DE2116395B2 - Hydraulische Steuerventileinrichtung für einen Servomotor - Google Patents

Hydraulische Steuerventileinrichtung für einen Servomotor

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Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerventileinrichtung für einen Servomotor, umfassend ein Steuerventil zur Wegesteuerung des Druckmittels zum und vom Servomotor und ein Nebenschlußventil, das einen federbelasteten Schieberkolben aufweist, auf dessen der Feder abgewandten Stirnseite der Pumpendruck angreift, und über das in der arbeitsunwirksamen, den Servomotor hydraulisch blockierenden Neutralstellüng des Steuerventils das von der Pumpe geförderte Druckmittel in Abhängigkeit von der aus Pumpendruck und Federkraft gebildeten Differenzkraft in den Ablaufbehälter gelangt, und das bei Arbeitsbetrieb in Abhängigkeit von der aus Pumpendruck und dem auf der Federseite des Schieberkolbens an diesem angreifenden Arbeitsdruck gebildeten Druckdifferenz Pumpendruckmittel zum Ablaufbehälter mehr oder weniger absteuert.
Die Steuerventileinrichtung, von der die Erfindung ausgeht, ist aus der DE-PS 9 08 541 bekannt. Ferner sind solche Steuerventileinrichtungen mit Nebenschlußventilen beispielsweise aus den US-PS 31 45 734 und 34 67 J26 bekannt. Nachteilig ist die verhältnismäßig geringe Ansprechempfindlichkeit der bekannten Ventile.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ansprechempfindlichkeit des Nebenschlußventils der eingangs angegebenen Art auf Belastungsänderungen des Servomotors zu verbessern und die Druckverluste des Nebenschlußventils vor allem in der Neucralstellung klein zu halten.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Nebenschlußventil einen auf dem Schieberkolben elastisch abgestützten Vorspannkolben mit einer vom Arbeitsdruck oder vom Pumpendruck beaufschlagten Stirnseite aufweist und der Vorspannkolben mit dem Schieberkolben derart zusammenwirkt, daß bei steigen-
J5 dem Arbeitsdruck auf den Schieberkolben der den Vorspannkolben beaufschlagende Druck die Bewegung des Schieberkolbens in Richtung auf eine Verringerung der Absteuerung von Pumpendruckmittel unterstützt.
Es ist somit außer dem Schieberkolben der Vorspann-
■lo kolben als zusätzliches Steuerorgan belastungsabhängig derart beeinflußbar, daß die Ansprechempfindlichkeit gesteigert wird und die Druckveriuste gering gehalten werden können. Infolge der größeren wirksamen Druckdifferenz, die das Nebenschlußventil in die Absteuerrichtung verschiebt, kann dem Servomotor zusätzlich Pumpendruckmittel zugeführt werden und ist die Steuerventileinrichtung für größere Strömungsmengen verwendbar. In der Neutralstellung des Steuerventils dagegen wird infolge der verringerten Druckverluste der Temperaturanstieg des Strömungsmittels verringert, der sich sonst bei höheren Druckdifferenzen am Nebenschlußventil einstellt.
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor, deren Merkmale auf verschiedene Ausführungsformen des Nebenschlußventils in Verbindung mit dem Vorspannkolben gerichtet sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt eines Steuerventils zur
bo Wegesteuerung, das den den jeweiligen Signaldruck darstellenden Arbeitsdruck bzw. höchsten Arbeitsdruck für das Nebenschlußventil bereitstellt und für sich keinerlei erfinderische Bedeutung hat,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Steuerventil-
nr) einrichtung mit zwei Steuerventilen und einem Nebenschlußventil,
Fig.3 einen Längsschnitt des Nebenschlußventils in einer bevorzugten Ausführungsform,
F i g. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in F i g. 3 gezeigten Nebenschlußventils,
F i g. 5 einen Längsschnitt des Nebenschlußventils in einer zweiten Ausführungsform und
Fig.6 einen Längsschnitt eines Nebenschlußventils in einer weiteren Ausführungsform.
