DE9415118U1

DE9415118U1 - Ventilanordnung

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Publication number: DE9415118U1
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Authority: DE
Original assignee: ALPHA FLUID MUELLER HYDRAULIK
Current assignee: ALPHA FLUID MUELLER HYDRAULIK
Priority date: 1994-09-17
Filing date: 1994-09-17
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2004-09-18
Also published as: ITMI951925A1; IT1281748B1; ITMI951925A0

Description

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20 740 Si/nu

ALPHA FLUID Müller Hydraulik GmbH Robert-Bosch-Str. 11 72124 Pliezhausen

Venti!anordnung

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum Verbinden einer HauptdruckquelIe mit einem Druckverbraucher, mit einem Wegeventil mit einem in einem Ventilgehäuse geführten Ventilschieber, welcher mit wenigstens einem, mit einem Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerkolben gekoppelt in eine Neutralste! lung, in der er die Verbindung zwischen der Hauptdruckquel Ie und dem Druckverbraucher sperrt, und/oder in wenigstens eine Betriebsstellung verschiebbar ist, in der er die Verbindung zwischen der Hauptdruckquel Ie und dem Druckverbraucher freigibt, wobei der Steuerkolben in einem, über wenigstens eine an dem Ventilgehäuse vorgesehene Gehäuseleitung für Steuermedium mit einer Quelle für Steuerdruck verbindbaren Steuerzylinder geführt ist.

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Derartige Venti!anordnungen mit einer Vorsteuerung für das als Schaltventil dienende Wegeventil werden sowohl in mobil- als auch in stationärhydraulischen Anlagen und Vorrichtungen, beispielsweise an hydraulisch betriebenen Baumaschinen, vielfach verwendet. Aus Gründen der Steuerungs- und somit auch der Schaltgenauigkeit ist eine gleichförmige und schwingungsfreie Verschiebung des Steuerkolbens und des damit gekoppelten Ventilschiebers zu gewährleisten. Zu diesem Zweck sind an bekannten Venti!anordnungen vorzugsweise elektrische und/oder mechanische Einrichtungen zur Lageregelung und -steuerung des Ventilschiebers vorgesehen. Zusatz! ich sind im Steuerkreis Ventile, beispielsweise in Form von Druckminderventilen, zur Aufbereitung und Konstanthaltung des Steuerdruckes erf order! ich. Mittels dieser Einrichtungen wird ein "hartes" Schalten des Wegeventils vermieden, wie es sich andernfalls bei Einlaufen des Steuerkolbens in seine Endstellung(en) ergäbe, in welcher der Steuerkolben auf die Stirnwand des Steuerzylinders aufläuft.

Nachteiligerweise sind die Einrichtungen zur Lagesteuerung und -regelung der Venti !schieber bekannter Venti !anordnungen aufwendig und störanfällig.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Venti!anordnung zu schaffen, an der ein hartes Schalten des Wegeventils mit einfachen Mitteln vermieden werden kann und das sich durch Robustheit im Betrieb auszeichnet.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einer Ventilanordnung der eingangs genannten Art die Gehäuseleitung an der dem Venti !schieber zugewandten Innenwandung des Venti!gehäuses mündet und über wenigstens eine an dem Venti !schieber vorgesehene und an dessen dem Venti !gehäuse zugewandten Außenwandung mündende Schieberleitung mit dem Steuerzylinder verbindbar ist, wobei die Gehäuseleitung über einen Teil des Verschiebeweges des Steuerkolbens mit der Schieberleitung in Strömungsverbindung steht und daß an der Innenwandung des Venti !gehäuses sowie an der Außenwandung des Ventilschiebers einander zugeordnete Steuerkanten vorgesehen sind, welche die Strömungsverbindung der Gehäuseleitung und der Schieberleitung sperren, wenn der Steuerkolben seine der Betriebsstellung oder seine der Neutralste!lung des Venti Ischiebers zugeordnete Verschiebestenung nahezu erreicht hat. An einer derartigen Venti !anordnung wird der Steuerkolben kurz vor Erreichen seiner Endstellung selbsttätig von dem Steuerdruck abgeschnitten. Ein hartes, ungedämpftes Auflaufen des Steuerkolbens auf die Stirnwandungen des Steuerzylinders und damit verbundene Schwingungen an dem mit dem Steuerkolben gekoppelten Venti!schieber des Wegeventi Is werden vermieden. Aufwendige und störanfäl 1 ige Einrichtungen zur Lagesteuerung und -regelung des Steuerkolbens bzw. des VentiIschiebers sowie Zusatzregelventile zur Aufbereitung und Konstanthaltung des Steuerdruckes erübrigen sich.

Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Venti!anordnung mit einem Venti !schieber mit zwei der Neutralstellung in Verschieberichtung beidseits benachbarten Betriebs-

stel lungen sowie mit einem doppeltwirkenden Steuerkolben sind an der Innenwandung des Venti !gehäuses und an der Außenwandung des Ventilschiebers jeweils zwei Steuerkanten mit gegenseitigem Abstand in Verschieberichtung vorgesehen, wobei jeweils eine Steuerkante an dem Ventilgehäuse und an dem Ventilschieber einander paarweise zugeordnet sind und das eine Steuerkantenpaar die Strömungsverbindung der Gehäuseleitung und der Schieberleitung sperrt, wenn der Steuerkolben seine der einen Betriebsstellung des Ventilschiebers zugeordnete Verschiebestellung nahezu erreicht hat und das andere Steuerkantenpaar die Strömungsverbindung der Gehäuseleitung und der Schieberleitung sperrt, wenn der Steuerkolben seine der anderen Betriebsstellung des Ventilschiebers zugeordnete Verschiebestellung nahezu erreicht hat. Durch die beschriebene Ausbildung wird mit einfachen konstruktiven Mitteln ein gedämpftes Umschalten des Wegeventi Is in beide Betriebsstellungen ermögl icht.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung, an der die Hauptdruckquelle als Quelle für Steuerdruck vorgesehen ist, zeichnet sich dadurch aus, daß dem Steuerzylinder wenigstens eine stark wirkende Drossel zum Drosseln des Hauptdruckes vorgeschaltet ist. Eine derartige Ventilanordnung erlaubt es, im Interesse einer Vereinfachung der Gesamtanlage auf eine separate Vorrichtung zur Erzeugung des Steuerdrucks zu verzichten. Gleichzeitig wird der in dem Steuerzylinder auf den Steuerkolben wirkende Steuerdruck betragsmäßig auf Werte vermindert, die eine exakte Vorsteuerung des Wegeventi Is zulassen. Dabei kann im Falle hydraulischer Venti!anordnungen das Wegeven-

til über wenigstens eine stromaufwärts des Wegeventils von der Hauptdruckleitung abgezweigte Steuer leitung für den Steuerdruck mit der Steuereinheit in Verbindung stehen. Als Wegeventil kommt eine Ausführungsform in Frage, die in der Neutralste! lung die Hauptdruckquelle mit einem Vorratsbehälter für Hydraulikflüssigkeit verbindet. Zur Erzeugung des Steuerdrucks bei Neutralstellung des Wegeventils kann stromabwärts der Abzweigung der Steuerleitung ein Vorspannventi 1 vorgesehen sein. Wenigstens in der Betriebsstellung des Wegeventils wäre dann der Druckverbraucher über einen Verbraucherrücklauf mit einem Vorratsbehälter für Hydraulikflüssigkeit zu verbinden.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist als Drossel zum Drosseln des Hauptdruckes eine Querschnittsverengung an der Schieberleitung vorgesehen. Heben einer Steuerleitung ist bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung auch die Drossel in den Ventilschieber integriert. Bei dem Ventilschieber handelt es sich demnach um ein multifunktionelles Bauteil, das sowohl als Schaltorgang als auch als Teil der Vorsteuerung des Wegeventils dient.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Darstellungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Hydraulikanlage mit schaltbarer Ventilanordnung,

Fig. 2 a eine Schnittdarstellung der Ventilanordnung nach Fig. 1 in der Neutralstellung,

Fig. 2 b eine Schnittdarstellung der Ventilanordnung nach Fig. 1 in der Kreuzstellung,

Fig. 2 c eine Schnittdarstellung der Ventilanordnung nach Fig. 1 in der Parallelstellung und

Fig. 3 die Ventilanordnung nach den Fign. 1 bis 2 c in der tei !geschnittenen Draufsicht.

