EP0758056A2 - Verfahren zum Steuern eines Hydroverbrauchers und hydraulische Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Steuern eines Hydroverbrauchers und hydraulische Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0758056A2
EP0758056A2 EP96111864A EP96111864A EP0758056A2 EP 0758056 A2 EP0758056 A2 EP 0758056A2 EP 96111864 A EP96111864 A EP 96111864A EP 96111864 A EP96111864 A EP 96111864A EP 0758056 A2 EP0758056 A2 EP 0758056A2
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EP
European Patent Office
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pressure
load
control
throttle
line
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EP96111864A
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EP0758056A3 (de
EP0758056B1 (de
Inventor
Rudolf Obering. Brunner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hawe Hydraulik GmbH and Co KG
Original Assignee
Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
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Publication of EP0758056A3 publication Critical patent/EP0758056A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/003—Systems with load-holding valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/01—Locking-valves or other detent i.e. load-holding devices

Definitions

  • the invention relates to a method of the type specified in the preamble of patent claim 1 and a hydraulic control device for carrying out the method according to the preamble of patent claim 7.
  • the pressure on the control piston corresponds to the control pressure derived from the other working line. Since the load pressure is in the same direction as the control piston on the closing element of the load holding valve, i.e. acts in the opening direction and against the spring load, only a low pressure on the control piston is required at high load pressure, but a very high pressure at low load pressure. This makes it difficult to precisely control the movement of the hydraulic consumer by means of the load holding valve under the load, both under high load and under low load, since the overall system of the hydraulic circuit is then not rigid enough.
  • a hydraulic control device with at least one load holding valve in a working line of the hydraulic consumer in which a hydraulic damping device for pressure fluctuations in the control pressure line led from the other working line to the control piston is provided in the system, which consists of a throttle passage arranged in the control pressure line, a drain line branching off the control pressure line and a further throttle passage in the drain line.
  • a hydraulic damping device for pressure fluctuations in the control pressure line led from the other working line to the control piston is provided in the system, which consists of a throttle passage arranged in the control pressure line, a drain line branching off the control pressure line and a further throttle passage in the drain line.
  • an adjustment throttle is also included in the other working line, which reduces its passage size with increasing load pressure. In this way, depending on the load pressure, the speed of movement of the hydraulic consumer under the load is reduced compared to the speed of movement set on the directional control valve.
  • There is a low pilot pressure for opening the load holding valve at high load pressure because the pilot pressure corresponds to the pressure acting on the pilot piston.
  • the pilot pressure is reduced compared to the pilot pressure before the movement begins.
  • DE 39 11 022 A1 relates to a hydraulic control device for a lifting cylinder which can be acted upon on one side via a 4/3-way valve from a single working line against a load, with a load-holding shut-off valve that can be unlocked hydraulically via an actuator to lower the load.
  • a control line to which variable pressure can be applied is connected to an actuator for adjusting the directional valve between a lower position, a shut-off position and a lifting position and also to the actuator for unlocking the shut-off valve.
  • two throttles are provided, between which a relief line branches off to the directional control valve, which is relieved to the tank in the lowered and in the locked position of the directional control valve.
  • the check valve is unlocked at a predetermined pressure value, which depends on the area of action of the actuator and the force of the closing spring of the check valve.
  • the pressure variations of the control line are used to adjust the directional control valve against spring force between its switching positions and for volume flow control for the lifting cylinder.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned and a hydraulic control device for performing the method with which the controlled by the load holding valve movement of the hydraulic consumer under load regardless of the size of the load can be controlled sensitively.
  • the hydraulic control device is then rigid.
  • the movement of the hydraulic consumer can be controlled sensitively, because at low load the hydraulic consumer is controlled with low pilot pressure and with high load with high pilot pressure. Effective damping of pressure fluctuations in the system can then be achieved, especially at high loads, because a large control pressure medium volume is moved.
  • a hydraulic reduction is adjusted as a function of the load pressure between the pilot pressure in the other working line and the pressure effective on the pilot piston.
  • more or less pressure medium is released in a precisely controlled manner via the throttle arrangement and the discharge line depending on the level of the load pressure.
  • the method variant according to claim 2 is expedient because the pressure reduction is carried out only in the control circuit, so that there is no noticeable influence on the movement speed of the hydraulic consumer set on the directional control valve in the other working line.
  • the optimum control pressure is set with the pressure reduction and a noticeable control pressure medium volume is moved at high load pressure, which is advantageous for effective damping of pressure vibrations in the system.
  • the setting range specified in the method variant according to claim 6 allows almost all operating conditions occurring in practice to be optimally controlled. If the load pressure is very low, the pressure reduction could even be reduced to a factor of zero, so that the full pilot pressure on the pilot piston is effective.
  • the respective adjusting throttle is sensitively adjusted by the load pressure, the pressure proportional to the load pressure or by an electrical signal derived from the load pressure, or by a mechanical adjusting device, in order to take the opening pressure into account in the other working line, taking into account the pressure just required on the control piston Set so that this enables a sensitive movement of the hydro consumer.
  • the pilot pressure is adjusted in steps by switching at least one further throttle passage with increasing load pressure.
  • the embodiment for connecting or disconnecting at least one further throttle passage is structurally simple.
  • the throttle passage that can be activated or deactivated is activated or deactivated depending on the level of the load pressure.
  • the adjusting device can be actuated hydraulically, electrically or mechanically.
  • the respective adjustment signal is derived hydraulically from the load pressure or also from the pilot pressure. Electrically, e.g. Via a pressure measuring device or a pressure switch, from the load pressure an electrical signal is generated for the adjusting device, which carries out the setting of the throttle arrangement.
  • the respective setting could be carried out mechanically using a lever mechanism or gear that can be actuated by load pressure or also by the pilot pressure.
