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Die Erfindung betrifft eine hydraulisch angetriebene Anordnung zum linearen Bewegen eines Massekörpers, bestehend aus einem einen Kolben mit wenigstens einer zum Zusammenwirken mit dem Massekörper eingerichteten Kolbenstange aufweisenden, doppelt wirkenden Arbeitszylinder, der als Steuerzylinder für die eine Beschleunigungsphase, eine Fahrphase und eine Bremsphase aufweisende Bewegung des Massekörpers eingerichtet und dazu mit einem hydraulischen Steuerkreis verbunden ist, wobei zusätzlich eine einen Akkumulator aufweisende Einrichtung zum Liefern der Antriebsenergie für den Kolben des Arbeitszylinders während der Beschleunigungsphase des Massekörpers aus dem Akkumulator und zum Aufladen des Akkumulators während der Bremsphase des Massekörpers vorgesehen ist.
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Eine derartige Anordnung mit den vorgenannten Merkmalen ist aus der
WO 93/11363 A1 bekannt. Die darin beschriebene Vorrichtung bezieht sich auf eine hydraulisch betriebene Arbeitsmaschine, die mittels eines doppelt wirkenden und mittels einer einseitigen Kolbenstange mit einer Arbeitseinrichtung verbundenen Arbeitszylinders ein Heben und Senken der Arbeitseinrichtung herbeiführt. Zur Rückgewinnung der Lageenergie dieser Arbeitseinrichtung in deren angehobener Stellung ist der als Antriebszylinder für die Bewegung der Arbeitseinrichtung anzusprechende Arbeitszylinder mit seinem stangenlosen großen Hubraum an einen hydraulischen Akkumulator angeschlossen, so dass einerseits beim Heben der Arbeitseinrichtung der Akkumulator die gespeicherte Energie in den Arbeitszylinder einspeist, während andererseits beim Senken der Arbeitseinrichtung der Akkumulator durch das aus dem stangenlosen größeren Hubraum des Arbeitszylinders verdrängte Fluid aufgeladen wird und dabei aufgrund des sich aufbauenden Drucks zusätzlich als Bremse für die Bewegung des Kolbens im Antriebszylinder und damit der Arbeitseinrichtung dient. Zur Steuerung der Bewegung der Arbeitseinrichtung ist parallel zu dem Antriebszylinder ein an eine Pumpe angeschlossener, mit dem Antriebszylinder übereinstimmend ausgebildeter Steuerzylinder angeordnet. Die beiden stangenseitigen, kleineren Hubräume beider Zylinder, sowohl des Antriebszylinders wie auch des Steuerzylinders, sind miteinander fluidführend verbunden und gemeinsam an einen hydraulischen Steuerkreis angeschlossen. Damit soll erreicht werden, dass sich das aus dem stangenlosen größeren Hubraum des Arbeitszylinders beim Senken der Arbeitseinrichtung verdrängte Fluid vollständig in den Akkumulator einspeichern lässt.
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Mit der bekannten Anordnung ist insbesondere der Nachteil verbunden, dass die Energierückgewinnung jeweils nur in einer Bewegungsrichtung des Kolbens des Arbeitszylinders, nämlich beim Senken der Arbeitseinrichtung, möglich ist und entsprechend die gespeicherte Energie auch nur beim Heben der Arbeitseinrichtung nutzbar ist. Damit lässt sich diese Auslegung eines hydraulischen Massekörperantriebs nicht auf solche Einsatzzwecke anwenden, bei denen es um eine Hin- und Herbewegung einer großen Masse in zwei Bewegungsrichtungen geht.
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Ein solcher Einsatzzweck ergibt sich beispielsweise aus der
DE 10 2008 059 436 B3 , in der ein hydraulisches Steuerventil für einen einseitig arbeitenden Differentialzylinder beschrieben ist. Ein solcher einen Kolben mit einseitiger Kolbenstange aufweisender, doppelt wirkende Arbeitszylinder wird zum linearen Bewegen eines Massekörpers wie beispielsweise einer Einlass- und Druckklappe bei Kunststoffspritzmaschinen eingesetzt, wobei die Kolbenstange des Arbeitszylinders für den Antrieb des Massekörpers mit diesem verbunden ist. Über das in der
DE 10 2008 059 436 B3 beschriebene Steuerventil wird die Vorwärtsfahrt mit einem Ausfahren der Kolbenstange sowie die Rückwärtsfahrt mit einem Einfahren der Kolbenstange gesteuert, wobei jeder Bewegungsvorgang in beiden Bewegungsrichtungen des Massekörpers eine Beschleunigungsphase, eine Fahrphase sowie eine Bremsphase zum Erreichen der Endstellung des Massekörpers umfasst. Soweit unterschiedlich große Hubräume des Arbeitszylinders über das zwischengeschaltete Steuerventil an eine Pumpe sowie einen Tank anschließbar sind, ist das in der
DE 10 2008 059 436 B3 im Einzelnen beschriebene Steuerventil mit einer Rückspeiseschaltung für das bei der Vorwärtsfahrt des Kolbens im Arbeitszylinder aus dessen kleinem Hubraum verdrängte Fluid ausgerüstet, mittels der das verdrängte Fluid unmittelbar dem großen Hubraum des Arbeitszylinders zugeführt und insoweit die Pumpe entlastet wird.