F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Steuerventils 10 zur Wegesteuerung des Druckmittels zu und vor einem Servomotor. Wird Pumpendruckmittel der Einlaßöffnung 13 zugeführt, öffnet das Rückschlagventil 20. Ist der Steuerkolben 11 in der Neutralstellung, so schließt der Steuerbund 36 die Zufuhröffnung 21. Die Steuerbunde 35 und 37 trennen in dieser Stellung die Rücklauföffnungen 18 und 19 zum Sammelbehälter von den zum Servomotor führenden öffnungen 14 und 15.
Wenn der Steuerkolben 11 beispielsweise nach rechts von Hand verschoben wird, gelangt das Pumpendruckmittel von der Zufuhröffnung 21 an dem Steverbund 36 vorbei in die zum Motor führende öffnung 14. Dabei wird der in der öffnung 14 herrschende Arbeitsdruck um den Steuerbund 35 herum der Steueröffnung 16 zugeführt. Der Arbeitsdruck in der Steueröffnung 16 stellt ein Steuerdrucksignal dar, das verwendet wird, um die Zufuhr von Pumpendruckmittel zur öffnung 13 mit Hilfe eines Nebenschlußventils zu steuern. Ferner ist die Verbindung zwischen der Steueröffnung 16 und der Rücklauföffnung 18 über den Steuerbund 34 blockiert. Die Wirkungsweise ist sinngemäß die gleiche, wenn der Steuerkolben 11 nach links verschoben wird.
Das in F i g. 1 dargestellte Steuerventil 10 weist ferner das Auswahlventil 50 mit einem Pendelventil 51 auf, das an die Steueröffnungen 16 und 17 angeschlossen ist. Die Wirkungsweise des Pendelventils 51 ist so, daß der höchste in der Steueröffnung 16 bzw. 17 herrschende Arbeitsdruck eine Ventilkugel so verschiebt, daß jeweils der höhere Arbeitsdruck in einen Kanal 56 und zu einem weiteren Auswahlventil 60 gelangt.
Sind mehrere Steuerventile vorgesehen, um mehrere Servomotoren zu betätigen, so ist aus F i g. 2 die Anordnung der Steuerventile, der Auswahlventile und des Nebenschlußventils ersichtlich. Eine Pumpe 100, die als konstante Verdrängungspumpe wirkt, ist über eine Einlaßleitung 102 an einer Rücklaufbehälter 101 angeschlossen und ist mit der Einlaßöffnung 13 eines jeden Steuerventils 10 und 10/4 über eine Zufuhrleitung 103 verbunden. Die Rücklauföffnungen 18 und IS sind jeweils über eine Rücklaufleitung 109 und Filter 110 mit dem Rücklaufbehälter 101 verbunden. An die Steuerventile sind die Servomotoren 112,113 angeschlossen.
Das Nebenschlußventil 80 weist öffnungen 81,82 und 83 auf. Die öffnung 81 ist mit der Auslaßöffnung 62 des Auswahlventils 60 in dem Steuerventil 10 über eine Leitung 115 verbunden. Die Einlaßöffnung 82 des Nebenschlußventils 80 ist über eine Zweigleitung 116 mit der Zufuhrleitung 103 verbunden. Die Öffnung 83 ist über die Leitung 109 mit dem Rücklaufbehälter 101 verbunden.
Die Auslaßöffnung 62 des Auswahlventils 60 in dem Steuerventil 1OA ist über eine Leitung 65 mit der Einlaßöffnung 61 des Auswahlventils 60 in dem Steuerventil 10 derart verbunden, daß über die Auswahlventile 50, 60 jeweils diejenige Steueröffnung 16, 17 der Steuerventile 10, 10Λ an die Leitung 115 und damit an die öffnung 81 des Nebenschlußventils angeschlossen wird, die den größten Arbeitsdruck führt.
