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Beschreibung;
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Die Erfindung betrifft Lasthalte- und Senkbreisventil für lineare
oder nicht lineare Hydraulnotoren, die eine Last durch Heben oder Senken bewegen,
uelches Ventil teils an einer Druckquelle über ein Positionsventil und teils an
die Hubseite und die Senkseite des Motors angeschlossen ist, wobei ein pilotgesteuertes
Halteventil und ein erstes Rückschlagventil in einer Hydraulflüssigkeitsleitung
an die Hubseite des Hydraulmotors derart angeschlossen sind, dass das Rückschlagventil
an die Hubseite des Hydraulmotors an dem Halteventil vorbeileiten kann, aber Hydraulflüssigkeit
von
der Hubseite des Hydraulmotors zwingt, am Halteventil vorbei zu passieren, wenn
dieses offen ist.
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Das erfindungsgemässe Ventil ist in erster Hand dazu bestimmt, bei
Hydraulkolbenzylindern an Kranen oder dergleichen Arbeitsmaschinen verwendet zu
werden, aber auch andere Verwendungagebiete können in Frage kommen.
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Vorbekannte Technik auf diesem Gebiete beschreibt nicht ein Ventil,
mit welchem teils ein sicheres Festhalten der Last und teils eine von dem Lastdruck
in dem Zylinder gesteuerte Senkgescheindlgkeit erlaubt.
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Der Zweck der Erfindung ist ein Ventil zu schaffen, das die oben beschriebenen
Funktionen ermöglicht.
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Das für die Erfindung Kennzeichnende ist, dass in der Hydraulflüssigkeitsleitung
an die Senkseite des Hydraulmotors ein Drosselventil und ein zweites Rückschlagventil
derart parallelgeschaltet sind, dass dieses zweite Rückschlagventil Hydraulflüssigkeit
nur von der Senkseite des Hydraulmotors am Drosselventil vorbeileiten kann, aber
Hydraulflüssigkeit zwingt an die Senkeeite des Hydraulmotors durch das Drosselventil
zu passieren, dass das Gegenhalteventil derart angeordnet ist, dass es vom Druck
in der Leitung an die Senkseite des Hydraulmotors betätigt ist derart, dass dieses
Ventil bei einem gewissen Pilotdruck in der letztgenannten Leitung gedffnet Sird,
dass
das Drosselventil derart ausgebildet ist, dass dessen Drosseleinstellung eine Funktion
des Druckes in der Leitung zwischen dem Gegenhalteventil und der Hubseite des Hydraulmotors
wird, so dass eine Steigerung des Druckes in dieser Leitung eine versteigerte Drosselung
bewirkt.
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Mit einem Ventil nach der Erfindung erhält man ein sicheres Festhalten
der Last. Das Gewicht der Last wird selbsttätig die Senkgeschwindigkeit derart beeinflussen,
dass diese bei schwererer Last niedriger wird.
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Lei einer Abänderung des Ventils nach der Erfindung ist ein Druckbegrenzer
vor dem Drosselventil eingesetzt. Durch zweckmässige Wahl der Charakteristik der
eingehenen Komponente erhält man die erwünschte Abhängigkeit zwischen dem Gewicht
der Last und der maximal erlaubten Senkgeschwindigkeit.
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Die Erfindung wird unten an Hand der beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben. Auf den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein Schaltungsbild eines erfindungsgemässen
Ventils an einem Kran.
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Fig. 2 ist ein Längsschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 4 - 6
und Fig. 3 ist ein Längsschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 4 - 6 durch eine
Ausführungsform des Ventils.
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Fig. 4, 5 und 6 sind Querschnitte entlang den Linien IV-IV, V-V bzw.
VI-VI in Fig. 2 und 3.
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Fig. 7 ist ein Schaltungsbild einer abgeänderten Ausführungsform des
erfindungsgemässen Ventils.
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Fig. 8, 9, 10 zeigen Schaltungsbilder für verschiedene Ausführungsforme
des Ventils.
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Fig. 11 ist ein Querschnitt durch einen zu dem Ventil gehörenden Druckbegrenzer.
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Ein Lasthalte- und Senkbremsventil 1 nach der Erfindung ist an die
Hebe- und Senkeeite 3 bzw. 4 eines Hydraulkolben zylinders 2 angeschlossen. Eine
Druckquelle 5 für Hydraulöl ist über ein Positionsventil 6 und zwei Leitungen 7,
8 an das Ventil 1 angeschlossen, das durch eine Leitung 9 an die Hubseite 3 des
Zylinders 2 und durch eine Leitung 10 an die Senkseite 4 des Zylinders 2 angeschlossen.
