DE2831808A1

DE2831808A1 - Hydraulische antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE2831808A1
Application number: DE19782831808
Authority: DE
Inventors: Ichiro Nakamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-07-20
Filing date: 1978-07-19
Publication date: 1979-02-01
Also published as: DE2831808B2; DE2831808C3; FR2400628B1; JPS6028082B2; JPS5422071A; FR2400628A1; US4289063A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Antriebsvorrichtung, welche eine hohe Antriebskraft mit großer Geschwindigkeit erzeugt. Die Erfindung betrifft insbesondere eine hydraulische Antriebsvorrichtung, die zum Öffnen und Schließen eines Trennschalters verwendet wird.

Der bewegliche Kontakt eines Trennschalters wird durch einen Kolben mit dem ortsfesten Kontakt des Trennschalters in Eingriff gebracht oder davon getrennt. Der Kolben gleitet dabei in einem ortsfesten Zylinder und wird von einer hydraulischen Antriebsvorrichtung angetrieben. In der hydraulischen Antriebsvorrichtung ändert sich der Öldruck in einer Ölkammer der Vorrichtung ansprechend auf einen Befehl, der extern einem von zwei Ventilen erteilt wird, um den Trennschalter einzuschalten oder auszuschalten. Entsprechend der Öldruckänderung wird für den Antrieb des Kolbens ein Steuerkolben bewegt. Eine derartige hydraulische Antriebsvorrichtung, insbesondere eine hydraulische Antriebsvorrichtung für einen Hochspannungsleistungsschalter, muß die folgenden Operationen im Falle einer Störung des Übertragungssystems ausführen können :

1) Auch wenn der Befehl zum öffnen der Schaltung oder der Befehl zum Schließen der Schaltung nach kurzer Zeit während des Betriebs der auf den Befehl ansprechenden hydraulischen Antriebsvorrichtung aufgehoben wird, muß die spezielle Operation fortgesetzt werden, um das öffnen oder Schließen der Schaltung zu vervollständigen.

2) Wenn der Befehl zum öffnen der Schaltung und der Befehl zum Schließen der Schaltung gleichzeitig gegeben werden, oder wenn die Operation der hydraulischen Antriebsvorrichtung ansprechend auf einen der Befehle gerade ausgeführt wird, während der andere Befehl gegeben wird, muß dem Befehl für das öffnen der Schaltung dan Vorzug

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gegeben werden, um die Sicherheit der Schaltung zu gewährleisten. Diese Funktion wird "Freiauslösung" genannt.

3) Wenn der Befehl zum Schließen der Schaltung während des Betriebs ansprechend auf den Befehl zum öffnen der Schaltung gegeben wird und wenn der Befehl zum Schließen der Schaltung auch nach Aufhebung des Befehls zum öffnen der Schaltung als gegeben beibehalten wird, ist es erforderlich, den speziellen Befehl zum Schließen der Schaltung zu vernachlässigen und die Schaltung im offenen Zustand zu halten, bis der nächste Befehl zum Schließen der Schaltung gegeben wird. Diese Funktion wird als "Pumpverhinderung" bezeichnet.

In dem Japanischen Gebrauchsmuster 52-136 252 ist ein Aufbau beschrieben, der dazu dient, einen Steuerkolben in einem Hauptsteuerventil in einer Stellung zum Öffnen einer Schaltung zu halten. Dadurch, daß eine mechanische Einrichtung in dem Hauptsteuerventil wie bei dem Vorschlag vorgesehen wird, ist der Aufbau des Hauptsteuerventils kompliziert und kann den genannten Erfordernissen 1)bis 3.) nicht genügen. Damit die hydraulische Antriebsvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit ansprechend auf die Änderung der Befehle bei einem einfachen Aufbau arbeitet, ist der Druck des Öls zu verwenden, das in dem System der hydraulischen Antriebsvorrichtung strömt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine hydraulische Antriebsvorrichtung zu schaffen, die die Sicherheit eines Systems gewährleistet, wenn in dem System irgendein Fehler auftritt, wobei die Vorrichtung durch Ausnutzung der Öldrucke .den genannten Anforderungen 1) bis 3) genügen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine hydraulische Antriebsvorrichtung für einen Trennschalter gelöst, die ein

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System ansprechend auf zwei Signale öffnet und schließt und hauptsächlich einen Zylinder, einen Kolben und ein Hauptsteuerventil zum Steuern der Bewegung des Kolbens aufweist. Erfindungsgemäß sind in dem Hauptsteuerventil vier Druckflächen ausgebildet. In dem Hauptsteuerventil der hydraulischen Antriebsvorrichtung wird ein Steuerkolben durch Kräfte gesteuert, die auf die vier Druckflächen wirken. Die erste Druckfläche ist normalerweise einem hohen Öldruck ausgesetzt. Die zweite Druckfläche erhält einen niedrigen Öldruck, wenn ein Befehl zum öffnen einer Schaltung gegeben wird, und einen hohen Öldruck, wenn der Befehl aufgehoben wird. Die dritte Druckfläche empfängt einen hohen Öldruck, wenn ein Befehl zum Schließen der Schaltung gegeben wird, und einen niedrigen Öldruck, wenn der Befehl aufgehoben wird. Auf die vierte Druckfläche wirkt ein hoher oder niedriger Öldruck entsprechend der Bewegung eines Kolbens. Die Größen der Kräfte auf die jeweiligen Druckflächen des Steuerkolbens werden in einer vorgegebenen Beziehung eingestellt. Die hydraulische Antriebsvorrichtung ist mit einem Pumpverhinderungsventil, welches den hohen Öldruck, wenn er auf die dritte Druckfläche gewirkt hat, in den niedrigen Öldruck nach einer kurzen Zeit überführt, und mit einem Halteventil versehen, welches den vorgegebenen Druck der vierten Druckfläche zuordnet, während der Kolben in einem Zylinder gleitet.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 schematisch im Schnitt eine Ausführungsform einer hydraulischen Antriebsvorrichtung,

Fig. 2 in einem Diagramm die Arbeitsweise der hydraulischen Antriebsvorrichtung, wenn ein Befehl zum Öffnen einer Schaltung oder ein Befehl zum Schließen der Schaltung nach kurjzer Zeit aufgehoben worden ist,

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Fig. 3 in einem Diagramm die Freiauslösungs- und die Pumpverhinderungsoperation der hydraulischen Antriebsvorrichtung und

Fig. 4 in einem Diagramm den Betrieb der hydraulischen Antriebsvorrichtung, wenn der Befehl zum öffnen der Schaltung und der Befehl zum Schließen der Schaltung gleichzeitig gegeben werden.

