DE2402112A1

DE2402112A1 - Stroemungssteuerventil

Info

Publication number: DE2402112A1
Application number: DE2402112A
Authority: DE
Inventors: Lawrance F Berg
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1973-03-16
Filing date: 1974-01-17
Publication date: 1974-09-19
Also published as: CA988001A; FR2221663A1; US3786827A; IT1008437B; JPS49127228A; FR2221663B1; BE811818A; DE2402112C2; GB1453630A

Description

Hamburg, dan 10, Januar 1974 152473 .1150 PW

Priorität: 16» März 1974, UoS₀ Pat.AnmoNr. 342 060

Anmelder:

Caterpillar Tractor Co» . ' 2402112 Peoria/, 111., IJ. SoAo

Strömungssteuerventil

Die Erfindung bezieht sich auf Strömungs- oder Zufluß-Steuerventile und betrifft insbesondere ein Ventil mit einem Steuerschieber, welcher eine relativ stabile Mittelstellung festlegt, und welcher aus dieser Mittelstellung in beide Richtungen bewegbar ist, um die Strömung oder den Zufluß hydraulischer üüssigkeit in Verbindung mit einem hydraulischen Zylinder zu bestimmen bzw«, zu regeln«.

In ELüssigkeitssteuerventilen, welche einen in zwei Richtungen innerhalb einer Bohrung hin- und herbewegbaren Schieber aufweisen, ist dieser Schieber im allgemeinen

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mit Hilfe von federn, die an beiden .finden des Schiebers angeordnet sind, in einer zentrierten Stellung gehalten» Der Schieber ist gewöhnlich durch ein Kräftegleichgewicht zwischen diesen Federn zentriseh eingestellt, siehe beispielsweise US-PS- 2 590 454 (Pilch) und US-PS 2 890 (Pilch)o

Diese Art der Spulenanordnung ist sehr empfindlich auch gegen sehr kleine auf den Schieber einwirkende Kräfte, welche eine Verschiebung des Schiebers bewirken» Diese Empfindlichkeit gegenüber Kräften kann in einigen Bällen unerwünscht sein, in welchen es erforderlich ist, daß eine stabilere zentrierte Stellung des Schiebers gegeben ist_o

In diesem Zusammenhang sind die US-Patente 2 994 345 (Strader) und 3 239 020 (Morris et al) sowie die DP-PS 672 643 von allgemeinerem Interesse_β

Die Erfindung bezweckt nunmehr die Schaffung eines Strömungs-Steuerventils mit einem Schieber, welcher aus einer zentrierten Stellung in zwei Richtungen verschiebbar ist, um die gewünschte Durchströmung zu erzielen_e Ferner bezweckt die Erfindung ein solches Ventil mit derart angeordneten und ausgebildeten Mitteln zu versehen, daß eine verhältnismäßig stabile Mittelstellung des Steuerschiebers gewährleistet isto

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, ein Strömungssteuerventil zu schaffen, welches die vorstehend genannten Forderungen erfüllt und gleichzeitig außerordent-

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lieh einfach aufgebaut, betriebssicher und zuverlässig ist.

