DE102020209387B3 - Vorwahlventil, Hydraulikventilverband und Hydrauliksteuervorrichtung - Google Patents

Vorwahlventil, Hydraulikventilverband und Hydrauliksteuervorrichtung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorwahlventil 1 für einen Hydraulikventilverband mit einer Lastdruckleitungsanordnung 2, einem Druckanschluss 3 und wenigstens einem Druckausgang 4, 5. Die Lastdruckleitungsanordnung 2 weist wenigstens einen Lastdruckanschluss 6, wenigstens einen Lastdruckausgang 7, eine erste Lastdruckleitung 8 und eine zweite mit dem Lastdruckanschluss 6 verbundene Lastdruckleitung 9 auf. Entweder ist die erste Lastdruckleitung 8 oder die zweite Lastdruckleitung 9 mit dem Lastdruckausgang 7 verbunden. Das Vorwahlventil 1 ist aus einer Neutralstellung N in eine erste Schaltstellung 1S schaltbar ist, wobei der Druckanschluss 3 in der ersten Schaltstellung 1S des Vorwahlventils 1 mit dem Druckausgang 4 verbunden ist. Die erste Lastdruckleitung 8 verbindet den Druckanschluss 3 in der ersten Schaltstellung 1S mit dem Lastdruckausgang 7 verbindet, wobei ein Schließventil 10 in der ersten Lastdruckleitung 8 angeordnet ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Hydraulikventilverband sowie eine Hydrauliksteuervorrichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorwahlventil für einen Hydraulikventilverband, einen Hydraulikventilverband mit einem solchen Vorwahlventil sowie eine Hydrauliksteuervorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Hydraulikventilverband.
  • Derartige Vorwahlventil sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der EP 3 093 505 A1 oder der EP 1 837 529 A1 . Die bekannten Vorwahlventile weisen eine Lastdruckleitungsanordnung, einen Druckanschluss und wenigstens einen Druckausgang auf. Am Druckanschluss ist regelmäßig eine Hydraulikpumpe über einen Eingangsblock angeschlossen und der im Hydrauliksystem bzw. in der Hydrauliksteuervorrichtung vorherrschende Lastdruck wird über die Lastdruckleitungsanordnung an die Hydraulikpumpe bzw. einen Pumpenregler gemeldet. Im Normalfall wird über das Vorwahlventil die anzusteuernde Gruppe von hydraulischen Verbrauchern ausgewählt. Am Beispiel eines Forstkrans können dies zum einen die Stützen sein und zum anderen der Ausleger bzw. Greifarm.
  • Ferner offenbart die DE 43 30 137 A1 ein hydraulisches Druckversorgungs- und Steueraggregat für eine Autobetonpumpe mit einem Vorwahlventil, welches aus einer Neutralstellung in einer erste Schaltstellung zur Versorgung der Stützen oder in eine zweite Schaltstellung zur Versorgung des Verteilermastes schaltbar ist.
  • Insbesondere beim Ansteuern des Greifarms kann es notwendig sein, dass die Hydrauliksteuervorrichtung vorgespannt ist, also die Pumpe bereits mit einen gewünschten Mengenleistung fördert und somit einen Vorspanndruck liefert. Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, die Lastdruckleitungsanordnung mit dem Druckanschluss kurzzuschließen, wenn das Vorwahlventil aus einer Neutralstellung in einer erste Schaltstellung zum Ansteuern des Auslegers gebracht wird.
  • Hierfür weist die Lastdruckleitungsanordnung wenigstens einen Lastdruckanschluss, wenigstens einen Lastdruckausgang, eine erste Lastdruckleitung und eine zweite mit dem Lastdruckanschluss verbundene Lastdruckleitung auf. Im Betrieb ist entweder die erste Lastdruckleitung oder die zweite Lastdruckleitung mit dem Lastdruckausgang verbunden ist, je nachdem in welcher der beiden Lastdruckleitungen der höhere Lastdruck herrscht. Die erste Lastdruckleitung ist hierbei diejenige Lastdruckleitung, die in der ersten Schaltstellung mit dem Druckanschluss verbunden ist. Über den Lastdruckanschluss und die zweite Lastdruckleitung wird der Lastdruck des hydraulischen Systems gemeldet.
