DE3032596C2 - Hydraulische Steuerkreisvorrichtung. - Google Patents

Hydraulische Steuerkreisvorrichtung.

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DE3032596C2
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Isamu Hiroe
Yusuke Imada
Seiichi Kato
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Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuerkreisvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Als Stand der Technik ist bereits eine derartige hydraulische Steuerkreisvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten, doppelseitig wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit bekannt (DE-OS 16 50 339). Diese bekannte Konstruktion verwendet zur Steuerung ein sogenanntes Mehrspindelsteuerventil mit begrenztem Reihenbetrieb. Ein Eilgang zur schnelleren Bewegung der einen Kolben-Zylinder-Einheit ist hierbei nicht vorgesehen.
Zum Stand der Technik zählt weiterhin ein Hubstapler mit hydraulischem Hubwerk (DE-OS 14 06 784). Bei dieser Konstruktion ist bei einer einzelnen Kolben-Zylinder-Einheit eine Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung eingesetzt Hierzu sind jedoch zwei weitere Kolben-Zylinder-Einheiten erforderlich, so daß ein relativ hoher baulicher Aufwand vorliegt
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik eine Konstruktion zu schaffen, bei welcher auf einfache Weise ein schnellerer und einfacherer Bewegungsablauf der einen Kolben-Zylinder-Einheit ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß eine sogenannte Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung Anwendung findet, wonach die zweite Kolben-Zylinder-Einheit im Eilgang auf einfache Weise betätigt werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch 2.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht eines Schleppers, welcher mit einem Frontlader ausgestattet ist;
Fig. 2 einen Stromkreislauf eines hydraulischen Steuersystems;
Fig.3 ein Stromkreisdiagramm mit einer Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung;
Fig.4A und 4B schematische Stromkreisläufe von Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtungen nach Fig.3, wobei Fig.4A einen neutralen Zustand und Fig.4B einen Zustand bei Vorschubbewegung der Kolbenstange darstellt.
In F i g. 1 ist ein Schlepper dargestellt, welcher mit einem Frontlader mit hydraulischer Steuerkreisvorrichtung ausgerüstet ist. Der Frontlader weist einen Arm 2 auf, welcher über Bolzen an einem Ende mit dem Schlepper verbunden ist, wobei ein Arbeitswerkzeug 3 über Bolzen am anderen Ende des Arms 2 befestigt ist. Dieser Arm 2 ist auf- und abwärts bewegbar (bzw. heb- oder senkbar, wie durch Pfeile angedeutet) und zwar in einer vertikalen Ebene mit Hilfe der Vor- und Rückschubbewegung der Kolbenstange einer ersten Kolben-Zylinder-Einheit 4, welche mit diesem Arm in Verbindung steht.
Das Arbeitswerkzeug 3 ist auf- und abbewegbar (bzw. in Schüttstellung oder Schöpfstellung bringbar, wie durch Pfeile angedeutet, in einer vertikalen Ebene mit Hilfe der Vor- und Rückschubbewegung einer zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5, welche mit dem Arbeitswerkzeug in Verbindung steht. Die Kolbenstange der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 ist mit dem Arbeitswerkzeug 3 entweder direkt oder über einen Hebelmechanismus, wie in F i g. 1 dargestellt, verbunden.
Das Arbeitswerkzeug 3 kann beispielsweise ein Förderkübel sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, verschiedene andere Arbeitswerkzeuge einzusetzen, wie beispielsweise Fördergabeln oder andere Elemente, welche am vorderen Ende des Armes 2 befestigbar sind. Außerdem ist es möglich, daß die erste Kolben-Zylinder-Einheit 4 bzw. die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5 in einer oder in mehreren Einheiten auf einer oder auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind.