Es wird nunmehr auf F i g. 3 Sezug genommen, in der eine erste Ausführungsform des Nebenschlußventils 80 im einzelnen dargestellt ist. Die öffnungen 81,82 und 83 des Nebenschlußventils 80 sind mit den entsprechenden Leitungen, wie zuvor beschrieben, verbunden. Ein Ventilgehäuse 120 ist vorgesehen, das koaxiale Gehäusebohrungen 121 und 122 aufweist. In der Bohrung 121 ist ein Schieberkolben 124 gleitend gelagert, der eine erste vom Pumpendruck beaufschlagte Stirnseite 125 am rechten Ende und eine zweite vom Arbeitsdruck beaufschlagte Stirnseite 126 am linken Ende aufweist.
lü Der Schieberkolben 124 weist Steuerbunde 129 und 130 auf, die durch eine Ringnut 131 voneinander getrennt sind. Eine Bohrung 133 verbindet die Ringnut 131 mit der Stirnseite 125.
Innerhalb des Schieberkolbens 124 ist ein Überdruckventil 140 angeordnet, das deutlicher in Fig.4 dargestellt ist. Ein Ventilkörper 141 weist einen mittleren Durchgang 142 auf und ist mit einem Außengewinde 143 mit dem Innengewinde 144 einer Längsbohrung im Schieberkolben 124 verschraubt. Ein Ventilkegel 146 ist an seinem Ende mit einer konischen Sitzfläche 147 versehen, die mit einer äußeren Umfangskante 148 des Ventilkörpers 141 dichtend zusammenwirkt. Eine Feder 149 drückt den Ventilkegel 146 in Anlage an die Umfangskante 148. Eine Bohrung 150 im Bund 129 führt von der Längsbohrung im Schieberkolben 124 auf die Außenseite des Schieberkolbens.
Die Gehäusebohrung 121 in Fig.3 weist ferner eine öffnung 151 auf. die mit der öffnung 83 über einen
jo Raum 152 in Verbindung steht. In der Bohrung 122, die durch einen Stopfen 154 dicht verschlossen ist, ist ein Vorspannkolben 156 angeordnet, der eine vom Arbeitsaruck beaufschlagbare Stirnseite 157 am linken Ende aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite des
Ji Vorspannkolbens 156 ist eine Dichtungsschulter 159 vorgesehen. Eine einteilig mit dem Vorspannkolben 156 ausgebildete Schubstange 160, die sich durch das Gehäuse 120 in die Bohrung 121 erstreckt, ist mit einem in der Bohrung 121 angeordneten Flanschl61 versehen.
■io Ein mittlerer, sich in Längsrichtung erstreckender Durchgang 163 erstreckt sich über die ganze Länge des Vorspannkolbens 156 und der Schubstange 160, um die Stirnseite 157 mit der Bohrung 121 zu verbinden. Eine Feder 166 erstreckt sich zwischen dem Flansch 161 und dem Schieberkolben 124. Im Gehäuse 120 ist ein konischer Sitz 168 vorgesehen, an dem die Dichtungsschulter 159 abdichtend angreifen kann und der als Anschlag für den Vorspannkolben 156 dient. Ein Kanal 170 im Gehäuse 120 erstreckt sich zwischen dem Sitz
so 168 und dem Raum 152, der mit der öffnung 83 verbunden ist.
Es soll nunmehr die Wirkungsweise des Nebenschlußventils 80 beschrieben werden. Pumpendruckmittel aus der Pumpe 100 tritt über die Leitung 116 in die Öffnung 82 ein und beaufschlagt über die Bohrung 133 die Stirnseite 125 des Schieberkolbens 124 und verschiebt diesen nach links, so daß das Pumpendruckmittel vor der öffnung 82 in die öffnung 151, den Raum 152 und die öffnung 83 zur Rücklaufleitung 109 gelangt. Wenn
M) sich die Steuerventile 10, 10/1 in den Neutralstellungen befinden, wird der Pumpendruck auf einem, niedriger oder Bereitschaftsdruck gehalten, der von der Spannung der Feder 166 abhängt. Der Schieberkolben 1124 spricht auf die Differenzkraft aus dem Pumpendruck, der auf
»■> die Stirnseite 125 wirkt, und der Kraft der Feder 166 an, da der dem Druck im Ablaufbehälter entsprechende Druck in der Leitung 115 vernachlässigbar klein ist, wenn sich die Steuerventile in der Neutralstellung
befinden.