  • the embodiment according to claim 12 is particularly advantageous.
  • the adjustable throttle arrangement performs the additional task of damping pressure vibrations in the system, because by means of the control pressure medium volume guided via the throttle arrangement, the crests and valleys of pressure vibration amplitudes are capped and the pressure vibrations thus be steamed quickly. Since the hydraulic reduction and damping are carried out only in the control circuit and with the control pressure medium, the losses associated therewith are negligible, particularly when the control pressure medium flowing out is returned to the currently unpressurized working line.
  • a coordination factor is already integrated into the control device by coordinating the pressure surface of the control piston with the load pressure pressure surface of the closing element in order to bring the control pressure in the other working line into a ratio that is favorable for the control to the load pressure .
  • This ratio is also taken into account in the invention and is supplemented profitably by the fact that the ratio between the pilot pressure and the pressure acting on the pilot piston is additional is adjusted depending on the load pressure.
  • a hydraulic control device S serves to control the movement of a hydraulic consumer Z, for example a double-acting hydraulic cylinder with differential piston 1, the two pressurizing spaces of which are indicated by 2 and 3.
  • the hydraulic consumer Z is acted upon, for example, by a load L in the indicated direction of the arrow, which causes a certain load pressure LD in the space 3.
  • the hydraulic consumer Z can optionally be connected to a pressure source P or a return line or tank T via working lines 4 and 5 and a directional control valve W.
  • a hydraulically controllable load-holding valve H Arranged in one working line 5 is a hydraulically controllable load-holding valve H, which has a spring 6, preferably adjustable, acting on a seat 8 in the closing direction on a seat 8, and a control piston 9, which can be acted upon with a pressure P9.
  • the load pressure LD acts against the force of the spring 6 in the seat 8 on the closing element 7.
  • the control piston 9 acts also against the force of the spring 6.
  • a control pressure line 11 branches off at point 10 to the control piston 9, via which the control pressure AD introduced in the other working line 4 is converted to the pressure P9 which corresponds to the control pressure AD, but can also be significantly lower.
  • a hydraulic damping device D is contained in the control pressure line 11, with which pressure vibrations in the system and for the control piston 9 can be damped.
  • Part of the damping device D is an expediently adjustable damping throttle 12 with the damping throttle 12 immediate check valve 13 in the opening direction of the control piston 9, which are arranged between a branch 14 of a discharge line 15 and the control piston 9.
  • a throttle passage 16 (indicated by a dashed line as an adjusting throttle) is arranged, which together with an outlet throttle passage 17 (also indicated by a dashed line throttle) in the discharge line 15 forms an adjustable throttle arrangement A, for the adjustment of which an adjusting device C is provided.
  • the drain line 15 is either connected to the tank T or to the one working line 5 (not shown).
  • the load holding valve H can be bypassed in the flow direction to the hydraulic consumer Z by a line loop 5a, in which a check valve R opening to the hydraulic consumer Z is arranged.
  • the adjusting device C is connected via a pilot line 18 to the one working line 5, so that the load pressure in space 3 is always available in the adjusting device C in order to adjust the adjustable throttle arrangement A as a function of the level of the load pressure LD so that at high load pressure more pressure medium is discharged via the drain line 15 than at low load pressure. At low load pressure, even the discharge throttle 17 could be closed completely.
  • the adjusting device C could also be actuated electrically, for example via an electrical pressure meter 22 (or a pressure switch) for the load pressure, which is connected to the adjusting device C via a signal line 23.
  • an electrical pressure meter 22 or a pressure switch
  • a mechanical transmission of a signal dependent on the load pressure to the adjusting device C would also be possible.
  • the hydraulic control device In the position shown, the hydraulic control device is in the neutral position.
  • the hydro consumer Z stands.
  • the load pressure is taken up by the load holding valve H and the check valve R. If the directional control valve W is moved from the neutral position shown to the left, then the pressure source P is connected to the one working line 5 and the other working line 4 to the tank T.
  • the hydraulic motor Z is moved in the lifting direction via the opening check valve R. The speed of movement is e.g. according to the extent of the adjustment of the directional control valve W.
  • the pressure medium pushed out of the room 2 is directed to the tank T via the other working line 4.
  • the control piston 9 remains without noticeable loading.
  • the other working line 4 is connected to the pressure source P and the one working line 5 is connected to the tank.
  • a pilot pressure AD is built up at point 10, which also acts in space 2 of the hydraulic consumer Z.
  • the pilot pressure AD is reduced to the pressure P9 dependent on the respective load pressure LD, the adjusting device C being actuated in dependence on the load pressure in such a way that a high pilot pressure AD at a high load pressure and a lower pilot pressure at a low load pressure LD AD is controlled.
  • control piston 9 opens the load holding valve H, so that the pressure medium flows out of the one working line 5 and, for example, the movement speed set on the directional control valve W, is reached.
  • the pilot pressure AD is set before the start of the movement of the hydraulic motor Z, ie before the load holding valve H is activated.
  • FIG. 7 From the diagram of FIG. 7 it can be seen how the pilot pressure AD is set in relation to the load pressure LD at different loads (vL) in such a way that a high pilot pressure AD is set at a high load pressure LD and a smaller pilot pressure is also set at a lower load pressure LD becomes.
  • the opening pressure could even be higher than the load pressure at a low load pressure.
  • the adjustment of the pilot pressure depending on the respective load pressure is expediently carried out continuously or, if necessary, in stages, i.e. in at least one stage. 2 to 4 show embodiments for continuously changing the pilot pressure.
  • the throttle passage 16 is used in the control pressure line 11 with a fixed passage size.
  • the discharge throttle passage 17 ' is designed as an adjusting throttle, which can be enlarged from the pilot line 18 or 18' with increasing load pressure in its passage size. At low load pressure, the adjusting throttle 17 'can even be closed completely.
