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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der
US 4 187 681 ist ein hydraulischer Antrieb für eine Seilwinde bekannt. Der Antrieb hat eine Pumpe und einen Hydromotor, welche in einem geschlossenen hydraulischen Kreis fluidisch miteinander verbunden sind. Deren Verdrängungsvolumina sind mittels eines Handhebels hydraulisch verstellbar.
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Bei derartigen Seilwindenantrieben können Schwingungen insbesondere dadurch angeregt werden, dass der Verstellmechanismus des Hydromotors mit hoher Geschwindigkeit gegen den Endanschlag für das minimale Verdrängungsvolumen fährt. Eine Beschleunigung der an die Seilwinde angehängten Last wird dadurch abrupt gestoppt. Der hierdurch verursachte Kraftstoß auf die Last kann insbesondere beim Absenken Schwingungen der Last verursachen. Dieses Problem wird umso größer, je kleiner das minimale Verdrängungsvolumen des Hydromotors ist.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die vorstehend erläuterten Schwingungen vermieden werden.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass zwischen den ersten Steuerdruck und den zweiten Stelldruck eine Drossel geschaltet ist, wobei der zweite Stelldruck derart an einen Hydrospeicher angeschlossen ist, dass der Hydrospeicher vom ersten Steuerdruck über die Drossel aufladbar ist.
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Die fluidische Verbindung zwischen der Pumpe und dem Hydromotor kann dabei sowohl als offener als auch als geschlossener hydraulischer Kreis ausgebildet sein. Im Falle eines offenen hydraulischen Kreises ist vorzugsweise ein Bremsventil vorgesehen, mit welchem ein kontrolliertes Absenken der an den Hydromotor angeschlossenen Last erreicht wird, indem der erforderliche Gegendruck durch das Bremsventil bereitgestellt wird. Im Falle eines geschlossenen hydraulischen Kreises bewirkt das Bremsmoment des Antriebsmotors der Pumpe eine vergleichbare Bremswirkung. Ein Bremsventil ist nur dann erforderlich, wenn besonders große Lasten abzubremsen sind, damit die Drehzahl des Verbrennungsmotors nicht übermäßig ansteigt.
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Der hydraulisch wirksame Durchmesser der Drossel beträgt beispielsweise 0,6 mm. Die Pumpe ist vorzugsweise als Axialkolbenpumpe ausgebildet, höchst vorzugsweise in Schrägscheibenbauweise. Der Hydromotor ist vorzugsweise als Axialkolbenmotor ausgebildet, höchst vorzugsweise in Schrägachsenbauweise. Die Steuervorrichtung kann ein manuelles Betätigungsmittel, insbesondere einen Handhebel umfassen. Weiter kann die Steuervorrichtung wenigstens ein Druckreduzierventil umfassen, mittels dem der erste Steuerdruck zumindest mittelbar erzeugbar ist. Der Hydromotor steht vorzugsweise mit der Seiltrommel einer Seilwinde in Drehantriebsverbindung. Die Pumpe steht vorzugsweise mit einem Antriebsmotor in Drehantriebsverbindung. Der Antriebsmotor ist vorzugsweise als Verbrennungsmotor, insbesondere als Dieselmotor, ausgebildet.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es kann vorgesehen sein, dass der erste Stelldruck unmittelbar vom ersten Steuerdruck gebildet wird. Der entsprechende hydraulische Antrieb ist besonders einfach und kostengünstig. An der Pumpe sollen der erfindungsgemäße Hydrospeicher und die erfindungsgemäße Drossel gerade nicht eingesetzt werden, da sich hierdurch die Dynamik des Antriebs verschlechtern würde, ohne dass dem ein Vorteil in Form einer geringeren Schwingungsneigung gegenübersteht.