Die in Fig. 1 dargestellte Hydraulikanlage umfaßt als Hauptdruckquelle eine Hydraul ikpumpe I₁ die saugseitig mit einem Vorratsbehälter 2 für Hydraulikflüssigkeit verbunden ist. Druckseitig ist die Hydraulikpumpe 1 an eine Venti !anordnung 3 angeschlossen.

Ein erster Abschnitt 4a einer Hauptdruckleitung 4 verbindet die Hydraulikpumpe 1 mit einem als in Neutralste!lung federzentriertes 6/3 Wegeventi1 ausgebildeten Wegeventil 5. In der Neutralstellung wird das Wegeventi 1 5 von der mittels der Hydraul ikpumpe 1 geförderten Hydraulikflüssigkeit in Richtung auf den Vorratsbehälter 2 durchströmt. In einem Venti!rücklauf 6 zwischen dem Wegeventil 5 und dem Vorratsbehälter 2 ist ein Vorspannventil 7 in Form eines federbelasteten Kugelventi Is angeordnet. Abgesehen von den Anschlüssen für den ersten Abschnitt 4a der Hauptdruckleitung 4 und den Ventilrücklauf 6 sind in der Neutralste! lung sämtliche Anschlüsse des Wegeventi Is 5 gesperrt. Wie aus Fig. 1 in Verbin-

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dung mit Fig. 3 hervorgeht handelt es sich im einzelnen um Anschlüsse A₁ B für einen zweiten Abschnitt 4b und einen dritten Abschnitt 4c der Hauptdruckleitung 4, um einen Anschluß T für einen Endabschnitt 8 eines Verbraucherrücklaufs sowie um einen Anschluß für eine Leitung 9, die stromaufwärts des Pumpenanschlusses P von dem ersten Abschnitt 4a der Hauptdruckleitung 4 abgezweigt ist.

ober den zweiten Abschnitt 4b und den dritten Abschnitt 4c der Hauptdruckleitung 4 ist das Wegeventil 5 mit den beiden ZyI inderräumen eines Arbeitszylinders 10 verbunden, in dem ein doppeltwirkender Arbeitskolben 11 geführt ist. Der Arbeitszylinder 10 und der Arbeitskolben 11 bilden den Hauptdruckverbraucher. Der Endabschnitt 8 des Verbraucherrücklaufs mündet ausgehend von dem Wegeventi 1 5 in eine zu dem Vorratsbehälter 2 führende Sammel leitung 12. Die Leitung 9 zweigt stromaufwärts des Wegeventils 5 von dem ersten Abschnitt 4a der Hauptdruckleitung 4 ab.

Gemäß den Fign. 2a bis 2c verläuft die Leitung 9 als Gehäuseleitung im Innern eines Venti !gehäuses 14 des Wegeventils 5. In einem in Fig. 1 angedeuteten und in den Fign. 2a bis 2c im einzelnen gezeigten Venti!schieber 15 setzt sich die Gehäuseleitung 9 in einer Schieberleitung 16 fort. In die Gehäuseleitung 9 ist ein mit geringer Vorspannkraft beaufschlagtes Rückschlagventil 19 eingeschaltet. Das der Gehäuseleitung 9 zugewandte Ende der Schieberleitung 16 ist in seinem Durchflußquerschnitt stark verengt und bildet eine stark wirkende Drossel 20.

