DE3011088A1

DE3011088A1 - Hydraulische antriebsschaltung

Info

Publication number: DE3011088A1
Application number: DE19803011088
Authority: DE
Inventors: Robert H Breeden; Robert G Farrell; Kurt R Lonnemo; Henry D Taylor
Original assignee: Sperry Corp
Current assignee: Vickers Inc
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1980-03-22
Publication date: 1980-10-09
Also published as: FR2452618B1; IT1232358B; SE455637B; JPS6479405A; NO800846L; SE8503569D0; SE8002302L; NO155211C; IN154913B; NO155211B; AU5682480A; SE8503569L; GB2044366A; IT8048246A0; AU536970B2; IT8948200A0; GB2044366B; SE443409B; FR2452618A1; CA1142057A

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN ^ KRAMER ZWIRNER - HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 3 0 I I 0 P P

-7-

Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telogramme Patentconsull Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palontconsull

Sperry Corporation
Troy, Mich. 48048, USA

Hydraulische Antriebsschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Antriebsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In Baggern und Kränen wird eine Vielzahl von Hydromotoren, insbesondere in Form von Hydraulikzylindern, verwendet, und es ist üblich, daß jedem Hydromotor ein steuerdruckbetätigtes Wegeventil zugeordnet wird, welches von einer von Hand zu betätigenden Steuereinrichtung über den hydraulischen Steuer- oder Pilotkreis bewegt wird. Das Wegeventil dient zur Zuführung von Hydraulikflüssigkeit zum Hydromotor, um die Richtung und Geschwindigkeit des bewegten Gleides des Hydromotors zu steuern. Das Wegeventil jedes Hydromotors bestimmt auch den Rückfluß der Hydraulikflüssigkeit₀ Es ist auch bekannt, sogenannte Lastausgleichsventile oder feste Drosseln zur Begrenzung weiterlaufender Lasten zu verwenden.

München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dlpl.-Ing. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dlpl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur. Dlpl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dlpl.-W.-Ing.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Antriebsschaltung zur genauen Steuerung der Lage und Geschwindigkeit des bewegbaren Gliedes des Hydromotors zu schaffen, und zwar soll die Antriebsschaltung einfach aufgebaut, leicht herzustellen und zu betreiben sein; ferner sollen günstige Betriebsbedingungen erzielt werden können. Hierzu zählt folgendes: Bei Lastdruckwechsel in verschiedenen Teilen des Systems soll die hydraulische Antriebsschaltung störungsfrei bleiben, auch wenn mehrere Hydromotoren von der gleichen Druckmittelquelle versorgt werden; im Falle von schiebenden Lasten auf den~oder die Hydromotore soll keine Hydraulikflüssigkeit von der Druckmittelquelle entnommen werder¹; die Wegeventile sollen in der Nähe ihres Hydromotors angeordnet sein, um zu verhindern, daß im Falle einer Fehlfunktion in den hydraulischen Leitungen zum H3'-dromotor die Kontrolle über die Last verloren geht, wobei eine Einrichtung zur Verhinderung unkontrollierter Absenkung der Last im Falle des Druckmittelausfalls infolge Bruch von Leitungen vorgesehen ist.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.

Von besonderem Vorteil ist, daß die Ventile, welche den Hydraulikstrom aus dem Hydromotor steuern, im Falle von energieerzeugenden Lasten zur Steuerung der Geschwindigkeit funktionieren, und daß die Ventile, welche den Hydraulikstrom in den Hydromotor steuern, im Falle von energieabsorbierenden

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Lasten die Geschwindigkeit steuern. Dabei kann der Zeitabstand des In-wirkungtretens der Ventile, welche den Hydraulikstrom in und aus dem Hydromotor steuern , durch Bemessung der Ventile so eingestellt werden, daß man die spezielle Natur der speziellen Last berücksichtigen kann.

Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine hydraulische Schaltung gemäß Erfindung;

Fig. 2 ein in der Schaltung benutztes Zufuhrbemessungsventil;

Fig. 3 ein Abfuhrbemessungsventil;

Fig. 4 ein Auslaßventil ur»d ein Abfuhrbemessungsventil ;

Fig. 5 bis 7 Diagramme zur Darstellung der Einstellung des Zeitablaufs verschiedener Teile der hydraulisehen Schaltung;

Fig. 8 bis 11 die hydraulische Schaltung in unterschiedlichen Betriebszuständen;

Fig. 12 eine Ansicht von oben auf einen Ventilblock gemäß Erfindung;

Fig. 13 eine Seitenansicht des Ventilblocks;

Fig. 14 eine Ansicht auf die Schmalseite des Ventilblocks ;
Fig. 15 eine Einzelheit gemäß Schnitt 15-15 in Fig.14;

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Fig. 16 einen Schnitt entlang der Linie 16-16
in Fig. 12;

Fig. 17 einen Schnitt entlang der Linie 17-17 in
Fig. 14;

Fig. 18 einen Schnitt entlang der Linie 18-18 in
Fig. 12j

Fig. 19 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Schaltung gemäß Erfindung;

Fig. 19a eine Steuerschaltung, die an die Linie A-A der Fig. 19 anzusetzen ist;

Fig. 19b; eine weitere Steuerschaltung, ebenso an die Linie A-A der Fig. 19 anzusetzen;

Fig. 20 ein Zufuhrbemessungsventil in der hydraulischen Schaltung nach Fig. 19;

Fig. 21 ■ ein Auslaßventil und Abfuhrbemessungsventil für die hydraulische Schaltung nach Fig.19»

Fig. 22 ein Abfuhrbemessungsventil für die Schaltung nach Fig. 19;

Fig. 23 eine weitere Ausführungsform einer hydraulischen Schaltung gemäß Erfindung und

Fig. 23a eine Steuerschaltung, die an die Linie B-B der Fig. 23 anzusetzen ist.

