckventils bei geschlossenem Rückschlagventil mit dem Sauganschluß und bei geöffnetem Rückschlagventil mit dem Innenraum des Hohlkolbens verbindet. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das überdruckventil nur

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anspricht, wenn das Rückschlagventil geöffnet ist, also im·Normalbetrieb der Steuereinrichtung.

Sehr empfehlenswert ist die erfindungsgemäße Anordnung in Kombination mit einem Umsteuerventil, bei dem Neutralstellungslöcher unterschiedlicher Größe allmählich verschlossen werden, wenn die Umsteueröffnungen freigegeben werden. Bei einer solchen Ausbildung der Neutralstellungslöcher ergibt sich eine sehr ruhige schwingungsfreie Steuerung. Infolge des großen Überlappungsbereiches ist sie aber für Schläge auf das Lenkrad besonders empfänglich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schaltung für die erfindungsgemäße • Steuereinrichtung,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch eine andere Ausführungsform.

In Fig. 1 fördert eine Pumpe 1 Öl aus einem Tank 2 über eine Steuereinrichtung 3 zu einem Arbeitsmotor 4, über dessen Kolbenstange 5 ein Lenkgestänge betätigt wird. Das Rücklauföl fließt über eine Leitung 6 in den Tank zurück. Die Steuereinrichtung hat daher einen Pumpenanschluß 7, einen Rücklaufanschluß 8 und zwei Arbeitsmotoranschlüsseg und 10. Sie wird mit Hilfe eines Lenkrades 11 verstellt. :

Die Steuereinrichtung weist eine Nachlauf vorrichtung 12 auf. Diese wird einerseits von dem Lenkrad 11 und andererseits von einem Meßmotor 13 verstellt. Dieser ist (in nicht veranschaulichter Weise) so in die Schaltung einbezogen, daß er bei einer Betätigung des Arbeitsmptors 4 immer mit diesem auf der Zulaufseite in Reihe liegt. Meldet die Nachlauf vorrichtung 12, daß zwischen dem

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Lenkrad 11 und dem Meßmotor 13 eine Relativverstellung vorhanden ist, so wird ein Umsteuerventil 14 betätigt, das an zwei Drehschiebern 15, 16 ausgebildet ist, welche auch Teile der Nachlaufvorrichtung 12 bilden.

Das Umsteuerventil 14 hat Neutralstellungslöcher 17, die drei unterschiedliche Lochdurchmesser haben' und in der Neutralstellung die veranschaulichte Mittellage einnehmen. Sie bilden zusammen eine verstellbare Drossel 18, über die in der Neutralstellung ein Kurzschlußpfad 19 führt. Ferner besitzt das Umsteuerventil 14 Umsteueröffnungen 20, die schematisch in dem Kasten 21 veranschaulicht sind und bei einer Relatiwerstellung einen Arbeitspfad 22 errichten, der über den Meßmotor 13 und den Arbeitsmotor 4 führt. Eine der möglichen Verbindungen ist gestrichelt in Kasten 21 dargestellt. Wie man aus der Lage der Löcher 17 und 20 erkennen kann, sind die Neutralstellungslöcher 17 noch nicht vollständig geschlossen, wenn die Umsteueröffnungen 20 bereits freigegeben sind.

Ein Rückschlagventil 23 ist im Arbeitspfad 22 angeordnet^und zwar in einem einsinnig durchflossenen Abschnitt dieses Arbeitspfades nach dessen Abzweigung vom Kurzschlußpfad 19. Dies ergibt folgende Funktion:

Es sei angenommen, daß das Lenkrad 11 soweit verdreht ist, daß die in Kasten 21 veranschaulichte Arbeitspfadverbindung hergestellt ist, dann wird die Stange 5 des Arbeitsmotors 4 in der Zeichnung nach rechts verschoben. Wirkt nun eine Kraft P entgegen dieser Verstellung auf die Stange 5, so versucht der Kolben Druckflüssigkeit aus dem linken Kolbenraum entgegen der bisherigen Förderrichtung herauszudrücken. Wäre das Rückschlagventil 23 nicht vorhanden und die Drossel 18 noch etwas geöffnet, so könnte diese Druckflüssigkeit über den Kurzschlußpfad 19 und die Drossel 18 ungehindert in den Rücklauf strömen. Der Meßmotor 13 würde entgegen der bisherigen Drehrichtung gedreht und nähme nach einem kurzen Drehwinkel das Lenkrad 11 mit. Dieser Rückfluß damit der Schlag auf das Lenkrad 11 wird durch das Rückschlagventil 23