  • Die DE 102 16 119 A1 offenbart beispielsweise eine hydraulische Steueranordnung in Load-Sensing-Technik mit mehreren zu versorgenden Verbrauchern, wobei der Lastdruck für einen hydraulischen Verbraucher auf einen niedrigeren Wert als für einen anderen hydraulischen Verbraucher begrenzt ist.
  • Nachteilig an den bekannten Lösungen ist es, dass der gewünschte Vorspanndruck nur aufwändig auf einen gezielten Wert begrenzt werden kann, beispielsweise über eine Düse und ein Druckbegrenzungsventil. Diese Lösung ist nur bedingt praktikabel. Denn hierbei kommt es zu Verlusten und die Gefahr von Kavitation im Hydraulikfluid steigt stark an. Insbesondere letzteres führt zu erhöhtem Verschleiß und mithin zu einer verringerten Lebensdauer der Hydrauliksteuervorrichtung.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Vorwahlventil aufzuzeigen, mit dem eine hydraulische Vorspannung in einer Schaltstellung zur Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers bzw. einer Gruppe von hydraulischen Verbrauchern in einfacher Art und Weise auf einen gewünschten Druck begrenzt werden kann.
  • Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Vorwahlventil zeichnet sich gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorwahlventilen insbesondere dadurch aus, dass in der ersten Lastdruckleitung ein Schließventil angeordnet ist. Das Schließventil ist insbesondere als druckabhängiges Schließventil ausgebildet.
  • Sobald der am Eingangsanschluss des Schließventils anliegende Druck den Begrenzungsdruck erreicht, schließt das Schließventil. Bis zu diesem Druck liegt jedoch der aktuelle Pumpendruck in der Lastdruckleitungsanordnung an und wird an die Pumpe bzw. den Pumpenregler gemeldet. So kann in einfacher Art und Weise sichergestellt werden, dass eine Vorspannung erzeugt wird, wenn das Vorwahlventil in die erste Schaltstellung geschaltet wird und gleichzeitig eine Begrenzung des Lastdrucks auf einen gewünschten Druck, also den Begrenzungs- oder Vorspanndruck, erfolgt.
  • Darüber hinaus ermöglich das erfindungsgemäße Vorwahlventil auch die Anwendung in der Art einer Sperre für die Druckanhebung. Es kann aufgrund der Schaltstellung des Vorwahlventils gewählt werden, ob der Druck in der Lastdruckleitungsanordnung bis zum Begrenzungsdruck angehoben werden soll oder eben nicht.
  • Vorzugsweise weist das Schließventil eine in Öffnungsrichtung des Schließventils wirkende Federvorrichtung auf und der Druck in der ersten Lastdruckleitung wirkt entgegen der Federvorrichtung, also in Schließrichtung des Schließventils. Vorzugsweise ist der Federvorrichtung eine einstellbare Federvorrichtung. Über die Einstellung der Vorspannung der Federvorrichtung kann der gewünschte Schließdruck, beispielsweise 40 bar oder auch 200 bar, des Schließventils eingestellt werden. Somit kann der maximale Vorspanndruck je nach Anwendungsfall schnell und einfach eingestellt werden.
  • Vorzugsweise ist das Schließventil als Sitzventil ausgebildet. Durch den somit erreichten sitzdichten Abschluss werden ungewollte Leckageströme durch das Schließventil sicher unterbunden.
  • Alternativ kann das Schließventil auch als Schieberventil ausgebildet sein. Ein Schieberventil ist deutlich günstiger in der Herstellung als ein Sitzventil.