Die in Fig. 1 dargestellte hydraulische Antriebsschaltung

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gemäß Erfindung führt einem Hydromotor, der hier als Hydraulikzylinder 20 mit Kolben und Kolbenstange 21 dargestellt ist, Hydraulikflüssigkeit zu, die von einer Druckmittel-Lieferpumpe 22 mit unterschiedlich einstellbarem Hydraulikstrom und mit einer Lastabtaststeuerung gefördert wird. Eine von Hand zu betätigende Steuereinrichtung 23 führt Steuerdruck einem Ventilsystem 24 zur Steuerung der Bewegungsrichtung des Hydromotors zu. Die Hydraulikflüssigkeit der Druckmittel-Lieferpumpe 22 gelangt über eine Leitung 25 und Kanäle 26 zu einem Zufuhrbemessungsventil 27, welches dazu dient, den Hydraulikstrom zu dem einen oder anderen Ende des Hydraulikzylinders 20 zu leiten und zu steuern. Das Zufuhrbemessungsventil 27 wird über die Steuereinrichtung 23 und Steuerleitungen 28, 29 sowie -kanäle 30, 31 an entgegengesetzten Enden mit Steuerdruck beaufschlagt. In Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Ventils gelangt Hydraulikflüssigkeit durch Zufuhr- und Abfuhrkanäle 32, 33 oder -leitungen zu dem einen oder anderen Ende des Hydraulikzylinders 20.

In der hydraulischen Schaltung ist ferner zu jedem Ende des Hydraulikzylinders Jeweils ein Abfuhrbemessungsventil 34, 35 vorgesehen, und zwar in den Kanälen 32, 33 zur Steuerung des abfließenden Hydraulikstroms, also gerade des Endes, welches nicht von dem Föi-derpumpensystem beaufschlagt ist, und welcher abfließende Hydraulikstrom in einen Rücklaufkanal 36 gelangt.

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In der hydraulischen-Schaltung sind ferner federbelastete Kegelventile 37, 38 in den Leitungen 32, 33 und federbelastete Antikavitationsventile 39» 40 vorgesehen, die zur öffnung der Leitungen 32, 33 zum Rücklaufkanal 36 dienen. Weitere federvorgespannte Kegelventile 41, 42 sind den jeweiligen Abfuhrbemessungsventilen 34, 35 zugeordnet. Eine Drosselleitung 47 mit einer Drossel 49 erstreckt sich vom Kanal 36 zu den jeweiligen Abfuhrbemessungsventilen 34, 35 und über Rückschlagventile 77 zu den Steuerleitunggn 29, 30.

In der hydraulischen Schaltung ist auch ein Stauventil 44 zur Erzeugung eines Füllungsdruckes und damit Geringhaltung der Gefahr der Kavitation vorgesehen, die auftreten könnte, wenn der Schwung der Last oder deren Gewicht den Kolben im Hydraulikzylinder niederdrückt. Ein Druckbegrenzungsventil 45 für eine Füllpumpe führt überschüssiges Druckmittel (soweit nicht am Einlaß der Pumpe 22 benötigt) ab und leitet dieses dem Stauventil 44 zu, um die für den Motor benötigte Hydraulikflüssigkeit zu vergrößern.

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Das Zufuhrbemessungsventil 27 (Fig. 2) weist eine Bohrung

50 und einen darin geführten Schieberkolben 31 auf, der durch Federn 52 in der neutralen Mittelstellung gehalten wird, so lange keine Steuerdruck anliegt. Der Schieberkolben

51 sperrt in der Mittelstellung den aus dem Druckkanal 26

in die Kanäle 32, 33 eintretenden Hydraulikstrom. Wenn Steuerdruck im Kanal 30 oder 31 angelegt wird, wird der Schieberkolben 51 in Druckrichtung verschoben, bis Gleichgewicht zwischen dem Steuerdruck, der Federkraft und den Strömungskräften besteht. Durch die Bewegungsrichtung wird bestimmt, welcher der Kanäle 32 oder 33 mit Druckmittel aus dem Kanal 26 versorgt wird.

Die beiden Abfuhrbemessungsventile 34, 35 (Fig. 3) sind identisch ausgebildet, weswegen nur das Ventil 34 beschrieben werden braucht. Das Abfuhrbemessungsventil 34 weist eine Bohrung 60 und ein darin geführtes Kegelventil 61 auf. Im Kegelventil 61 ist ein Kanal 62 vorgesehen, der in einen Raum 63 innerhalb des Kegelventils führt, von dem aus ein oder mehrere Kanäle 64 zum Tankkanal 36 ausgehen. Ein Ventilstift 65 verschließt normalerweise die Verbindung zwischen dem Raum 63 und dem Kanal 64 unter der Wirkung einer Feder 66. Der im Raum 63 herrschende Druck gleicht sich an den Druck in der Leitung 32 an,und das sich daraus ergebende Kräftungleichgewicht hält das Kegelventil 61 auf seinem Sitz. Das Abfuhrbemessungsventil 34 weist ferner einen Kolben 67 auf, der infolge einer Feder 68 nach rechts in Fig. 3 gedrängt wird und eine Bohrung für den hindurchtretenden Ventil-

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stift 65 aufweist. Die Steuerleitung 28 der Handsteuerung 23 erstreckt sich über einen Kanal 69 in eine Kammer 70, so daß gegebenenfalls Steuerdruck an dem Kolben 67 anliegt» In einem solchen Fall wird der Kolben 67 nach links in Fig. 3 verschoben und nimmt den Ventilstift 65 mit,'so daß der Raum 63 über den Kanal 64 mit dem Tankkanal 36 in Verbindung kommt. Aus dem sich daraus ergebenden Kräftungleichgewicht erfolgt eine Bewegung des Kegelventils 61 nach links, wodurch sich die Leitung 32 in den Kanal 36 entladen kann.