Ein erfindungsgemäßes Flüssigkeits-Steuerventil ist zur Verwendung in Verbindung mit ersten, zweiten und dritten Flüssigkeitsleitungen vorgesehen, welche einer Flüssigkeits-Druckquelle zugeiordnet sind, und besitzt erfindungsgemäß einen Ventilkörper welcher eine Innenbohrung und einen ersten und zweiten Endabschnitt bestimmt, wobei die drei Flüssigkeitsleitungen unabhängig voneinander mit der Bohrung in Verbindung stehen_e Ein Steuerschieber ist in der Bohrung angeordnet und in dieser vom zweiten Endabschnitt in Richtung auf den ersten Endabschnitt sowie in umgekehrter Richtung hin- und herbewegbarο Der erfindungsgemäße Steuerschieber begrenzt eine Durchfluß- oder Durchlaßeinrichtung_o Der Steuerschieber ist in eine erste Stellung bewegbar, in welcher nur die erste und zweite Leitung über die Durch— laßeinrichtung in Verbindung stehen, während die dritte Leitung vom Steuerschieber im wesentlichen abgeriegelt oder gesperrt ist. Der Steuerschieber ist ferner in eine zweite Stellung bewegbar, in welcher im wesentlichen keine Verbindung zwischen irgendeiner der drei Flüssigkeitsleitungen besteht und der Steuerschieber im wesentlichen jede Flüssigkeitsleitung jeweils von den anderen abriegelte Der Steuerschieber ist noch in eine dritte Stellung bewegbar, in welcher die zweite Leitung mit der dritten Leitung über die Durchlaßeinrichtung in Verbindung steht, während der Steuerschieber die erste Leitung im wesentlichen davon abriegelte Erste Federmittel sind in der Nähe des ersten Endabschnittes in der Bohrung des Ventilkörpers angeordnet,

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um den Ventilschieber in seine dritte Stellung zu drängen,» Bin einzelnes Halteglied ist in der Bohrung zwischen dem zweiten Endabschnitt und dem Steuerschieber angeordnet und so eingestellt, daß es mit dem Steuerschieber derart in Berührung steht, daß eine Bewegung des Haltegliedes vom zweiten Endabschnitt weg den Steuerschieber in Richtung auf seine erste Stellung bewegte Das Halteglied ist so ausgestaltet, daß ,es einen durch den Ventilkörper als Teil der Bohrung bestimmten abgestuften Teil berührt, wenn es vom zweiten Endabschnitt wegbewegt wird, um mit den ersten Federmitteln auf diese Bewegung hin die zweite Stellung des Sxeuerschiebers festzulegen«, Zweite Federmittel sind in der Nähe des zweiten Endabschnittes in der Bohrung angeordnet, um das Halteglied vom zweiten Endabschnitt wegzudrängen und eine solche Kraft im Verhältnis zu den ersten Federmitteln vorzusehen, daß der Steuerschieber gewöhnten in seine zweite Stellung eingestellt wirdo Der Steuerschieber ist aus der zweiten Stellung gegen die Rückstellkraft der ersten Federmittel in seine erste Stellung und gegen die Rückstellkraft der zweiten Federmittel in seine dritte Stellung bewegbar, wird jedoch verhältnismäßig stabil in seiner zweiten Stellung gehaltene Ferner sind Mittel zur wahlweisen Bewegung des Steuerschiebers in seine erste Stellung sowie Mittel zur wahlweisen Bewegung des Steuerschiebers in seine dritte Stellung vorgesehene

Ein erfindungsgemäßes Strömungs-Steuerventil wird vorzugsweise in Verbindung mit einem Hydraulikzylinder eingesetzt ₉

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welcher einen hin- und herbewegbaren Kolben und eine mit diesem verbundene Stange aufweist«, Das erfindungsgemäße Ventil weist einen Steuerschieber auf, welcher eine verhältnismäßig stabile Mittelstellung festlegt, um eine hydraulische Flüssigkeitsströmung zum Stangenende des Zylinders abzuriegeln, jedoch nicht mit der Strömung zum Kopfende des Zylinders zu interferieren» Mach Zuführung hydraulischer Druckflüssigkeit zu dem Ventil über eine damit verbundene Leitung verschiebt sich der Steuerschieber in eine Richtung, um eine Flüssigkeitsströmung zum Stangenende des Zylinders zuzulassen und die Stange zurückzuziehen_o Nach Zuführung von Druckflüssigkeit zum Kopfende des Zylinders verschiebt sich der Steuerschieber in die andere Richtung, um eine offene Verbindung zwischen dem Stangen— ende und dem Kopfende des Zylinders derart zuzulassen, daß Flüssigkeit vom Stangenende zum Kopfende des Zylinders fließt, was zu einem vor- oder überverdichteten Zustand am Kopfende des Zylinders und einem sich daraus ergebenden schnellen Ausfahren der Stange führte,

Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung' ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen die Erfindung beispielsweise beschrieben und dargestellt isto

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine schematische Darstellung eines mit einem erfindungsgemäßen Strömungs-Steuerventil ausgerüsteten Systems.