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Soweit die von einem derartigen Arbeitszylinder zu bewegenden Massekörper eine erhebliche Masse von beispielsweise 10 t oder mehr aufweisen können, ergeben sich für die Bewegung derart schwerer Massekörper erhebliche Anforderungen an die Auslegung des Arbeitszylinders, der entsprechende Stellkräfte aufbringen muss. Insbesondere beim Abbremsen eines Massekörpers im Anschluss an dessen Fahrphase entsteht eine erhebliche ungenutzte Verlustleistung, soweit zu Beginn der darauf folgenden erneuten Beschleunigungsphase die gesamte Bewegungsenergie dem Arbeitszylinder aus dem hydraulischen Versorgungssystem zur Verfügung zu stellen ist. Dies gilt insbesondere für die Bewegung des Massekörpers in dessen beiden Bewegungsrichtungen, bei denen jeweils eine Beschleunigungsphase, eine Fahrphase und eine Bremsphase zu berücksichtigen ist, wobei zusätzlich die Beschleunigungsphase und die Bremsphase in der gleichen Bewegungsrichtung jeweils in den unterschiedlichen Hubräumen des Antriebszylinders wirksam ist.
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Schließlich ist aus der
DE 23 56 711 A eine Injektionszylinderanordnung für eine Druckgußmaschine bekannt, bei der zum Einpressen eines flüssigen Metalls in eine Metallform ebenfalls ein doppelt wirkender Arbeitszylinder mit einem Kolben und einer einseitigen, das flüssige Metall beaufschlagenden Kolbenstange eingesetzt ist. Zum Aufbringen eines entsprechend hohen Drucks beim Einpressvorgang ist an den großen Hubraum des Arbeitszylinders ein Gasspeicher angeschlossen, bei dem das darin gespeicherte Gas jeweils durch die von einem in den kleinen Hubraum des Arbeitszylinders eingeleiteten Fluid bewirkte Kolbenbewegung vorgespannt wird, wobei durch die anschließende Entlastung des kleinen Hubraums des Arbeitszylinders zum Tank hin die für das Einpressen des flüssigen Metalls gewünschte schnelle Kolbenbewegung durch den einwirkenden hohen Gasdruck erreicht ist. Die in der
DE 23 56 711 A beschriebene Schaltung sieht zusätzlich bereits ein Abbrensen der schnellen Kolbenfahrt gegen Ende des Bewegungsvorganges vor, ohne dass die Bremsenergie genutzt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulisch angetriebene Anordnung mit Energierückgewinnung gemäß den gattungsgemäßen Merkmalen für die lineare Bewegung einer entsprechend der
DE 10 2008 059 436 B3 eingesetzten Masse in deren beiden Bewegungsrichtungen nutzbar zu machen.
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Die Aufgabe wird mit allen Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, dass jeder Volumenstromteiler als linear arbeitender Volumenstromteiler ausgebildet ist und aus einem Zylinder und einem darin in einem ersten Hohlraum linear verschiebbaren Steuerkolben besteht, wobei an dem Steuerkolben eine in einen zweiten Hohlraum des Volumenstromteilers hineinragende und diesen in allen Stellungen des Steuerkolbens im Zylinder gegen den ersten Hohlraum trennende Kolbenstange angeordnet ist, und wobei der große Kolbenraum des von dem Steuerkolben unterteilten ersten Hohlraums über eine Leitungsverbindung mit dem zugeordneten Hubraum des Arbeitszylinders verbunden und der von der Kolbenstange durchsetzte Stangenraum des ersten Hohlraums über eine Leitungsverbindung an den Steuerkreis zur Steuerung des Arbeitszylinders angeschlossen ist und der zweite, von der Kolbenstange beaufschlagte Hohlraum über eine Leitungsverbindung an den dem Akkumulator zugeordneten hydraulischen Steuerkreis mit der zum Tank führenden Leitungsverbindung angeschlossen ist.
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Die Erfindung beruht dabei auf dem Prinzip, dass für die Bewegung des Kolbens im Arbeitszylinder in beiden Richtungen an den jeweiligen Hubraum des Arbeitszylinders ein Volumenstromteiler angeschlossen ist, über den zwei Volumenströme geführt sind, wobei ein erster Volumenstrom von dem für die Steuerung der Bewegungen des Kolbens im Antriebszylinder vorgesehenen Steuerkreis während der einzelnen Bewegungsphasen des Kolbens zur Verfügung gestellt wird. Ein zweiter, an den Volumenstromteiler angeschlossener Steuerkreis dient dazu, während der Bewegungsphasen des Kolbens einen zusätzlichen Volumenstrom aus dem angeschlossenen Akkumulator bzw. dem Tank zur Verfügung zu stellen, wobei in der Bremsphase ein entsprechender Volumenstromanteil zum erneuten Aufladen des Akkumulators in den Akkumulator rückgespeist wird. Insofern werden während der Beschleunigungsphase beide Volumenströme in dem zugeordneten Volumenstromteiler addiert und während der Bremsphase des Kolbens entsprechend geteilt. Die Trennung der für die Steuerung der einzelnen Bewegungsphasen des Kolbens im Arbeitszylinder relevanten Volumenströme voneinander ermöglicht dabei eine Trennung der beiden entsprechend vorgesehenen hydraulischen Steuerkreise.