Es ist somit ersichtlich, daß der gleiche Steuerdruck, der zur Bestimmung der Öffnungsrichtung des Zufuhrbemessungsventils dient, auch zur Bestimmung und Steuerung der Öffnung des zu-treffenden Abfuhrbemessungsventils verwendet wird, " so daß die in dem Hydraulikzylinder befindliche Hydraulikflüssigkeit in die Tankleitung zurückkehren kann.

Jedem Abfuhrbemessungsventil 34, 35 ist ein federvorgespannter Kolbenschieber 71 (Fig. 4) zugeordnet, der in Wirkung tritt, wenn der Lastdruck im Kanal 32 einen vorgegebenen Wert übersteigt und einen Strömungsweg von der Last über den als Steuerdrossel wirksamen Kanal 62, den Raum 63, den Ventilraum 71, einen Kanal 73 zum Tankkanal 36 öffnet. Dieser gedrosselte Hydraulikstrom vermindert den Druck und die Schließkraft auf das linke Ende des Kegelventils 61, welches daraufhin sich in der Zeichnung nach links bewegt und eine direkte Verbindung zwischen den Kanälen 32 und 36 schafft. Um ein Überschießen zu vermeiden, wenn der Druckanstieg sehr hoch ist, ist eine Drossel 72 und eine zugeordnete

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Kammer 72a vorgesehen, so daß der allmählich steigende Druck in der Federkammer des Kegelventils 71 dieses wieder in die Gleichgewichtslage zurückführt. Diese negative Rückkopplung ist auch bezüglich des Kegelventils 61 wirksam und verhindert weitgehend Übersteuerung, obzwar die Ansprechempfindlichkeit der Ventile 61 und 71 hoch gemacht ist.

Die Wirkungsweise der hydraulischen Schaltung unter variierenden Betriebsbedingungen wird anhand der Fig. 8 bis 11 erläutert.

Fig. 8 stellt den Fall der Energieaufnahme durch die anzutreibende Last dar. Wenn die Handsteuerung 23 zur Betätigung des Hydraulikzylinders 20 in vorbestimmter Richtung bewegt wird, verschiebt der über die Leitung 28 und den Kanal 30 wirkende Steuerdruck den Kolbenschieber des Zufuhrberaessungsventils 27 nach rechts, wodurch das Druckmittel durch den Kanal 33 fließt, das Kegelventil 38 öffnet und zum Anschluß B des Hydraulikzylinders 20 gelangt. Der gleiche Steuerdruck liegt an dem Abfuhrbemessungsventil 34 an und ermöglicht es der Hydraulikflüssigkeit, durch den Anschluß A des Hydraulikzylinders 20 in den Tankkanal 36 abzufließen.

Wenn die Handbetätigung 23 zur Betätigung des Hydraulikzylinders 20 wegen Absenken einer Labe verstellt wird (Fig. 1 und 9), wird Steuerdruck in der Leitung 28 erzeugt. Das Abfuhrbemessungsventil 34 öffnet Jedoch vor dem Zufuhrbemessungsventil 27.Die am Hydraulikzylinder wirksame Last drängt das

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Druckmittel durch die öffnung A an dem Abfuhrbemessungsventil 34 vorbei in den Rückflußkanal 36. Dabei wird das Kegelventil 40 geöffnet und etwas Druckmittel zum anderen Ende des Zylinders 20, also zur Öffnung B, befördert, wodurch die Kavitation vermieden wird. Es wird also das Druckmittel zum anderen Ende des Hydraulikzylinders gebracht, ohne daß das Zufuhrbemessungsventil 27 geöffnet und die von der Pumpe geförderte Hydraulikflüssigkeit benutzt wird. Die gleiche Betriebsstellung wird auch bei Weiterlauf einer Last erreicht, deren Schwung gebremst werden soll,

Um die "Schwimm"-Betriebsstellung zu erzielen (Fig. 10), wird die Handsteuerung 23 überbrückt, und es wird Steuerdruck an beide Steuerleitungen 28, 29 gegeben. Man kann dies beispielsweise durch Magnetventile 75 erreichen, welche in ihrem erregten Zustand die Handsteuerung 23 überbrücken und das von der Steuerpumpe 76 stammende Druckmittel direkt in die Leitungen 28, 29 führt, wodurch beide Abfuhrbemessungsventile 34, 35 geöffnet werden und beide Enden des Hydraulikzylinders 20 mit der Rückflußleitung 36 in Verbindung stehen. Bei dieser Betriebsbedingung sind die Ventilstifte 65 beider Abfuhrbemessungsventile voll zurückgezogen, so daß das Druckmittel vor und zurück durch die drosselnden Kanäle 62, 64 strömen kann, wie es dem Schwimmzustand entspricht.

Wenn der Druck am Auslaßende A des Zylinders 20 zu hoch wird (Fig. 4 und 11), tritt das Schieberventil 71 in Tätigkeit,

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wodurch das Kegelventil 61 geöffnet wird und den erhöhten Druck in den Kanal 36 abläßt und gleichzeitig das Kegelventil 40 öffnet, welches den Weg zum anderen Ende B des Hydraulikzylinders freigibt. Die hydraulische Schaltung ist also als vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil für den unter Druck stehenden Auslaß des Hydraulikzylinders tätig.