Das hydraulische Steuerkreissystem zur Steuerung der Kolbenstangen bezüglich ihrer Vor- und Rückhubbewegung der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 4 und der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 wird nachfolgend näher beschrieben: Nach F i g. 2 weist die hydraulische Steuerkreisvorrichtung einen Ölbehälter 6, eine Hydraulikpumpe 7, welche durch eine nicht näher dargestellte, mit dem Schlepper 1 verbundene Antriebseinrichtung antreibbar ist, ein Rückschlagventil 8 zur Einhaltung eines vorbestimmten Wertes an Versorgungsdruck des Öles von der Hydraulikpumpe 7, ein Steuerventil A für die erste Kolben-Zylinder-Einheit 4 und ein Steuerventil B für die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5 auf. Das Steuerventil A für die erste Kolben-Zylinder-Einheit 4 ist als Schiebeventil ausgebildet, welches in drei Lagen verschiebbar ist und sechs Ein- bzw. Ausgänge aufweist Die drei Lagen korrespondieren mit der Aufwärtsbewegung, der neutralen Bewegung und der Abwärtsbewegung des Armes; Es sind dr<;i Eingänge a, b und c auf der Pumpenseite und drei Ausgänge d, e und f auf der Zylinderseite vorgesehen. Das Steuerventil B für die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5 ist gleichfalls als Schiebeventil ausgebildet, welches in drei Positionen verschiebbar ist und sechs Ein- bzw. Ausgänge aufweist Die drei Schiebepositionen entsprechen der Schüttstellung, der Schöpfstellung bzw. der neutralen Stellung des Arbeitswerkzeuges 3, d. h. des Förderkübels. Hierbei sind drei Eingänge g, h und / auf der Pumpenseite und drei Eingänge/ k, /auf der Zylinderseite vorgesehen.
Die Steuerventile A und B sind in der in F i g. 2 dargestellten Position in neutraler Lage, wobei das Drucköl, welches von der Hydraulikpumpe 7 geliefert wird, zu dem Behälter zurückkehrt über die jetzt miteinander verbundenen öffnungen a und d des Steuerventils A, eine hydraulische Ölleitung 10, die miteinander verbundenen öffnungen g und j des Steuerventils B und eine Leitung 14; das gesamte System befindet sich damit in einem neutralen Zustand, wobei weder der Arm 2 noch der Förderkübel 3 arbeiten.
Wenn das Steuerventil B für die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5 in der neutralen Position beibehalten wird, und das Steuerventil A für die erste Kolben-Zylinder-Einheit 4 eine Verschiebung erfährt, betätigt das Drukköl über die Hydraulikpumpe 7 ein Absperrventil 9, wodurch das Drucköl in den Eingang b des Steuerventils A gelangt von wo es durch die öffnung / und über die Leitung 4b in die kolbenstirnseitige Kammer der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 4 gelangt Hierdurch wird die Kolbenstange der ersten Kolben-Zylinder Einheit bewegt, so daß der Arm 2 angehoben wird. Während dieses Arbeitsvorganges kehrt das Öl in der kolbenstangenseitigen Kammer der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 4 zu dem Behälter 6 zurück über die Leitung 4a, die Öffnungen eund cdes Steuerventils A. Über die Leitung 11 mit dem Absperrventil 12, die öffnungen g und j des Steuerventils B und die Leitung 14 gelangt das öl schließlich in den Behälter 6.
Wenn das Steuerventil A in die Position »Absenken« bewegt wird, erfolgt die Arbeitsweise in analoger Art, wobei in diesem Fall der Strömungsverlauf des Öles bezüglich der ersten Kolben-Zylinder-Einheit umgekehrt ist und die Kolbenstange der Kolben-Zylinder-Einheit 4 zurückgezogen wird. Dadurch dreht sich der Arm 2 nach unten, wie in F i g. 1 dargestellt
Wenn das Steuerventil A für die ersten Kolben-Zylinder-Einheit 4 in der neutralen Lage beibehalten wird und das Steuerventil B für die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5 in die Stellung »Schütten« bewegt wird, fließt das unter Druck stehende öl über die Pumpe 7 in die kolbenstirnseitige Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 über die öffnungen a und ddes Steuerventils A, die Leitung 10, die öffnungen h und k des Steuerventils B und die Leitung 5b. Die Kolbenstange dsr zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 wird damit bewegt und bewirkt, daß der Förderkübel 3 in die Schüttstellung gelangt Während dieses Arbeitsganges kehrt das öl von der kolbenstangenseitigen Kammer der zweiten
ίο Kolben-Zylinder-Einheit 5 über die Leitung 5a, die öffnungen 1 und /des Steuerventils Bund die Leitung 14 zu dem Behälter 6 zurück.