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Insofern ist mit der Erfindung der Vorteil verbunden, dass die Speicherung der kinetischen Bewegungsenergie des Massekörpers und die Nutzung der gespeicherten Energie zu dessen Antrieb nun in beiden Bewegungsrichtungen des Massekörpers nutzbar ist. Aufgrund der Zuordnung eines Volumenstromteilers zu jedem der beiden Hubräume des Arbeitszylinders ist jeder Hubraum des Arbeitszylinders auch getrennt ansteuerbar, was auch deswegen zweckmäßig ist, weil die Beschleunigung und die Bremsung des Kolbens im Arbeitszylinder bei gleicher Bewegungsrichtung auf unterschiedlichen Seiten von dessen Kolben und somit in unterschiedlichen Hubräumen wirksam werden und daher getrennt anzusteuern sind.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die eingesetzten Volumenstromteiler als linear arbeitende Volumenstromteiler ausgebildet. Bei dieser Bauform besteht jeder Volumenstromteiler aus einem Zylinder und einem darin in einem ersten Hohlraum linear verschiebbaren Steuerkolben, wobei an dem Steuerkolben eine in einen zweiten Hohlraum des Volumenstromteilers hineinragende und diesen in allen Stellungen des Steuerkolbens im Zylinder gegen den ersten Hohlraum trennende Kolbenstange angeordnet ist, und wobei der große Kolbenraum des von dem Steuerkolben unterteilten ersten Hohlraums über eine Leitungsverbindung mit dem zugeordneten Hubraum des Arbeitszylinders verbunden und der von der Kolbenstange durchsetzte Stangenraum des ersten Hohlraums über eine Leitungsverbindung an den Steuerkreis zur Steuerung des Arbeitszylinders angeschlossen ist und der zweite, von der Kolbenstange beaufschlagte Hohlraum über eine Leitungsverbindung an den dem Akkumulator zugeordneten hydraulischen Steuerkreis angeschlossen ist. Somit steuert die Bewegung des Steuerkolbens im jeweiligen Volumenstromteiler die Beaufschlagung des jeweils an dem Volumenstromteiler angeschlossenen Hubraums des Arbeitszylinders mit Hydraulikfluid, wobei der Steuerkolben mit der an ihm angeordneten Kolbenstange in dem Volumenstromteiler seinerseits in den unterschiedlichen Bewegungsphasen des Kolbens im Arbeitszylinder von den im Volumenstromteiler getrennt voneinander geführten und jeweils an die beiden zugeordneten Steuerkreise angekoppelten Volumenströmen gesteuert wird.
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Bei dieser Auslegung entsprechen der große Kolbenraum des linearen Volumenstromteilers und der zugeordnete Hubraum des Antriebszylinders volumenmäßig jeweils einander, weil durch die Bewegungen des Kolbens im Antriebszylinder einerseits und des Steuerkolbens im Volumenstromteiler andererseits das jeweilige Volumen an Hydraulikfluid zwischen dem Hubraum des Antriebszylinders und dem großen Kolbenraum des Volumenstromteilers hin und her geschoben wird. Soweit eine vom Volumenstromteiler, d. h. von dessen zweitem Hohlraum zum Tank führende Leitungsverbindung vorgesehen ist, dient diese Leitungsverbindung dem Nachsaugen von Hydraulikfluid aus dem Tank in den Stangenraum des Volumenstromteilers, während der durch den Volumenstromteiler gesteuerten Fahrphase des Massekörpers.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die eingesetzten Volumenstromteiler als rotatorisch arbeitende Volumenstromteiler ausgebildet. Derartige, als solche aus dem Stand der Technik bekannte Volumenstromteiler sind von zwei miteinander zwangsgekoppelten Zahnradpumpen gebildet, wobei einerseits die eine Zahnradpumpe an den Steuerkreis zur Steuerung des Arbeitszylinders und die andere Zahnradpumpe an den dem Akkumulator zugeordneten und die Tankverbindung aufweisenden Steuerkreis angeschlossen ist und andererseits beide Zahnradpumpen gemeinsam an eine zum jeweiligen Hubraum des Arbeitszylinders führende Leitung angeschlossen sind. Da Zahnradpumpen immer einen Durchfluss an Hydraulikfluid bedingen, erfolgt hierbei eine Zufuhr in den an jedem Volumenstromteiler angeschlossenen Hubraum des Arbeitszylinders dadurch, dass die beiden von jeder Zahnradpumpe geförderten Teilströme in einer zum Hubraum des Antriebszylinders führenden Leitung vereinigt werden, wobei ein Teilstrom wiederum von dem ersten Steuerkreis zur Steuerung des Antriebszylinders zur Verfügung gestellt wird, und der zweite Teilstrom von dem zweiten, an dem Volumenstromteiler angeschlossenen Steuerkreis, und zwar hier je nach der Bewegungsphase des Kolbens im Antriebszylinder im Beschleunigungsfall von dem Akkumulator und in der Fahrphase des Kolbens aus der Leitungsverbindung zum Tank. Beim Bremsen des Kolbens im Antriebszylinder wird der Volumenstrom des aus dem entsprechenden Hubraum verdrängten Hydraulikfluids über die beiden Zahnradpumpen des angeschlossenen Volumenstromteilers aufgeteilt, so dass aufgrund des Anschlusses des zweiten Steuerkreises ein Aufladen des Akkumulators über diesen Steuerkreis gegeben ist.
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Bei einem Einsatz eines derartigen Volumenstromteilers ist bezüglich des zwischen Akkumulator und Volumenstromteiler eingerichteten Steuerkreises nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass bei der in diesem Steuerkreis vorgesehenen Ventilanordnung in einer ersten Stellung während der Beschleunigungsphase des Massekörpers die Verbindung zwischen dem mit vorgespanntem Fluid gefüllten Akkumulator und dem Volumenstromteiler freigeschaltet ist, und dass in der zweiten Stellung der Ventilanordnung während der Bremsphase des Massekörpers die Verbindung zwischen dem Volumenstromteiler und dem Akkumulator offen ist.