Ein in der Zeichnung dargestelltes Strömungssteuerventil

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ist Teil eines Hydrauliksystems zum Öffnen und Schließen der Schälen 12 und 14 eines Greifers 16_o Das Kopfende 18 eines Zylinders 20 ist an einem mit einem nicht darge~ stellten Fahrzeug verbundenen Träger 22 montiert und besitzt einen Kolben 24 und eine von diesem nach unten sich erstreckende Stange 26. Die Stange 26 ist mit Hilfe eines Zapfens 27 schwenkfähig an beiden Schalen 12 und 14 des Greifers angelenkt, so daß die Schalen 12 und 14 beim Ausfahren der Stange 26 geöffnet und beim Zurückziehen der Stange 26 geschlossen werden, wobei Verbindungsstangen 28 und 30 die Schalen 12 und 14 jeweils mit dem Träger 22 verbinden, um deren Schwenkbewegung zu führen_e

Das Ventil 10 weist einen Ventilkörper 32 auf, welcher eine Innenbohrung 34 und einen ersten und zweiten Endteil 36 bzwo 38 festlegtο Der Ventilkörper 32 begrenzt als einen Teil seiner Bohrung 34 einen ersten, zweiten und dritten ringförmigen Kanal 40, 42 bzw. 44o Erste, zweite und dritte Leitungen 46, 48 und 50 verlaufen von der Außenseite des Ventilkörpers 32 durch diesen hindurch und stehen mit den Kanälen 40, 42 bzw_o 44 so in Verbindung, daß jede Leitung einzeln mit der Bohrung 34 kommuniziert«,

Ein Steuerschieber 52 ist in der Bohrung 34 angeordnet und in dieser vom zweiten Endabschnitt 38 weg in Richtung auf den ersten Bndabschnitt 36 und von diesem weg in Eichtung auf den zweiten Endabschnitt 38 bewegbar«. Der Steuerschieber 52 selbst legt eine Durchlaßeinrichtung 54 fest, welche vorzugsweise aus einer ringförmigen Aussparung besteht«,

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Ein Halteglied 56 ist in der Bohrung 34 zwischen dem Endabsohnitt 38 und dem Schieber 52 angeordnete Das Halteglied 56 weist einen inneren Hülsenabschnitt 58 auf, welcher verschiebbar in einem durch den Steuerschieber 52 begrenzten äußeren Hülsenabschnitt 60 angeordnet iste Das Halteglied 56 ist mit einem sich nach außen erstreckenden ringförmigen ilansch ausgebildet, der so angebracht ist, daß es einen durch den Ventilkörper 32 begrenzten ringförmig abgestuften Teil 64 berührt, wenn es von dem Endabschnitt 38 weg bewegt wirdo Das Ende 66 des Haltegliedes 56 innerhalb des äußeren Hülsenabschnittes 60 ist so angeordnet, daß es den Steuerschieber 52 berührt, so daß eine Bewegung des Haltegliedes 56 vom Endabschnitt 38 weg den Steuerschieber in Richtung auf den ersten Endabschnitt 36 bewegt_o

Eine Schraubenfeder 68 ist dem Endabschnitt 36 benachbart angeordnet und liegt zwischen diesem Endabschnitt und dem Steuerschieber 52_O Eine Schraubenfeder 70 ist dem Endab— schnitt 38 benachbart in der Bohrung 34 angeordnet und liegt zwischen dem Endabschnitt 38 und einer durch das Halteglied 56 gebildeten nach innen gekehrten uingschulter 72, um das Halteglied 56 vom Endabschnitt 38 weg zu drücken_o Durch den Steuerschieber 52 verläuft ein Steuerdurchlaß 57,. welcher mit der ringförmigen Ausnehmung 40 in Verbindung steht und sich durch den Schieber 52 hindurch erstreckt, um eine Verbindung mit der Bohrung 34 im Bereich des zweiten Endabschnittes 38 des Ventilkörpers herzustellen«,