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Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Verdrängungsvolumen des Hydromotors ausschließlich in einem Bereich zwischen einem vorgegebenen minimalen zweiten Verdrängungsvolumen und einem vorgegebenen maximalen zweiten Verdrängungsvolumen verstellbar ist, wobei der genannte Bereich das Verdrängungsvolumen Null nicht enthält. Wenn das Verdrängungsvolumen des Hydromotors auf Null eingestellt werden würde, könnte die an den Hydromotor angeschlossene Last unkontrolliert herabfallen. Dies wird durch die vorgeschlagene Auslegung des Hydromotors sicher verhindert. Das minimale und/oder das maximale zweite Verdrängungsvolumen werden vorzugsweise jeweils durch einen zugeordneten mechanischen Endanschlag definiert. Gerade das Anfahren des Endanschlags für das minimale zweite Verdrängungsvolumen kann Schwingungen verursachen, welche durch die vorliegende Erfindung vermieden werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Hydromotor so ausgebildet ist, dass dessen zweites Verdrängungsvolumen mit zunehmendem zweiten Stelldruck abfällt. Der Hydromotor ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das zweite Verdrängungsvolumen zumindest bei konstanter äußerer Last ausschließlich vom zweiten Stelldruck abhängt. Vorzugsweise ist das zweite Verdrängungsvolumen im Wesentlichen umgekehrt proportional zum zweiten Stelldruck.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Hydrospeicher eine Füllung mit Gas aufweist, wobei das Gas bei vollständig geleertem Hydrospeicher einen vorgegebenen Vorspanndruck aufweist. Bei dem Gas kann es sich beispielsweise um Stickstoff handeln. Vorzugsweise umfasst der Speicher ein Füllventil, mit welchem das Gas mit dem gewünschten Vorspanndruck in den Hydrospeicher einfüllbar ist. Das Füllvolumen des Hydrospeichers, also das Volumen an Druckflüssigkeit, welches der Hydrospeicher aufnehmen kann, beträgt beispielsweise 250 ml.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Vorspanndruck so gewählt ist, dass er zwischen 75% und 98% des kleinsten zweiten Stelldrucks beträgt, bei dem das minimale zweite Verdrängungsvolumen am Hydromotor eingestellt ist. Der Vorspanndruck beträgt beispielsweise 24 bar. Es versteht sich, dass der zweite Stelldruck gegenüber dem angesprochenen kleinsten zweiten Stelldruck weiter erhöht werden kann, ohne dass das zweite Verdrängungsvolumen weiter absinkt, da bereits das durch einen Endanschlag definierte minimale zweite Verdrängungsvolumen erreicht ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Pumpe so ausgebildet ist, dass deren erstes Verdrängungsvolumen ausschließlich vom ersten Stelldruck abhängt, wobei es mit zunehmendem ersten Stelldruck zunimmt. Mit Zunahme des ersten Steuerdrucks wird also das erste Verdrängungsvolumen der Pumpe vergrößert, wobei gleichzeitig das zweite Verdrängungsvolumen des Hydromotors verkleinert wird. Beide Einstellungen bewirken mithin eine Beschleunigung des Hydromotors. Vorzugsweise besteht ein im Wesentlichen proportionaler Zusammenhang zwischen dem ersten Stelldruck und dem ersten Verdrängungsvolumen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Hydromotor in zwei entgegengesetzte Richtungen durchströmbar ist, so dass seine Drehrichtung durch Umkehrung der Fluidströmungsrichtung umkehrbar ist. Es kann vorgesehen sein, dass das erste Verdrängungsvolumen der Pumpe ausschließlich in einem Bereich verstellbar ist, welcher von Null bis zu einem vorgegengebenen maximalen ersten Verdrängungsvolumen reicht. Das maximale erste Verdrängungsvolumen und/oder das genannte Verdrängungsvolumen Null werden vorzugsweise jeweils durch einen mechanischen Endanschlag definiert.
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Es kann vorgesehen sein, dass zwischen die Pumpe und den Hydromotor ein Wegeventil geschaltet ist, mit welchem die Strömungsrichtung im Hydromotor umkehrbar ist, während die Strömungsrichtung in der Pumpe gleich bleibt. Bei dem Wegeventil handelt es sich vorzugsweise um ein 4/3- oder ein 4/2-Wegeventil. Sofern ein 4/3-Wegeventil zum Einsatz kommt, verfügt dieses vorzugsweise über eine mittlere Schaltstellung, in welcher der Hydromotor hydraulisch fest eingespannt ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass mit der Steuervorrichtung ein zweiter und ein dritter Steuerdruck erzeugbar sind, wobei diese eingangsseitig an einem Wechselventil anliegen, wobei der erste Steuerdruck ausgangsseitig am Wechselventil anliegt. Dem zweiten und/oder dem dritten Steuerdruck ist vorzugsweise jeweils ein Druckreduzierventil zugeordnet, mit welchem der betreffende Steuerdruck erzeugbar ist. Die genannten Druckreduzierventile sind vorzugsweise manuell betätigbar, wobei vorzugsweise ein einziges Betätigungsmittel vorgesehen ist, mit dem beide Druckreduzierventile betätigbar sind und zwar abwechselnd ausgehend von einer Mittelstellung des Betätigungsmittels. Bei dem Betätigungsmittel handelt es sich vorzugsweise um einen Handhebel.