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An dem der Gehäuseleitung 9 abgesandten Ende verzweigt sich die Schieberleitung 16 zu Zweigleitungen 17, 18. Die Zweigleitung 17 verbindet Steuerventile 21, 22, die als 2/2 Wege-Magnetventi Ie ausgebildet sind. Parallel zu dem Steuerventil 21 ist ein Steuerzylinder 23 geschaltet. Im Innern des Steuerzylinders 23 ist ein an dem Ventilschieber 15 angebrachter doppeltwirkender Steuerkolben 24 geführt. In die Räume des Steuerzylinders 23 beidseits des Steuerkolbens 24 münden die von der Schieberleitung 16 ausgehende Zweigleitung 18 sowie eine die Verbindung mit der Zweigleitung 17 herstellende Anschlußleitung 25. Der von dem Steuerventil 22 ausgehende Abschnitt der Zweigleitung 17 endet in der zu dem Voi— ratsbehälter 2 führenden Sammelleitung 12.

Wie aus den Fign. 2a bis 2c hervorgeht, ist der Venti!schieber 15 benachbart zu der Drossel 20 mit Steuerkanten 26, 27 versehen. Den Steuerkanten 26, 27 des Venti Ischiebers 15 zugeordnet sind Steuerkanten 28, 29 an der dem Ventilschieber 15 zugewandten Innenwandung des Venti!gehäuses 14.

Ein Schalthebel 30 ist über eine Lagerachse 31 an dem Ventilgehäuse 14 drehbar gelagert und mittels eines Gelenkzapfens 32 an den Venti !schieber 15 angelenkt. Der Schalthebel 30 dient zum manuellen Umschalten des Wegeventils 5. Ein in Fig. 1 dargestelltes Druckbegrenzungsventil 33 im Nebenschluß zu dem Wegeventil 5 sowie zu dem Druckverbraucher 10, 11 öffnet bei überschreiten eines eingestellten Grenzdrucks und sichert dadurch die gesamte Anlage vor überlastung.

U/7*e insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Steuereinheit mit den Steuerventilen 21, 22 einseitig an das Venti !gehäuse 14 des Wegeventils 5 angebaut. Der Schalthebel 30 für die manuelle Betätigung des Ventilschiebers 15 ist an dem der Steuereinheit abgewandten Ende des VentiIschiebers 15 angelenkt.

In der Neutralste!lung des Wegeventils 5 gemäß den Fig. 1 und 2a befinden sich beide Steuerventile 2&Idigr;, 22 in öffnungsstellung. Die von der Hydraul ikpumpe 1 geförderte Hydraulikflüssigkeit strömt größtenteils über das Wegeventil 5 in den Vorratsbehälter 2. Lediglich ein geringer, mittels des Vorspannventils 7 angestauter Teilstrom der Hydraulikflüssigkeit wird über die Leitung/Gehäuseleitung 9 abgezweigt. Die der Gehäuseleitung 9 zugewandte Eintrittsöffnung der Schieber leitung 16 liegt zwischen den Steuerkanten 28, 29 des Venti !gehäuses 14. Infolgedessen kann das aus der Hauptdruckleitung 4 abgezweigte Steuermedium über die Schieberleitung 16 zu den Steuerventilen 21, 22 und von diesen in den Vorratsbehälter 2 strömen.

Soll nun das Wegeventil 5 in die Kreuzstellung gemäß Fig. 2b geschaltet werden, so ist das Steuerventil 21 beispielweise durch Funkfernbetätigung in Sperrstellung zu schalten. In der Sperrstellung staut das Steuerventil 21 einen Steuerdruck an, mit dem die Ringfläche des Steuerkolbens 24 über die Zweigleitung 18 beaufschlagt und mittels dessen der Steuerkolben 24 gegen die Kraft der Zentrierfeder an dem Wegeventil 5 in Fig. 1 nach rechts verschoben wird. Mit dem Steuerkolben 24 gekoppelt verschiebt sich der Venti!schieber 15 des Wegeventils 5 relativ zu dessen Ventil-