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unterbunden. Bei alledem stört das Rückschlagventil 23 den normalen Betrieb nicht. Denn der zugehörige Leitungsweg des Arbeitspfades wird im Normalbetrieb niemals im Gegensinn durchströmt.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 geht vom Pumpenanschluß 7 eine Bohrung 24 und vom Rücklaufanschluß 8 eine Bohrung 25 aus. Beide Bohrungen sind über eine gestufte Querbohrung 26 miteinander verbunden, das Rückschlagventil 23 weist ein Versohlußstück 27, einen Schaft 28, einen Sitz 29 und eine Feder 30 auf. In die Bohrung 26 ist ein mehrteiliger Einsatz eingefügt, der aus einem Ring 31, einer Hülse 32 und einem die Bohrung 26 verschließenden Stopfen 33 besteht. Innerhalb dieses Einsatzes.ist ein Notsteuerventil 34 und ein Überdruckventil 35 ausgebildet, die beide zur Rücklaufseite hin öffnen können. Infolgedessen ergibt sich eine Leitung 36, von deren Umfang ein Kanal 37 zu den Umsteueröff- . nungen 20 führt und die zur Pumpenseite hin durch das Rückschlag"-, ventil 23 und zur Rücklaufseite hin durch das Notsteuerventil 34 und das Überdruckventil 35 abgeschlossen ist.

Das Notsteuerventil weist als Verschlußstück einen Hohlkolben 38 auf, der inmitten seiner Stirnfläche 39 an einer Dichtkante 40 des Ringes 31 anliegt. Der Innenraum 41 des Hohlkolbens steht über eine Drosselstelle 42 mit der Leitung 26 in Verbindung und nimmt eine Feder 43 auf. Die rückseitige Stirnfläche 44 des Hohlkolbens ist daher größer als der dem gleichen Druck ausgesetzte Teil der vorderen Stirnfläche 39. \Jeim sich das Notsteuerventil 34 öffnet^ steht die Leitung 36 über Bohrungen 45 und einen Ringraum 46 mit der Rücklauf seite in Verbindung.

Das Überdruckventil 35 weist ein Verschluß stück 47 auf, daß unter der Belastung einer Feder 48 steht und ein Loch 49 abschließt, das in einer in den Stopfen 33 eingefügten Scheibe 50'ausgebildet ist. Der Öffnung 49 ist ein Raum 51 vorgeschaltet, der über eine Bohrung 52 mit der Rücklaufbohrung 25 in Verbindung steht. Das ■ Ende des Schafts 28 ist als Schieber 53 ausgebildet, der beim Öffnen des Rückschlagveiitils 23 die Bohrung 52 absperrt und dafür

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über Bohrungen 54, 55 eine Verbindung zwisehen dem Innenraum 41 des Hohlkolbens 38 und dem Raun 51 vor dem Überdruckventil 35 herstellt.

Bei dieser Steuereinrichtung können die folgenden Betriebszustände unterschieden werden:

1. Veranschaulicht ist der Ruhezustand der Ventile.

2· Wenn das Umsteuerventil von der Nachlaufvorrichtung verstellt wird und die Neutralstellungslöcher 17 sich zu schließen beginnen, entsteht vor der Drossel 18 ein Druck, der zum öffnen des Rückschlagventils 23 ausreicht. Das Notsteuerventil 34 bleibt hierbei geschlossen, v/eil die unter dem Pumpendruck stehende Rückseite 54 größer ist als der entsprechende Teil der vorderen Stirnfläche 39.

3. Wenn auf den Arbeitsmotor eine Kraft entgegen der Längsverstellung auftritt, ergibt sich in der Leitung 36 ein höherer Druck als der Pumpendruck in der Bohrung 24. Infolgedessen schließt das Rückschlagventil 23. Auch bei diesem Zustand bleibt das Notsteuerventil 34 geschlossen, v/eil es von der Rückseite her stärker belastet wird als von der Vorderseite. Auch das Überdruckventil 35 bleibt geschlossen, weil bei geschlossenem Rückschlagventil 23 die Verbindungslöcher 54, ^ des Schiebers 53 nicht miteinander fluchten.

4. Wenn beim normalen Lenkbetrieb, also geöffnetem Rückschlagventil 23, der Pumpendruck zu hoch werden würde, so pflanzt sich dieser Druck über den Innenraum 41 des Hohlkolbens 26, die Löcher 54 und 55 und den Raum 51 bis zum Überdruckventil 35 fort. Dieses öffnet, wodurch der Überdruck im Raum 41 abgebaut wird. Nunmehr steht die rückseitige Stirnfläche 44 des Hohlkolbens 38 unter einem geringeren Druck als die vordere Stirnfläche, und das Notsteuerventil 34 öffnet ebenfalls. Es steht dann ein großer Querschnitt zum Abbau des Pumpenüberdrucks zur Verfügung.