Durch Änderung der Federkräfte und der Druckflächen an dem Zufuhrbemessungsventil 27 und den Abfuhrbemessungsventilen 34, 35 können die gegenseitigen Ansprechzeiten passend eingestellt werden. Wenn beispielsweise die Zeitabhängigkeit so eingestellt ist, daß das Abfuhrbemessungsventil das Zufuhrbemessungsventil führt, steuert das Zufuhrberaessungsventil den Hydraulikstrom und die Geschwindigkeit in dem Falle, wenn der Kolben des Hydraulikzylinders angetrieben wird. In einer solchen Anordnung mit einer überholenden Last führt der durch die Last erzeugte Druck dazu, daß das Abfuhrbemessungsventil den Hydraulikstrom und die Geschwindigkeit steuert. In einer solchen Situation ermöglichen es die Antikavitationsrückschlagventile 39, 40, daß Druckmittel zu der Zufuhrseite des Hydraulikzylinders strömt, so daß keine Hydraulikflüssigkeit von der Pumpe benötigt wird, um den Hydraulikzylinder zu füllen. (Bei treibender Last "überholt" der Kolben die ihm durch die Bemessungsventile zugemessene Geschwindigkeit.) In Fig. 5 ist die Anordnung dargestellt, in welcher das Abfuhrbemessungsventil vor dem Zufuhrbemessungsventil in Tätigkeit tritt.

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Mit dieser Kenntnis der unabhängigen Steuerung der Abfuhr- und Zufuhrbemessungsventile können variierende Bemessungsanordnungen durchgeführt werden, um sich der Art der Lastsituation anzupassen, wie sie bei dem speziellen Motor angetroffen werden. Wenn in erster Linie energieaufnehmende Lasten in Frage kommen, können die Federn und Druckflächen des Abfuhrbemessungsventils gesteuert werden, so daß das Abfuhrbemessungsventil schnell öffnet, bevor das Zufuhrbemessungsventil öffnet (Fig. 6). Im Falle von hauptsächlich überschiessendenLasten (Schwungmassen),kann das Abfuhrbemessüngsventil dazu gebracht werden, allmählich zu öffnen, jedoch viel früher als das Zufuhrbemessungsventil, so daß das Abfuhrberaessungsventil die hauptsächlichste Steuerung bleibt (Fig.7).

Wie aus Fig. 1 und 8 bis 11 hervorgeht, ist ein Rückschlagventil 77 in einer Zweigleitung 78 der jeweiligen Steuerleitung 28, 29 neben dem Abfuhrbemessungsventil 34 bzw. 35 vorgesehen. Die Rückschlagventile 77 ermöglichen es der relativ warmen und unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit im Kanal 36, in einem gedrosselten Strom durch die Steuerleitungen 28, 29 zurück zur Handsteuerung und zum Hydraulikbehälter zu strömen, wenn kein Steuerdruck an die Leitungen 28, 29 angelegt wird. Bei der Anlage des Steuerdruckes an eine der Leitungen 28 oder 29 schließt das jeweilige Rückschlagventil 77 und trennt den Steuerdruck von dem Tankdruck im Kanal 36 ab.

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Bei der hydraulischen Schaltung nach Fig. 1 und 8 bis 11 ist vorgesehen, den maximalen Lastdruck in einer von einer Serie von Ventilsystemen 24 abzutasten, die eine Mehrzahl von Motoren (Hydraulikzylinder) steuern,und diesen höheren Druck der Pumpe 22 mit veränderbarer Fördermenge entsprechend der abgetasteten Last zuzuführen. Jedes Ventilsystem 24 weist eine Leitung 79 auf, die zu einem wechselweise schließenden Ventil 80 führt, welche den Lastdruck eines angrenzenden Motors (Hydraulikzylinders) über eine Leitung 81 empfängt. Das wechselweise schließende Ventil 82 sperrt den Kanal mit dem niedrigen Druck ab und tastet auf diese Weise ab, welcher Druck der größtere ist und einem weiteren wechselweise schließenden Ventil 82 über einen Kanal 83 zugeführt werden soll. Eine Leitung 84 erstreckt sich vom Kanal 32 zu dem wechse.lweise schließenden Ventil 82. Dieses tastet ab, welcher von den anliegenden Drücken der größere ist,und stellt sich so ein, daß der höhere Druck der Verstelleinrichtung der Pumpe 22 zugeführt wird. Jedes Ventilsystem in der Aufeinanderfolge enthält derartig wechselweise schließende Ventile 80, 82, die den Lastdruck mit dem Lastdruck eines angrenzenden Ventilsystems vergleichen und den jeweils höheren Druck dem nachfolgenden Ventilsystem in der Aufeinanderfolge übermitteln, so daß schließlich der höchste Lastdruck an der Pumpe 22 wirksam wird.

Das Vorsehen des Lastabtastsystems und der beiden Lastabfall-Rückschlagventile 37, 38 sorgen für eine Druckmittel-

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abfuhr bei dem Zufuhrbemessungsventil in der mittleren Stellung, so daß keine Drosseln in den lastabtastenden Leitungen benötigt werden, welche zu einem Leistungsverlust während des Betriebs führen würden und eine gewisse Strömung von der Last während des Aufbaus des Drucks in den Abtastleitungen zulassen würde. Ferner stellt sich keine Zylinderdrift ein, wenn andere Motoren (Hydraulikzylinder) in Tätigkeit sind. Die Lastabfall-Rückschlagventile 37, 38 beseitigen die Notwendigkeit für enge Toleranzen zwischen dem Schie berkolben 51 und der Bohrung 50.

In der Praxis werden die verschiedenen Einzelteile der Ventilschaltung 24 vorzugsweise als Teil eines Ventilblocks hergestellt, der direkt an dem Motor 20 montiert ist, so daß die Notwendigkeit für lange Leitungen zwischen der Ventilschaltung und dem Motor (Hydraulikzylinder) vermieden werden. Wie sich aus den Fig. 12 bi s18 ergibt, weist der Ventilblock drei Gehäuseabschnitte 85, 86 und 87 auf. Der mittlere Gehäuseabschnitt 86 hat eine Montageoberfläche 88 (Fig. 16, 17), welche die Enden der Kanäle 32, 33 enthält, die mit dem Motor (Hydraulikzylinder) in Verbindung stehen. Die verschiedenen Komponenten der Ventilschaltung 24 sind in den Gehäuseabschnitten untergebracht und in der Zeichnung mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden. Die hydraulische Schaltung nach Fig. 1 ist also tatsächlich gefaltet, um den Ventilblock kompakter zu gestalten. Um ferner die Öffnung der Ventile 39, 40 zu erleichern, stehen diese ihren jeweiligen Vorbemessungsventilen 34 bzw. 35 gegenüber.