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gehäuse 14. Dabei bleibt in der ersten Phase der Relativverschiebung die über die Drossel 20 hergestel He Strömungsverbindung zwischen der Gehäuseleitung 9 und der Schieberleitung 16 erhalten. Diese Strömungsverbindung wird gesperrt, sobald der Ventilschieber 15 mit seiner Steuerkante 27 die Steuerkante 28 an dem Venti !gehäuse 14 erreicht. In dieser in Fig. 2b gezeigten Relativstellung von Venti!gehäuse 14 und Venti!schieber 15 ist der Steuerkolben 24 von der Steuerdruckversorgung abgeschnitten. Dementsprechend verharrt der Steuerkolben 24 in seiner momentanen Stellung, in der ihn von der in Fig. 1 rechten Stirnfläche des Steuerzylinders 23 noch ein Spalt minimaler Weite trennt. Ein Aufprallen des Steuerkolbens 24 auf die Stirnfläche des Steuerzylinders 23 und damit verbundene Schwingungen des Ventilschiebers 15 werden vermieden. In der nunmehr eingenommenen Kreuzstellung des Wegeventils 5 ist der Ringraum des Arbeitszylinders 10 mit der Hydraulikpumpe 1 verbunden. Dementsprechend bewegt sich der Arbeitskolben 11 in Fig. 1 nach oben und verdrängt die vor seiner in Bewegungsrichtung vorderen Stirnfläche anstehende Hydraulikflüssigkeit über den als Teil des Verbraucherrücklaufs wirkenden zweiten Abschnitt 4b der Hauptdruckleitung 4, das Wegeventil 5 und den Endabschnitt 8 des Verbraucherrücklaufs unter Umgehung des Vorspannventils 7 in den Vorratsbehälter 2.

Zum Umschalten des Wegeventils 5 aus der Neutralste!lung in die in Fig. 2c dargestellte Parallelste! lung ist das Steuerventil bei geöffnetem Steuerventil 21 in Sperrstellung zu schalten. In Sperrstellung staut das Steuerventi 1 22 einen Steuerdruck an, mit dem sowohl die Ringfläche als auch die der Ringfläche abgewandte

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Stirnfläche des Steuerkolbens 24 beaufschlagt wird. Da es sich bei dem Steuerkolben 24 um einen Differenzkolben handelt, an dem sich die Größe der der Ringfläche abgewandten Stirnfläche zu der Größe der Ringfläche wie 2 : 1 verhält, resultiert die Beaufschlagung der beiden Flächen des Steuerkolbens 24 mit ein und demselben Steuerdruck in einer Verschiebung des Steuerkolbens 24 gegen die Wirkung der Zentrierfeder des Wegeventils 5 in Fig. 1 nach links. Die Bewegung des Steuerkolbens 24 sowie die damit gekoppelte Bewegung des Ventilschiebers 15 des Wegeventils 5 endet, sobald der Ventilschieber 15 mit seiner Steuerkante 26 die Steuerkante 29 an dem Venti !gehäuse 14 erreicht. Entsprechend seiner Endlage bei Kreuzstellung des Wegeventils 5 ist der Steuerkolben 24 mit seiner Ringfläche lediglich noch einen minimalen Spalt weit von der in Fig. 1 linken Stirnfläche des Steuerzylinders 23 entfernt, wenn die Steuerkante 26 an dem Venti !schieber 15 die Steuerkante 29 des Venti !gehäuses 14 erreicht. Auch beim Umschalten des WegeventiIs 5 in Parallelste! lung kommt es demnach nicht zu einem harten, ungedämpften Auf treffen des Steuerkolbens 24 auf die in Bewegungsrichtung angeordnete Stirnfläche des Steuerzylinders 23.

In der Parallelstellung des Wegeventils 5 ist nun der in Fig. 1 obere Zylinderraum des Arbeitszylinders 10 mit der Hydraulikpumpe 1 verbunden. Dementsprechend wird in der Parallelstellung des Wegeventils 5 der Arbeitskolben 11 in Fig. 1 nach unten verschoben. Dabei verdrängt der Arbeitskolben 11 die in dem Ringraum des Arbeitszylinders 10 anstehende Hydraulikflüssigkeit durch den als Teil des Verbraucherrücklaufs dienenden dritten Abschnitt 4c der

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Hauptdruckleitung 4, das Wegeventil 5 und den Endabschnitt 8 des Verbraucherrücklaufs in den Vorratsbehälter 2. Auch in diesem Fall umgeht der Verbraucherrücklauf das Vorspannventil 7. Dem Abströmen der Hydraulikflüssigkeit wird daher ein lediglich geringer Strömungswiderstand entgegengesetzt.