Wenn das Steuerventil B in die Stellung »Schöpfen« bewegt wird, ergibt sich ein analoger Arbeitsverlauf, wobei jedoch in diesem Fall die Richtung des Drucköls bezüglich der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit umgekehrt wird. Die Kolbenstange dieser Zylindereinheit 5 wird zurückgezogen und bewirkt daß der Förderkübel 3 in die Schöpfstellung gelangt
Die gleichzeitige Arbeit des Armes 2 und des Förderkübels 3 wird nachfolgend beschrieben. Beispielsweise, wenn es gewünscht ist, den Arm 2 mit dem mit Füllgut gefüllten Förderkübel 3 so anzuheben, daß ein unerwünschtes Verschütten der Ladung vermieden wird.
Hierbei ist es erforderlich, den Förderkübel 3 entsprechend zu drehen in Abstimmung mit der Aufwärtsbewegung des Arms 2, so daß der Förderkübel 3 immer in horizontaler Lage verbleibt
In diesem Fall wird das Steuerventil B für die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5 in die Stellung »Schütten« bewegt, wobei gleichzeitig das Steuerventil A für die erste Kolben-Zylinder-Einheit 4 in die Position »Anheben« gebracht wird. Als Folge hiervon gelangt Drucköl über den Hydraulikzylinder 7, das geöffnete Absperr-
ventil 9 durch die öffnungen b und /des Steuerventils a über die Leitung Ab in die kolbenstirnseitige Kammer der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 4. Während dessen fließt öl aus der kolbenstangenseitigen Kammer der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 4 über die Leitung 4a,
die Öffnungen e und c des Steuerventils A, die Leitung 11, die Öt'fnungen h und k des Steuerventils B und die Leitung 5b in die kolbenstirnseitige Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5. Gleichzeitig gelangt öl aus der kolbenstangenseitigen Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 zurück zu dem Behälter 6 über die Leitung 5a, die Öffnungen / und / des Steuerventils B und die Leitung 14. Als Resultat hiervon wird die Kolbenstange der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 4 angehoben und hebt damit gleichzeitig den Arm 2 an.
Simultan hierzu erfolgt über das rückströmende öl der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 4 eine Betätigung der Kolbenstange der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5, um den Förderkübel 3 in der funktionsrichtigen Lage zu halten.
Diese simultanen Arbeitsgänge des Armes 2 und des Förderkübels 3, d. h. die funktionsrichtige Verknüpfung der Arbeitsgänge des Förderkübels 3 im Hinblick auf die Arbeitsgänge des Arms 2 lassen sich durchführen für die Bewegung »Anheben - Schöpfen«, »Senken - Schütten« und »Senken - Schöpfen« bowie zu der Bewegung »Anheben -Schütten«. Derartige, miteinander verknüpfte Arbeitsgänge eines doppelt wirkenden Zylinders im Hinblick auf einen anderen, doppelt wirkenden Zylinder wird erreicht, indem steuerventile funktionsrichtig miteinander verbunden werden, wobei das rückfließende öl aus einem doppelt wirkenden Zylinder (im vorliegenden Fall aus der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 4) zu dem anderen doppelt wirkenden Zylinder (im
vorliegenden Fall zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5) gefördert wird. Speziell bei einem landwirtschaftlichen Schlepper ermöglicht diese funktionsrichtige Verknüpfung der Arbeitsgänge des Förderkübels 3 bezüglich des Arms 2 für die Stellung »Anheben-Schütten« und »Absenken-Schöpfen«, daß der Förderkübel 3 in horizontaler Lage gehalten wird im Zusammenhang mit dem Anheben und Senken des Arms 2; daher kann nicht der Fall auftreten, daß die Ladung aus dem Förderkübel 3 herausfallen kann, während der vorgenannten Bewegungen des Arms. Damit entfallen eine Anzahl zusätzlicher Sicherungselemente. Weiterhin ergibt sich eine Reduzierung des Gewichts des Frontladers und ein besseres Sichtfeld von der Kabine, woraus eine bessere Manövrierfähigkeit und zusätzliche Sicherheit resultiert.
Die Fig. 3, 4A und 4B zeigen jeweils Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtungen 61, welche zwischen den Leitungen 5a und 5b angeordnet sind und zu der kolbenstangenseitigen bzw. der kolbenstirnseitigen Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 führen mit dem Zweck, die Kolbenstangenvorschubbewegung der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 zu vergrößern.