Mit dem Hydraulkolbenzylinder 2 wird in dem dargestellten Ausführungs beispiel ein
Kran 11 betätigt.
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Das Lasthalte- undSenkbremsventil 1 besteht aus einem variierbaren
Drosselventil 12, einem pilotgesteuerten Gegenhalteventil 13 und zwei Rückschlagventilen
14, 15.
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Das Rückschlagventil 14 ist mit dem Drosselventil 12 parallelgeschaltet,
und beide sind an die Leitung 12 zur Senkseite 4 des Zylinders angeschlossen. Das
Rückschlagventil 14 ist derart eingesetzt dass es Hydraulflüssigkeit von der Senkseite
4 des Hydraulkolbenzylinders 2 weiterlässt,
aber Hydraulflüssigkeit
an die Senkseite des Zylinders zwingt, an dem Drosselventil 12 vorbei zu passieren.
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Das Rückschlagventil 15 ist mit dem pilotgesteuerten Gegenhalteventil
13 parallelgeschaltet, und beide sind an die Leitung 9 zur Hubseite 3 des Zylinders
2 angeschlossen. Es ist so eingesetzt, dass es Hydraulflüssigkeit an die Hubseite
des Zylinders weiterlässt, aber die Gesamtflüssigkeit von der Hub seite zwingt,
durch das Gegenhalteventil 13 zu passieren, wenn dieses offen ist.
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Das pilotgesteuerte Gegenhalteventil 13 wird vom Öldruck im Punkte
16 gesteuert. Wenn dieser einen gewissen vorbestimmten Wert erreicht, schaltet das
Ventil 13 in eine die Hydraulflüssigkeit führende Lage um, in welcher der Flüssigkeit
erlaubt wird durch dasselbe zu strömen, wobei der Hubarm des Kranes 11 gesenkt werden
kann.
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Der Druck im Punkte 17 beeinflusst die Einstellung des Drosselventils
12. Je höher der Druck in der Leitung 9 ist, d.h. je schwerer die Last der Kran
11 ist, desto stärkere Drosselung der Hydraulflüssigkeit durch das Drosselventil
wird erreich-t.
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Das Lade- und Senkbremsventil 1 funktioniert in folgender Weise. Wenn
der Kran 11 eine Last (nicht gezeigt) heben soll, wird der Ventilkörper des Positionsventils
nach links bewegt. Die Hydraulflüssigkeit wird von der Druckquelle 5
durch
die Leitung 7 über das Rückschlagventil 15, an dem Gegenhalteventil 13 vorbei und
durch die Leitung 9 zur Hubseite 3 des Hydraulkolbenventils 2 gedrückt. Öl strömt
von der Senkseite 4 des Zylinders, durch die Leitung 10, über das Rückschlagventil
14 und das Drosselventil 12 sowie durch die Leitung 8 zu einem Ölbehälter 5'.
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Das Senken einer Last geschieht auf folgende Weise.
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Der Ventilkörper des Positionsventils 6 wird nach rechts bewegt, wobei
Hydraulöl von der Druckquelle 5 durch die Leitung 8 zu dem Drosselventil 2 gedrückt
wird. Das Rücksh1agventfl14 blockert den Ölfluss in dieser Richtung. Das Öl wird
gedrosselt und strömt durch die Leitung 10 an die Senkseite 4 des Kolbenzylindere
2. Rücköl von der Hubseite 3 des Zylinders strömt dann durch die Leitung 9 zum Gegenhalteventil
13 und dem Rückschlagventil 15. Diese beiden Ventile verhindern Strömung in Richtung
von der Hubseite.
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Der Druck in der Leitung 10 - und damit am Punkte 16 -steigt, bis
derjenige Wert erreicht ist, an welchem der pilotgesteuerte Gegenhalteventil 13
öffnet. Das Öl in der Leitung 9 strömt dabei durch die Leitung 7 in den Ölbehälter
5'. Die Last wird gesenkt.