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Obwohl die Hydraulikschaltung in Verbindung rait einer Pumpe für variable Liefermengen und mit Steuerung durch Lastabtastung beschrieben wurde, kann die Schaltung auch in Verbindung mit einer Konstantpumpe verwendet werden, welche ein variables Auslaßventil entsprechend einer Lastabtastung aufweist. In einer solchen Anordnung wird der Druck der Leitung 82 an das der Festpumpe zugeordnete variable Auslaßventil angelegt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der hydraulischen Schaltung gemäß Erfindung ist in FJg. 19 und 19a dargestellt. Soweit die Bauteile mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der hauptsäch-

lichste Unterschied besteht in der Verwendung von zwei Zu-' f uhrbemessungsventilen 27a und 27b anstelle eines kombinierten Zufuhrbemessungsventils 27. Demgemäß sind zwei Druckleitungen P und Zufuhrkanäle 26a, 26b und eine Reihe weiterer Steuerleitungen vorgesehen, welche zwei Gruppen C1 und C2 bilden. Das Zufuhrbemessungsventil 27a wird dabei über Kanäle 30, 30a mit Steuerdruck C1 bzw. C2 angesteuert, während das Zufuhrbemessungsventil 27b über Kanäle 31, 31a mit Steuerdruck C2 bzw. C1 beaufschlagbar ist. Je nachdem, welches Zufuhrbemessungsventil 27a oder 27b betätigt wird, erfolgt die Zufuhr des Druckmittels zum Hydraulikzylinder 20 derart, daß der Kolben 21a bzw. die Kolbenstange 21 b nach rechts oder links angetrieben wird.

Jedes Zufuhrbemessungsventil 27a, 27b (Fig.20) weist eine Bohrung 50 und einen darin geführten Schieberkolben 51 auf,

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der durch eine jeweilige Feder 52 in seiner neutralen Mittelstellung gehalten wird. Der Schieberkolben 51 sperrt normalerweise den Hydraulikstrom im Zufuhrkanal 26a, 26b zu den Kanälen 32, 33. Wenn Steuerdruck im Steuerkanal 30a oder 31a angelegt wird, wird der Schieberkolben 51 des jeweiligen Zufuhrbemessungsventils 27a oder 27b entsprechend verschoben, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen dem Steuerdruck, der Federkraft und den Strömungskräften hergestellt ist. Auf diese Weise wird bestimmt, welcher der Kanäle 32, 33 mit Druckmittel aus den Zufuhrkanälen 26a oder 26b versorgt wird.

Fig. 22 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Abfuhrbemessungsventils 34 aus Fig. 19. Soweit Übereinstimmung hinsichtlich der Funktion besteht, werden die gleichen Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 verwendet. Die Feder 66 des Ventilstiftes 65 ist in dem Raum 63 des Kegelventils 61 angeordnet. Der Kolben 67 ist zur Auf name der Feder 68 hohl ausgebildet. Wenn über den Kanal 28, 69 der Kammer 70 Steuerdruck zugeführt wird, bewegt sich der Kolben 67 in der Zeichnung nach links und nimmt den Ventilstift 65 mit, so daß der Raum 63 über den Kanal 64 mit dem Rückführungskanal 36 in Verbindung kommt und das sich daraus ergebende Kräfteungleichgewicht das Kegelventil 61 abheben läßt.

Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wirkt sich der gleiche Steuerdruck an dem jeweilig tätigen Zufuhrbemessungsventil und dem zugeordneten Abfuhrbemessungsventil aus, so daß der

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gleiche Hydraulikstrom dem Zylinder 20 zugeführt wird, wie dieser den Zylinder verläi3t und in die Rückführleitung eintritt.

Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist Jedem Abfuhrbemessungsventil ein federbelasteter Steuerschieberkolben 71 zugeordnet, wie in Fig. 21 dargestellt. Gegenüber der ersten Ausführungsform funktionsgleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen belegt. Der hauptsächlichste Unterschied liegt in der Anordnung des drosselnden Kanals 62, der nunmehr als Drosselkanal 62a im Schieberkolben 71 untergebracht ist und nicht im Kegelventil 61. Der Verbindungskanal 73 zwischen dem Kegelventil 41 und dem Abfuhrkanal 36 ist auch auf die Rückseite des Kolbens 67 des Abfuhrbemessungsventils 34 geführt. Wenn das Ventil 41 geöffnet ist, führt ein Drosselstrom über die Kanäle 62a, 73, so daß sich im Raum 63 ein Druckabfall bemerkbar macht, der zur öffnung des Kegelventils 61 führt. Die Kombination der Ventile. 61, 71 stellt ein vorgesteuertes Auslaßventil dar. Bei einem hohen Druckanstieg in der Leitung 32 besteht die Gefahr des Überschießens des Schieberkolbens 71 und damit einer Übersteuerung des Auslaßventils. Um diesem entgegenzuwirken, ist wiederum die Drossel 72 und der zugeordnete Raum 72a vorgesehen.

Wenn die zu bewegende Last Energie aufnimmt, wird die Handsteuerung 23 entsprechend eingestellt, so daß beispielsweise die Kanäle C2 in Fig. 19 und 19a Steuerdruck erhalten und die Ventile 27a und 35 öffnen. Die unter Druck stehende

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Hydraulikflüssigkeit öffnet das Ventil 37 und gelangt durch den Kanal 32 zum Anschluß A des Hydraulikzylinders 20. Die jenseits des Kolbens 21a verdrängte Hydraulikflüssigkeit gelangt über den Anschluß B und den Kanal 33 in den Rücklaufkanal 36.