Die in Fig. 1 gezeigte hydraulische Antriebsvorrichtung für einen nicht gezeigten Trennschalter hat einen Zylinder 1oo, einen Kolben 1o2, der in dem Zylinder 1oo gleitend verschiebbar ist und den Trennschalter antriebt, ein HauptSteuerventil 2oo, welches die Bewegung des Kolbens 1o2 durch einen Öldruck in dem Zylinder 1oo steuert, ein erstes Steuerventil 3oo, welches das Hauptsteuerventil 2oo entsprechend einem Befehl zum Öffnen der Schaltung steuert, der im folgenden als "erstes Signal" bezeichnet wird, ein zweites Steuerventil 4oo, welches das Hauptsteuerventil 2oo entsprechend einem Befehl zum Schließen der Schaltung steuert, der im folgenden als "zweites Signal" bezeichnet wird, ein Pumpverhinderungsventil 5oo, welches das Hauptsteuerventil 2oo zusammenwirkend mit dem zweiten Steuerventil 4oo steuert, ein Halteventil 6oo, welches das Hauptsteuerventil 2oo abhängig von der Stellung des Kolbens 1o2 steuert, einen Speicher 7oo, der diesen Bauteilen Hochdrucköl zuführt, und ölkanäle, die diese Elemente verbinden. Im folgenden wird der Aufbau der hydraulischen Antriebsvorrichtung im einzelnen erläutert.

Der Kolben 1o2 ist gleitend verschiebbar in dem Zylinder 1oo angeordnet. Der Kolben ist mechanisch mit einem bewegbaren Kontakt des Trennschalters über eine Stange 1o4 verbunden. In dem Zylinder 1oo sind auf beiden Seiten des Kolbens 1o2 Kammern 1o6 und 1o8 ausgebildet. Die Kammer 1o8 steht abwechselnd mit dem Speicher 7oo, der eine Hochdruckölquelle bildet, und einem Tank 8oo, der eine Niederdruckölquelle bildet, durch die Bewegung eines Steuerkolbens 2o2 des

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Hauptsteuerventils 2oo in Verbindung, was noch erläutert wird. Die Kammer 1o6 ist normalerweise mit dem Speicher 7oo verbunden. Wenn das Hochdrucköl in die Kammer 1o8 strömt, drückt es den Kolben 1o2 auf die Seite der Stange 1o4 durch einen Öldruck, der der Querschnittsfläche der Stange 1o4 entspricht, während das Öl, wenn es in den Tank 800 abströmt, den Kolben 1o2 in die entgegengesetzte Richtung zieht. Der Zylinder 100 ist auf beiden Seiten gefedert, d. h. der Kolben 1o2 kann sowohl auf der Seite der Stange 1o4 als auch auf der gegenüberliegenden Seite ruhig verlangsamt werden. Um eine Betriebsverzögerung beim Start des Kolbens 1o2 auszuschließen und um eine ausreichende Abfederung bzw. Dämpfung zu erhalten, sind Rückschlagventile Ho und 112 vorgesehen.

Das Hauptsteuerventil 2oo besteht aus einem Ventilgehäuse 2o1 und aus einem Steuerkolben 2o2, der in dem Ventilgehäuse 2o1 gleitet. Zwischen dem Ventilgehäuse 2o1 und dem Steuerkolben 2o2 sind eine erste Ventilausnehmung 2o4 und eine zweite Ventilausnehmung 2o6 ausgebildet, zwischen denen eine ölkammer 2o8 gebildet wird. Diese Kammern 2o4, 2o6 und 2o8 sind jeweils mit dem Speicher 7oo, dem Tank 800 und der Kammer I08 in dem Zylinder I00 verbunden, wobei der Steuerkolben 2o2 den ölstrom steuert. Das Hauptsteuerventil 2oo hat weiterhin eine erste Steuerkammer 21ο, eine zweite Steuerkammer 21j2 und eine Ölkammer 214. Zum Steuern des Steuerkolbens 2o2 werden Öldruckänderungen in diesen Kammern 21o, 212 und 214 und in der ersten Ventilausnehmung 2o4 verwendet.

Der Steuerkolben 2o2 hat Flächen, die nach rechts gerichtete Kräfte in Fig. 1 infolge der Öldrucke aufnehmen, die auf die erste Steuerkammer 21o und die zweite Steuerkammer 212 wirken, sowie Flächen, welche die nach links gerichteten Kräfte in Fig. 1 aufgrund der Öldrucke aufnehmen, die auf die erste Ventilausnehmung 2o4 und die ölkammer 214 wirken.

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Die erste Steuerkammer 21o steht mit dem ersten Steuerventil 3oo in Verbindung. Der auf die erste Steuerkammer 21 ο wirkende Öldruck wird von dem ersten Steuerventil 3oo gesteuert.

Die zweite Steuerkammer 212 steht mit dem zweiten Steuerventil 4oo über das Pumpverhinderungsventil 5oo in Verbindung. Der auf die zweite Steuerkammer 212 wirkende Öldruck wird, durch das Zusammenwirken des zweiten Steuerventils 4oo und des Pumpverhinderungsventils 5oo gesteuert.