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Der Druck am Punkte 17 (d.h. in der Leitung 9) steuert die Einstellung
des Drosselventils 12 derart, dass grössere Belastung im Kolbenzylinder 2, d.h.
bei höherem Druck in der Leitung 9, gesteigerte Drosselung desÖlflusses durch
das
Drosselventil bewirkt. Dies führt mit sich, dass eine schwerere Last automatisch
langsamer gesenkt wird als eine leichtere Last. Durch Wahl von geeigneten Komponenten
im Drosselventil kann eine zweckmässige Senkgeschwindigkeitcharakteristik als Funktion
der Schwere der Last erhalten werden.
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Dadurch dass der Pilotdruck für das Cegenhalteventil 13 dem Punkte
16 zwischen dem Drosselventil n2 und der Senkseite 4 des Zylinders entnommen wird,
ist eineverbesserte Sicherheit gewährleistet. Nicht nur der Lastdruck beeinflusst
nämlich die Senkgeschwindigkeit. Wenn die Senkgeschwindigkeit unkontrolliert steigt,
bewirkt dies eine unmittelbare Drucksenkung in der Leitung 10, und das Gegenhalteventil
drosselt dann den Ölfluss von der Hubseite 3.
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Ein Ausführungsbeispiel des Lasthalte- und Senkbremsventils 1 soll
unten mit Hinweis auf Fig. 2 - 6 näher beschrieben werden. Das Drosselventil 12
(siehe Fig. 1 - 3) besteht aus einem Kolben 18, der nach links in Fig. 3 sich erueiterenden
Spuren 19 längs seinen Seiten hat. Beim Senken der Last strömt Hydraulöl von dem
Anschluss 8' der Leitung 8 durch einen Kanal 20 in einen Ringkanal 21 um den Kolben
18 hinein, wovon es durch die Spuren 19 in einen zweiten Ringkanal 23 strömt. Die
Spuren 19 ist die einzige Verbindung zwischen den Ringkanälen 21 und 22. Der Ringkanal
22 steht mit einem Kanal 23 (Fig. 4) in Verbindung, derin einen Kanal 24
mündet.
Der Punkt 16 (Fig. 1) kann angesehen werden, in diesem Kanal zu liegen. Uom Kanal
24 wird Öl durch einen Kanal 25 (Fig. 2 und 5) an den Anschluss 10' der Leitung
10 geleitet. Ein weiterer Kanal 26 (Fig. 5) leitet vom Anschluss 8' zu dem in dieser
Lage geschlossenen Rückschlagventil 14, von welchem ein Kanal 27 in den Kanal 24
leitet. Das oben Beschriebene entspricht den parallelgeschalteten Ventilen 12 und
14 in Fig 1. Beim Heben der Last strömt das Öl in entgegengesetzter Richtung. Es
kann sowohl das Rückschlagventil 14 wie das Drosselventil 12 passieren.
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Öl von der Leitung 9 wird durch den Anschluss 9' (Fig. 2) beim Senken
der Last eingedrückt. Es strömt durch einen Kanal 28 zu dem Gegenhalteventil 13.
Dieses ist in der dargestellten Lage (Fig. 2) geschlossen. Der Druck im Kanal 24
steigt dabei, bis er einen Wert erreicht, der einer gewissen Kraft auf den Kolben
29 entspricht, welche Kraft gegenügend gross ist um das Ventil 13 gegen die Wirkung
einer Feder 30 (wie es in Fig. 2 dargestellt ist) bewegt.
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Das kegelförmige Teil 31 des Ventils 13 wird von dem Ventilsitz 32,
gegen welchen es anliegt, fortbewegt, wobei dem Öl erlaubt ist, vom Kanal 28 in
einen Hohlraum 33 und weiter in einen Ringkanal (Fig. 2 und 6) in Ventilkörper 13
zu strömen. Der Ringkanal 34 hat radiale Öffnungen 35, die in einen Ringkanal 36
münden. Von diesem strdmt das Öl durch Kanäle 37, 38 und 39 in den Anschluss 7'
der Leitung 7.
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Beim Heben einer Last wird Öl von der Druckquelle 5 durch das Positionsventil
6 und die Leitung 7 gedrückt und erreicht das Rückschlagventil 15 durch den Anschlusz
7' und den Kanal 39 (siehe Fig. 2 und 6). Vom Rückschlagventil 15, das geöffnet
wird, erreicht das Öl den Kanal 28 durch einen Ringkanal 40. Dieser Kanal steht
in Verbindung mit teils dem Anschluss 9' der Leitung 9 und teils einem querkanal
41 (Fig. 6). Öl wird durch die Leitung 9 zur Hubseite 3 des Zylinders 2 gedrückt.