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Es kann vorgesehen sein, dass der zweite und der dritte Steuerdruck das Wegeventil im Sinne einer Verstellung der Schaltposition in entgegengesetzter Richtung beaufschlagen. Mit der Steuervorrichtung ist somit die Drehgeschwindigkeit und die Drehrichtung des Hydromotors einstellbar.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1a die linke Hälfte eines Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs; und
- 1b die verbleibende rechte Hälfte zu dem Schaltplan in 1a.
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Die 1a und 1b zeigen einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs 10, wobei 1a die linke Hälfte und 1b die rechte Fälfte des genannten Schaltplans zeigt. Der hydraulische Antrieb 10 umfasst eine Pumpe 20 und einen Hydromotor 30, welche vorliegend in einem offenen hydraulischen Kreis miteinander fluidisch verbunden sind, wobei die vorliegende Erfindung auch für einen geschlossenen hydraulischen Kreis verwendbar ist.
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Bei der Pumpe 20 handelt es sich vorzugsweise um eine Axialkolbenpumpe, die höchst vorzugsweise in Schrägscheibenbauweise ausgeführt ist. Beispielsweise kommt die Pumpe gemäß dem Datenblatt, welches am 19.01.2018 unter der Internetadresse http://www.boschrexroth.com/various/utilities/mediadirectory / download/index.jsp? object_nr=RD92500 abrufbar war, zum Einsatz. Insbesondere findet die Variante „HD - Hydraulische Verstellung, steuerdruckabhängig“ Verwendung. Die Pumpe 20 saugt Druckflüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, aus einem Tank 12 an und fördert sie unter Druck zum Hydromotor 30. In den 1a und 1b bezeichnen alle Tanksymbole 12 denselben Tank.
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Die Pumpe 20 hat ein verstellbares erstes Verdrängungsvolumen. Dieses ist in einem Bereich, der ausschließlich von Null bis zu einem maximalen ersten Verdrängungsvolumen reicht, verstellbar. Es ist aber auch denkbar, eine über Null verschwenkbare Pumpe zu verwenden. Das erste Verdrängungsvolumen ist vorliegend mit zwei ersten Stellzylindern 21 verstellbar, welche mit der Schwenkwiege der Pumpe 20 bewegungsgekoppelt sind. Am Pumpenregler 22 liegt als Sollwert ein erster Stelldruck 23 an. Der Istwert der Regelung wird von der Stellung des in 1a oberen ersten Stellzylinders 21 gebildet, welcher mittels einer Feder 24 auf den Pumpenregler 22 übertragen wird. Die Stellgröße der Regelung wird vom Druck im 1a unteren ersten Stellzylinder 21 gebildet, wobei der obere Stellzylinder 21 ebenfalls mit Druck beaufschlagt sein kann. Im Ergebnis hängt das erste Verdrängungsvolumen der Pumpe 20 ausschließlich vom ersten Stelldruck 23 ab. Der Pumpenregler 22 ist dabei so ausgelegt, dass das erste Verdrängungsvolumen mit zunehmendem ersten Stelldruck 23 zunimmt und zwar im Wesentlichen proportional. Die Pumpe 20 steht mit einem Antriebsmotor 11 in Drehantriebsverbindung. Der Antriebsmotor 11 ist vorzugsweise ein Verbrennungsmotor und höchst vorzugsweise ein Dieselmotor.
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Bei dem Hydromotor 30 handelt es sich vorzugsweise um einem Axialkolbenmotor, der höchst vorzugsweise in Schrägachsenbauweise ausgeführt ist. Beispielsweise kommt der Hydromotor gemäß dem Datenblatt, welches am 19.01.2018 unter der Internetadresse http://www.boschrexroth.com/various/utilities/mediadirectory/ download/index.jsp?object_nr=RD91610 abrufbar war, zum Einsatz. Insbesondere findet die Variante „HP - Proportionalverstellung hydraulisch“ Verwendung.
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Der Hydromotor 30 hat ein verstellbares zweites Verdrängungsvolumen. Dieses ist in einem Bereich, der ausschließlich von einem minimalen zweiten Verdrängungsvolumen bis zu einem maximalen zweiten Verdrängungsvolumen reicht, verstellbar. In dem genannten Bereich ist das Verdrängungsvolumen Null nicht enthalten. Der Hydromotor 30 kann also in jeder Einstellung des zweiten Verdrängungsvolumens hydraulisch fest eingespannt werden, so dass ein unkontrolliertes Herabfallen der Last 14 vermieden wird. Der Hydromotor 30 ist in zwei entgegengesetzte Richtungen mit Druckflüssigkeit durchströmbar, so dass dessen Drehrichtung umkehrbar ist.