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5. Wenn die Pumpe versagt und der Meßmotor vom Lenkrad 11 her
als Handpumpe betätigt wird, entsteht in der Leitung 36 ein unter dem Druck in der Rücklaufbohrung 25 liegender Unterdruck. Infolgedessen öffnet das Notsteuerventil 34«, Es wird eine unmittelbare Verbindung zwischen der Rücklaufseite und der Leitung 36 hergestellt, über die Druckflüssigkeit umgewälzt werden kann.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 werden für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 verwendet» Bei dieser Aüsführungsform ist in der Bohrung 26 lediglich ein Rückschlagventil und ein Notsteuerventil vorgesehen« Hier ist ein einziger Einsatz

56 in der Bohrung 26 angeordnet., Er führt das Verschluß stück des Rückschlagventils 23, das zu diesem Zweck als Hohlzylinder

57 ausgebildet und mit Querlöchern 58 versehen ist» Die Feder stützt sich auf einer durchbrochenen Scheibe 59 ab_p so daß der Innenraum 60 des Hohlkolbens 57 und der Raum 61 im Einsatz 56 der Leitung 36 entsprechen. Das Notsteuerventil 34 weist eine Kugel 62 auf, die mit einem Sitz 63 im Einsatz 34 zusammenwirkt.

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Claims

Patentansprüche

ν 1 ASteuereinrichtung für hydrostatische Lenkungen u. dgl., bei ^—' der ein Lenkorgan und ein Meßmotor', der mit einen Arbeitsmotor in Reihe schaltbar ist, über eine Nachlaufvorrichtung verbunden sind, die bei einer Relatiwerstellung aus der ITeutralstellung zunächst ein Umsteuerventil verstellt und nach einem vorgegebenen Verstellweg eine kraftschlüssige Kupplung zwischen Lenkorgan und Meßmotor bewirkt, wo"bei das zwischen Pumpenanschluß und Rücklaufanschluß geschaltete Umsteuerventil Neutralstellungslöcher, über die in der neutralstellung ein Kurzschlußpfad führt, sowie Unisteueröffnungen aufweist, über die bei einer Relatiwerstellung unter Verschließen der Neutralstellungslöcher ein Arbeitspfad errichtet wird, der zur lenkrichtungsabhängigen Verstellung des Arbeits- und des Meßmotors im Betrieb beidsinnig und nur einsinnig durchflcssene Abschnitte aufweist, und wobei insbesondere die nachlaufvorrichtung und das Umsteuerventil mit Hilfe zweier Drehschieber ausgebildet sind und der Meßmotor unabhängig von der Lenkrichtung dem Arbeitsmotor vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem einsinnig durchflossenen Abschnitt des Arbeitspfades (22) nach dessen Abzweigung vom Kurzschlußpfad (19) ein Rückschlagventil (23) angeordnet ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (23) in einem Kanal angeordnet ist, der von dem Pumpenanschluß (7) und Neutralstellungslöcher (17, 18) verbindenden Teil des Kurzschlußpfades (19) zu den druckseitigen Umsteueröffnungen (20, 21) führt.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß Pumpenanschluß (7) und Rücklaufanschluß (8) über eine Leitung (36; 60, 61) verbunden sind, von denen ein zu den druckseitigen Umsteueröffnungen führender Kanalabschnitt (37) abgeht und die Pumpenseitig durch das Rückschlagventil (23) und Rücklaufseitig durch ein Notsteuerventil (3^), das bei ei-'nem Handantrieb des Meßmotors (13) als Notpumpe öffnet, und/

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oder ein Überdruckv^-ffbil (35) geschlossen ist.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung ein Einsatz (31, 32, 33; 56) eingefügt ist, der das Rückschlagventil (23) führt, die Rückschlagventilfeder (30) abstützt und den Sitz (40; 63) für das Notsteuerventil (34) bildet.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichrnet, daß das Verschlußstück des Notsteuerventils (34) ein Hohlkolben (38) ist, der den Schaft (28) des VerschlußStücks (27) des Rückschlagventils (23) unter Bildung einer Drosselstelle (42) umgibt und mit einer inmitten seiner Stirnfläche (39) liegenden Linie an seinem Sitz (40) anliegt, und daß der Innenraum (41) des Hohlkolbens über das Überdruckventil (35) mit dem Sauganschluß (8) verbunden ist. ' ,
6. Steuereinrichtung nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (28) des Rückschlagventils (23) als Schieber (53) ausgebildet ist, der den Eingang des Überdruckventils (35) -bei geschlossenem Rückschlagventil mit dem Sauganschluß (8) und bei geöffnetem Rückschlagventil mit dem Innenraum (41) des Hohlkolbens (38) verbindet. .
7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekerjizeichnet durch ein Umsteuerventil, bei den· Neutralstellungslöcher (17) unterschiedlicher Größe allmählich verschlossen werden, wenn die Umsteueröffnungen (20) freigegeben v/erden.

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