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Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die in dem zwischen Akkumulator und Volumenstromteiler eingerichteten Steuerkreis angeordnete Ventilanordnung eine dritte Stellung aufweist, in welcher eine Verbindung zwischen dem Volumenstromteiler und dem Tank geschaltet ist, so dass eine Freifahrt des Kolbens in dem vom Volumenstromteiler gesteuerten Arbeitszylinder im Anschluss an die in der Bremsphase des Massekörpers erfolgende Bewegung des Kolbens im Arbeitszylinder ermöglicht ist. Diese Ausgestaltung dient in vorteilhafter Weise dazu, am Ende der Kolbenfahrt im Arbeitszylinder nach Abschluss der Bremsphase noch eine vom Volumenstromteiler gesteuerte Korrekturbewegung des Kolbens im Arbeitszylinder und damit auch des Massekörpers zuzulassen, weil noch eine Korrekturbewegung des Steuerkolbens im Volumenstromteiler entgegen dem vom aufgeladenen Akkumulator her einwirkenden Druck ermöglicht ist. Da in dieser Ventilstellung der Ventilanordnung die Verbindung zwischen dem vom Akkumulator beaufschlagten Volumenstromteiler und dem Tank freigeschaltet ist, ist der Volumenstromteiler entlastet, so dass damit der Volumenstromteiler einer entsprechenden Verstellung des Massekörpers keinen Widerstand mehr entgegensetzt.
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Soweit eine der in der Ventilanordnung vorgesehenen Stellungen in der Sperrung aller eingerichteten Anschlüsse gegeneinander besteht, wird diese Sperrstellung für die Bremsphase des Arbeitszylinders angesteuert, so dass das durch die Bewegung des Kolbens im Antriebszylinder über den Volumenstromteiler verdrängte Fluid nicht über die Ventilanordnung geführt wird, sondern die im Bypass dazu zum Akkumulator führende Leitung, in die ein Rückschlagventil mit einer zum Akkumulator gerichteten Durchlassrichtung eingeschaltet ist. Dieses Rückschlagventil verhindert in der zur Beschleunigungsphase eingenommenen Stellung der Ventilanordnung mit einer Verbindung des Akkumulators mit dem Volumenstromteiler einen unmittelbaren Rückstrom des Fluids aus dem Akkumulator zum Volumenstromteiler, so dass der gesamte Fluidstrom aus dem Akkumulator gesteuert über die Ventilanordnung in den Volumenstromteiler geführt ist.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jede Ventilanordnung aus einem die vorgesehenen Schaltstellungen aufweisenden Kolbenschieberventil mit einem dem jeweiligen Volumenstromteiler zugeordneten und einem dem Akkumulator zugeordneten sowie ggfs. einem dem Tank zugeordneten Anschluss besteht. Soweit ein dafür geeignetes Kolbenschieberventil in der Normbauweise vier Anschlüsse aufweist, liegt einer der vier Anschlüsse still.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ventilanordnung aus einzelnen Zwei-Wege-Einbauventilen aufgebaut ist, die entsprechend den vorgesehenen Stellungen der Ventilanordnung im Steuerkreis für den Volumenstromteiler anzusteuern sind.
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Gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeder Ventilanordnung für den zugeordneten Volumenstromteiler ein eigener Akkumulator zugeordnet ist, oder dass die beiden, den beiden Volumenstromteilern zugeordneten Ventilanordnungen an einen gemeinsamen Akkumulator angeschlossen ist.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass jeder Volumenstromteiler über ein in dem zugeordneten Steuerkreis eingeschaltetes hydraulisches Steuerventil mit einer Pumpe und/oder einem Tank verbindbar sind, wie eine derartige Schaltung grundsätzlich aus der bereits angesprochenen
DE 10 2008 059 436 B3 für einen Arbeitszylinder als Antrieb für einen Massekörper bekannt ist. Insbesondere ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass das hydraulische Steuerventil eine Rückspeiseschaltung für das aus dem dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders zugeordneten Volumenstromteiler abzuführende und dem dem großen Hubraum des Arbeitszylinders zugeordneten Volumenstromteiler zuzuführende Hydraulikfluid aufweist, wie dies ebenfalls aus der genannten
DE 10 2008 059 436 B3 für die Steuerung eines Arbeitszylinders bekannt ist und daher zum Stand der Technik zählt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine hydraulische Antriebsanordnung für einen Massekörper mit einem einen Kolben mit einseitiger Kolbenstange aufweisenden Arbeitszylinder in einer schematischen Darstellung der zugehörigen hydraulischen Schaltungen, mit als linear arbeitende Volumenstromteiler ausgebildeten Volumenstromteilern,
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2 die hydraulische Antriebsanordnung gemäß 1 in einer Abwandlung mit einem beiden Hubräumen des Arbeitszylinders zugeordneten gemeinsamen Akkumulator,
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3 eine alternative Ausführungsform der Antriebsanordnung mit rotatorisch arbeitenden Volumenstromteilern in einer Darstellung entsprechend 1,
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4 das Ausführungsbeispiel gemäß 3 mit einem gemeinsamen Akkumulator.
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Zur Steuerung der Hin- und Herbewegung eines aus 1 ersichtlichen Massekörpers 10 im Sinne von dessen Vorwärtsfahrt mit einem Ausfahren der Kolbenstange und dessen Rückwärtsfahrt mit einem Einfahren der Kolbenstange ist ein Arbeitszylinder 11 vorgesehen, der als einen Kolben 12 mit daran angeschlossener, einseitiger und mit dem Massekörper 10 verbundener Kolbenstange 13 aufweisender Zylinder ausgebildet ist, so dass sich in dem Arbeitszylinder 11 ein großer, weil stangenloser Hubraum 14 und ein kleiner stangenseitiger Hubraum 15 einstellen.