01 strömt auch durch den Querkanal 41 der durch einen Kanal 42 mit einem Kanal 43
(Fig. 3) in Verbindung steht, welcher den Punkt 17 (siehe Fig. 1) repräzentieren
mag. Die Lage des Kolbens 18, d.h. die Einstellung des Drosselventils 12, ist vom
Druck in dem Kanal 43 und einer Feder 44 (Fig. 3) bestimmt. Steigt der Druck in
dem Kanal 43, dann wird der Kolben 18 nach links (Fig. 3) gepresst, wobei die Drosselung
des Ventils 12 vergrössert wird, da sich nun ein schmäleres Teil der Spur 19 an
der Kante des Ringkanals 21 befindet. Diese Drosselung wird somit eine direkte Funktion
der Schwere der Last.
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Dadurch dass eine Feder 44 mit geeigneter Charakteristik gewählt ist
und ein geeignetes Ausbilden der Spur 19 des Kolbens 18 gewählt wird, kann eine
erwünschte Abhängigkeit zwischen der Senkgeschwindigkeit und der Schwere der Last
erhalten werden.
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In Fig. 8 ist eine Variante eines Lasthalte- undSnkbremsventils nach
der Erfindung dargestellt. Diese Variante
enthält ein Drosselventil
12a mit konstanter Einstellung , einen Druckbegränser 13a und zwei Rückschlagventile
14a, 15a. Ein Druckbegrenzer 45 ist zwischen den Leitungen 7, 8 angeordnet. Dieser
Druckbegrenzer begrenzt den Druck mit dem das Drosselventil 12a beaufschlagt ist.
Um eine erwünschte Charakteristik für die Senkgeschwindigkeit der Last als eine
Funktion der Schwere der Last ist ein pilotgesteuertes Blockierventil 15a - dessen
Pilotdruck dem Punkte 16 entnommen wird - in die Leitung 9 eingesetzt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Komponente 12a und 45 derart
gewählt, dass der Druckfall über das Drosselventil 12a ermässigt wird, wenn der
Lastdruck steigt. Der Pilot druck für den Rückschlagventil 15a wird dabei steigen
bei steigendem Lastdruck. Der ermässigte Druckfall über das Drosselventil 12a bewirkt
dass die erwünschte Charakterstik der Senkgeschwindigkei t erhalten wird. Eine mathematische
Betrachtung erbringt nämlich dass der ÖIfluss des dem Hydraulkolbenzylinder ermässigt
wird, wenn der Lastdruck steigt.
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Die gemäss Fig. 9 dargestellte Ausführungsform stimmt mit der in Fig.
1 gezeigten überein mit der Ausnahme, dass ein Druckbegrenzer 45 zwischen den Leitungen
7 und 8 angeordnet ist. In diesem Falle wird das Lasthalte- und Senkbremsventil
derart funktionieren, dass der Pilotdruck tür das Gegenhalteventil 13 bei steigendem
Lastdruck sinkt. Dies
bewirkt dass man, urn die erwünschte Lastsenkgeschwindigkeit
als Funktion des Lastdruckes zu erhalten, das Drosselungs~ verhältnis ändern muss
d-rart, dass die DutchströmungsCläche bei steigendem Lastdruck stark vermindert
wird. Die Einstellung des Drosselventils 12 wird aus diesem Anlass vom Druck in
der Leitung 9 gestenert.
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In Fig. 10 ist noch eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemässen
Ventils dargestellt. Diese Ausführungsform stimmt mit derjenigen überein, die in
Fig. 9 dargestellt ist, mit Ausnahme davon dass das Ventil mit einem Ventil 12c
mit fester Drosselung versehen ist, und dass ein Druckbegrenzer 45c derart angeordnet
ist , dass der Begrenzungsdruck mit steige,ndem Lastdruck sinkt. Der Druck im Punkt
17 wird abgetastet, und die Einstellung des Druckbegrenzers 45c wird derart geändert,
dass der Begrenzungsdruck mit steigendem Last druck sinkt. Auch in dieser Weise
werden die erwünschten Funktionen des Ventils erreicht.