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Das zweite Verdrängungsvolumen ist vorliegend mit einem zweiten Stellzylinder 31 verstellbar, welcher mit der Zylindertrommel des Hydromotors 30 bewegungsgekoppelt ist. Am Motorregler 32 liegt als Sollwert ein zweiter Stelldruck 33 an. Der Istwert der Regelung wird von der Stellung des zweiten Stellzylinders 31 gebildet, welcher mittels einer Feder 34 auf den Motorregler 32 übertragen wird. Die Stellgröße der Regelung wird vom Druck des zweiten Stellzylinders 31 gebildet. Im Ergebnis hängt das zweite Verdrängungsvolumen des Hydromotors 30 im Wesentlichen ausschließlich vom ersten Stelldruck 23 ab. Anzumerken ist, dass der vorliegende Hydromotor 30 mit einer überlagerten Druckregelung 35 versehen ist. Diese ist so ausgelegt, dass der Betriebsdruck des Hydromotors 30 im Wesentlichen konstant gehalten wird, gleich welche Last am Hydromotor 30 angreift. Damit hängt das zweite Verdrängungsvolumen auch von der Größe der Last 14 ab, wobei diese während eines im Rahmen der vorliegenden Erfindung als kritisch betrachteten Absenkvorgangs im Wesentlichen konstant ist.
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Der Hydromotor 30 steht mit der Seiltrommel 13 einer Seilwinde in Drehantriebsverbindung, wobei die Welle des Hydromotors 30 vorzugsweise drehfest mit der Seiltrommel 13 verbunden ist, beispielsweise über eine Kupplung. Die genannte Verbindung ist vorzugsweise spielfrei ausgeführt. Die Seiltrommel 13 ist vorzugsweise mit einer Haltebremse 15 versehen, welche verhindert, dass sich die Seiltrommel dreht, wenn das System nicht in Betrieb ist oder sich aus einem anderen Grund nicht bewegen soll. Auf die Seiltrommel 13 ist ein Seil, insbesondere ein Stahlseil, aufgewickelt, mit dem beispielsweise eine Last 14 gegen die Schwerkraft angehoben bzw. abgesenkt werden kann.
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An den Hydromotor 30 ist ein Bremsventil 80 angebaut, mit welchem der zum Halten der Last 14 beim Absenken erforderliche Gegendruck bereitgestellt wird. Vorliegend findet das Bremsventil gemäß dem Datenblatt, welches am 19.01.2018 unter der Internetadresse http://www.boschrexroth.com/various/utilities/mediadirectory/ download/index.jsp?object_nr=RD95525 abrufbar war, Verwendung.
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Zwischen die Pumpe 20 und den Hydromotor 30 ist ein Wegeventil 40 geschaltet, das vorliegend als 4/3-Wegeventil ausgebildet ist. Es hat eine erste, eine zweite und eine dritte Schaltstellung 41; 42; 43. In der mittleren, zweiten Schaltstellung 42 ist der Hydromotor 30 im Wesentlichen hydraulisch fest eingespannt. Beide Seiten des Hydromotors 30 sind jeweils über eine zugeordnete enge Drossel an den Förderdruck der Pumpe 20 angeschlossen. Die Drosseln sind dabei so ausgelegt, dass gerade die im Wesentlichen unvermeidbaren Leckagen ausgeglichen werden, so dass sich der Hydromotor 30 allenfalls sehr langsam bewegen kann. In der ersten Schaltstellung 41 wird der Förderstrom der Pumpe 20 beispielsweise so durch den Hydromotor 30 geleitet, dass die Last 14 angehoben wird, wobei der Hydromotor 30 in der dritten Schaltstellung 43 in entgegengesetzter Richtung durchströmt wird, so dass seine Drehrichtung gegenüber der ersten Schaltstellung 41 umgekehrt ist. Die vom Hydromotor 30 jeweils zurückströmende Druckflüssigkeit wird in den Tank 12 geleitet, vorzugsweise über ein federbelastetes Rückschlagventil 81.