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Zur Steuerung der Bewegung des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 11 ist an dem großen Hubraum 14 wie auch an dem kleinen Hubraum 15 des Arbeitszylinders 11 jeweils ein bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als linear arbeitender Volumenstromteiler ausgebildeter Volumenstromteiler 16a und 16b angeschlossen. Jeder Volumenstromteiler 16a, 16b besteht aus einem Zylinder 17 und einem darin in einem ersten Hohlraum 18 linear verschiebbaren Steuerkolben 19. Hierdurch unterteilt der Steuerkolben 19 den ersten Hohlraum 18 in einen großen Kolbenraum 20 und in einen kleineren Stangenraum 21. An dem Steuerkolben 19 ist eine in einen zweiten Hohlraum 23 des Volumenstromteilers 16 hineinragende und diesen in allen Stellungen des Steuerkolbens 19 im Zylinder 17 gegen den ersten Hohlraum 18 trennende Kolbenstange 22 angeordnet. Der zweite Hohlraum 23 ist in einer in den Zylinder 17 eingesetzten Hülse 45 ausgebildet.
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Der vorstehend erläuterte Aufbau jedes Volumenstromteilers 16a und 16b bedingt, dass der große Kolbenraum 20 und der daran jeweils über eine Leitungsverbindung 24a, 24b angeschlossene Hubraum 14 bzw. 15 des Arbeitszylinders 11 hinsichtlich des in ihnen befindlichen Hydraulikfluids miteinander kommunizieren, wobei die Bewegung des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 11 jeweils durch die Bewegungen der Steuerkolben 19 in den beiden an den Arbeitszylinder 11 angeschlossenen linearen Volumenstromteilern 16a und 16b gesteuert wird. Daraus ergibt sich auch, dass in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Abmessungen der beiden Volumenstromteiler verschieden und jeweils auf die Abmessungen von großem und kleinem Hubraum des Arbeitszylinders 11 abgestimmt sind, da das Volumen an Hydraulikfluid bei den Bewegungen des Kolbens 12 wie auch des Steuerkolbens 19 zwischen dem jeweiligen Hubraum und dem großen Kolbenraum 20 hin und her geschoben wird.
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Zur Steuerung der Bewegung des Steuerkolbens
19 in dem Zylinder
17 des Volumenstromteilers
16a bzw.
16b, der gleichzeitig die Bewegung des Kolbens
12 im Arbeitszylinder
11 steuert, ist der Stangenraum
21 jedes Volumenstromteilers
16a,
16b an einen ihm zugeordneten ersten Steuerkreis
25 angeschlossen, der ein Steuerventil
28 aufweist, wobei die von dem jeweiligen Stangenraum
21 der beiden Volumenstromteiler
16a,
16b zu den zugeordneten Anschlüssen des Steuerventils
17 jeweils führenden Leitungen
26 bzw.
27 über das als Kolbenschieberventil mit fünf Anschlüssen ausgebildete Steuerventil
17 jeweils mit einer von einem Motor
29a angetriebenen Pumpe
29 bzw. einer Tanklinie
30 zu verbinden sind. Zur Herstellung der in der
DE 10 2008 059 436 B3 bereits beschriebenen Rückspeiseschaltung ist weiterhin eine vom Steuerventil
28 zum Stangenraum
21 des dem großen Hubraum
14 zugeordneten Volumenstromteilers
16b führende Rückspeiseleitung
27a vorgesehen, mittels der in der zugeordneten Stellung des Steuerventils
17 der Stangenraum
21 des dem kleinen Hubraum
15 zugeordneten Volumenstromteilers
16a unmittelbar mit dem Stangenraum
21 des dem großen Hubraum
14 des Arbeitszylinders
11 zugeordneten Volumenstromteilers
16b verbindbar ist.
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Soweit der Arbeitszylinder 11 in beiden Bewegungsrichtungen seines Kolbens 12 zur Bewirkung der Energieeffizienz jeweils mit einem Akkumulator verbindbar sein soll, sind den beiden an die Hubräume 14, 15 des Arbeitszylinders 11 angeschlossenen Volumenstromteilern 16a, 16b jeweils voneinander getrennte Steuerkreise 31a und 31b zugeordnet und an den zweiten Hohlraum 23 des Volumenstromteilers 16a bzw. 16b mittels einer Leitung 34 angeschlossen. In dem Steuerkreis 31a und 31b ist jeweils ein Steuerventil 33 angeordnet, welches als Kolbenschieberventil in Standardbauweise mit vier Anschlüssen ausgebildet ist, wobei nur drei Anschlüsse in eine Nutzung einbezogen sind. So führt bei dem in der Darstellung gemäß 1 linken Steuerkreis 31a eine Leitung 48 von dem zugeordneten Anschluss des Kolbenschieberventils 33 zu einer Verzweigung 38 als Anschluss an die zum zweiten Hohlraum 23 des Volumenstromteilers 16a führende Leitung 34. Eine Leitung 35 führt von einem zugeordneten Anschluss des Kolbenschieberventils 33 zur Tanklinie 30 und eine Leitung 36 führt entsprechend vom zugeordneten Ventilanschluss zu einem in den linken Steuerkreis 31a eingeschalteten Akkumulator 32. Dieser (linke) Steuerkreis 31a wird ergänzt durch eine Bypassleitung 37, die von einer in die Leitung 34 eingeschalteten Verzweigung 38 im Bypass zum Kolbenschieberventil 33 zum Akkumulator 32 geführt ist, wobei in diese Bypassleitung 37 ein Rückschlagventil 39 mit einer zum Akkumulator 32 gerichteten Durchlassrichtung eingeschaltet ist. Eine weitere, parallel zum Steuerventil 33 gelegte Leitung 40 führt von der Verzweigung 38 ebenfalls im Bypass zum Kolbenschieberventil 33 zur Tanklinie 30, wobei in diese Bypassleitung 40 ein Rückschlagventil 41 mit einer zum Volumenstromteiler 16a gerichteten Durchlassrichtung eingeschaltet ist.