Die Schraubenfedern 68 und 70 sind derart ausgewählt, daß

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sie den Schieber 52 normalerweise so einstellen, wie dies in der Zeichnung dargestellt isto Das heißt, daß die Feder 70 stärker gewählt ist als die Feder 68, so daß die Feder 70 die Neigung hat, das Halteglied 56 und mit diesem den Schieber 52 gegen die Rückstellkraft der Feder 68 aufwärts in die gezeigte Stellung zu bewegen, bis der Außenflansch 62 auf die Schulter 64 auftrifft„ In dieser Normal- oder Ruhestellung besteht im wesentlichen keine Verbindung zwischen irgendeiner der Leitungen 46, 48 und 50, weil der Steuerschieber 52 im wesentlichen jede dieser Leitungen von den anderen abriegelte

Es iat zu erkennen, daß der Steuerschieber 52 nach oben in eine Stellung bewegbar ist, in welcher die Leitungen und 48 über die ringförmigen Ausnehmungen 40,54 und 42 miteinander in Verbindung stehen, wobei der Schieber 52 die Leitung 50 im wesentlichen hiervon abriegelt.

Entsprechend ist der Steuerschieber 52 nach unten in eine Stellung bewegbar, in der die Leitungen 48 und 50 über die ringförmigen Ausnehmungen 42,54 und 44 miteinander in Verbindung stehen, wobei der Schieber 52 die Leitung 46 im wesentlichen hiervon absperrte

Die Feder 70 hat die Neigung, den Steuerschieber 52 nach oben zu drücken, während die Feder 68 in entgegengesetzter Richtung auf den Schieber einwirkte Bs ist zu erkennen, daß der Steuerschieber 52 aus seiner in der Zeichnung dargestellten Normal- oder Ruhelage gegen die Rückstellkraft der

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Schraubenfeder 68 in seine obere Stellung und gegen die Rückstellkraft der Schraubenfeder 70 in seine untere Stellung bewegbar ist, daß er jedoch verhältnismäßig stabil in seiner dazwischen liegenden Ruhestellung gehalten isto

Ein von Hand gesteuertes Ventil 77 mit drei Stellungen weist im Betrieb eine betätigte Stellung 76 auf, in welcher hydraulische Druckflüssigkeit von einer Pumpe 78 über eine Leitung & 50 zu der ringförmigen Ausnehmung 44 und zu einer zusätzlichen Zweigleitung 80 geleitet wird, welche mit der Leitung 50 verbunden ist und sich durch den Endteil oder Endabschnitt 36 erstreckt und mit der Bohrung 34 im Bereich des Endteiles 36 in Verbindung stehto Die Pumpe ist mit einem konventionellen Überströmventil für eine Überdruckentlastung versehen*

Die Zuführung von Druckflüssigkeit über die Leitung 80 bewirkt eine abwärts gerichtete Verschiebung des Steuerschiebers 52 derart, daß die ringförmigen Ausnehmungen 42 und 44 mit der Ausnehmung 54 in Verbindung stehen» Somit sind die Leitungen 48 und 50 miteinander in Verbindung und Druckflüssigkeit wird über diese Leitungen dem Stangenende 84 des Zylinders 20 zugeführt, um eine Zurückziehung der Kolbenstange 26 zu bewirken und die G-reiferschalen 12 und 14 zu schließen«. Fahrend dieser Zurückziehung der Kolbenstange und des Kolbens wird Hydraulikflüssigkeit vom Kopfende des Zylinders 20 durch eine damit verbundene Leitung 86 ausgestoßen und über das Steuerventil 74 zu einem !Dankbehälter 88 geleitete