  • the throttle passage 16 'in the control pressure line 11 is designed as an adjusting throttle 16', which can be adjusted via the pilot line 18 or 18 'such that the passage size is reduced with increasing load pressure.
  • the drain throttle passage 17 in the drain line 15, however, is arranged with a constant passage size.
  • the throttle passages 16 'and 17' are designed as adjusting throttles and adjustable in opposite directions via the pilot line 18 or 18 ', i.e. the passage throttle 16 is reduced in its passage size with increasing load pressure, whereas the passage throttle size 17 'is increased with increasing load pressure.
  • the respective adjusting throttle 17 ', 16' could also be adjusted by an electrical or mechanical signal.
  • the throttle passage 16 in the control pressure line 11 is designed with an unchangeable passage size.
  • the drain throttle passage 17 is formed (for example) with an unchangeable passage size.
  • the drain throttle passage 17 is bypassed by a line loop 19 in the drain line 15 in which a valve 20, e.g. a check valve opening in the outflow direction, and a further throttle passage 17 ′′ are provided downstream of this.
  • a locking element 21 is provided as the adjusting device C for the throttle arrangement A, which is connected to the pilot line 18 or 18 'and unlocks the valve 20 at higher load pressure, so that the further throttle passage 17' 'is activated.
  • the locking device 21 ' is actuated by an electrical signal in line 23 (see FIG. 1) with the aid of a switching magnet 25 in order to open the valve 20 at high load pressure and to block it at low load pressure.
  • a plurality of additional discharge throttle passages 17 ′′ could also be provided in FIG. 6. 5 and 6, the throttle passage 16 can have a diameter of 0.5 mm and each throttle passage 17, 17 ′′ can have a diameter of 0.4 mm.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Steuern eines an zwei Arbeitsleitungen (4, 5) angeschlossenen Hydroverbrauchers (Z), in dessen wenigstens einer Arbeitsleitung (5) ein hydraulisch aufsteuerbares Lasthalteventil (H) angeordnet ist, das ein federbelastetes und vom jeweiligen Lastdruck (LD) in Öffnungsrichtung beaufschlagtes Schließelement (7) und einen gegen die Federbelastung (6) beaufschlagbaren Aufsteuerkolben (9) aufweist, dessen Beaufschlagungsdruck (P9) vom Aufsteuerdruck (P10) in der anderen Arbeitsleitung (4) abgeleitet wird, wird bereits vor Beginn der Aufsteuerung des Lasthalteventils (H) das Verhältnis (LD):(AD) proportional zum Lastdruck (LD) eingestellt, derart, daß mit hohem Lastdruck ein hoher Aufsteuerdruck (AD) und mit niedrigem Lastdruck ein niederiger Aufsteuerdruck eingestellt wird. Bei einer Steuervorrichtung (S) für den Hydroverbraucher (Z) ist zwischen der anderen Arbeitsleitung (4) und dem Aufsteuerkolben (9) wenigstens eine Ablaßleitung (15) angeschlossen, sind als verstellbare Drosselanordnung (A) in der Steuerdruckleitung (11) und in der Ablaßleitung (15) ein Drosselelement (16, 16') und wenigstens eine Ablaßdrosselelement (17, 17', 17'') angeordnet und ist eine lastdruckabhängig betätigbare Verstelleinrichtung (C) für die Drosselanordnung (A) vorgesehen, mit der mit zunehmendem Lastdruck (LD) die Durchgangsgröße des Ablaßdrosseldurchgangs vergrößerbar oder/und die Durchgangsgröße des Drosseldurchgangs verkleinerbar ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie eine hydraulische Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
  • Bei einem aus DE-OS 25 59 029 bekannten Verfahren dieser Art entspricht der Druck auf dem Aufsteuerkolben dem aus der anderen Arbeitsleitung abgeleiteten Aufsteuerdruck. Da der Lastdruck in der gleichen Richtung wie der Aufsteuerkolben am Schließelement des Lasthalteventils, d.h. in Öffnungsrichtung und gegen die Federbelastung, wirkt, ist bei hohem Lastdruck nur ein niedriger Druck auf den Aufsteuerkolben erforderlich, hingegen bei niedrigem Lastdruck ein sehr hoher Druck. Dies erschwert eine feinfühlige Bewegungssteuerung des Hydroverbrauchers mittels des Lasthalteventils unter der Last, und zwar sowohl bei hoher Last als auch bei niedriger Last, da das Gesamtsystem des Hydraulikkreises dann nicht steif genug ist. Außerdem ist speziell bei hoher Last die Dämpfung von Druckschwankungen bzw. Lastbewegungen schwierig, da - wie gesagt - der in der anderen Arbeitsleitung aufzubauende Aufsteuerdruck ziemlich genau dem am Aufsteuerkolben wirkenden Druck entspricht und bei niedrigem Aufsteuerdruck nur ein kleines zum Dämpfen nutzbares Steuerdruckmittelvolumen strömt. Eigentlich ist diese Funktion technisch nicht sinnvoll bzw. verkehrt, weil gerade bei hoher Last zum Bewegen des Hydroverbrauchers ein hoher Aufsteuerdruck besser, hingegen bei niedriger Last ein niedriger Aufsteuerdruck besser wäre.