Die erste Ventilausnehmung 2o4 ist immer mit dem Speicher 7oo verbunden und übt auf den Steuerkolben 2o2 die nach links gerichtete Kraft aus.

Die ölkammer 214 steht mit dem Halteventil 6oo derart in Verbindung/ daß der Öldruck in der ölkammer 214 durch das Halteventil 6oo gesteuert wird.

Die Druck aufnehmenden Flächen des Steuerkolbens 2o2 in den jeweiligen Kammern 2o4, 21 ο, 212 und 214 sind so bemessen, daß, wenn die Kräfte, die auf den Steuerkolben 2o2 durch die Öldrucke in der ersten Steuerkammer 21o, der zweiten Steuerkammer 212, der ersten Venti!ausnehmung 2o4 und der Ölkammer 214 ausgeübt werden, mit F₂Io' ^F212' ^F 2o4 ^{und F}214 bezeich net, werden, unter diesen Kräften folgende Beziehung aufrechterhalten werden kann:

^F2o4^<F212^ ^p2o4V ^{+ F}214 £ ^F21o

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise des ersten Steuerventils 3oo beschrieben. Das erste Steuerventil 3oo ist ein Dreiwegeventil, welches an einer Zwischenstelle des Kanals angeordnet ist, der die ölkammer 2o8 und die erste Steuerkammer 21ο des Hauptsteuerventils 2oo verbindet und die von dem ersten Signal angetrieben wird. Das erste Steuerventil 3oo

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hat eine Ölkammer 3o2, die mit der ölkammer 2o8 des Hauptsteuerventils 2oo verbunden ist, eine ölkammer 3o4, die mit der ersten Steuerkammer 21o des Hauptsteuerventils 2oo verbunden ist, und eine ölkammer 3o6, die mit dem Tank 800 verbunden ist. Ein Steuerkolben 31 ο, der von einem Motor 3o8 angetrieben wird, steuert den ölstrom unter den ölkammern 3o2, 3o4 und 3o6. Der Steuerkolben 31o wird gewöhnlich in Fig. 1 durch eine Feder 31 ο nach rechts gedrückt, so daß die Ölkammer 3o2 und die ölkammer 3o4 in Verbindung stehen. Wenn das erste Signal auf eine Spule 314 des Motors 3o8 gegeben wird, bewegt sich die Spule 314 in Fig. 1 nach links. Der ein Stück mit der Spule 314 bildende Steuerkolben 31o wird dann durch eine Spulenhülse 316 nach links bewegt. Dies hat zur Folge, daß der Steuerkolben 31o die Verbindung zwischen der Ölkammer 3o2 und der Ölkammer 3o4 unterbricht und die Ölkammer 3o4 und die ölkammer 3o6 in Verbindung setzt.

Im folgenden werden Aufbau und Betrieb des zweiten Steuerventils 4oo sowie des Pumpverhinderungsventils 5oo beschrieben. Das zweite Steuerventil 4oo ist ein Ein-Aus-Ventil und zwischen dem Speicher 7oo und dem Pumpverhxnderungsventil 5oo angeordnet. Mit dem Speicher 7oo ist.eine ölkammer 4o2 des zweiten Steuerventils 4oo verbunden. Eine ölkammer 4o4 dieses Ventils ist mit dem Pumpverhxnderungsventil 5oo verbunden. Gewöhnlich unterbricht ein Steuerkolben 4o6 die Verbindung zwischen den Ölkammern 4o2 und 4o4. Wenn eine Magnetspule 4o8 das zweite Signal empfängt, zieht es eine Platte 41 ο an und bewegt den Steuerkolben 4o6 nach rechts, wodurch die ölkammern 4o2 und 4o4 in Verbindung kommen.

Das Pumpverhxnderungsventil 5oo hat ölkammern 5o2, 5o4 und 5o6, die jeweils mit der ölkammer 4o4 des zweiten Steuerventils 4oo, der zweiten Steuerkammer 212 des Hauptsteuerventils 2oo und mit dem Tank 800 verbunden sind. Mit der ölkammer 4o4 des zweiten Steuerventils 4oo ist über eine Verengung 51o eine ölkammer 5o8 verbunden, die weiterhin mit dem Tank 800 über eine Verengung bzw. Drossel 512 in

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Verbindung steht. Ein Steuerkolben 514 wird normalerweise durch eine Feder 516 nach links gedrückt, so daß die Ölkammern 5o2 und 5o4 in Verbindung stehen. Wenn das zweite Steuerventil 4oo das zweite Signal empfängt, fällt es in den vorstehend beschriebenen Offenzustand. Das Hochdrucköl strömt in die zweite Steuerkammer 212 des Hauptsteuerventils 2oo über die Ölkammern 5o2 und 5o4 des PumpverhinderungsventiIs 5oo. Der Steuerkolben 2o2 des Hauptsteuerventils 2oo bewegt sich nach rechts. Ein Teil des Hochdrucköls aus dem zweiten Steuerventil 4oo fließt in die ölkammer 5o8 des Pumpverhinderungsventils 5oo über die Drossel 51o. Das Hochdrucköl, das in die ölkammer 5o8 geflossen ist, wird zum Tank 8oo über die Drossel 512 abgeführt. Infolge der beiden Drosseln 51 ο und 512 fällt im Inneren der ölkammer 5o8 zu dieser Zeit der Druck auf einen Wert, der zwischen dem Hochdruck des Speichers 7oo und dem Niederdruck des Tanks 8oo liegt. Es entsteht eine Kraft, die den Steuerkolben 514 nach rechts drückt. Mittlerweile wird der Steuerkolben 514 durch den Öldruck in der ölkammer 5o8 nach rechts bewegt. Das Pumpverhinderungsventil 5oo wird bei einer vergleichsweise langsamen Geschwindigkeit geschaltet. Als Folge davon wird das Hochdrucköl, das in die ölkammer 212 des Hauptsteuerventils 2oo geströmt ist, zum Tank 8oo über die Ölkammern 5o4 und 5o6 des Pumpverhinderungsventils 5oo abgeführt. Auf diese Weise wirkt das Pumpverhinderungsventil 5oo so, daß das Öl, das in die zweite Steuerkammer 212 des Hauptsteuerventils 2oo ansprechend auf das zweite Signal geströmt ist, nach einer festgelegten Zeit in den Tank 8oo abgeführt wird.