  • Vorzugsweise ist ein Wechselventil in der Lastdruckleitungsanordnung angeordnet, sodass druckabhängig entweder die erste Lastdruckleitung oder die zweite Lastdruckleitung mit dem Lastdruckausgang verbunden ist. Durch das Wechselventil wird sichergestellt, dass an die Hydraulikpumpe zumindest immer der am Schließventil eingestellte Begrenzungsdruck gemeldet wird. Sofern der an einem Verbraucher anliegenden Lastdruck größer ist als der am Schließventil eingestellte Begrenzungsdruck, verbindet das Wechselventil die zweite Lastdruckleitung mit dem Lastdruckausgang und schließt gleichzeitig die Verbindung zwischen der ersten Lastdruckleitung und dem Lastdruckausgang.
  • Vorzugsweise weist das Vorwahlventil eine Rücklaufleitung auf, wobei der Lastdruckausgang in der Neutralstellung des Vorwahlventils mit der Rücklaufleitung verbunden ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Pumpe in der Neutralstellung des Vorwahlventils auf Minimalleistung eingeregelt wird, da der Lastdruck über die Rücklaufleitung zum Tank entlastet wird. So kann auch sichergestellt werden, dass es zu keinem an die Hydraulikpumpe gemeldeten Lastdruck aufgrund einer irgendwie gearteten Stellung eines Steuerschiebers des Hydraulikventilverbands kommt.
  • Zweckmäßigerweise ist das Vorwahlventil aus der Neutralstellung in eine zweite Schaltstellung schaltbar. Die Lastdruckleitungsanordnung weist eine dritte Lastdruckleitung auf, die in der zweiten Schaltstellung den Druckanschluss mit dem Lastdruckausgang verbindet. In diesem Fall wird die Lastdruckleitungsanordnung mit dem Druckanschluss kurzgeschlossen, ohne dass das Schließventil aktiv ist. Somit liegt der Pumpendruck an, wenn das Vorwahlventil in der zweiten Schaltstellung ist, beispielsweise um die Stützen eines Forstkrans auszufahren. In Abhängigkeit der Menge oder etwaigen Folgeventilen (wie beispielsweise einem Drosselschieber), liegt dann am entsprechenden Druckausgang entweder der maximale Pumpendruck, oder auch der eingeregelte Pumpendruck an.
  • Alternativ ist denkbar, dass auch in der zweiten Schaltstellung das Schließventil aktiv ist, indem die dritte Lastdruckleitung stromauf des Schließventils in die erste Lastdruckleitung mündet. Denkbar ist ferner auch, dass ein zweites Schließventil vorgesehen ist, welches in der zweiten Schaltstellung den Druck in der Lastdruckleitungsanordnung begrenzt. Letzteres hat den Vorteil, dass der Begrenzungs- bzw. Vorspanndruck für verschiedene Druckausgänge unterschiedlich sein kann.
  • Des Weiteren gelingt die Lösung der Aufgabe mit einem Hydraulikventilverband gemäß Anspruch 9. Erfindungsgemäß weist der Hydraulikventilverband eine vorstehend beschriebenes Vorwahlventil sowie wenigstens einen an das Vorwahlventil angeschlossenen Steuerschieber auf.
  • Ferner gelingt die Lösung der Aufgabe mit einer Hydrauliksteuervorrichtung gemäß Anspruch 10. Die Hydrauliksteuervorrichtung weist einen erfindungsgemäßen Hydraulikventilverband sowie eine über einen Eingangsblock am Vorwahlventil angeschlossene Hydraulikpumpe auf. Die Hydraulikpumpe kann eine Verstellpumpe oder eine Konstantpumpe sein.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigt schematisch:
    • 1 einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Hydrauliksteuervorrichtung;
    • 2 einen Hydraulikschaltplan eines Vorwahlventils der in 1 gezeigten Hydrauliksteuervorrichtung; und
    • 3 eine Abwandlung des in 1 gezeigten Hydraulikschaltplans.