  • Aus DE 40 21 347 C2 ist eine hydraulische Steuervorrichtung mit wenigstens einem Lasthalteventil in einer Arbeitsleitung des Hydroverbrauchers bekannt, bei der in der von der anderen Arbeitsleitung zum Aufsteuerkolben geführten Steuerdruckleitung eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung für Druckschwankungen im System vorgesehen ist, die aus einem in der Steuerdruckleitung angeordneten Drosseldurchgang, einer von der Steuerdruckleitung abzweigenden Ablaßleitung und einem weiteren Drosseldurchgang in der Ablaßleitung besteht. Mit dieser Dämpfungsvorrichtung wird aufgrund permanent über die Drosselanordnung abströmenden Druckmittels eine verbesserte Dämpfung erzielt. Obwohl der Druck auf den Aufsteuerkolben geringer ist als der in der anderen Arbeitsleitung erzeugte Aufsteuerdruck, ändert sich der Aufsteuerdruck indirekt proportional zum Lastdruck. Bei hohem Lastdruck ergibt sich ein geringer Aufsteuerdruck, während bei niedriger Last ein hoher Aufsteuerdruck erforderlich ist. Die Dämpfungsvorrichtung stellt zwar eine vorbestimmbare hydraulische Untersetzung zwischen dem Aufsteuerdruck in der anderen Arbeitsleitung und dem Druck auf den Aufsteuerkolben her, jedoch ohne die nachteilige Gesetzmäßigkeit: hoher Lastdruck, niedriger Aufsteuerdruck; niedriger Lastdruck, hoher Aufsteuerdruck, zu eliminieren.
  • Bei einer aus DE 32 16 580 A1 bekannten hydraulischen Steuervorrichtung ist in der anderen Arbeitsleitung zusätzlich eine Verstelldrossel enthalten, die mit zunehmendem Lastdruck ihre Durchgangsgröße verkleinert. Auf diese Weise wird lastdruckabhängig die Bewegungsgeschwindigkeit des Hydroverbrauchers unter der Last gegenüber der am Wegeventil eingestellten Bewegungsgeschwindigkeit verringert. Es ergibt sich zum Aufsteuern des Lasthalteventils bei hohem Lastdruck ein niedriger Aufsteuerdruck, weil der Aufsteuerdruck mit dem am Aufsteuerkolben wirkenden Druck übereinstimmt. Ferner wird nach Bewegungsbeginn des Hydroverbrauchers bei hohem Lastdruck der Aufsteuerdruck gegenüber dem Aufsteuerdruck vor Bewegungsbeginn abgesenkt.
  • DE 39 11 022 A1 betrifft eine hydraulische Steuervorrichtung für einen einseitig über ein 4/3-Wegeventil aus einer einzigen Arbeitsleitung gegen eine Last beaufschlagbaren Hebezylinder, mit einem lasthaltenden Sperrventil, das zum Senken der Last hydraulisch über ein Stellglied entsperrbar ist. Eine mit variablem Druck beaufschlagbare Steuerleitung ist an ein Stellglied zum Verstellen des Wegeventils zwischen einer Senkstellung, einer Absperrstellung und einer Hebestellung und auch an das Stellglied zum Entsperren des Sperrventils angeschlossen. In der zu einer Rückstellvorrichtung des Stellglieds des Sperrventils verlängerten Steuerleitung sind zwei Drosseln vorgesehen, zwischen denen eine Entlastungsleitung zum Wegesteuerventil abzweigt, die in der Senk- und in der Sperrstellung des Wegesteuerventils zum Tank entlastet ist. Auch bei Druckvariationen in der Steuerleitung wird das Sperrventil bei einem vorbestimmten Druckwert entsperrt, der sich nach der Beaufschlagungsfläche des Stellglieds und der Kraft der Schließfeder des Sperrventils richtet. Die Druckvariationen der Steuerleitung werden zum Verstellen des Wegesteuerventils gegen Federkraft zwischen dessen Schaltstellungen und zur Volumenstromregelung für den Hebezylinder eingesetzt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine hydraulische Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen die vom Lasthalteventil gesteuerte Bewegung des Hydroverbrauchers unter Last unabhängig von der Größe der Last feinfühlig steuerbar ist.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
  • Verfahrensgemäß wird durch die Einstellung des Aufsteuerdrucks direkt proportional zum Lastdruck erreicht, daß sich bei hoher Last ein hoher Aufsteuerdruck und bei niedriger Last ein niedriger Aufsteuerdruck ergibt. In jedem Fall ist die hydraulische Steuervorrichtung dann steif. Die Bewegung des Hydroverbrauchers läßt sich feinfühlig steuern, weil bei geringer Last der Hydroverbraucher mit niedrigem Aufsteuerdruck und bei großer Last mit hohem Aufsteuerdruck gesteuert wird. Speziell bei hoher Last läßt sich dann auch eine wirksame Dämpfung von Druckschwankungen im System erzielen, weil ein großes Steuerdruckmittelvolumen bewegt wird. Dabei wird eine lastdruckabhängige Verstellung einer hydraulischen Untersetzung zwischen dem Aufsteuerdruck in der anderen Arbeitsleitung und dem am Aufsteuerkolben wirksamen Druck vorgenommen. In der hydraulischen Steuervorrichtung wird über die Drosselanordnung und die Ablaßleitung in Abhängigkeit von der Höhe des Lastdrucks mehr oder weniger Druckmittel exakt gesteuert abgelassen. Dadurch ist es möglich, für einen hohen Lastdruck einen hohen Aufsteuerdruck einzusteuern, obwohl der am Aufsteuerkolben wirksame Druck nur gering sein darf, weil dann der Lastdruck ohnedies bereits einen Großteil der Federkraft auf das Schließelement überwindet. Für die feinfühlige Bewegungssteuerung des Hydroverbrauchers ist jedoch der in der anderen Arbeitsleitung eingesteuerte hohe Aufsteuerdruck vorteilhaft. Umgekehrt wird bei niedrigem Lastdruck der niedrige Aufsteuerdruck in der anderen Arbeitsleitung eine feinfühlige Bewegungssteuerung des Hydroverbrauchers über das Lasthalteventil ermöglichen.