Wenn die Handsteuerung 23 zum Weiterlauf oder Absenken einer Last betätigt wird, erhalten die Kanäle C1 Steuerdruck, jedoch nicht in dem Maße, daß sie sich selbsttätig öffnen. Da im Kanal 32 durch die absinkende Last der Druck erhöht ist, öffnet zunächst das Abfuhrbemessungsventil 34 und Hydraulikflüssigkeit fließt in den Rücklaufkanal 36, Da dieser durch Rückstau auf höherem Druck liegt, öffnet das Kegelventil 40, so daß Hydraulikflüssigkeit über den Kanal 33 zum anderen Anschluß B des Hydraulikzylinders 20 gelangen kann, wodurch Kavitation vermieden wird, auch wenn das Zufuhrbemessungsventil 27b geschlossen bleiben sollte.

Für die schwimmende Betriebsweise wird die Handsteuerung 23 überbrückt und Steuerdruck an beide Steuerdruckleitungen 28, 29 angelegt. Dies kann in bereits beschriebener Weise über Magnetventilsteuerungen erfolgen. Dadurch werden beide Abfuhrbemessungsventile 34, 35 hinsichtlich des Ventilstiftes 65 geöffnet, so daß die Hydraulikflüssigkeit je nach Bewegungsrichtung des Kolbens 21a zwischen den Anschlüssen A und B über den Rücklaufkanal 36 zirkulieren kann.

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Die hydraulische Schaltung kann auch fernsteuerbar ausgebildet sein, wie in Fig. 19/19b dargestellt. Dieses System kann in der normalen Art betrieben werden, wie unter Bezugnahme auf Fig. 19/19a beschrieben, oder in einer regenera-

tiven Betriebsart. Bei dieser kann Hydraulikflüssigkeit des Kolbenstangenendes 21b über den Anschluß B, den Kanal 33, das abgehobene Lastabfall-Rückschlagventil 38a, das Zufuhrbemessungsventil 27b und die Pumpdruckleitungen P zum Anschluß A des Hydraulikzylinders strömen, wobei sich in den Pumpdruckleitungen die rückgeführte Hydraulikflüssigkeit mit der frisch von der Pumpe kommenden Hydraulikflüssigkeit mischt. In dieser modifizierten Schaltung sind drei fernsteuerbare Wegeventile 75a, 75b, 75c für jeweils zwei Positionen, beispielsweise Magnetventile, vorgesehen, um die Zuführung des Steuerdrucks zu den Zufuhrbemessungsventilen 27a, 27b und den Abfuhrbemessungsventilen 34, 35 zu steuern. Zusätzlich ist noch ein viertes, fernsteuerbares Ventil 75d für zwei Lagen vorgesehen, um das modifizierte Lastabfall-Rückschlagventil 38a mit dem Tank zu verbinden.

Die entfernt angeordnete hydraulische Steuereinrichtung ist über die Leitungen C1, C2 mit dem fernsteuerbaren Ventil 75a verbunden, wobei in der dargestellten Schaltlage die Leitung C1 zum zweiten, fernsteueibaren Ventil 75b und die Leitung C2 zum dritten, fernsteuerbaren Ventil 75c führt. Das zweite und dritte Ventil 75b, 75c sind wiederum in der dargestellten Schaltlage über die Leitungen C1, C2 mit den Kanälen 28, 30, 30a bzw. 29, 31, 31a der hydraulischen

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Schaltung nach Fig. 19 verbunden. Das modifizierte Rückschlagventil 38a weist eine Drossel 76 und einen Kanal 78 auf, der zu dem An-Ab-Schaltventil 75d führt. Die Drossel 76 beschränkt den zum Tank abfließenden Hydraulikstrom. In der normalen Betriebsweise ist das An-Ab-Schaltventil 75d entregt und geschlossen, und die Ventile 75a, 75b, 75c sind ebenfalls entregt, so daß die Kanäle C1, C2 in der beschriebenen Weise durchgeschaltet sind.

Wenn die regenerative Betriebsweise erwünscht ist, werden die Ventile 75a, 75b, 75c, 75d~erregt. Dadurch wird das Lastabfall-Rückschlagventil 38a mit dem Tank verbunden, der Steuerdr^ck zu beiden Abfuhrbemessungsventilen 34, 35 abgesperrt,und zur gleichen Zeit werden beide Zufuhrbemessungsventile 27a, 27b durch den gleichzeitig zugeführten Steuerdruck geöffnet. Bei offenem Rückschlagventil 38a und zUfuhrbemessungsventilen 27a, 27b sowie geschlossenen Abfuhrbemessungsventilen 34, 35 wird der Hydraulikstrom so geführt, daß man von der regenerativen Betriebsweise sprechen kann. Diese wird dann angewendet, wenn eine schnellere Bewegung des angetriebenen Gliedes 21 gewünscht wird.

Wenn der Druck beim Rücklauf aus dem Anschluß A zu hoch wird, wirkt der Steuerschieberkolben 71 im Sinne der Vorbereitung zur Öffnung des Kegelventils 61, wobei eine Kompensation des gestiegenen Druckes stattfindet und ein zusätzlicher Hydraulikstrom zum Hydraulikzylinder 20 über das geöffnete Kegelventil 40 stattfindet.

Wie im ersten Ausführungsbeispiel kann durch geeignete Bemessung der Federkräfte und der Druckflächen der Ventile 27a, 27b, 34, 35 die jeweilige Ansprechzeit geeignet eingestellt werden. Wenn beispielsweise das Abfuhrbemessungsventil zeitlich vor dem Zufuhrbemessungsventil'anspricht, steuert dieses jeweilige Zufuhrberaessungsventil den Hydraulikstrom und die Geschwindigkeit in dem Falle, daß der Motor (Hydraulikzylinder) angetrieben wird. Wenn in dieser Anordnung jedoch die Last den Antrieb überholt, führt der durch die Last erzeugte Hydraulikdruck dazu, daß das Abfuhrbemessungsventil den Hydraulikstrom und die Geschwindigkeit steuert. In dieser Situation ermöglichen es die Antikavitationsrückschlagventile 39, 40, daß Hydraulikflüssigkeit nachströmt, ohne daß gepumpte Flüssigkeit zur Auffüllung des Hydraulikzylinders benötigt wird.