Im folgenden werden Aufbau und Arbeitsweise von Positionsfeststellventilen 114 und 116 beschrieben, welche die Positionen des Kolbens 1o2 und des Halteventils 6oo feststellen, das in Übereinstimmung mit den Befehlen der Positionsfeststellventile 114 und 116 arbeitet. Die Positionsfeststellventile 114 und 116 und das Halteventil 6oo arbeiten zusammen. Wenn der Kolben 1o2 in die Nähe eines Hubendes auf der Seite

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der Stange 1o4 kommt/ drückt er einen Steuerkolben 118 des Positionsfeststellventils 114 nach oben. Das Hochdrucköl aus dem Speicher 7oo strömt in eine ölkammer 6o2 des Halteventils 6oo über die Ölkammern 12o und 122 des Positionsfeststellventils 114 und schaltet einen Steuerkolben 6o4 auf Abwärtsbewegung, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Das Hochdrucköl aus einer ölkammer 606, die normalerweise mit dem Speicher 7oo verbunden ist, strömt in die Ölkammern 6o8 und 61o, um den Steuerkolben 6o4 in dieser Stellung zu halten und um gleichzeitig ein Ventil 616 mit Federn 612, Kugeln 614 und einer Stange 615 zur Kupplung der Kugeln 614 zu schalten. Das Hochdrucköl in den Ölkammern 618 und strömt zum Tank 8oo ab. Somit kehrt das Positionsfeststellventil 114, auch wenn der Kolben 1o2 sieh von diesem Ventil wegbewegt, in die Ausgangsstellung zurück. Das Hochdrucköl der Ölkammer 6o2 wird zum Tank 8oo über das Positionsfeststellventil 114 abgeführt. Die den Steuerkolben 6o4 drücken-¹ de Kraft wird aufgehoben. Der Steuerkolben 6o4 behält seine Lage infolge des Öldrucks der Ölkammer 608 bei. Dieser Zustand wird nicht umgeschaltet, bis der Öldruck in der ölkammer 622 höher als der in der ölkammer 6o8 wird. Somit strömt das Hochdrucköl in die ölkammer 214 des Hauptsteuerventils 2oö, wenn bzw. da sie mit der ölkammer 608 in Verbindung steht.

Wenn der Kolben 1o2 in die Nähe eines Hubendes auf der Seite gegenüber der Stange 1o4 kommt, schaltet er das Positionsfeststellventil 116 um und führt Hochdrucköl vom Speicher 7oo zu einer ölkammer 622 des Halteventils 6oo. Wie beim Positionsfeststellventil 614 bewegt sich der Steuerkolben 6o4 in Fig. 1 nach oben entgegen dem Öldruck der ölkammer 6o8. Das Hochdrucköl strömt in die Ölkammern 618 und 62o, um den Steuerkolben 6o4 in dieser Stellung izu halten und um das Ventil 616 zu schalten. Somit wird das Hochdrucköl in der ölkammer 214 des Hauptsteuerventils 2oö zum Tank 8oo über die ölkammer 61o abgegeben.

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Die Posxtionsfeststellventile 114 und 116 und das Halteventil 6oo arbeiten derart, daß, wenn der Kolben 1o2 am Hubende auf der Seite der Stange 1o4 liegt und während er sich zu der Seite gegenüber der Stange 1o4 bewegt, die Ölkammern 608 und 61o unter Hochdruck stehen, wobei das Hochdrucköl in die Ölkainmer 214 des Hauptsteuerventils 2oo strömt. Wenn sich der Kolben 1o2 an dem Hubende auf der der Stange 1o4 gegenüberliegenden Seite befindet und während er sich zur Seite mit der Stange 1o4 bewegt, stehen die Ölkammern 618 und 62o unter Hochdruck, die Ölkammern 608 und 61o unter Niederdruck und die Ölkammer 214 des Hauptsteuerventils 2oo unter Niederdruck.

In Fig. 1 ist der Zustand der hydraulischen Antriebsvorrichtung gezeigt, der dem Schließen des Trennschalters entspricht. Die erste Steuerkammer 21o, die erste Ventilausnehmung 2o4 und die Ölkammer 214 befinden sich unter Hochdruck, während die zweite Steuerkammer 212 und die zweite Ventilausnehmung 2o6 unter Niederdruck stehen. Aus der vorstehend genannten Gleichung ergibt sich folgende Beziehung der Kräfte, die auf den Steuerkolben 2o2 wirken:

^F21o ^{> F}2o4 ^{+ F}214

Deshalb hält der Steuerkolben 2o2 den Zustand bei, in dem er einer nach rechts gerichteten Kraft ausgesetzt ist.