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Bei einer Bewegung des Steuerventils 74 in der anderen Richtung zur Einstellung der Betätigungsstellung 90 wird Druckflüssigkeit durch die Leitung 86 dem Kopfende 18 des Zylinders 20 zugeführt· Der Druck wird außerdem der mit dem Kopfende 18 des Zylinders 20 verbundenen Leitung 46 und der ringförmigen Ausnehmung 40 zugeführt. Der im Steuerschieber ausgebildete Steuerdurchlaß 57 führt diesen Druck der im Bereich des Endteiles 38 an der unteren Seite des Ventilschiebers 52 liegenden Bohrung zu, um den Schieber 52 in Aufwärtsrichtung zu verschieben, wobei natürlich der Hülsenabschnitt 60 des Schiebers sich über den Hülsenabschnitt 58 gleitend verschiebt. In dieser oberen Stellung stehen die ringförmigen Ausnehmungen 40, 54 und 42 in Verbindung, wodurch erreicht wird, daß eine Verbindung der vom Stangenande 84 des Zylinders 20 ausgestoßenen Hydraulikflüssigkeit mit der in das Kopfende 18 des Zylinders 20 eingeführten Hydraulikflüssigkeit hergestellt wird, um durch diese Kombination eine schnellere Ausfahrbewegung der Kolbenstange 26 zu erzielen, als sie durch Zuführung der allein durch die Pumpe 78 eingeleiteten ELüssigkeitsmenge möglich wäre, was zu dem vorteilhaften Ergebnis einer außerordentlich schnellen Öffnung der Greifschalen 12 und 14 führt.

Wenn sich das Steuerventil 74 in seiner Mittelstellung 92 befindet, können die Federn 68 und 70, da ein hydraulischer Druck in dem Steuerdurchlaß 57 oder der Leitung 80 fehlt, den Steuerschieber 52 in seine Mittelstellung treiben· In dieser Stellung ist verhindert, daß ein !flüssigkeitsdruck, der in der Leitung 48 aufgrund des Gewichtes und einer Be-

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ladung des Greifers ±6 vorhanden sein könnte, zum Kopfende 18 des Zylinders oder zum Tank 88 entweichen kann_o Hierdurch wird erfindungsgemäß ein Ausfahren der Kolbenstange 26 und das Öffnen des Greifers 16 verhindert«

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- ANSPRÜCHE -

Claims

ANSPRUCH .a!

1./ Strömungs-Steuerventil zur Verwendung in Zusammenarbeit mit ersten, zweiten und dritten mit einer Druckflüssigkeitsquelle verbundenen Flüssigkeitsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilkörper (32) eine innere Bohrung (34) sowie erste und zweite Endabschnitte (36, 38) begrenzt', daß die ersten, zweiten und dritten Flüssigkeitsleitungen (46, 48, 50) einzeln mit der Bohrung in Verbindung stehen, daß ein Steuerschieber (52) in der Bohrung angeordnet und wahlweise in Richtung auf den ersten oder zweiten Endabschnitt bewegbar ist, daß der Steuerschieber mit Durchlaßmitteln (54) ausgebildet ist und in drei Stellungen derart bewegbar ist, daß in der ersten Stellung die erste und zweite Flüssigkeitsleitung (46, 48) über die Durchlaßmittel (54) verbunden und die dritte Flüssigkeitsleitung (50) im wesentlichen gesperrt ist, daß in der zweiten Stellung keine Verbindung zwischen irgendeiner der drei Leitungen besteht und daß in der dritten Stellung die zweite und dritte Leitung (48, 50) über die Durchlaßmittel (54) verbunden und die erste Leitung (46) davon abgeriegelt ist, daß erste, den Steuerschieber in Richtung auf seine dritte Stellung drängende Federmittel (68) dem ersten Endteil (36) benachbart in der Bohrung (34) angeordnet sind, daß zwischen dem zweiten Endteil (38) und dem Ventilschieber (52) ein Halteglied (56) angeordnet und derart eingestellt ist, daß es den Steuerschieber berührt, so daß eine Bewegung des Haltegliedes weg vom zweiten Endteil 409838/0245