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Dem dem großen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 11 zugeordneten Volumenstromteiler 16a ist ein identisch aufgebauter Steuerkreis 31b zugeordnet, wie vorstehend bereits beschrieben.
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Ausgehend von der in 1 ersichtlichen mittleren Kolbenlage des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 11 werden nun nachstehend die einzelnen Schaltstellungen der beteiligten Steuerventile 28 sowie 33 beschrieben. Soll der Massekörper 10 in der Darstellung der 1 nach rechts bewegt werden, so geschieht dies durch eine Ansteuerung des Kolbenschieberventils 28 in die Schaltstellung I, bei welcher der der Pumpe 29 zugeordnete Anschluss des Ventils mit dem Anschluss für die zum Stangenraum 21 des dem kleineren Hubraum 15 des Arbeitszylinders 11 zugeordneten Volumenstromteilers 16a führende Leitung 26 verbunden wird. Gleichzeitig ist die von dem Stangenraum 21 des dem großen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 11 zugeordneten Volumenstromteilers 16b wegführende Leitung 27 in der Schaltstellung I mit der Tanklinie 30 verbunden. Der für die in dieser Schaltstellung nicht wirksame Rückspeisung vorgesehene fünfte Anschluss ist gesperrt.
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Bei der Bewegung des Massekörpers 10 nach rechts wird Fluid aus dem großen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 11 über die Leitung 24b verdrängt und beaufschlagt somit den Steuerkolben 19 in dem Volumenstromteiler 16b derart, dass die Kolbenstange 22 des Steuerkolbens 19 in den zweiten Hohlraum 23 eingeschoben wird. Das in diesem zweiten Hohlraum 23 anstehende Hydraulikfluid wird über die an den zweiten Hohlraum 23 anschließende Leitung 48 in den Steuerkreis 31b eingespeist. Da das in die Bypassleitung 40 eingeschaltete Rückschlagventil 41 gesperrt ist, bleibt dem Fluidstrom nur der Weg in Richtung des Steuerventils 33 bzw. in die Bypassleitung 37. Soweit die Bewegung des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 11 nach rechts zunächst eine Beschleunigungs- bzw. Fahrphase umfasst, ist das dem mit dem großen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 11 verbundenen Volumenstromteilers 16b zugeordnete Kolbenschieberventil 33 in die Schaltstellung I gesteuert, in der das durch die Bewegung des Steuerkolbens 19 aus dem zweiten Hohlraum 23 verdrängte Fluid zur Tanklinie 30 abgeleitet wird. Soweit während der Bremsphase des Arbeitszylinders 11 der Akkumulator 32 durch das aus dem zweiten Hohlraum 23 des zugeordneten Volumenstromteilers 16b verdrängte Fluid aufgeladen werden soll, wird das in den rechten Steuerkreis 31b eingeschaltete Steuerventil 33 in die Schaltstellung II umgesteuert, in welche alle Anschlüsse gegeneinander gesperrt sind. Daher strömt das Fluid von der Verzweigung 38 über die Bypassleitung 37 in den Akkumulator 32, wobei sich das Rückschlagventil 39 öffnet. Durch den im Akkumulator 32 ansteigenden Druck wird die Bewegung des Steuerkolbens 19 im Volumenstromteiler 16b und damit auch die Bewegung des Kolbens 12 im Antriebszylinder 11 nach rechts abgebremst. Soll nun am Ende der Bremsphase noch eine Korrektur der Lage der Kolbens 12 mit einem kurzen Fahrweg nach rechts erfolgen, und zwar weiterhin unter Einwirkung des Steuerkreises 25 auf den die Antriebsenergie für die Bewegung des Kolbens 12 nach rechts liefernden linken Volumenstromteiler 16a, so wird das dem rechten Steuerkreis 31b zugeordnete Steuerventil 33 wiederum in die Schaltstellung I gebracht, in welcher nun die vom zweiten Hohlraum 23 zum Steuerventil 33 führende Leitung 48 mit der zum Tank 30 führenden Leitung 35 verbunden ist, während der Akkumulatoranschluss mit dem toten vierten Anschluss des Kolbenschieberventils verbunden und daher wirkungslos ist. Da somit bei der Weiterfahrt des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 11 nach rechts der Rest des aus dem großen Hubraum 14 noch verdrängten Fluids in den zugeordneten Volumenstromteiler 16b abströmen kann, weil der Bewegung des Steuerkolbens 19 nach unten vom zweiten Hohlraum 23 her kein Widerstand entgegengesetzt wird, ist auch bei aufgeladenem Akkumulator 32 eine Korrektur der Kolbenlage möglich.
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Soll nun aus dieser zu 1 gedachten Lage des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 11 am rechten Ende des Arbeitszylinders 11 eine Bewegung des Massekörpers 10 nach links erfolgen, wird eine entsprechende Ansteuerung des Steuerventils 28 im Steuerkreis 25 vorgenommen. Dieses wird in die Schaltstellung III verbracht, in welcher der mit der Pumpe 29 verbundene Anschluss mit der zum Stangenraum 21 des dem großen Hubraum 14 zugeordneten Volumenstromteilers 16b führenden Leitung 27 verbunden wird, während gleichzeitig die vom Stangenraum 21 des linken Volumenstromteilers 16a herkommende Leitung 26 mit dem mit der Rückspeiseleitung 27a gekoppelten Anschluss verbunden ist, so dass das aus dem Stangenraum 21 des linken Volumenstromteilers 16a verdrängte Fluid über die Rückspeiseleitung 27a zusätzlich zu dem von der Pumpe 20 gelieferten Fluid in den Stangenraum 21 des dem großen Hubraum 14 zugeordneten Volumenstromteilers 16b eingespeist wird.