Diese vorgenannte Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung 61 weist öffnungen 62 und 63 auf, welche mit den Ölleitungen 5a und 5b verbunden sind und zu der kolbenstangenseitigen und der kolbenstirnseitigen Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 führen. Weiterhin sind öffnungen 64 und 65 vorgesehen, weiche mit der Hydraulikpumpe und dem Behälter über das Steuerventil für die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5 verbunden sind. Die öffnung 62 ist mit der öffnung 64 durch eine erste Ölleitung 5a' verbunden, welche ein Absperrventil 66 aufweist, das von einer Feder 67 beaufschlagt wird, um einen ölfluß bezüglich der öffnung 64 zu verhindern. Die Öffnung 63 steht mit der öffnung 65 über die Ölleitung 5£>'in Verbindung.
Weiterhin ist ein Umlaufventil 68 zur Rückführung des Öls von der kolbenstangenseitigen Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5. Hier ist eine Kolbenstange vorgesehen, welche axial gleitbar ist innerhalb einer Bohrung 69 und unter Wirkung einer Feder 70 steht Öffnungen 71 und 72 stehen in Verbindung mit der ersten und der zweiten Ölleitung 5a' und 5b', und zwar über kreisförmige Aussparungen 73 und 74. Dieses Umlaufventil 68 besitzt einen Bereich kleineren Durchmessers 75 und ein Durchgangsloch 76. Es weist weiterhin eine Steuerdruckölleitung 77 auf, welche mit dem vorgenannten Durchgangsloch 76 in Verbindung steht Weiterhin ist eine Ölleitung 78 vorgesehen, welche zu der öffnung 76 am anderen Ende des Umlaufventils geöffnet ist.
Wenn es gewünscht wird, die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5 so zu steuern, daß die Kolbenstange zurückbewegt wird, ist das Steuerventil für die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5 so geschaltet, daß eine Verbindung der Leitung 5a zum Behälter 6 besteht In diesem Fall fließt Drucköl über die Hydraulikpumpe zu der öffnung 63, öffnet das AbsperrvenMl 66 in der ersten Ölleitung 5a'gegen Wirkung der Feder 67 und fließt in die kolbenstangenseitige Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 über die Öffnung 62 und die Leitung 5a. Währenddessen kehrt öl in der kolbenstirnseitigen Kammer zurück zu dem Behälter durch die Leitung 5b, die Öffnung 63, die zweite Ölleitung 5/j'und die öffnung 65, so daß die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 5 bei normaler Geschwindigkeit die Rückschubbewegung der entsprechenden Kolbenstange vollendet
Wenn das Steuerventil umgeschaltet wird in Gegenbewegung, fließt Drucköl über die Hydraulikpumpe in die kolbenstirnseitige Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 durch die öffnung 65, die zweite Ölleitung 5b', die öffnung 63 und die Leitung 5b. Währenddessen ist die erste Ölleitung 5a' blockiert durch das Absperrventil 66.
Eine kleine Menge öl in der kolbenstangenseitigen Kammer hat damit die Möglichkeit, zu dem Behälter zurückzukehren über die Ölleitung 71, das Durchgangsloch 76 in dem Umlaufventil 68, die Ölleitung 78 mit der Drossel 79 und die öffnung 64. Als Resultat hiervon ergibt sich eine Erhöhung des Drucks in der kolbenstangenseitigen Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5. Diese Druckerhöhung führt zu einer Erhöhung der Kraft, welche auf die Steuerölleitung 77 im Endbereich des Umlaufventils 68 wirkt. Das Umlaufventil 68 wird hierbei zurückgedrückt gegen Wirkung der Feder 70, wobei sich eine Situation gemäß Fig. 11B ergibt.
Der kleinere Durchmesserbereich 75 des Umlaufventils 68 gelangt über die kreisringförmigen Aussparungen 74 und 73 und stellt damit eine Verbindung zwischen den Ölleitungen 5a'und 56'her. Obwohl Teile des rückfließenden Öles von der kolbenstangenseitigen Kammer 5 zu dem Behälter zurückkehren über die Ölleitung 78 mit der Drossel 79, fließt der größere Teil des Öls zusammen mit dem von der Hydraulikpumpe kommenden öl von der zweiten Ölleitung 56'in die kolbenstirnseitige Kammer, so daß die Kolbenstange der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 mit vergrößerter Geschwindigkeit bewegt wird.