Wie im ersten Ausführungsbeispiel kann die Schaltung an die spezielle Art der Lastsituation angepaßt werden. Auch die Möglichkeit der Abfuhr der relativ warmen Hydraulikflüssigkeit aus dem Rücklaufkanal 36 über einen Drosselstrom durch die Leitungen 28, 29 ist gegeben und braucht nicht weiter erläutert werden.

Die Abtastung des maximalen Lastdruckes in einer Serie von Ventilschaltungen 24 zur Steuerung einer Mehrzahl von Motoren (Hydraulikzylinder) erfolgt in der bereits beschriebenen Weise. In Fig. 19 und 19b sind die Lastabtastkanäle mit LS1 und LS2 bezeichnet.

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Fig, 23/23a zeigen eine Modifikation der erfindungsgemäßen hydraulischen Schaltung für einen einseitig wirkenden Hydraulikzylinder. Der Kolben und die Kolbenstange des Hydraulikzylinders werden mechanisch oder durch Schwerkraft zurückgeführt. In dieser modifizierten Ausführungsform v/erden nur die Elemente der rechten Hälfte des doppelwirkenden Systems nach Fig. 19 benutzt.

Wenn die Steuerung 23 (Fig. 23a) entsprechend dem Fall einer Energie aufnehmenden Last eingestellt wird, um den Kolben des Hydraulikzylinders anzutreiben, erhalten die Leitungen C1 und die Kanäle 28 sowie 31a Steuerdruck. Das Zufuhrbemessungsventil 27b wird nach rechts verschoben, und das Druckmittel gelangt durch den Kanal 33 und das geöffnete Kegelventil 38 in den Einlaß B des Zylinders.

Wenn die Steuerung 23 auf Absenken der Last gestellt wird, gelangt der Steuerdruck in die Leitung C2 und den Kanal 29, und das Abfuhrbemessungsventil 35 öffnet. Die auf der Kolbenstange und dem Kolben des Zylinders aufruhende Last preßt die Hydraulikflüssigkeit durch den Anschluß B, das Abfuhrbemessungsventil 35 in den Rücklaufkanal 36.

Wenn große Betätigungszylinder benötigt werden, beispielsweise in großen Gabelstaplern und geländegängigem Gerät mit doppelwirkendem Zylinder,und wenn das Verhältnis der beaufschlagten Flächen groß ist, kann ein geeignet dimensioniertes,, einfach wirkendes System großen Volumens verwendet werden,

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um das Kopfende des Zylinders zu steuern, und ein geeignet dimensioniertes, einfach wirkendes System kleinen Volumens zur Steuerung des Kolbenstangenendes des Zylinders benutzt werden.

Wenn im Interesse der Sicherheit eine absolute Lastverriegelung erforderlich ist und keine Rohrleitungen zwischen
dem Kopfende und dem Kolbenstangenende des Zylinders zulässig sind, um den Weiterlauf der Last in beiden Richtungen auszuschließen, werden zwei einfach wirkende Systeme an Jedem Ende des Zylinders angeordnet.

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Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radeckestrafle 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsull Patenlconsull Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562743/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palentconsull

' Sperry Corporation
Troy, Mich. 48048, USA

Patentansprüche :

Hydraulische Antriebsschaltung für

a) einen Hydromotor, insbesondere Hydraulikzylinder,

b) mit gegebenenfalls wechselweise wirksamen Zufuhr- und Abfuhrleitungen sowie Steuer}eitungen,

c) in Verbindung mit einer Druckmittel-Lieferpumpe, insbesondere variabler Fördermenge entsprechend einer Lastabtastung, und mit

d) Ventilen zur Lenkung und Steuerung des Druckmittels von und zu den Anschlüssen des Hydromotors,

dadurch gekennzeichnet, daB in der Zufuhr- und/oder Abfuhrieitung (32, 33) wenigstens dl) ein Zufuhrbemessungsventil (27, 27a, 27b) und d2) ein Abfuhrbemessungsventil (34, 35) vorgesehen sind, deren Bereitschaftszustände und/oder -lage hinsichtlich Durchflußquerschnitten über eine Steuerdruck (C1, C2) liefernde Steuereinrichtung (23) einstellbar sind.

München: R. Kramer Dlpl.-Ir.g. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dlpl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Prof.Dr. jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. DIpI.-W.-Ing.