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Soweit am Anfang der Bewegung des Massekörpers 10 nach links der Kolben 12 des Arbeitszylinders 11 mit der im Akkumulator 32 gespeicherten Energie für die Beschleunigungsphase beaufschlagt werden soll, wird das Kolbenschieberventil 33 des rechten Steuerkreises 31b in die Schaltstellung III verbracht, in welcher die vom Akkumulator 32 herkommende Leitung 36 mit dem zweiten Hohlraum 23 gekoppelt ist, so dass das im Akkumulator 32 unter Druck gespeicherte Fluid schlagartig in den zweiten Hohlraum 23 des dem großen Hubraum 14 zugeordneten (rechten) Volumenstromteilers 16b verbracht wird. Hierdurch wird die Kolbenstange 22 des Steuerkolbens 19 im zweiten Hohlraum 23 zusätzlich zu den in dem Stangenraum 21 eingeleiteten Volumenstrom mit dem vom Akkumulator 32 freigesetzten Volumenstrom beaufschlagt, so dass sich aufgrund der Addition der auf den Steuerkolben 19 insgesamt einwirkenden Volumenströme eine entsprechende Beschleunigung der Bewegung des Steuerkolbens 19 ergibt, die aufgrund der kommunizierenden Verbindung des Volumenstromteilers 16b mit dem großen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 11 in eine entsprechend beschleunigte Bewegung des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 11 umgesetzt wird.
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Soweit bei der diesbezüglichen Fahrt des Massekörpers 10 nach links Fluid aus dem kleinen Hubraum 15 des Arbeitszylinders 11 verdrängt wird, führt dies zu einer Bewegung des Steuerkolbens 19 in dem linken Volumenstromteiler 16a mit einem Einschieben der Kolbenstange 22 in den zweiten Hohlraum 23, so dass dadurch das im zweiten Hohlraum 23 befindliche Fluid verdrängt wird. Das in dem dem linken Volumenstromteiler 16a zugeordneten linken Steuerkreis 31a eingesetzte Kolbenschieberventil 33 ist während der Beschleunigungs- und Fahrphase des Kolbens 12 im Arbeitszylinder nach links in die Schaltstellung III verbracht, in welcher der zweite Hohlraum 23 mit der Tanklinie 30 verbunden ist. Für die Bremsphase wird das Kolbenschieberventil 33 in die Stellung II überführt, in welcher eine Sperrung aller Anschlüsse vorgenommen ist, so dass das aus dem zweiten Hohlraum 23 verdrängte Fluid über die Bypassleitung 37 dem zugeordneten Akkumulator 32 zugeführt und dadurch dieser aufgeladen wird. Auch hier weist das Kolbenschieberventil 33 in dem linken Steuerkreis 31a drei Schaltstellungen I, II, III auf.
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Die bisher noch nicht angesprochene Bypassleitung 40 zwischen der Tanklinie 30 und dem zweiten Hohlraum 23 des jeweiligen Volumenstromteilers 16a und 16b dient dazu, bei der Verschiebung des Steuerkolbens 19 in dem ersten Hohlraum 18 und dem dadurch bedingten Ausfahren der Kolbenstange 22 aus dem zweiten Hohlraum 23 eine Fluidversorgung im zweiten Hohlraum 23 durch Nachsaugen vom Tank sicherzustellen.
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Soweit in 2 eine abgewandelte Anordnung entsprechend dem zuvor ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellt ist, bezieht sich die Abwandlung darauf, dass den beiden, dem kleinen Hubraum 15 und dem großen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 11 zugeordneten Volumenstromteilern 16a und 16b nun ein gemeinsamer Akkumulator 32 zugeordnet ist, der an beide, den Volumenstromteilern 16a, 16b jeweils zugeordneten Steuerkreise 31a und 31b angeschlossen ist. Dies ist deshalb möglich, weil der Akkumulator 32 das in ihm gespeicherte Fluid während einer (kurzen) Beschleunigungsphase in den jeweils angeschlossenen zweiten Hohlraum 23 des jeweiligen Volumenstromteilers 16a bzw. 16b einspeist, während er während der Bremsphase durch das aus dem anderen Volumenstromteiler 16a bzw. bzw. 16b verdrängte Fluid wieder aufgeladen wird. Insofern laufen die beiden Bypassleitungen 37 mit Rückschlagventilen 39 in einer gemeinsamen, zum gemeinsamen Akkumulator 32 führenden gemeinsamen Leitung 43 zusammen, so dass der Akkumulator 32 in der Bremsphase nun aus beiden zweiten Hohlräumen 23 der beiden den unterschiedlichen Hubräumen 14, 15 des Arbeitszylinders 11 zugeordneten Volumenstromteilern 16a und 16b aufgeladen werden kann, während er über jeweils von ihm abgehende Leitungen 36 für die Abgabe des gespeicherten Fluids mit jedem der beiden Kolbenschieberventile 33 verbunden ist. Diese Anordnung mit einem gemeinsamen Akkumulator 32 gibt nun weiterhin die vorteilhafte Möglichkeit, zusätzlich während der Bremsphase und der Aufladung des Akkumulators 32 eine Rückspeisung des bei der Fahrt des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 11 nach rechts aus dem zweiten Hohlraum 23 des zugeordneten Volumenstromteilers 16b verdrängten Fluids zu verwirklichen. Während der diesbezüglichen Beschleunigungs- und Fahrphase des Kolbens 12 im Arbeitszylinder 11 nach rechts befindet sich das dem rechten Volumenstromteiler 16b zugeordnete Kolbenschieberventil 33 in der Schaltstellung I, in welcher der zweite Hohlraum 23 zur Tanklinie 30 entlastet ist, wie schon zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschrieben. Soweit während der Bremsphase eine Aufladung des Akkumulators 32 erfolgen soll, wird das Kolbenschieberventil 33 in die Schaltstellung II verfahren, so dass das aus dem zweiten Hohlraum 23 des Volumenstromteilers 16b verdrängte Fluid über die Leitung 34 zur Verzweigung 42 strömt. Von hier aus verteilt sich das Fluid einerseits über die Leitung 43 zum Akkumulator 32 und andererseits über die Leitungen 37 sowie 34 in den zweiten Hohlraum 23 des linken Volumenstromteilers 16a, da aufgrund der unterschiedlichen Größenabmessungen der beiden Volumenstromteiler 16a, 16b der dem größeren Volumenstromteiler 16b zugeordnete zweite Hohlraum 23 größer ist als der dem kleineren Volumenstromteiler 16a zugeordnete Hohlraum 23 und daher die Menge des aus dem größeren zweiten Hohlraum 23 verdrängten Fluids größer ist als die Menge des dem kleineren zweiten Hohlraum 23 zuzuführenden Fluids.