In diesem Fall ist die Verbindung zwischen den kreisringförmigen Aussparungen 73 und 74 hergestellt durch den geringeren Durchmesserbereich 75 des Umlaufventils 68, wobei sich ein Kräfteausgleich ergibt infolge Einwirkung auf die Enden des Umlaufventils 68. Das Umlaufventil stoppt hierbei seine Bewegung bei dem Öffnungsgrad entsprechend einer variablen Drossel 80, welche zwischen dem oberen Ende der kreisringförmigen Aussparungen 73 und dem unteren Ende des Bereichs kleineren Durchmessers 75 angeordnet ist. Der Öffnungsgrad einer variablen Drossel 81 zwischen dem unteren Ende der kreisringförmigen Aussparung 73 und dem oberen Ende des Durchgangsloches 76 wird in entsprechender Relation gehalten. Wenn der Öffnungsgrad der variablen Drossel 81 Null wird, wird der Steuerdruck in der Steuerölleitung ebenfalls Null, so daß keine Möglichkeit zum vollkommenen Schließen besteht. Wenn der Förderöldruck von der Pumpe konstant bleibt und keine Variation in der Belastung vorliegt,
bleibt die Relation des Öffnungsgrades der veränderlichen Drosseln 80 und 81 konstant, so daß keine Gefahr besteht daß das Umlaufventil 68 in unerwünschter Weise hin- und herschwingt
Wenn die Zufuhr von Drucköl durch das Steuerventil gestoppt wird, ist es möglich, die Betätigung der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 5 zu einem plötzlichen Stopp zu bringen.
Wenn der Betrag des Drucköls durch Reduzierung der Drehzahl der Hydraulikpumpe verringert wird, durch Betätigung eines entsprechenden Ventils, sinkt der Druck des von der kolbenstangenseitigen Kammer des Zylinders rückfließende Druck, wodurch es möglich ist, daß ein Teil des Öls zu dem Behälter zurückkehrt Damit wird die Vorschubgeschwindigkeit der Kolbenstange reduziert
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Hydraulische Steuerkreisvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten, doppelseitig wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit mit Kolbenstangen und Kammern, mit einer Hydraulikpumpe und einem ölbehälter, mit einem Absperrventil und mit Steuerventilen, welche einerseits mit den Kolben-Zylinder-Einheiten und andererseits mit der Hydraulikpumpe und dem ölbehälter verbunden sind, zum unabhängigen Steuern der Kolben-Zylinder-Einheiten und zur abhängigen Steuerung der zweiten, gegenüber der ersten Kolben-Zylinder-Einheit, wobei die Steuerventile in Serie geschaltet sind und einen Neutralumlauf besitzen und die jeweilige Rücklaufleitung der ersten Kolben-Zylinder-Einheit mit der Pumpenleitung des zweiten Steuerventils verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Kammern der zweiten, nachgeschalteten Kolben-Zylinder-Einheit (5) eine Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung (61) zur verstärkten Beaufschlagung der kolbenstirnseitigen Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit (5) angeordnet ist, welche eine erste Ölleitung (5a,) aufweist, die zu der kolbenstangenseitigen Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit führt sowie eine zweite Ölleitung (5b), die mit der ersten Ölleitung (5a) verbunden ist, welche zu der kolbenstirnseitigen Kammer der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit (5) führt,
daß das Absperrventil (66) zum Blockieren des von der kolbenstangenseitigen Kammer rückfließenden Öls in der ersten Ölleitung (5a) angeordnet ist,
daß ein Umlaufventil (68) in der ersten Ölleitung (5a), im Bereich zwischen dem Absperrventil (66) und der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit (5) sowie in der zweiten Ölleitung (5b) angeordnet ist, das zwischen einer ersten Stellung, in welcher es die Verbindung zwischen der ersten und der zweiter Ölleitung herstellt, und einer zweiten Stellung bewegbar ist, in welcher es die Verbindung blockiert, wobei ein Federelement (70) das Umlaufventil (68) normalerweise in der zweiten Stellung hält,
daß eine Steuerleitung (67) von der ersten Ölleitung (5a) abzweigt, deren Steuerdruck das Umlaufventil (68) entgegen der Wirkung der Feder (70) derart beaufschlagt, daß es die erste Stellung einnimmt, wenn der Steuerdruck in der ersten Ölleitung (5a) einen vorbestimmten Wert übersteigt und daß ein Begrenzungselement (76, 79, 78) zum Umgehen des Absperrventils (66) vorgesehen ist.
2. Steuerkreisvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung (61) eine Vorrichtung aufweist zur Aufhebung der Wirkung des Absperrventils (66), wenn die Kolbenstange der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit (5) bei normaler Bewegung ausfahrbar
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