Es ist nicht notwendig, daß die Feder 166 eine Vorspannkraft ausübt, um den Schieberkolben 124 so zu halten oder zu beaufschlagen, daß das abfließende F'umpendruckmittel gedrosselt wird. Tatsächlich kann die Feder 166 so gekürzt werden, daß das Nebenschiußventil ohne entgegenwirkende Federkraft voll geöffnet werden kann.
Wenn einer oder mehrere der Schieberkolben der Steuerventile betätigt sind, um Pumpendruckmittel dem zugehörigen Servomotor zuzuführen, wird der Arbeitsdruck desjenigen Servomotors, der die höchste Belastung aufweist, über das erste Auswahlventil 50, das die Steueröffnungen 16 und 17 beherrscht, der Leitung 115 und der Öffnung 81 des Nebenschlußventils, wie zuvor beschrieben, zugeführt. Dieser auf die Stirnseite 126 des Schieberkolbens wirkende Druck dient zur Erhöhung des Pumpendrucks, indem der Schieberkolben 124 nach rechts entgegen dem auf seine Stirnseite
125 wirkenden Druck verschoben wird, so daß das Nebenschlußventil 80 stärker drosselt.
Der höchste Arbeitsdruck beaufschlagt aber auch die Stirnseite 157 des Vorspannkolbens 156, der sich nach rechts bewegt und die Belastung durch die Feder 166 auf den Schieberkolben 124 vergrößert. Hierdurch wird die Druckdifferenz, bei der das Nebenschlußventil 80 betätigt wird, um Pumpendruckmittel im Nebenschluß abzuleiten, erhöht. Beispielsweise könnte der Arbeitsdruck auf der Stirnseite 157 des Vorspannkolbens die Federkraft so erhöhen, daß ein Druckdifferential vor 6,8 kg/cm2 zwischen dem Pumpendruck und dem Arbeitsdruck durch das Nebenschlußventil 80 aufrechterhalten wird. Das Maß, um das die Feder- oder Druckkraft erhöht werder kann, wird durch die Schulter 159 begrenzt, sobald sie auf dem Sitz 168 dichtend aufsitzt.
öffnet das in der Fig.3 und 4 dargestellte Oberdruckventil 140 in dem Schieberkolben 124, so gelangt das Arbeitsdruckmittel über den Durchgang 142 und die Bohrung 150 in den Rücklaufbehälter. Der Arbeitsdruck in der Öffnung 81 und die auf die Stirnseite
126 des Schieberkolbens ausgeübte Kraft infolge der Drossel 117 wird begrenzt, so daß der Schieberkolben 124 nach links aufgesteuert wird. Daher wird eine Überschußströmung in den Rücklauf abgeführt, und der Pumpendruck wird als Funktion sowohl eines vorbestimmten Maximaldruckes als auch durch den Differentialdruck gesteuert. Auf diese Weise dient das Nebenschlußventil auch als Überdruckventil.
Es ist offensichtlich, daß das Arbeiten unter einem größeren Druckdifferential zwischen dem Pumpenclruck und dem Arbeitsdruck außerordentlich vorteilhaft ist, da der höhere Differentialdruck eine stärkere Strömung zu den Steuerventilen ermöglicht. Weiterhin hält das Nebenschlußventil 80 einen nur geringen Differentialdruck aufrecht, wenn die Servomotoren nicht betätigt werden, was insofern vor Vorteil ist, als die Strömungsverluste in der Neutralstellung der Steuerventile minimal sind.