Anhand der Figuren 1 und 2 wird die Arbeitsweise der hydraulischen Antriebsvorrichtung für den Fall beschrieben, daß das erste Signal dem ersten Steuerventil 3oo in diesem Zustand zugeführt wird. Wenn der Motor 3o8 des ersten Steuerventils 3oo das erste Signal zu einem bestimmten Zeitpunkt t empfängt, zieht er den Steuerkolben 31o mit hoher Geschwindigkeit nach links, unterbricht die Verbindung zwischen den ölkammern 3o3 und 3o4 und bringt die ölkammern 3o4 und 3o6 miteinander in Verbindung. Das Hochdrucköl der Steuerkammer 21o des Hauptsteuerventils 2oo strömt aus dem Tank 8oo aus. Die Kraft F₂₁ ,

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welche den Steuerkolben 2o2 nach rechts drückt, nimmt ab. Infolge der Kraft F₂ , ^{+ F}214 bewegt ^sic^ demzufolge der Steuerkolben 2o2 mit hoher Geschwindigkeit nach links, wodurch die Verbindung zwischen der ersten Ventilkammer 2o4 und der Ölkammer 2o8 unterbrochen wird und die zweite Ventilkammer 2o6 und die Ölkammer 2o8 in Verbindung gebracht werden. Das Hochdrucköl in der Kammer 1o8 des Zylinders 1oo strömt aus dem Tank 800 ab. Die den Kolben 1o2 zur Seite mit der Stange 1o4 drückende Kraft nimmt ab. Als Folge bewegt sich der Kolben 1o2 zu der Seite, die der Stange 1o4 gegenüberliegt. Der bewegliche Kontakt des Trennschalters, der mechanisch mit der Stange 1o4 verbunden ist, wird von dem ortsfesten Kontakt mit hoher Geschwindigkeit getrennt. Im Verlaufe dieser Operation wird das Positionsfeststellventil 114 durch die Federkraft rückgesetzt, die ölkammer 214 des Hauptsteuerventils 2oo hält jedoch den Hochdruck durch die Funktion des Halteventils 600, wie vorstehend erläutert, aufrecht .

Wenn der Kolben 1o2 die Nähe des Hubendes auf der der Stange 1o4 gegenüberliegenden Seite zum Zeitpunkt t.. erreicht hat, schaltet er das Positionsfeststellventil 116. Das Hochdrucköl strömt in die ölkammer 622 des Halteventils 600 und schaltet das Halteventil 600. Das Hochdrucköl in der ölkamiaer 214 des Hauptsteuerventils 2oo strömt zum Tank 800 ab. Die Kraft F214* die den Steuerkolben 2o2 nach links drückt, nimmt ab. Deshalb wird zu einem Zeitpunkt t₂ nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeit das erste Signal aufgehoben. Auch dann, wenn bei dem Aufheben des ersten Signals der Steuerkolben 31ο des ersten Steuerventils 3oo in die Ausgangslage durch die Kraft der Feder 312 zurückgeführt wird, ist der Druck der ersten Steuerkammer 21ο niedrig und die Kraft, welche den Steuerkolben 2o2 nach rechts drückt, wird nicht erzeugt, da die ölkammer 2o8 unter Niederdruck steht.

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In dem Zustand, in welchem die dem ersten Signal entsprechende Operation auf diese Weise abgeschlossen worden ist, wird der Steuerkolben 2o2 des Hauptsteuerventils 2oo nach links nur durch die Kraft F₂ ^ gedrückt, die von der ölkammer 2o4 ausgeübt wird. Der Kolben 1o2 befindet sich an dem Hubende, auf der der Stange 1o4 gegenüberliegenden Seite.

Nun soll der Betrieb der hydraulischen Antriebsvorrichtung für den Fall beschrieben werden, in welchem das zweite Signal deW zweiten Steuerventil 4oo zugeführt wird. Wenn der Elektromagnet 408 des zweiten Steuerventils 4oo das zweite Signal zum Zeitpunkt t, empfängt, wird der Steuerkolben 4o6 nach rechts gedrückt und es strömt Hochdrucköl in die Ölkammer 5o2 des Pumpverhinderungsventils 5oo. Das Hochdrucköl, das in die ölkammer 5o2 des Pumpverhinderungsventils 5oo geströmt ist, fließt in die Ölkammer 212 des Hauptsteuerventils 2oo über die ölkammer 5o4 und drückt den Steuerkolben 2o2 durch die Kraft F₂₁₂ ^nacn rechts. Dementsprechend wird der Steuerkolben 2o2 nach rechts durch eine Kraft F₃₁₃ ~ ^F

2o4 wodurch die Verbindung zwischen der zweiten Venti!ausnehmung 2o6 und der ölkammer 2o8 unterbrochen wird und die erste Venti laus nehmung 2o4 und die ölkammer 2o8 in Verbindung gebracht werden. Das Hochdrucköl in der ersten Ventilausnehmung 2o4 strömt in die Kammer I08 des Zylinders I00 und drückt den Kolben 1o2 auf die Seite der Stange 1o4. Als Folge schließt der Kolben 1o2 den Trennschalter über die Stange 1o4. Das Hochdrucköl in der ölkammer 2o8 strömt in die erste Steuerkammer 2I0, die zum Zeitpunkt t. hohen Druck erhält. Das dem Pumpverhinderungsventil 5oo über das zweite Steuerventil 4oo zugeführte Hochdrucköl treibt den Steuerkolben 2o2 des Hauptsteuerventils 2oo, wie vorstehend beschrieben, an. Ein Teil des Hochdrucköls strömt in die ölkammer 5o8 über die Drossel bzw. Verengung 51o. Das Hochdrucköl, das in die Ölkammer 5o8 geströmt ist, wird zum Tank 800 über die Drossel 512 abgeführt. Durch Einstellen der Widerstände der beiden Verengungen bzw. Drosseln 51o und 512 kann der Steuerkolben 514 des Pumpverhinderungsventils 5oo mit einer festgelegten