  • Die Verfahrensvariante gemäß Anspruch 2 ist zweckmäßig, weil die Druckuntersetzung nur im Steuerkreis vorgenommen wird, so daß in der anderen Arbeitsleitung kein spürbarer Einfluß auf die am Wegeventil eingestellte Bewegungsgeschwindigkeit des Hydroverbrauchers eintritt.
  • Besonders zweckmäßig ist es gemäß Anspruch 3, den Aufsteuerdruck in direkter Abhängigkeit vom Lastdruck kontinuierlich zu verstellen. Es wird auf diese Weise für jede Lastgröße ein optimaler Aufsteuerdruck ermöglicht.
  • Bei einer einfacheren Ausführungsvariante des Verfahrens reicht es gemäß Anspruch 4 aus, den Aufsteuerdruck abgestuft einzustellen, und zwar zweckmäßigerweise in wenigstens einer Stufe.
  • Bei der Vorgangsweise gemäß Anspruch 5 wird mit der Druckminderung der jeweils optimale Aufsteuerdruck eingestellt und bei hohem Lastdruck ein spürbares Steuerdruckmittelvolumen bewegt, was für eine effektive Dämpfung von Druckschwingungen im System vorteilhaft ist.
  • Der bei der Verfahrensvariante gemäß Anspruch 6 angegebene Einstellbereich läßt nahezu alle in der Praxis auftretenden Einsatzbedingungen optimal beherrschen. Bei sehr niedrigem Lastdruck könnte die Druckminderung sogar auf den Faktor Null reduziert werden, so daß der volle Aufsteuerdruck am Aufsteuerkolben wirksam ist.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 8 wird die jeweilige Verstelldrossel durch den Lastdruck, den dem Lastdruck proportionalen Druck oder durch ein vom Lastdruck abgeleitetes elektrisches Signal oder über eine mechanische Verstelleinrichtung feinfühlig verstellt, um unter Berücksichtigung des gerade am Aufsteuerkolben notwendigen Drucks in der anderen Arbeitsleitung den Aufsteuerdruck so einzustellen, daß dieser eine feinfühlige Bewegung des Hydroverbrauchers ermöglicht.
  • Bei der alternativen Ausführungsform gemäß Anspruch 9 wird der Aufsteuerdruck stufenartig verstellt, indem mit zunehmendem Lastdruck wenigstens ein weiterer Drosseldurchgang zugeschaltet wird.
  • Baulich einfach ist die Ausführungsform zur Zu- bzw. Abschaltung wenigstens eines weiteren Drosseldurchgangs gemäß Anspruch 10. Der zu- bzw. abschaltbare Drosseldurchgang wird in Abhängigkeit von der Höhe des Lastdruckes aktiviert oder deaktiviert.
  • Die Verstelleinrichtung läßt sich bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 11 auf hydraulischem, elektrischem oder mechanischem Weg betätigen. Auf hydraulischem Weg wird aus dem Lastdruck oder auch aus dem Aufsteuerdruck das jeweilige Verstellsignal abgeleitet. Auf elektrischem Weg wird, z.B. über eine Druckmeßvorrichtung oder einen Druckschalter, aus dem Lastdruck ein elektrisches Signal für die Verstelleinrichtung erzeugt, das die Einstellung der Drosselanordnung vornimmt. Auf mechanischem Weg könnte mit einem von Lastdruck oder auch dem Aufsteuerdruck betätigbarem Hebelmechanismus oder Getriebe die jeweilige Einstellung vorgenommen werden.
  • Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform gemäß Anspruch 12. Die verstellbare Drosselanordnung führt zusammen mit der Ablaßleitung neben der Druckuntersetzung die zusätzliche Aufgabe einer Dämpfung von Druckschwingungen im System aus, weil mittels des über die Drosselanordnung geführten Steuerdruckmittelvolumens die Kuppen und Täler von Druckschwingungsamplituden gekappt und die Druckschwingungen somit rasch gedämpft werden. Da die hydraulische Untersetzung und die Dämpfung nur im Steuerkreis und mit dem Steuerdruckmittel durchgeführt werden, sind die damit verbundenen Verluste vernachlässigbar, insbesondere dann, wenn das abströmende Steuerdruckmittel in die gerade drucklose Arbeitsleitung zurückgeführt wird.
  • Grundsätzlich ist bei allen Ausführungsformen zu berücksichtigen, daß durch die Abstimmung der Beaufschlagungsfläche des Aufsteuerkolbens mit der Lastdruck-Beaufschlagungsfläche des Schließelements bereits ein Übersetzungsfaktor in die Steuervorrichtung integriert ist, um den Aufsteuerdruck in der anderen Arbeitsleitung in ein für die Steuerung günstiges Verhältnis zum Lastdruck zu bringen. Dieses Verhältnis wird auch bei der Erfindung mitberücksichtigt und dadurch gewinnbringend ergänzt, daß das Verhältnis zwischen dem Aufsteuerdruck und dem am Aufsteuerkolben wirkenden Druck noch zusätzlich lastdruckabhängig verstellt wird. Mit dieser sozusagen überlagerten hydraulischen Untersetzung zwischen dem Aufsteuerdruck und dem am Aufsteuerkolben wirkenden Druck ist es möglich, das Verhältnis zwischen der Beaufschlagungsfläche des Aufsteuerkolbens und der Beaufschlagungsfläche des Schließelementes sogar noch günstiger zu wählen.
  • Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Blockschaltbild einer hydraulischen Steuervorrichtung mit einer integrierten Schema-Schnittdarstellung eines Lasthalteventils,
    Fig.2-6
    Detailvariationen zu Fig. 1, und
    Fig. 7
    ein Diagramm.