  • In 1 ist ein Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Hydrauliksteuervorrichtung 100 gezeigt. Die Hydrauliksteuervorrichtung 100 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Hydraulikventilverband 101 mit zwei Steuerschiebern 102, einem Vorwahlventil 1, einem Eingangsblock 103 sowie einer Hydraulikpumpe 104. Die Hydraulikpumpe 104 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Verstellpumpe ausgeführt. Die Hydraulikpumpe 104 fördert Hydraulikfluid aus einem Tank 105 über den Eingangsblock 103 zum Vorwahlventil 1. Das Vorwahlventil 1 ist in 2 genauer dargestellt und ist in diesem Ausführungsbeispiel als Schieberventil ausgeführt. In 2 sind einige Elemente aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Das Vorwahlventil 1 kann aus einer Neutralstellung N in einer erste Schaltstellung 1S oder eine zweite Schaltstellung 2S geschaltet werden.
  • In der ersten Schaltstellung 1S des Vorwahlventils werden die Steuerschieber 102 des Hydraulikventilverbands 101 mit Druck beaufschlagt, beispielswiese um den Ausleger eines mit einer Mobilhydraulik ausgestatteten Fahrzeugs anzusteuern. In der zweiten Schaltstellung 2S des Vorwahlventils 1 wird eine zweite Gruppe an hydraulischen Verbrauchern mit Druck beaufschlagt, beispielsweise die Stützen des Fahrzeugs. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Forstkran oder auch eine Betonpumpe sein.
  • Das Vorwahlventil 1 weist hierfür einen mit dem Eingangsblock 103 verbundenen Druckanschluss 3 sowie einen ersten, in der ersten Schaltstellung 1S mit Druck beaufschlagten Druckausgang 4 zur Versorgung der Steuerschieber 102 sowie einen zweiten, in der zweiten Schaltstellung 2S mit Druck beaufschlagten Druckausgang 5 auf.
  • Des Weiteren weist das Vorwahlventil 1 eine über den Eingangsblock 103 mit dem Tank 105 verbundene Rücklaufleitung 13 auf. In der ersten Schaltstellung 1S ist der zweite Druckanschluss 5 mit der Rücklaufleitung 13 verbunden und in der zweiten Schaltstellung 2S ist der erste Druckanschluss 4 mit der Rücklaufleitung 13 verbunden.
  • Das Vorwahlventil 1 weist darüber hinaus eine Lastdruckleitungsanordnung 2 auf, über welche ein Lastdruck der Hydrauliksteuervorrichtung 100 an die Hydraulikpumpe 104 gemeldet wird. Hierfür umfasst die Lastdruckleitungsanordnung 2 einen mit der entsprechenden Lastdruckleitung des Hydraulikventilverbands 101 verbundenen Lastdruckanschluss 6 sowie einen mit der entsprechenden Lastdruckleitung des Eingangsblocks 103 verbundenen Lastdruckausgang 7 auf.
  • Die Lastdruckleitungsanordnung 2 umfasst ferner eine erste Lastdruckleitung 8 mit einem darin angeordneten druckabhängigen Schließventil 10 sowie eine zweite mit dem Lastdruckanschluss 6 verbundene Lastdruckleitung 9. Die erste Lastdruckleitung 8 und die zweite Lastdruckleitung 9 sind über ein Wechselventil 12 mit dem Lastdruckausgang 7 verbunden, sodass der jeweils höhere Lastdruck an die Hydraulikpumpe 104 gemeldet wird.
  • In der ersten Schaltstellung 1S des Vorwahlventils 1 ist der Druckanschluss 3 mit der ersten Lastdruckleitung 8 kurzgeschlossen, sodass der aktuelle Pumpendruck an die Hydraulikpumpe 104 als Lastdruck gemeldet wird. Das Schließventil 10 ist in der Offenstellung und das Wechselventil 12 verbindet die erste Lastdruckleitung 8 mit dem Lastdruckausgang 7. Das Schließventil 10 weist eine einstellbare Federvorrichtung 11 auf, über welche ein Begrenzungsdruck einstellbar ist, ab welchem das Schließventil 10 schließt. Die einstellbare Federvorrichtung 11 wirkt mithin in Öffnungsrichtung des Schließventils 10. Der in der ersten Lastdruckleitung 8 herrschende Druck wirkt entgegen der Federvorrichtung 11 in Schließrichtung des Schließventils 10.