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den Steuerschieber in Richtung auf seine erste Stellung bewegt, daß das Halteglied bei einer Bewegung vom zweiten Endteil (38) weg eine durch den Ventilkörper (32) als Teil der Bohrung (34) gebildete Abstufung berührt, um unter dieser Berührung mit den ersten Federmitteln die zweite Stellung des Ventilschiebers festzulegen, daß zweite Federmittel (70) dem zweiten 2ndabschnitt (38) benachbart in der Bohrung (34) angeordnet sind, welche das Halteglied vom zweiten Endteil weg drängen und im Verhältnis zu den ersten Federmitteln derart bemessen sind, daß der Steuerschieber normalerweise in seine zweite Stellung eingestellt ist, in welcher er verhältnismäßig stabil gehalten ist, und aus welcher er gegen die Rückstellkraft der "ersten Federmittel in seine erste Stellung und die gegen Rückstellkraft der zweiten Federmittel in seine dritte Stellung bewegbar ist und daß Mittel zur wahlweisen Bewegung des Steuerschiebers in dessen erste Stellung sowie Mittel zur wahlweisen Bewegung des Steuerschiebers in dessen dritte Stellung vorgesehen sind ο

2ο Flüssigkeits-Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Steuerschieber (52) festgelegten Durchlaßmittel aus einer durch den Schieber, begrenzten ringförmigen Ausnehmung (54) bestehen«

ο Flüssigkeits-Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur wahlweisen Bewegung des Steuerschiebers in seine erste Stellung die Herstellung einer Druckverbindung (74» 90) von einer Druck-

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quelle (78) zu der ersten Leitung (46) umfassen, und daß die Mittel zur wahlweisen Bewegung des Steuerschiebers in seine dritte Stellung die Herstellung einer Druckverbindung (74, 76) von der Druckquelle zur dritten Leitung umfassenο

4· ELüssigkeits-Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteglied (56) einen inneren Hülsenteil (58) aufweist, welcher verschiebbar in einem äußeren, durch den Steuarschieber (32) gebildeten Hülsenteil (60) angeordnet ist, und ferner zur Berührung mit der Abstufung (64) des Ventilkörpers mit einem ringförmigen äußeren ELansch (62) ausgebildet ist»

5ο Hüssigkeits-Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Federmittel jeweils aus Schraubenfedern (68, 70) bestehen.»

6_β Jlüssigkeits-Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (32) erste, zweite und dritte ringförmige Ausnehmungen (40, 42, 44) aufweist, welche mit den ersten, zweiten bzw_o dritten Leitungen in Verbindung stehen, daß die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Leitung in der ersten Stellung des Steuerschiebers über die erste ringförmige Ausnehmung (40) des Ventilkröpers, die ringförmige Ausnehmung (54) des Steuerschiebers und die zweite ringförmige Ausnehmung (42) des Ventilkörpers herstellbar ist, während die Verbindung zwischen der zweiten und der dritten Leitung bei

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Einstellung des Ventilschiebers in seine dritte Stellung über die zweite ringförmige Ausnehmung (42) des Ventilkörpers, die ringförmige Ausnehmung (54) des Steuerschiebers und die dritte ringförmige Ausnehmung (44) des Ventilkörpers" herstellbar ist_o

ο otrömungs-Steuerventil nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur wahlweisen Bewegung des Steuerschiebers in seine erste Stellung einen Steueroder Pilotdurchlaß (57) in dem Steuerschieber aufweist, welcher mit der ersten ringförmigen Ausnehmung (40) in Verbindung steht und sich durch den Steuerschieber erstreckt und dem zweiten Endteil (38) benachbart mit der Bohrung (34) in Verbindung steht«

8ο ELüssigkeits-Steuerventil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur wahlweisen Bewegung des Steuerschiebers in seine zweite Stellung eine zusätzliche Leitung (80) aufweisen, welche mit der dritten Leitung (50) verbunden ist und sich durdh den ersten Endteil (36) in die Bohrung (34) erstreckt.

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