Claims

- 13 - 20 740 Si/nu Ansprüche

1. Ventilanordnung zum Verbinden einer Hauptdruckquelle (1) mit einem Druckverbraucher (1O₁ 11), mit einem Wegeventil (5) mit einem in einem Venti !gehäuse (14) geführten Ventilschieber (15), welcher mit wenigstens einem, mit einem Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerkolben (24) gekoppelt in eine Neutralstellung, in der er die Verbindung zwischen der Hauptdruckquelle (1) und dem Druckverbraucher (10, 11) sperrt, und/oder in wenigstens eine Betriebsstellung verschiebbar ist, in der er die Verbindung zwischen der Hauptdruckquelle (1) und dem Druckverbraucher (10, 11) freigibt, wobei der Steuerkolben (24) in einem, über wenigstens eine an dem Ventilgehäuse (14) vorgesehene Gehäuseleitung (9) für Steuermedium mit einer Quelle für Steuerdruck verbindbaren Steuerzylinder (23) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseleitung (9) an der dem Ventilschieber (15) zugewandten Innenwandung des Venti!gehäuses (14) mündet und über wenigstens eine an dem Ventilschieber vorgesehene und an dessen dem Ventilgehäuse (14) zugewandten Außenwandung mündende Schieberleitung (16) mit dem Steuerzyl inder (23) verbindbar ist, wobei die Gehäuseleitung (9) über einen Teil des Verschiebeweges des Steuerkolbens (24) mit der Schieberleitung (16) in Strömungsverbindung steht und daß an der Innenwandung des Ventilgehäuses (14) sowie an der

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Außenwandung des Ventilschiebers (15) einander zugeordnete Steuerkanten (26, 27, 28, 29) vorgesehen sind, welche die Strömungsverbindung der Gehäuseleitung (9) und der Schieberleitung (16) sperren, wenn der Steuerkolben (24) seine der Betriebsstellung oder seine der Neutralste! lung des Venti Ischiebers (15) zugeordnete Verschiebestellung nahezu erreicht hat.

2. Ventilanordnung nach Anspruch I₁ mit einem Venti!schieber

(15) mit zwei der Neutralste! lung in Verschieberichtung beidseits benachbarten Betriebsstellungen sowie mit einem doppeltwirkenden Steuerkolben (24), dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwandung des Venti !gehäuses (14) und an der Außenwandung des Ventilschiebers (15) jeweils zwei Steuerkanten (26, 27; 28, 29) mit gegenseitigem Abstand in Verschieberichtung vorgesehen sind, wobei jeweils eine Steuerkante (26, 27; 28, 29) an dem Venti !gehäuse (14) und an dem Venti !schieber (15) einander paarweise zugeordnet sind und das eine Steuerkantenpaar (26, 29) die Strömungsverbindung der Gehäuseleitung (9) und der Schieberleitung (16) sperrt, wenn der Steuerkolben (24) seine der einen Betriebsstellung des Venti Ischiebers (15) zugeordnete Verschiebestellung nahezu ei— reicht hat und das andere Steuerkantenpaar (27, 28) die Strömungsverbindung der Gehäuseleitung (9) und der Schieberleitung

(16) sperrt, wenn der Steuerkolben (24) seine der anderen Betriebsstellung des Ventilschiebers (15) zugeordnete Verschiebestellung nahezu erreicht hat.

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3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptdruckquelle (1) als Quelle für Steuerdruck vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerzylinder (23) wenigstens eine stark wirkende Drossel (20) zum Drosseln des Hauptdruckes vorgeschaltet ist.

4. Venti!anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Drossel (20) zum Drosseln des Hauptdruckes eine Querschnittsverengung an der Schieberleitung (16) vorgesehen ist.