  • Eine hydraulische Steuervorrichtung S gemäß Fig. 1 dient zur Bewegungssteuerung eines Hydroverbrauchers Z, beispielsweise eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders mit Differentialkolben 1, dessen beide Beaufschlagungsräume mit 2 und 3 angedeutet sind. Der Hydroverbraucher Z wird beispielsweise durch eine Last L in der angegebenen Pfeilrichtung beaufschlagt, die im Raum 3 einen bestimmten Lastdruck LD hervorruft. Der Hydroverbraucher Z ist über Arbeitsleitungen 4 und 5 und ein Wegesteuerventil W wahlweise an eine Druckquelle P bzw. einen Rücklauf oder Tank T anschließbar.
  • In der einen Arbeitsleitung 5 ist ein hydraulisch aufsteuerbares Lasthalteventil H angeordnet, das eine ein Schließelement 7 in Schließrichtung auf einen Sitz 8 beaufschlagende, vorzugsweise einstellbare, Feder 6 sowie einen mit einem Druck P9 beaufschlagbaren Aufsteuerkolben 9 aufweist. Der Lastdruck LD wirkt entgegen der Kraft der Feder 6 im Sitz 8 auf das Schließelement 7. Bei Beaufschlagung wirkt der Aufsteuerkolben 9 ebenfalls entgegen der Kraft der Feder 6. Von der anderen Arbeitsieltung 4 zweigt im Punkt 10 eine Steuerdruckleitung 11 zum Aufsteuerkolben 9 ab, über die der in der anderen Arbeitsleitung 4 eingesteuerte Aufsteuerdruck AD zu dem Druck P9 umgesetzt wird, der dem Aufsteuerdruck AD entsprechen, aber auch wesentlich niedriger sein kann.
  • In der Steuerdruckleitung 11 ist eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung D enthalten, mit der Druckschwingungen im System und für den Aufsteuerkolben 9 abdämpfbar sind. Teil der Dämpfungsvorrichtung D ist eine zweckmäßigerweise einstellbare Dämpfdrossel 12 mit in Aufsteuerrichtung des Aufsteuerkolbens 9 die Dämpfdrossel 12 umgehendem Rückschlagventil 13, die zwischen einer Abzweigung 14 einer Ablaßleitung 15 und dem Aufsteuerkolben 9 angeordnet sind.
  • Zwischen den Abzweigungen 10 und 14 ist ein Drosseldurchgang 16 (strichliert angedeutet als Verstelldrossel) angeordnet, der zusammen mit einem Ablaßdrosseldurchgang 17 (ebenfalls als Verstelldrossel strichliert angedeutet) in der Ablaßleitung 15 eine verstellbare Drosselanordnung A bildet, zu deren Verstellung eine Verstelleinrichtung C vorgesehen ist. Die Ablaßleitung 15 ist entweder an den Tank T angeschlossen oder an die eine Arbeitsleitung 5 (nicht gezeigt). Das Lasthalteventil H ist in Strömungsrichtung zum Hydroverbraucher Z durch eine Leitungsschleife 5a umgehbar, in der ein zum Hydroverbraucher Z öffnendes Rückschlagventil R angeordnet ist.
  • Die Verstelleinrichtung C ist über eine Pilotleitung 18 an die eine Arbeitsleitung 5 angeschlossen, so daß der Lastdruck im Raum 3 stets auch in der Verstelleinrichtung C zur Verfügung steht, um die verstellbare Drosselanordnung A in Abhängigkeit von der Höhe des Lastdrucks LD so zu verstellen, daß bei hohem Lastdruck mehr Druckmittel über die Ablaßleitung 15 abgelassen wird als bei niedrigem Lastdruck. Bei niedrigem Lastdruck könnte sogar die Ablaßdrossel 17 vollständig geschlossen werden.
  • Alternativ wäre es möglich, die Verstelleinrichtung C auch an eine Pilotleitung 18' anzuschließen, in der der Aufsteuerdruck AD wirksam ist. Ferner könnte die Verstelleinrichtung C auch elektrisch betätigt werden, beispielsweise über einen elektrischen Druckmesser 22 (oder einen Druckschalter) für den Lastdruck, der über eine Signalleitung 23 mit der Verstelleinrichtung C verbunden ist. Auch eine mechanische Übertragung eines vom Lastdruck abhängigen Signals an die Verstelleinrichtung C wäre möglich.
  • In der gezeigten Stellung befindet sich die hydraulische Steuervorrichtung in der Neutralstellung. Der Hydroverbraucher Z steht. Der Lastdruck wird vom Lasthalteventil H und vom Rückschlagventil R aufgenommen. Wird das Wegesteuerventil W aus der gezeigten Neutralstellung nach links verstellt, dann werden die Druckquelle P mit der einen Arbeitsleitung 5 und die andere Arbeitsleitung 4 mit dem Tank T verbunden. Der Hydromotor Z wird über das öffnende Rückschlagventil R in Heberichtung bewegt. Die Bewegungsgeschwindigkeit richtet sich z.B. nach dem Ausmaß der Verstellung des Wegesteuerventils W. Das ausgeschobene Druckmittel aus dem Raum 2 wird über die andere Arbeitsleitung 4 zum Tank T geleitet. Der Aufsteuerkolben 9 bleibt ohne spürbare Beaufschlagung.