  • Je nach Anwendungsfall kann der Begrenzungsdruck des Schließventils 10 über die einstellbare Federvorrichtung 11 beispielsweise auf 40 bar, 60 bar oder sogar 120 bar eingestellt werden. Mithin wird die Hydraulikpumpe 104 beim Schalten des Vorwahlventils 1 aus der Neutralstellung N in die erste Schaltstellung 1S mit einem dann dem Begrenzungsdruck entsprechenden Vorspanndruck vorgespannt.
  • Sollte im späteren Betrieb des Fahrzeugs bzw. der Hydrauliksteuervorrichtung 100 ein den Vorspann- bzw. Begrenzungsdruck übersteigender Lastdruck an einem der Steuerschieber 102 anliegen, so wird dieser über die zweite Lastdruckleitung 9 und den Lastdruckausgang 7 an die Hydraulikpumpe 104 gemeldet, indem das Wechselventil 12 die zweite Lastdruckleitung 9 mit dem Lastdruckausgang 7 verbindet und die erste Lastdruckleitung 8 sperrt.
  • Ferner weist die Lastdruckleitungsanordnung 2 eine dritte Lastdruckleitung 14 auf, die stromauf des Wechselventils 12 und stromab das Schließventils 10 in die erste Lastdruckleitung 8 mündet. In der zweiten Schaltstellung 2S der Vorwahlventils 1 ist die dritte Lastdruckleitung 14 mit dem Druckanschluss 3 verbunden, sodass der aktuelle Pumpendruck an die Hydraulikpumpe 104 als Lastdruck gemeldet wird. Da die dritte Lastdruckleitung 14 das Schließventil 10 umgeht erfolgt keine Begrenzung des Lastdrucks auf den Begrenzungsdruck. Vielmehr wird die Hydraulikpumpe 104 beispielsweise auf Maximaldruck eingeregelt, je nachdem welche Folgeventile (wie beispielsweise ein Drosselschieber) angeschlossen sind.
  • In der Neutralstellung N des Vorwahlventils 1 ist der Druckanschluss 3 gesperrt und der Lastdruckausgang 7 ist über eine Entlastungsleitung 15 mit der Rücklaufleitung 13 verbunden. Die Lastdruckleitungsanordnung 2 ist somit in der Neutralstellung N zum Tank 105 hin entlastet. Die Hydraulikpumpe 104 wird daher in der Neutralstellung N des Vorwahlventils 1 auf Minimalleistung eingeregelt, und wird auch nicht durch etwaige Lastdruckanforderungen an den Steuerschiebern 102 auf eine höhere Leistung geregelt.