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Das Wegeventil 40 wird mittels einer Steuervorrichtung 50 verstellt, welche beispielsweise ein hydraulisches Vorsteuergerät umfasst, welches gemäß dem Datenblatt ausgebildet ist, welches am 19.01.2018 unter dem Internetlink http://www.boschrexroth.com/various/utilities/mediadirectory/download/ index.jsp?object_nr=RD64552 abrufbar war. Ein derartiges Vorsteuergerät stellt einen zweiten und einen dritten Streuerdruck bereit, welcher mit einem gemeinsamen Handhebel einstellbar ist. Den beiden genannten Steuerdrücken 52; 53 ist jeweils ein Druckreduzierventil 55 zugeordnet, wobei mit einem gemeinsamen, manuellen Betätigungsmittel 56 in Form eines Handhebels ausgehend von einer Mittelstellung nur jeweils eines der beiden Druckreduzierventile 55 betätigt wird. Der Steuerdruck 52; 53 am unbetätigten Druckreduzierventil 55 ist im Wesentlichen gleich dem Druck im Tank 12. Durch Betätigung eines Druckreduzierventils 55 steigt der betreffende Steuerdruck 52; 53 proportional zur Auslenkung des Handhebels aus der Mittelstellung an.
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Die Steuervorrichtung 50 umfasst weiter ein Wechselventil 54, an welches eingangsseitig der zweite und der dritte Steuerdruck 52; 53 angeschlossen sind, wobei ausgangsseitig ein erster Steuerdruck 51 anliegt. Der erste Steuerdruck 51 ist also gleich dem höheren der beiden Drücke, zweiter und dritter Steuerdruck 52; 53.
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Der erste Stelldruck 23 ist unmittelbar an den ersten Steuerdruck 51 angeschlossen. Dementsprechend steigt der Förderstrom der Pumpe 20 proportional zur Auslenkung des gemeinsamen Betätigungsmittels 56 aus der Mittelstellung. Entsprechend der Erfindung ist der zweite Stelldruck 33 über eine Drossel 70 mit dem ersten Steuerdruck 51 fluidisch verbunden, wobei der zweite Stelldruck 33 derart an einen Hydrospeicher 71 angeschlossen ist, dass der Hydrospeicher 71 vom ersten Steuerdruck 51 über die Drossel 70 aufladbar ist. Der Hydrospeicher 71 ist mit einem Gas gefüllt, welches bei leerem Hydrospeicher 71 einen vorgegebenen Vorspanndruck aufweist. Solange der erste Steuerdruck 51 diesen Vorspanndruck unterschreitet, ist der zweite Stelldruck 33 gleich dem ersten Steuerdruck 51. Sobald der erste Steuerdruck 51 den Vorspanndruck überschreitet, wir der Hydrospeicher 71 über die Drossel 70 gefüllt. Dabei steigt der Druck im Hydrospeicher 71 und mithin der zweite Stelldruck 33 nur langsam an. Dies ist insbesondere auch dann der Fall, wenn der Bediener des hydraulischen Antriebs 10 das Betätigungsmittel 56 sehr schnell verstellt, so dass der erste Steuerdruck 51 sehr schnell ansteigt.
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Der Vorspanndruck ist so gewählt, dass er etwas unterhalb des kleinsten zweiten Stelldrucks liegt, bei dem der Hydromotor 30 sein minimales zweites Verdrängungsvolumen erreicht. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Verstellmechanismus des Hydromotors 30 mit einer geringen Geschwindigkeit gegen den entsprechenden Endanschlag fährt. Es findet im Wesentlichen kein hartes Abbremsen des Verstellmechanismus des Hydromotors 30 mehr statt, wenn dieser sein minimales zweites Verdrängungsvolumen erreicht. In der Folge werden Schwingungen im hydraulischen Antrieb 10 vermieden, die insbesondere im Rahmen eines Seilwindenantriebs entstehen können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hydraulischer Antrieb
- 11
- Antriebsmotor
- 12
- Tank
- 13
- Seiltrommel
- 14
- Last
- 15
- Haltebremse
- 20
- Pumpe
- 21
- erster Stellzylinder
- 22
- Pumpenregler
- 23
- erster Stelldruck
- 24
- Feder
- 30
- Hydromotor
- 31
- zweiter Stellzylinder
- 32
- Motorregler
- 33
- zweiter Stelldruck
- 34
- Feder
- 35
- Druckregler
- 40
- Wegeventil
- 41
- erste Schaltstellung
- 42
- zweite Schaltstellung
- 43
- dritte Schaltstellung
- 50
- Steuervorrichtung
- 51
- erster Steuerdruck
- 52
- zweiter Steuerdruck
- 53
- dritter Steuerdruck
- 54
- Wechselventil
- 55
- Druckreduzierventil
- 56
- Betätigungsmittel
- 70
- Drossel
- 71
- Hydro speicher
- 80
- Bremsventil
- 81
- Rückschlagventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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