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Zeitverzögerung von dem Betrieb des zweiten Steuerventils 4oo aus betätigt werden. Insbesondere wird das zweite Steuerventil 4oo durch das zweite Signal betätigt, wodurch die zweite Steuerkammer 212 des HauptSteuerventils 2oo hohen Druck erhält. Zu einem Zeitpunkt t₅ nach dem festgelegten Zeitraum strömt das Hochdrucköl in der zweiten Steuerkammer 212 zum Tank 8oo aufgrund der Funktion des Pumpverhinderungsventils 5oo ab, wodurch das zweite Steuerventil 212 wieder auf Niederdruck gelangt. Auch nachdem die zweite Steuerkammer 212 auf Niederdruck gebracht worden ist, wird der Steuerkolben 2o2 der Kraft F₂- durch das Hochdrucköl in der ersten Steuerkammer 21o ausgesetzt und wird weiter durch die Kraft F₂₁ - F₂ * nach rechts gedrückt. Der Kolben 1o2 kann dementsprechend die Bewegung zu der Seite der Stange 1o4 hin fortsetzen. Wenn der Kolben 1o2 in die Nähe des Hubendes auf der Seite der Stange 1o4 gelangt ist, wird zum Zeitpunkt t_fi das Positionsfeststellventil 114 geschaltet. Gleichzeitig damit strömt Hochdrucköl im Zylinder 1oo in die Ölkammer 6o2 des Halteventils 6oo und schaltet dieses Ventil. Das Hochdrucköl strömt weiterhin in die ölkammer 214 des Hauptsteuerventils 2oo, wodurch diese ölkammer auf hohen Druck gebracht wird und sich der Zustand vor dem Zuführen des ersten Signals einstellt. Wenn das zweite Signal zum Zeitpunkt taufgehoben wird, wird das zweite Steuerventil 4oo durch die Feder rückgestellt. Die Strömung des Hochdrucköls in die Ölkammer 5o8 des Pumpverhinderungsventils 5oo hört auf. Das Pumpverhinderungsventil 5oo wird durch die Feder ebenfalls zurückgestellt. Auf diese Weise sind alle dem zweiten Signal entsprechende Vorgänge, d. h. die Vorgänge zum Schließen der Schaltung, abgeschlossen.

Im folgenden werden die Betriebsweisen der hydraulischen Antriebsvorrichtung näher erläutert, und zwar für

I) den Fall, in welchem das erste Signal oder das zweite Signal in einer kurzen Zeit im Verlauf des Schaltvorgangs des Trennschalters aufgehoben worden ist,

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II) den Fall, in welchem die Freiauslösungsoperation ausgeführt wird, und

III) den Fall, in welchem die Pumpverhinderungsoperation durchgeführt wird.

I) Es wird auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen. Auch in dem Fall, in welchem das erste Signal zugeführt und zu einem Zeitpunkt t„ nach einem vergleichsweise kurzen Zeitraum aufgehoben worden ist, strömt der größte Teil des Hochdrucköls in der ölkammer 2o8 des Hauptsteuerventils 2oo zum Tank 8oo über die zweite Ventilausnehmung 2o6 ab. Somit entsteht im Inneren der ersten . Steuerkammer 21o kein hoher Druck. Da nur die Kraft F„ - + F₃₁₄ auf den Steuerschieber 2o2 wirkt, wird der Zustand beibehalten, in welchem sich der Steuerkolben 2o2 des Hauptsteuerventils 2oo am linken Ende befindet. Das heißt, daß, auch wenn das erste Signal aus irgendeinem Grund im Verlauf der dem ersten Signal entsprechenden Operation aufgehoben wird, diese Operation fortlaufend ausgeführt wird.

Auch in dem Fall, in welchem das zweite Signal zugeführt und zu einem Zeitpunkt t„ nach einem vergleichweise kurzen Zeitraum aufgehoben worden ist, befindet sich der Innenraum der ersten Steuerkammer 21o bereits unter Hochdruck. Somit wird der Zustand, in welchem der Steuerkolben 2o2 des Hauptsteuerventils 2oo am rechten Ende liegt, infolge der Beziehung von F.« > F, . aufrechterhalten. Das heißt, daß, auch wenn das zweite Signal im Verlauf der entsprechenden Operation aufgehoben wird, die Operation fortlaufend ausgeführt wird.

Wie erläutert, kann die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung, die dem Befehl des ersten oder zweiten Signals entsprechende Operation auch dann betriebssicher ab-

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schließen, wenn das Signal eine kurze Dauer hat.

II) Anhand der Figuren 1, 3 und 4 wird die Freiauslösungsoperation erläutert.

In dem Fall, in welchem das zweite Signal irrtümlich während der auf das erste Signal ansprechenden Operation gegeben worden ist, arbeitet die Vorrichtung wie in Fig. 3 gezeigt ist und im folgenden erläutert wird. Wenn das zweite Signal dem zweiten Steuerventil 4oo zu einer Zeit t- ■ nach dem Anlegen des ersten Signals zugeführt wird, wirkt auf den Steuerkolben 2o2 die nach rechts gerichtete Kraft F₂₁₂ infolge des Öldrucks in der zweiten Steuerkammer 212, es wirkt jedoch die. nach links gerichtete Kraft F~ . + F₇₁₄, die größer ist als die Kraft F₃₁₃. Deshalb wird der Steuerkolben 2o2 nach links durch eine Kraft F_n , + F_n1 .— F₀₁ „

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gedrückt und führt die dem ersten Signal entsprechende Operation aus. Zum Zeitpunkt t₁.. nach einer geringen Verzögerung bezüglich des zweiten Signals strömt Hochdrucköl in der Ölkammer 212 zum Tank 800 über das Pumpverhinderungsventil 5oo, wie beschrieben, ab. Auch wenn der Kolben 1o2 das Hubende auf der der Stange 1o4 gegenüberliegenden Seite erreicht hat, so daß das Halteventil 600 geschaltet ist und Hochdrucköl in die ölkammer 214 des Hauptsteuerventils 2oo abgegeben wird, wird der Steuerkolben 2o2 nach links durch die Kraft F₂o4 ^we;i-^terif^eä£ückt. Auch wenn das zweite Signal kontinuierlich gegeben wird, wird dieses zweite Signal nicht beachtet, so daß die dem ersten Signal entsprechende Operation fortgesetzt wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Vorrichtung für den Fall beschrieben, bei welchem das erste Signal während der dem zweiten Signal entsprechenden Operation gegeben worden ist. Wenn das erste Signal zu einem Zeitpunkt t|₂ unter Fortsetzung der dem zweiten Signal entsprechenden Operation empfangen wird, wird Hochdrucköl in der ersten Steuerkammer

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21ο zum Ausströmen zum Tank 800 durch das erste Steuerventil 3oo gebracht, so daß die Kraft F₂Io ^nu^ ^wir<i· ^Der

Steuerkolben 2o2 wird durch die Kraft F- . nach links ge-

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drückt. Als Folge schaltet die dem zweiten Signal entsprechende Operation auf die dem ersten Signal entsprechende Operation um. Das heißt, daß, auch wenn die Operation ansprechend auf das zweite Signal durchgeführt wird, bevorzugt der Befehl des ersten Signals ausgeführt wird.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung zu dem Zeitpunkt, zu dem die ersten und zweiten Signale irrtümlich gleichzeitig zugeführt werden, wird anhand der Figuren 1 und 4 erläutert.