Es wird nunmehr auf F i g. 5 Bezug genommen, in der eine andere Ausführungsform des Nebenschlußventils gezeigt ist. Bei dem in Fig.5 gezeigten Nebenschlußventil 180 sind gleiche Teile mit dem in F i g. 3 gezeigten Nebenschlußventil 80 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei ist der Vorspannkolben 256 in der Bohrung 122 des Ncbenschlußvcntils 180 auf der rechten Seite des Schiebcrkolbcns 124 angeordnet und weist eine Schubstange 260 auf, die am rechten Ende des Schieberkolbens 124 anliegt. Der Vorspannkolben 256 hat eine Stirnseite 257, die der Stirnseite 157 des Nebenschlußventils 80 entspricht. Die Arbeitsdruck als Signaldruck führende Leitung 115 weist eine Zweigleitung 215 auf, die in die Bohrung 122 auf der Seite der Stirnseite 257 mündet. Eine Feder 258 ist vorgesehen, die sich auf einen Stopfen 254 abstützt und den Vorspannkolben 256 nach links drückt. Ein Kanal 259 verbindet die Bohrung 122 auf der rechten Seite des
ίο Vorspannkolbens 256 mit dem Raum 152 und der öffnung 83. Die Arbeitsweise des Nebenschlußventils 180 ist ähnlich der des Nebenschlußventils 80. Zu Beginn, wenn sich die Steuerventile in ihren Neutralstellungen befinden, ist der Arbeitsdruck minimal, und die Feder 258 wirkt entgegen der Feder 166, so daß die auf den Schieberkolben 124 einwirkende Federkraft reduziert wird, was dem Schieberkolben 124 gestattet, Flüssigkeit bei einem sehr geringen Druckdifferential zwischen der Leitung 115 und der. Zweigleitung 116 abzulassen. Wenn jedoch ein Steuerventil betätigt wird, wird der Arbeitsdruck in der Leitung 115 über die Leitung 215 auf die Stirnseite 257 übertragen, wodurch der Vorspannkolben 256 nach rechts geht und der Schieberkolben 124 unter der vollen Kraft der Feder 166 nachfolgt, so daß das Nebenschlußventil 180 dann unter einem höheren Druckdifferential absteuert.
Eine weitere Ausführungsform eines Nebenschlußventils 280 ist in Fig. 6 dargestellt, wobei in einer Bohrung 322 ein hohler Vorspannkolben 356 gleitend
«ι gelagert ist, in dem eine Feder 358 argeordnet ist, die den Vorspannkolben nach links in Anlage an den Schieberkolben 124 drückt. Der Vorspannkolben 356 hat eine Stirnseite 357 auf der dem Schieberkolben 124 zugekehrten Seite. Die gegenüberliegende Seite des Vorspannkolbens 356 steht mit dem Raum 152 und damit über die öffnung 83 mit der Rücklaufleitung 109 in Verbindung.
Das Nebenschlußventil 280 arbeitet in ähnlicher Weise wie das Nebenschlußventil 180. Anfänglich drückt die Feder 358 den Vorspannkolber 356 in Anlage an den Schieberkolben 124, wobei die auf der Schieberkolben 124 wirkende Federkraft verringeri wird, so daß Flüssigkeit aus der Leitung 116 mit einerr minimalen Druck abgeführt wird. Der in der Leitung 11i herrschende Pumpendruck wird über den Durchgang 133 geleitet urd wirkt auf die Stirnseite 357, hat jedoch eine minimale Höhe und kann die Kraft der Feder 35f nicht überwinden. Wenn ein Servomotor betätigt wire und in der Leitung 115 ein Arbeitsdruck herrscht, wire der Pumpendruck, wie zuvor beschrieben, erhöht unc wirkt auf die Stirnseite 357, so daß der Vorspannkolber
356 gegen die Feder 358 nach rechts bewegt wird, wöbe die Feder 166 ihre volle Kraft auf den Schieberkolber 124 ausübt, so daß der vom Nebenschlußventil 28(
Yi aufrechterhaltene Differentialdruck erhöht wird. Es is kein Anschlag erforderlich, um die Änderung de: Nebenschlußdruckes zu begrenzen, die durch di< Einwirkung des Flüssigkeitsdruckes auf die Stirnseit«
357 des Vorspannkolbens 356 bewirkt wird, da di< i'ii Änderung der Nebenschlußdrücke maximal wird, went der Vorspannkolben 356 nicht mehr am Schieberkolbei 124 anliegt. In gleicher Weise ist auch kein Anschlag be dem Nebenschlußventil 180 der Fig.5 erforderlich, un die Änderung der Nebenschlußdruckdifferenz zi ι ■ begrenzen, da die maximale Änderung auftritt, wenn dii Ausgleichsbelastung der Feder 258 nicht mehr auf dei Schieberkolbcn 124 wirkt. Es können jedoch bei beidei Nebcnschlußvcntilcn 180 und 280 Anschläge verwende
werden, so daß eine zusätzliche Begrenzung der Änderung der Nebenschlußdruckzunahme erreicht wird, die durch die genannte Stirnseite bewirkt wird.