  • Wird das Wegesteuerventil W aus der gezeigten Neutralstellung nach rechts verstellt, dann werden die andere Arbeitsleitung 4 mit der Druckquelle P und die eine Arbeitsleitung 5 mit dem Tank verbunden. In der anderen Arbeitsleitung 4 wird am Punkt 10 ein Aufsteuerdruck AD aufgebaut, der auch im Raum 2 des Hydroverbrauchers Z wirkt. Über die Steuerdruckleitung 11 und die verstellbare Drosselanordnung A wird der Aufsteuerdruck AD auf den vom jeweiligen Lastdruck LD abhängigen Druck P9 gemindert, wobei die Verstelleinrichtung C lastdruckabhängig so betätigt wird, daß bei hohem Lastdruck ein hoher Aufsteuerdruck AD, hingegen bei niedrigem Lastdruck LD ein niedrigerer Aufsteuerdruck AD eingesteuert wird. Ist der für den jeweiligen Lastdruck vorherbestimmte Aufsteuerdruck AD erreicht, dann steuert der Aufsteuerkolben 9 das Lasthalteventil H auf, so daß das Druckmittel aus der einen Arbeitsleitung 5 abströmt und, z.B. die am Wegesteuerventil W, eingestellte Bewegungsgeschwindigkeit erreicht wird. Der Aufsteuerdruck AD wird vor Bewegungsbeginn des Hydromotors Z, d.h. vor dem Aufsteuern des Lasthalteventils H, eingestellt.
  • Aus dem Diagramm der Fig. 7 ist zu entnehmen, wie der Aufsteuerdruck AD im Verhältnis zum Lastdruck LD bei verschiedenen Lasten (vL) derart eingestellt wird, daß bei hohem Lastdruck LD ein hoher Aufsteuerdruck AD und bei jeweils kleinerem Lastdruck LD auch ein kleinerer Aufsteuerdruck eingestellt wird. Obwohl dies nicht dargestellt ist, könnte bei kleinem Lastdruck der Aufsteuerdruck sogar höher sein als der Lastdruck. Die Verstellung des Aufsteuerdrucks in Abhängigkeit vom jeweiligen Lastdruck wird zweckmäßigerweise kontinuierlich oder ggfs. stufenweise, d.h. in mindstens einer Stufe, vorgenommen. Die Fig. 2 bis 4 zeigen Ausführungsformen zur kontinuierlichen Veränderung des Aufsteuerdrucks. Die Ausführungsform der Fig. 5 und 6 ermöglichen hingegen eine stufenweise Veränderung des Aufsteuerdrucks.
  • In Fig. 2 ist der Drosseldurchgang 16 in der Steuerdruckleitung 11 mit fester Durchgangsgröße eingesetzt. Hingegen ist der Ablaßdrosseldurchgang 17' als Verstelldrossel ausgebildet, die sich aus der Pilotleitung 18 bzw. 18' mit zunehmendem Lastdruck in ihrer Durchgangsgröße vergrößern läßt. Bei niedrigem Lastdruck kann die Verstelldrossel 17' sogar vollständig geschlossen werden.
  • In Fig. 3 ist der Drosseldurchgang 16' in der Steuerdruckleitung 11 als Verstelldrossel 16' ausgebildet, die sich über die Pilotleitung 18 bzw. 18' derart verstellen läßt, daß mit zunehmendem Lastdruck die Durchgangsgröße verkleinert wird. Der Ablaßdrosseldurchgang 17 in der Ablaßleitung 15 ist hingegen mit unveränderlicher Durchgangsgröße angeordnet.
  • In Fig. 4 sind die Drosseldurchgänge 16' und 17' als Verstelldrosseln ausgebildet und über die Pilotleitung 18 bzw. 18' gegensinnig verstellbar, d.h. die Verstelldrossel 16 wird mit zunehmendem Lastdruck in ihrer Durchgangsgröße verkleinert, hingegen die Verstelldrossel 17' mit zunehmendem Lastdruck in ihrer Durchgangsgröße vergrößert. Die jeweilige Verstelldrossel 17', 16' könnte auch durch ein elektrisches oder mechanisches Signal verstellt werden.
  • Bei der Ausführungsform der Fig. 5 ist (beispielsweise) der Drosseldurchgang 16 in der Steuerdruckleitung 11 mit unveränderbarer Durchgangsgröße ausgebildet. In der Ablaßleitung 15 ist der Ablaßdrosseldurchgang 17 (beispielsweise) mit unveränderbarer Durchgangsgröße ausgebildet. Der Ablaßdrosseldurchgang 17 wird von einer Leitungsschleife 19 in der Ablaßleitung 15 umgangen, in der ein Ventil 20, z.B. ein in Abströmrichtung öffnendes Rückschlagventil, sowie diesem nachgeordnet ein weiterer Drosseldurchgang 17'' vorgesehen sind. Als Verstelleinrichtung C für die Drosselanordnung A ist ein Sperrelement 21 vorgesehen, das an die Pilotleitung 18 bzw. 18' angeschlossen ist und bei höherem Lastdruck das Ventil 20 entsperrt, so daß der weitere Drosseldurchgang 17'' zugeschaltet wird. Es wäre auch denkbar, die Verstelleinrichtung C mittels eines elektrischen Signals oder auf mechanischem Weg (bei 24 angedeutet) entsprechend zu verstellen. Ferner könnten mehrere zusätzliche und wahlweise zu- bzw. abschaltbare Ablaßdrosseldurchgänge 17'' vorgesehen sein. Zusätzlich wäre es möglich, auch die Drosseldurchgänge 16 bzw. 17 als Verstelldrosseln entsprechend den Fig. 2 bis 4 auszubilden und zu verstellen. (Drosselkombination mit Verstelldrosseln und festen Drosseln).