Wenn die beiden Signale gleichzeitig in dem Zustand zugeführt werden, in welchem die Operation des zweiten Signals abgeschlossen worden ist, d. h. zum Zeitpunkt t , strömt Hochdrucköl in der ersten Steuerkammer 21ο zum Tank 800 über das erste Steuerventil 3oo ab, so daß F₂₁ = 0 wird. Gleichzeitig damit strömt das Hochdrucköl in die zweite Steuerkammer 212 über das zweite Steuerventil 4oo. Aus diesem Grund wird der Steuerkolben 2o2 durch die Kraft ; F₂ 4 + F₃₁₄ - F₂₁₂ nach links bewegt und führt die dem ersten Signal entsprechende Operation aus. Etwas später wird das Hochdrucköl in der zweiten Steuerkammer 212 zum Tank über das Pumpverhinderungsventil 5oo abgegeben, so daß sich F₃₁₂ ⁼ 0 einstellt. Dementsprechend wird, auch wenn der Kolben 1o2 das Hubende auf der der Stange 1o4 gegenüberliegenden Seite erreicht hat und sich F₃₁₄ = 0 eingestellt hat, der Steuerkolben 2o2 nach links durch die Kraft F_{2 4} geschoben, wodurch der dem ersten Signal entsprechende Vorgang abgeschlossen wird.

Wenn die beiden Signale gleichzeitig in dem Zustand zugeführt werden, in welchem die Operation des ersten Signals abgeschlossen worden ist, d. h. zum Zeitpunkt t₃, arbeiten das erste Steuerventil 3oo und das zweite Steuerventil 4oo.

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Die zweite Steuerkammer 212 wird einmal in den Hochdruck— zustand durch das zweite Steuerventil 4oo gebracht. Der Steuerkolben 2o2 wird durch die Kraft F_o..~ - F^ . nach

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rechts bewegt. Die Kraft F₂₁ wird auf null gehalten» Demzufolge stellt sich durch das Pumpverhinderungsventil 5oo ^F212 ⁼ ° ^β·*·^η' ^{so öaß} *^^er Steuerkol-en unmittelbar nach links durch die Kraft F₂ . bewegt und in seine dem ersten Signal entsprechende Stellung zurückgesetzt wird. Das heißt _r daß das erste Signal Vorzug hat. Obwohl der Steuerkolben 2o2 einmal nach rechts bewegt ist, kehrt er unmittelbar nach links zurück. Deshalb bewegt sich der Kolben Io2, auch wenn die Kammer 1o8 im Zylinder loo einmal unter hohen Druck gesetzt ist, kaum zur Seite der Stange 1o4 und kehrt unmittelbar zu dem Hubende auf der der Stange 1o4 gegenüberliegenden Seite zurück»

Die hydraulische Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann vorzugsweise das erste Signal in dem Fall ausführen, in welchem das erste Signal und das zweite Signal gleichzeitig oder nacheinander aufgegeben worden sind.

III) Schließlich wird die Pumpverhinderungsoperation anhand der Figuren 1 und 3 erläutert. Auch wenn das erste Signal aufgehoben worden ist, nachdem das zweite Signal vm Verlauf der dem ersten Signal entsprechenden Operation zugeführt worden ist und die .'- Freiauslösungsoperation wie oben beschrieben bewirkt worden ist, wird die Operation wie folgt weiterge— führt* wenn das zweite Signal fortlaufend gegeben wird. Auch wenn bei der Freiauslöseoperation die zweite Steuerkammer 212 vorübergehend durch das zweite Signal zur Hochdruckseite wird, stellt sich F ₁₂ = O zum Zeitpunkt t^ durch die Funktion der Pumpveränderungsventils 5oo ein. F«·^ — Q wird zum. Zeitpunkt t₂ beibehalten, bei welchem das erste Signal aufgehoben wird. Dieser Zustand wird aufrechterhalten, bis? das nächste zweite Signal zugeführt wird, nachdem das zweite Signal einmal aufgehoben und das Pumpverhinderungsventil 5oo

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rückgesetzt worden ist. Auf diese Weise wird die Pumpverhinderungsoperation gemäß der Erfindung mit der hydraulischen Antriebsvorrichtung erreicht.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Aus führungs form wirkt der ölhochdruck auf die Kammer 1o6 im Zylinder 1oo. Im Prinzip wird jedoch ein ähnlicher Effekt durch einen Aufbau erreicht, bei welchem der Kolben 1o2 mit einer nach unten gerichteten Kraft durch eine Feder versehen ist, wobei die Kammer zur Niederdruckölquelle offen ist. Da das zweite Steuerventil 4oo keine Schnelligkeit wie das erste Steuerventil 3oo erfordert, wird bei dieser Ausführungsform das Magnetventil verwendet. Das zweite Steuerventil kann jedoch auch eine Hochgeschwindigkeitsoperation ausführen, wenn, ein Kraftmotor bzw. Drehmomentenmotor wie bei dem ersten Steuerventil 3oo verwendet wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE

SCHIFF ν. FUN ER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINSHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 SO, D-8000 MÖNCHEN 95 283 TS