Die Arbeitsweise des in Fig.6 gezeigten Nebenschlußventils 280 unterscheidet sich von den beiden anderen Ausführungsformen dadurch, daß der Arbeitsdruck indirekt verwendet wird, um den Differentialdruck zu ändern. Der Arbeitsdruck in der öffnung 81 erhöht der Pumpendruck durch die Strömungsdrosselung von der öffnung 82 zur öffnung 83. Diese Druckzunahme in der öffnung 82 bewirkt eine Betätigung des Vorspannkolbens 356. Es ist somit der Pumpendruck, der der Stirnseite 357 zugeführt wird, die die auf Flüssigkeitsdruck ansprechenden Mittel betätigt, um eine Zunahme des Nebenschlußdifferentialdruckes zu erzielen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Hydraulische Steuerventileinrichtung für einen Servomotor, umfassend ein Steuerventil zur Wegesteuerung des Druckmittels zum und vom Servomotor und ein Nebenschlußventil, das einen federbelasteten Schieberkolben aufweist, auf dessen der Feder abgewandten Stirnseite der Pumpendruck angreift, und über das in der arbeitsunwirksamen, den Servomotor hydraulisch blockierenden Neutralstellung des Steuerventils das von der Pumpe geförderte Druckmittel in Abhängigkeit von der aus Pumpendruck und Federkraft gebildeten Differenzkraft in den Ablaufbehälter gelangt und das bei Arbeitsbetrieb in Abhängigkeit von der aus Pumpendruck und dem auf der Federseite des Schieberkolbens an diesem angreifenden Arbeitsdruck gebildeten Druckdifferenz Pumpendruckmittel zum Ablaufbehälter mehr oder weniger absteuert, d a durch gekennzeichnet, daß das Nebenschlußventil (80; 180; 280) einen auf dem Schieberkolben (124) elastisch abgestützten Vorspannkolben (156; 256; 356) mit einer vom Arbeitsdruck oder vom Pumpendruck beaufschlagten Stirnseite (157; 257; 357) aufweist und der Vorspannkolben mit dem Schieberkolben derart zusammenwirkt, daß bei steigendem Arbeitsdruck auf den Schieberkolben der den Vorspannkolben beaufschlagende Druck die Bewegung des Schieberkolbens in Richtung auf eine Verringerung der Absteuerung von Pumpendruckmittel unterstützt.
2. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schieberkolben (124) belastende Feder (166) mit ihrem dem Schieberkolben abgekehrten Ende an dem Vorspannkolben (156) abgestützt ist, der mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt ist.
3. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schieberkolben (124) belastende Feder (166) in der arbeitsunwirksamen Stellung des Steuerventils (10) einen vernachlässigbar geringen Druck auf den Schieberkolben ausübt.
4. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannkolben (256) auf der der Feder (166) abgewandten Seite des Schieberkolbens (124) angeordnet, an diesen mittels einer zweiten Feder (258) angedrückt und seine gegenüber dieser Feder liegende Stirnseite (257) mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt ist.
5. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der zweiten Feder (358) gegenüberliegende Stirnseite (357) des Vorspannkolbens (356) anstelle des Arbeitsdrucks mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist.
6. Steuerventileinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schieberkolben (124) ein Überdruckventil (141,146) angeordnet ist, das bei Überschreiten eines vorbestimmten Druckes den Arbeitsdruckraum auf der Federseite des Schieberkolbens mit dem Ablaufbehälter verbindet.
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