0 3 0 0 A1 /0 8 61^{0RIG!NAL INSPECTED}
2. Hydraulische Antriebsschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Zufuhr- und/oder Abfuhrleitung (32, 33) ein Rückschlagventil (37, 38) in der Weise angeordnet ist, daß das Druckmittel von dem Zufuhrbemessungs ventil (27, 27a, 27b) in Richtung des Hydromotors strömen kann, bei Lastabfall jedoch gesperrt wird.
3. Hydraulische Antriebsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zufuhr- und/oder Abfuhrleitung (32, 33) ein Antikavitationsventil (39, 40) vorgesehen ist, welches die Verbindung zwischen einem Rücklaufkanal (36) und der jeweiligen Zufuhrleitung (32, 33) öffnet, wenn der Druck im Rücklaufkanal (36) um ein bestimmtes Maß höher als der Druck in der Zufuhrleitung (32, 33) ist.
4. Hydraulische Antriebsschaltung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß jedem Abfuhrbemessungsventil (34, 35) ein modulierendes Steuerventil (41, 42) zugeordnet ist, welches die Öffnungsweite des Abfuhrbemessungsventils moduliert, wenn der Druck in der Abfuhrleitung (32 oder 33) einen vorbestimmten Wert übersteigt.
5. Hydraulische Antriebsschaltung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessung und Anordnung des Zufuhrbemessungsventils (27, 27a, 27b) und des Abfuhrbemessungsventils (34, 35) so getroffen ist, daß das Abfuhrbemessungsventil (34, 35) vor dem Zufuhrbemessungsventil im Öffnungssinne anspricht.
6. Hydraulische Antriebsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfuhrbemessungsventil (34, 35) voll geöffnet ist, bevor das Zufuhrbemessungsventil (27, 27a, 27b) öffnet, und zwar in Anpassung an in erster Linie treibende Lasten.
7. Hydraulische Antriebsschaltung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abfuhrbemessungsventil (34, 35) sich zu öffnen beginnt, bevor das Zufuhrbemessungsventil (27, 27a, 27b) sich öffnet und sich auf eine allmähliche Öffnung bewegt, und zwar in Anpassung an in erster Linie weiterlaufende Lasten.
8. Hydraulische Antriebsschaltung nach einem der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrbemessungsventil (27, 27a, 27d) und das Abfuhrbemessungsventil (34, 35) zur Befestigung in großer Nähe zu dem Hydromotor ausgebildet sind.
9· Hydraulische Antriebsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrbemessungsventil (27, 27a, 27b) und das Abfuhrbemessungsventil (34, 35) in einem Gehäuse (85, 86, 87) zur Befestigung an dem Hydromotor (20) ausgebildet ist.
10. Hydraulische Antriebsschaltung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung mehrerer Antr.iebsschaltungen (24) mit einer Druckmittel-Lieferpumpe (22) Vergleichseinrichtungen (80, 82) zum Vergleich der Lastdrücke benachbarter Antriebsschaltungen und Bestimmung des höchstei

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Lastdruckes vorgesehen sind.
11. Hydraulische Antriebsschaltung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gdcennzeichnet, daß ein einziges Zufuhrbemessungsventil (27) zum Sperren von zwei Kanälen (32, 33) bzw. zum Freigeben jeweils eines dieser Kanäle vorgesehen ist, die Teil der Zufuhr- und Abfuhrleitung sind-und in denen sich Jeweils ein Abfuhrbemessungsventil (34, 35) befinden. (Fig. 1 bis 11).
12. Hydraulische Antriebsschaltung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zufuhrbemessungsventile (27a, 27b) und zwei Abfuhrbemessungsventile (34, 35) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Zufuhrbemessungsventil (27a) und ein Abfuhrbemessungsventil (34) im Zuge eines Kanals (32) und das andere Zufuhrbemessungsventil (27b) mit dem anderen Abfuhrbemessungsventil (35) in dem anderen Kanal (33) angeordnet sind (Fig. 19 bis 22).
13. Hydraulische Antriebsschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zufuhrbemessungsventil (27a, 27b) selektiv mit Steuerdruck (C1 bzw. C2) betätigbar ist.
14. Hydraulische Antriebsschaltung nach Anspruch 2 und 12 oder 13»

dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Kolbenstangenanschluß (B) in Verbindung stehende Lastabfall-Rückschlagventil (38a) ferngesteuert (75d) geöffnet werden kann, und zwar

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gleichzeitig mit dem im gleichen Kanal liegenden Zufuhrbemessungsventil (27b), zum Zwecke einer regenerativen Betriebsweise.
15. Hydraulische Antriebsschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fernsteuerung des Lastabfall-Rückschlagventils (38a) dieses einen Drosselkanal (76, 78) zum Tank aufweist, in welchem ein fernsteuerbares An-Ab-Schaltventil (75d) angeordnet ist.
16. Hydraulische Antriebsschaltung*nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum gleichzeitigen Öffnen des Zufuhrbemess*mgsventils (27b) und des Lastabfall-Rückschlagventils (57a) drei fernsteuerbare Ventile (75a, 75b, 75c) mit Jeweils zwei Schaltlagen vorgesehen sind, welche die Steuerleitungen (C1 bzw. C2) in der Weise schalten, daß in ihrer ersten Lage der Steuerdruck zu dem einen oder anderen Abfuhrbemessungsventil (34 oder 35) und den Zufuhrbemessungsventi-. len (27b oder 27a) geführt wird und in einer zweiten Lage der Steuerdruck gleichzeitig an beide Zufuhrbemessungsventile (27a, 27b) angelegt und von beiden Abfuhrbemessungsventilen (34, 35) abgesperrt wird.
17. Hydraulische Antriebsschaltung nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet, daß das erste fernsteuerbare Ventil (75a) in seiner ersten Schaltlage den Steuerdruck entweder zum zweiten (75b) oder zum dritten Ventil (75c) durchschaltet und in seiner zweiten Lage den Steuerdruck zu beiden nachgeschalteten Ventilen (75b, 75c) durchschaltet, so daß

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wenn das An-Ab-Schaltventil (75d) in der Einschaltlage ist, das Druckmittel vom Kolbenstangenanschluß (B) über die Zufuhrbemessungsventile (27b, 27a) zum ^ylinderkopfanschluß (A) strömen kann.
18. Hydraulische Antriebsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,

dadurch gekennzeichnet, daß ein dreiteiliges Gehäuse (85, 86, 87) zur Aufnahme der Ventile vorgesehen ist, welche im wesentlichen in zwei Ebenen (Fig. 16, 18) angeordnet sind.
19. Hydraulische Antriebsschaltung nach Anspruch 3 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Antikavitationsventil (39, 40) und ein Abfuhrbemessungsventil (34, 35) sich hinsichtlich eines Rücklaufkanals (36) gegenüberstehen (Fig. 16, 18).

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