HITACHI, LTD. 19.JuIi 1978

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Hydraulische Antriebsvorrichtung

Patentansprüche

!./Hydraulische Antriebsvorrichtung mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder gleitend verschiebbaren Kolben, einem Hauptsteuerventil, welches ein Ventilgehäuse und einen in dem Ventilgehäuse gleitend verschiebbaren Steuerkolben hat und zwischen dem Ventilgehäuse und dem Steuer— kolben mit einer ersten Ventilkammer, die mit einer ölhochdruckquelle in Verbindung steht, mit einer zweiten ölkammer, die mit einer Olniederdruckquelle in Verbindung steht, und einer dritten ölkammer versehen ist, die mit der ersten und der zweiten ölkammer und einer Kammer in dem Zylinder in Verbindung steht, wobei die Kammer in dem Zylinder in der ersten ölkammer und der zweiten ölkammer über die dritte ölkammer entsprechend der Stellung des Steuerkolbens in Verbindung steht, der von den Öldruckänderungen innerhalb der jeweiligen Ölkammern angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Hauptsteuerventil eine vierte Ölkammer und eine fünfte Ölkammer aufweist, wobei

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ORIGINAL INSPECTED

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die Öldrucke in der vierten und fünften Ölkammer auf den Steuerkolben in Richtung einer Verbindung der ersten Ölkammer und der Kammer in dem Zylinder wirken, wenn die vierte und fünfte ölkammer mit der Ölhochdruckquelle in Verbindung stehen, und daß die hydraulische Antriebsvorrichtung weiterhin ein erstes Ventil, welches die dritte Ölkammer und die vierte Ölkammer beim Anlegen eines ersten Signals und die vierte Ölkammer und die ölniederdruckquelle beim Aufheben des ersten Signals verbindet, und ein zweites Ventil aufweist, welches die fünfte Ölkammer und die ölhochdruckquelle beim Anlegen eines zweiten Signals und die fünfte Ölkammer und die Ölniederdruckquelle beim Aufheben des zweiten Signals verbindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der auf den Steuerkolben durch die Öldrucke in der vierten und fünften Ölkammer ausgeübten Kräfte größer ist als eine Kraft, die auf den Steuerkolben durch einen Öldruck in der ersten Ölkammer ausgeübt wird.
3. Hydraulische Antriebsvorrichtung mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder gleitend verschiebbaren Kolben und einem Hauptsteuerventil, welches eine erste ölkammer, die mit einer Ölhochdruckquelle in Verbindung steht, eine zweite ölkammer, die mit einer ölniederdruckquelle in Verbindung steht, und eine dritte ölkammer aufweist, die mit der ersten und zweiten ölkammer und einer Kammer im Zylinder in Verbindung steht, wobei die Kammer im Zylinder mit der ersten ölkammer und der zweiten ölkammer über die dritte Ölkammer entsprechend einer Stellung eines Steuerkolbens in Verbindung steht, der von Öldruckänderungen in jeweiligen Ölkammern angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Hauptsteuerventil eine vierte Ölkammer, eine fünfte ölkammer und eine sechste ölkammer aufweist, und daß die Öldrucke in der vierten und fünften

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Ölkammer auf den Steuerkolben in der Richtung der Verbindung der ersten Ölkammer und der Kammer in dem Zylinder wirken, wenn die vierte und fünfte Ölkammer mit der Ölhochdruckquelle verbunden sind, während ein Öldruck in der sechsten ölkammer auf den Steuerkolben in der Richtung der Verbindung der zweiten ölkammer und der Kammer in dem Zylinder wirkt, wenn der Öldruck in der sechsten ölkammer ein hoher Druck ist, und daß die hydraulische Antriebsvorrichtung weiterhin ein erstes Ventil, welches die dritte Ölkammer mit der vierten ölkammer bei Anlegen eines ersten Signals und die vierte Ölkammer mit der Olniederdruckquelle bei Aufheben des ersten Signals verbindet, ein zweites Ventil, welches die fünfte Ölkammer mit der ölhochdruckquelle bei Anlegen eines 2weiten Signals und die fünfte ölkammer mit der olniederdruckquelle bei Aufheben des zweiten Signals verbindet, und ein drittes Ventil aufweist, welches die sechste ölkammer mit der ölhochdruckquelle verbindet, während der Kolben entsprechend dem ersten Signal arbeitet, und die sechste Ölkammer mit der Olniederdruckquelle verbindet, während der Kolben entsprechend dem zweiten Signal arbeitet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine Summe zwischen den Kräften, die auf den Steuerkolben durch die Öldrucke in der ersten und sechsten ölkammer ausgeübt wird, größer ist als eine Kraft, die auf den Steuerkolben durch den Öldruck in der fünften ölkammer ausgeübt wird, und kleiner ist als eine Kraft, die auf den Steuerkolben durch den Öldruck in der vierten ölkammer ausgeübt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein viertes Ventil, welches an einer Zwischenstelle eines Ölkanals angeordnet ist, der das zweite Ventil und die fünfte ölkammer des Hauptsteuerventils verbindet und die Verbindung zwischen dem zweiten Ventil und der fünften

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ölkammer unterbricht sowie das zweite Ventil und die Olniederdruckquelle nach einer Verzögerung um eine festgelegte Zeit bezüglich der Arbeitsweise des zweiten Ventils verbindet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Kraft auf den Steuerkolben durch den Öldruck in der fünften Ölkammer ausgeübt wird, die größer ist als eine Kraft, die darauf von einem Öldruck in der ersten Ölkammer ausgeübt wird, und daß eine Summe zwischen den Kräften, die auf den Steuerkolben durch die Öldrucke in der ersten und sechsten Ölkammer ausgeübt werden, größer ist als die Kraft, die von dem Steuerkolben durch den Öldruck in der fünften Ölkammer ausgeübt wird, und kleiner als die Kraft, die darauf durch einen Öldruck in der dritten ölkammer ausgeübt wird.

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