  • In 3 ist eine Abwandlung des in 1 gezeigten Hydraulikschaltplans dargestellt. Hier mündet die dritte Lastdruckleitung 14' stromauf des Schließventils 10 in die erste Lastdruckleitung 8. Mithin ist das Schließventil 10 bei dieser Abwandlung auch in der zweiten Schaltstellung 2S aktiv und begrenzt den Druck in der Lastdruckleitungsanordnung auch beim Ansteuern des zweiten Druckausgangs 5.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorwahlventil
    2
    Lastdruckleitungsanordnung
    3
    Druckanschluss
    4
    Druckausgang
    5
    Druckausgang
    6
    Lastdruckanschluss
    7
    Lastdruckausgang
    8
    erste Lastdruckleitung
    9
    zweite Lastdruckleitung
    10
    Schließventil
    11
    Federvorrichtung
    12
    Wechselventil
    13
    Rücklaufleitung
    14, 14'
    dritte Lastdruckleitung
    15
    Entlastungsleitung
    100
    Hydrauliksteuervorrichtung
    101
    Hydraulikventilverband
    102
    Steuerschieber
    103
    Eingangsblock
    104
    Pumpe
    105
    Tank
    1S
    erste Schaltstellung
    2S
    zweite Schaltstellung
    N
    Neutralstellung

Claims (11)

  1. Vorwahlventil (1) für einen Hydraulikventilverband (101) mit einer Lastdruckleitungsanordnung (2), einem Druckanschluss (3) und wenigstens einem Druckausgang (4, 5), wobei die Lastdruckleitungsanordnung (2) wenigstens einen Lastdruckanschluss (6), wenigstens einen Lastdruckausgang (7), eine erste Lastdruckleitung (8) und eine zweite mit dem Lastdruckanschluss (6) verbundene Lastdruckleitung (9) aufweist, wobei entweder die erste Lastdruckleitung (8) oder die zweite Lastdruckleitung (9) mit dem Lastdruckausgang (7) verbunden ist, und das Vorwahlventil (1) aus einer Neutralstellung (N) in eine erste Schaltstellung (1S) schaltbar ist, wobei der Druckanschluss (3) in der ersten Schaltstellung (1S) des Vorwahlventils (1) mit dem Druckausgang (4) verbunden ist, und die erste Lastdruckleitung (8) in der ersten Schaltstellung (1S) den Druckanschluss (3) mit dem Lastdruckausgang (7) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Lastdruckleitung (8) ein Schließventil (10) angeordnet ist.
  2. Vorwahlventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließventil (10) ein druckabhängiges Schließventil ist.
  3. Vorwahlventil (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließventil (10) eine in Öffnungsrichtung des Schließventils wirkende Federvorrichtung (11) aufweist und dass der Druck in der ersten Lastdruckleitung (8) entgegen der Federvorrichtung des Schließventils (10) wirkt.
  4. Vorwahlventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorrichtung (11) eine einstellbare Federvorrichtung ist.
  5. Vorwahlventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließventil (10) als Sitzventil oder als Schieberventil ausgebildet ist.
  6. Vorwahlventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselventil (12) in der Lastdruckleitungsanordnung (2) angeordnet ist, sodass druckabhängig entweder die erste Lastdruckleitung (8) oder die zweite Lastdruckleitung (9) mit dem Lastdruckausgang (7) verbunden ist.
  7. Vorwahlventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwahlventil (1) eine Rücklaufleitung (13) aufweist, wobei der Lastdruckausgang (7) in der Neutralstellung (N) des Vorwahlventils (1) mit der Rücklaufleitung (13) verbunden ist.
  8. Vorwahlventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwahlventil (1) aus der Neutralstellung (N) in eine zweite Schaltstellung (2S) schaltbar ist und dass die Lastdruckleitungsanordnung (2) eine dritte Lastdruckleitung (14) aufweist, wobei die dritte Lastdruckleitung (14) in der zweiten Schaltstellung (2S) den Druckanschluss (3) mit dem Lastdruckausgang (7) verbindet.
  9. Vorwahlventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwahlventil (1) aus der Neutralstellung (N) in eine zweite Schaltstellung (2S) schaltbar ist und dass die Lastdruckleitungsanordnung (2) eine dritte Lastdruckleitung (14') aufweist, wobei die dritte Lastdruckleitung (14) stromauf des Schließventils (10) in die erste Lastdruckleitung (8) mündet.
  10. Hydraulikventilverband (101) mit einem Vorwahlventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und wenigstens einem an das Vorwahlventil (1) angeschlossenen Steuerschieber (102).
  11. Hydrauliksteuervorrichtung (100) mit einem Hydraulikventilverband (101) gemäß Anspruch 10 und wenigstens einer über einen Eingangsblock (103) an das Vorwahlventil (1) angeschlossenen Hydraulikpumpe (104).
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