  • Bei der Ausführungsform der Fig. 6, die in der Funktion der Ausführungsform der Fig. 5 entspricht, wird die Sperreinrichtung 21' durch ein elektrisches Signal in der Leitung 23 (s. Fig.1) unter Hilfe eines Schaltmagneten 25 betätigt, um das Ventil 20 bei hohem Lastdruck zu öffnen und bei niedrigem Lastdruck zu sperren. Analog zu Fig. 5 könnten auch in Fig. 6 mehrere zusätzliche Ablaßdrosseldurchgänge 17'' vorgesehen sein. In den Fig. 5 und 6 kann der Drosseldurchgang 16 einen Durchmesser von 0,5 mm und jeder Drosseldurchgang 17, 17'' einen Durchmesser von 0,4 mm haben.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Steuern eines an zwei Arbeitsleitungen angeschlossenen Hydroverbrauchers, insbesondere eines doppelseitig beaufschlagbaren Hydraulikzylinders mit Differentialkolben, in dessen wenigstens einer Arbeitsleitung ein hydraulisch aufsteuerbares Lasthalteventil angeordnet ist, das ein federbelastetes und vom jeweiligen Lastdruck des Hydroverbrauchers in Öffnungsrichtung beaufschlagtes Schließelement und einen gegen die Federbelastung mit Druck beaufschlagbaren Aufsteuerkolben für das Schließelement aufweist, dessen Beaufschlagungsdruck von einem Aufsteuerdruck in der anderen Arbeitsleitung abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn der Aufsteuerung des Lasthalteventils (H) das Verhältnis zwischen dem Lastdruck (LD) und dem Aufsteuerdruck (AD) proportional zum Lastdruck (LD) derart eingestellt wird, daß sich bei hohem Lastdruck (LD) ein hoher Aufsteuerdruck (AD), bei niedrigem Lastdruck (LD) hingegen ein niedriger Aufsteuerdruck (AD) ergibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen des Verhältnisses zwischen dem Lastdruck (LD) und dem Aufsteuerdruck (AD) der Beaufschlagungsdruck (PG) am Aufsteuerkolben (9) relativ zum in der anderen Arbeitsleitung (4) herrschenden Aufsteuerdruck (AD) gemindert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das betreffende Druckverhältnis (LD:AD) kontinuierlich verstellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das betreffende Druckverhältnis (LD:AD) stufenweise verstellt wird.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das betreffende Druckverhältnis (LD:AD) mittels einer Ablaßleitung (15) und einer lastdruckabhängig verstellbaren Drosselanordnung (A) eingestellt wird, indem mit höherem Lastdruck (LD) relativ mehr Steuerdruckmittel abgelassen wird.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das betreffende Druckverhältnis (LD:AD) zwischen 10:1 und 1:1, vorzugsweise zwischen 8,5:1 und 2,5:1 eingestellt wird.
  7. Hydraulische Steuervorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, für einen Hydroverbraucher, insbesondere einen doppelseitig beaufschlagbaren Hydraulikzylinder mit einem Differentialkolben, der an zwei über ein Wegesteuerventil wahlweise mit einer Druckquelle oder einem Rücklauf verbindbare Arbeitsleitungen angeschlossen und in dessen wenigstens einer Arbeitsleitung ein aus der anderen Arbeitsleitung hydraulisch aufsteuerbares Lasthalteventil angeordnet ist, das ein federbelastetes und vom Lastdruck im Hydroverbraucher gegen die Federbelastung in Öffnungsrichtung beaufschlagtes Schließelement und einen Aufsteuerkolben für das Schließelement aufweist, der ebenfalls entgegen der Federbelastung mit einem Druck beaufschlagbar ist, der über eine Steuerdruckleitung vom in der anderen Arbeitsleitung eingesteuerten Aufsteuerdruck ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der anderen Arbeitsleitung (4) und dem Aufsteuerkolben (9) an die Steuerdruckleitung (11) wenigstens eine Ablaßleitung (15) angeschlossen ist, daß zwischen der anderen Arbeitsleitung (4) und der Abzweigung (14) der Ablaßleitung (15) ein Drosselelement (16; 16') und in der Ablaßleitung (15) wenigstens ein Ablaßdrosselelement (17; 17'; 17'') angeordnet sind, die miteinander kooperieren und als verstellbare Drosselanordnung (A) ausgebildet sind, und daß für die Drosselanordnung (A) eine lastdruckabhängig betätigbare Verstelleinrichtung (C) vorgesehen ist, mit der mit zunehmendem Lastdruck (LD) die Durchgangsgröße des Ablaßdrosseldurchgangs (17'; 17; 17'') vergrößerbar oder/und die Durchgangsgröße des Drosseldurchgangs (16'; 16) verkleinerbar ist.
  8. Hydraulische Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (16') oder/und das Ablaßdrosselelement (17') als Verstelldrossel(n) ausgebildet ist(sind), und daß die Verstelleinrichtung (C) der jeweiligen Verstelldrossel (16', 17') an eine den Lastdruck (LD) oder eine einen dem Lastdruck (LD) proportionalen Druck, z.B. dem Aufsteuerdruck (AD) in der anderen Arbeitsleitung (4), bereitstellende Pilotleitung (18, 18') angeschlossen ist.
  9. Hydraulische Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßdrosselelement mehrere parallele Drosseldurchgänge (17, 17'') aufweist, und daß wenigstens einer der Drosseldurchgänge mittels der Verstelleinrichtung (C) zu- oder abschaltbar ist.
  10. Hydraulische Steuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einem Drosseldurchgang (17'') des Ablaßdrosselelementes ein in Abströmrichtung öffnendes Ventil (20), vorzugsweise ein Rückschlagventil, zugeordnet ist, und daß für das Ventil (20) als Verstelleinrichtung (C) ein lastdruckabhängig betätigbares Sperrelement (21) vorgesehen ist.
  11. Hydraulische Steuervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (C) hydraulisch, elektrisch oder mechanisch lastdruckabhängig betätigbar ist.
  12. Hydraulische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Drosselanordnung (A) mit der Ablaßleitung (15) gleichzeitig eine Druckschwingungs-Dämpfungsvorrichtung (D) für den Aufsteuerkolben (9) bildet.
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