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Das in den 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor detailliert beschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass die beiden den Hubräumen 14 und 15 des Arbeitszylinders 11 zugeordneten Volumenstromteiler 50a und 50b als rotatorisch arbeitende Volumenstromteiler ausgebildet sind. Insbesondere ist der Aufbau des an die zugeordnete Verzweigung 38 jeweils anschließenden Steuerkreises 31a und 31b identisch beibehalten.
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In der konstruktiven Ausführung besteht jeder Volumenstromteiler 50a und 50b aus zwei Zahnradpumpen 51 und 52, die über eine gemeinsame Welle 53 aneinander gekuppelt sind. Die eine Zahnradpumpe 51 jedes Volumenstromteilers 50a bzw. 50b ist einerseits an die Leitung 26 bzw. 27 des gemeinsamen ersten Steuerkreises 25 angeschlossen, und andererseits über eine bis zu einer Verzweigung 54 führende Leitung 55 mit der von der Verzweigung 54 zum jeweiligen Hubraum 15 bzw. 14 des Antriebszylinders 11 führenden Leitung 24a bzw. 24b verbunden. Die jeweils andere Zahnradpumpe 52 jedes Volumenstromteilers 50a und 50b ist einerseits über die Leitung 34 an den zugeordneten zweiten Steuerkreis 31a bzw. 31b angeschlossen und andererseits ebenfalls über eine Leitung 55 an die Verzweigung 54 angebunden.
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Soll entsprechend der Beschreibung zu 1 der Massekörper 10 zunächst wiederum nach rechts bewegt werden, wird die Pumpe 29 über das Steuerventil 28 und die davon abgehende Leitung 26 an die Zahnradpumpe 51 des (linken) Volumenstromteilers 50a angeschlossen, so dass die Zahnradpumpe 51 des Volumenstromteilers 50a mit Fluid beaufschlagt wird, demnach das ihr zufließende Fluid in die Leitung 55 fördert und dabei gleichzeitig als Antrieb für die daran über die Welle 53 zwangsgekoppelte Zahnradpumpe 52 dient. Diese Zahnradpumpe 52 fördert dabei über die Leitungen 34 und 40 Hydraulikfluid aus dem Tank 30 in die an sie ebenfalls angeschlossene Leitung 55. Die beiden von den Zahnradpumpen 51 und 52 geförderten Volumenströme addieren sich in der Verzweigung 54 und werden über die Leitung 24a in den kleinen Hubraum 15 des Antriebszylinders 11 eingeleitet und sorgen hier für ein Versetzen des Kolbens 12 nach rechts.
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Soll dieses Versetzen des Kolbens 12 nach rechts mit einer entsprechenden Beschleunigung erfolgen, so wird entsprechend der Beschreibung zu 1 das Steuerventil 33 in die Schaltstellung III gesteuert, in welcher der Akkumulator 32 über die Leitung 48 mit der zur Zahnradpumpe 52 führenden Leitung 34 verbunden ist, so dass der von dem Akkumulator 32 freigesetzte Volumenstrom über die Zahnradpumpe 52 geführt ist, die hierdurch auch die Drehzahl der Zahnradpumpe 51 erhöht, so dass dem Hubraum 15 des Antriebszylinders 10 der für eine schnelle Anfangsbeschleunigung erforderliche große Volumenstrom zugeführt wird.
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Soweit bei der beispielhaft angesprochenen Bewegung des Kolbens im Antriebszylinder 11 nach rechts aus dem großen Hubraum 14 Hydraulikfluid verdrängt wird, teilt sich dieses Hydraulikfluid an der Verzweigung 54 in zwei Teilströme auf, von denen ein Teilstrom über die Zahnradpumpe 52 in den Steuerkreis 31b eingeleitet und ein Teilstrom über die Zahnradpumpe 51 und das Steuerventil 28 zum Tank 30 abgeführt wird. Je nach der Stellung des Steuerventils 33 im Steuerkreis 31b erfolgt über das von der Zahnradpumpe 52 in die Leitungen 34 und 48 geförderte Hydraulikfluid eine Aufladung des Akkumulators 32 wie beschrieben oder entsprechend eine Ableitung zum Tank 30. Die diesbezüglichen Steuerabläufe sind unter Bezugnahme auf das in 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eingehend beschrieben.