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Ein Beispiel darauf wie ein Druckbegrenzer 45c für das Ausführa ngsbeispiel
nach Fig. 10 ausgebildet werden kann, ist in Fig. 11 dargestellt. In dieser Ausführung
ist die Leitung B an einem Kanal 36 angeschlossen. Im unteren Teil dieses Kanals
ist ein Stab 47 angeor-drls, welcher an seinen Enden mit einem Kolben 48, bzw. einem
kegelförmigen Teil 49, versehen ist. Der Kolben 48 und das
Teil
49 sind an der einen Seite des Kanals 46 angeordnet, wobei der Kolben 48 derart
angeordnet ist, dass er hin und zurück in einem Kanal 50 mit; kleinerer Querschnittsfläche
als in dem Kanal 51, in welchem das kegelförmige Teil 49 gelegen ist, beweglich
ist. Ein Kanal 52 ist an der entgegengesetzten Seite des Kolbens 48 angeordnet,
der diesen Kanal 52 vom Kanal 46 trennt.
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Das kegelförmige Teil 49 macht das Ende eines Teiles 53 aus, das in
einem Kanal 54 angeordnet ist. Eine Feder 55 drückt dieses kegelförmige Teil 49
gegen die Mündung des Kanals 51. Der Kanal 54 ist ausserdem mit einem Kanal 56 verbunden.
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Der Druckbegrenzer 55c funktionisrt in folgender Weise.
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In den Kanälen 56 und 54 herrscht denselben Druck wie in der Leitung
7.Dieser Druck strebt deshalb danach, in Zusimmenwirkung mit der Feder 55 das kegelförmige
Teil 49 gegen die Öffnung des Kanals 51 zu pressen, sodass dieser Kanal geschlossen
wird. In dem Kanal 46 und damit auch dem Kanal 51 herrscht denselben Druck wie in
der Leitung 8.
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Dieser Druck presst das Teil 49 von der Öffnung des Kanala 51 und
den Kolben 48 gegen den Kanal 52. Der Kanal 51 hat grössere Querschnittsfläche als
der Kanal 50, und der Kolben 38 und das Teil 50 sind miteinander fest verbunden,
was bewirkt dass die resultierende Kraft des Druckes im Kanal 45 nach links gemäss
Fig. 11 gerichtet wird. Der Druck im Kanal 52 ist derselbe Druck der im Punkte 17
in
Fig. 10 herrscht. Dieser Druck strebt danach, den Kolben 50
nach links gemäss Fig. 11 zu pressen und dadurch das Teil 49 vom Kanal 51 zu pressen.
Der Druck in der Leitung 8 und im Punkte 17 strebt somit danach, das Ventil zu öffnen,
wobei Hydraulflüssigkeit von der Leitung 8 zur Leitung 7 strömen kann. Der Druck
in der Leitung 8 wird also auf diese Weise begrenzt. Der zugelassene Druck in der
Leitung 8 wird von dem Lastdruck abhängig, sodass ein höherer Lastdruck einen niedrigeren
zulässigen Druck in der Leitung 8 bewirkt, was ja das nachgestrebte Ergebnis ist.
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Die Druckbegrenzer 45 die in Fig. 8 und 9 benutzt werden, gLeichen
dem oben beschriebenen Druckbegrenzer 45c aber können einfacher ausgebildet werden,
da kein Pilotdruck im Punkte 17 entnommen wird.
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Mit der oben beschriebenen Vorrichtung erhält man verschiedene Vorteile.
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Dadurch dass die Senkgeschwindigkeit vom Lastdruck gesteuert ist,
kann beispielsweise die Hubkapazität für einen Kran erhöht werden, ohne dass man
gegen festgestellte Normen, wie beispielsweise DIN 15018, verstösst.
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Mit einem erfindungsgemässen Ventil können, beispielsweise für einen
Kran, dynamische Zuschusskräfte bis auf 20 - 30% errnässigt werden.
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Die Lage des Drosselvsntilkolbens an der Senkseite 4 des Hydraulkolbenzylinders
2 anstatt an dessen Hubseite 3, bringt
mit sich, dass eine Druckaufschaltung
beim Senken der Last nicht im Zylinder vorkommen kann.
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Das Ventil gibt eine sichere Lasthaltung. Keine Ölleckung.
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Das ganze Lasthalte- und Senkbremsventil 1 kann direkt am Hydraulzylinder
2 (Fig. 7), d.h. mit dem Gegenhalteventil 13 an der Hubseite 3 des Hydraulkolbenzylinders
2 ohne irgendwelche zwischenliegende Leitungen, angeschlossen werde. Auf diese Weise
ist gewährleistet dass keine Unglücksfälle zufolge Leitungsbrüche entstehen können.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur als Beispiele
zu betrachten und viele Varianten sind möglich im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche.