DE2854572A1

DE2854572A1 - Durch fluessigkeitsdruck betaetigbares pilotventil

Info

Publication number: DE2854572A1
Application number: DE19782854572
Authority: DE
Inventors: Marioo Beccaria; Renzo Moretti
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1977-12-22
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1979-06-28
Also published as: GB2011035A; US4246921A; JPS5489331A; GB2011035B; FR2412773A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing.H.Liska

SBH FIAT

Societa per Azioni

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Turin Italien

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POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Durch Flüssigkeitsdruck betätigbares Pilotventil

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Die Erfindung betrifft ein durch Flüssigkeitsdruck betätigbares Pilotventil. Hierzu gehören beispielsweise Pilotventilvorrichtungen, die in Berieselungsanalgen eingesetzt sind und dazu dienen, einen Berieselungszyklus automatisch in vorbestimmten Zeitintervallen zu steuern, indem ein Flüssigkeitsvorrat mit einer Ausgabevorrichtung verbunden wird.

In Berieselungssystemen mit bekannten hydraulisch arbeitenden Pilotventilvorrichtungen, wie sie beispielsweise in der italienischen Patentanmeldung 70139-A/77 beschrieben sind, muß die Ausgabevorrichtung einen geschlossenen Kreis bilden, der an beiden Enden mit ein und derselben Pilotventilvorrichtung verbunden ist. Bei Systemen dieser Art ist es nicht immer möglich, eine lineare Anordnung der Ausgabeleitungen zu verwirklichen, da jede Einheit unabhängig arbeiten muß. Dieser Nachteil tritt besonders dann auf, wenn das System in großflächigen Kulturen eingesetzt wird, bei denen ein geschlossener Kreislauf aus Leitungen nicht immer mit dem Einsatz landwirtschaftlicher Maschinen vereinbar ist, insbesondere wenn die Leitungen über Pflanzreihen hinweggeführt sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein durch Flüssigkeitsdruck betätigbares Pilotventil anzugeben, das eine zyklische Modulation eines Flüssigkeitsdrucks in einer Steuerdruckleitung ermöglicht und sich insbesondere zum Einsatz in Berieselungsanlagen mit einer linearen Anordnung der Ausgabeleitungen eignet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die entsprechend ausgebildete Pilotventilvorrichtung ermöglicht eine zyklische Modulation des Flüssigkeitsdrucks in einer Steuerlei-

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tung zur Betätigung eines Steuerventils und enthält ein erstes Ventilelement, das durch den Flüssigkeitsdruck an einem Eintritt von einer ersten in eine zweite Stellung gebracht wird und die Steuerdruckleitung von einem Druckwert auf einen anderen Druckwert umschaltet. Ferner ist eine Vorrichtung zur Rückführung des Ventilelements in seine erste Stellung unter Steuerung einer durch Flüssigkeitsdruck betätigbaren Zeitgebervorrichtung vorgesehen, die mit unter Druck stehender Flüssigkeit aus der Steuerdruckleitung gespeist wird und eine vorbestimmte Zeitverzögerung zwischen der Verlagerung des Ventilelements und seiner Rückführung in seine erste Stellung erzeugt.

Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform umfaßt die Pilotventilvorrichtung ferner ein Betätigungselement mit unterschiedlichen Flächen, das elastisch in die erste Position gedruckt wird, in der es .normalerweise das erste Ventilelement an einem ersten Ventilsitz hält und eine von der Steuerdruckleitung ausgehende Abführungsleitung abdichtet. Diese steht normalerweise mit dem Flüssigkeitsdruckeintritt über einen zweiten Ventilsitz mit kleinerer effektiver Fläche als der erste Ventilsitz in Verbindung, dem ein zweites Ventilelement zugeordnet ist, das mit dem Betätigungselement verlagert werden kann. Ein Kanal verbindet die Steuerdruckleitung mit einer Seite größerer Fläche des Betätigungselements über eine Verengung und einen Druckspeicher, der die Zeitgebervorrichtung bildet, so daß bei Einwirkung eines Flüssigkeitsdrucks auf den Eintritt das Betätigungselement nach der vorbestimmten Zeitverzögerung verlagert wird und das erste Ventilelement von dem ersten Ventilsitz entfernt. Dadurch wird die Steuerdruckleitung mit der Abführungsleitung verbunden und das zweite Ventilelement auf den zweiten Ventilsitz bewegt, wodurch die effektive Fläche des Betätigungselements, die durch den

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Flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird, verringert wird. Das Betätigungselement wird in dieser zweiten Stellung gehalten, bis der Druck in dem Druckspeicher so weit abfällt, daß das erste Ventilelement in die erste Stellung zurückkehren kann. Das zweite Ventilelement bewegt sich dann von dein zweiten Ventilsitz weg, wenn der Druck in der Steuerdruckleitung wieder den Eintrittsdruck annimmt .

Der Druckspeicher kann eine Kammer aufweisen, die mindestens eine elastisch gespannte V/and hat. Gemäß einem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel wird die Kammer durch eine rohrförmige elastische Membran begrenzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur beschrieben, die schematisch den Längsschnitt einer hydraulisch betätigbaren Pilotventilvorrichtung nach der Erfindung zeigt, welche in der Ausgabevorrichtung eines Berieselungssystems angeordnet ist.

Die Pilotventilvorrichtung 1 enthält einen Ventilkörper 2, in dessen einer Stirnfläche eine erste, ein Innengewinde aufweisende Kammer 3 und eine dagegen größere Kammer 4 vorgesehen sind, die ein Innengewinde zur Aufnahme einer Verschlußplatte 4a aufweist. Die zweite Kammer 4 verengt sich an einer ringförmigen Kante 5 zu einem kleineren Durchmesser und hat dort eine zylindrische Bohrung 6, die sich zur anderen Stirnfläche des Ventilkörpers 2 hin öffnet, Ein erster und ein zweiter Kanal 7 und 8 gehen rechtwinklig von der Bohrung 6 in zueinander entgegengesetzten Richtungen aus und münden an den entsprechenden Seitenflächen des Ventilkörpers 2. Die Kanäle 7 und 8 haben in axialer Richtung der Bohrung 6 einen Abstand zueinander, wobei der erste Kanal 7 der ringförmigen Kante 5 näher zugeordnet ist.

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Die Bohrung 6 ist mit einem ersten ringförmigen Ventilsitz 9 zwischen den Kanälen 7 und 8 versehen. Ein Kanal 10 geht rechtwinklig von dem zweiten Kanal 8 aus und steht mit der ersten Kammer 3 in Verbindung, wozu an seinem Ende ein Mündungsstutzen 11 in der Kammer 3 ausgebildet ist. Die erste Kammer 3 ist mit der zweiten Kammer 4 über einen Kanal 12 verbunden.

Eine Dosiervorrichtung 13 ist in der ersten Kammer 3 angeordnet und umfaßt eine geflanschte Kappe 14 und einen frei beweglichen Ventilteller 15. Die Kappe 14 hat einen äußeren, ringförmigen, mit Gewinde versehenen Flansch 14a, der in die erste Kammer 3 eingeschraubt ist,und einen ringförmigen Zwischenflansch 14b mit einer schmalen Nut, der gemeinsam mit dem Ventilteller 15 eine Öffnung 16 bildet, die die Kammer 3 mit einer schmalen Querbohrung 17 in der Kappe 14 verbindet. Ein innerer Ringflansch 14c der Kappe begrenzt das innere Ende eines in axialer Richtung durch die Kappe 14 verlaufenden Kanals 18.

Die Öffnung 16, die Querbohrung 17 und die Kanalöffnung bilden eine Strömungsverengung zwischen der ersten Kammer 3 und der zweiten Kammer 4.

Der Ventilteller 15 wird in eine erste Stellung, eine Ruhestellung, gedrückt, in der er den Kanal 18 (wie dargestellt) verschließt. Hierzu dient eine Schraubenfeder 19, die den Stutzen 11 umgibt. In dieser Stellung bildet der Innenflansch 14c einen ringförmigen Anschlag für den Ventilteller 15. In der Ruhestellung ist der Kanal 10 mit der zweiten Kammer 4 über die Strömungsverengung 12, 16, 17 verbunden. In einer nicht dargestellten zweiten Stellung liegt der Ventilteller 15 an dem Stutzen 11 und verschließt den Kanal 10, während die zweite Kammer 4 mit dem Abführungskanal 8 über die Kanalöffnung 12 und die Querbohrung 17 verbunden ist,

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In der zweiten Kammer 4 ist ein Druckspeicher angeordnet, der durch eine dehnungsfähige, rohrförmige elastische Membran 20 gebildet ist, die an einem ihrer Enden mit der Kanalöffnung 12 der Strömungsverengung und an ihrem anderen Ende mit einer zentralen Bohrung 21 in einer Yfand 22 einer kleinen Kammer 23 verbunden ist, die gleichfalls in der Kammer 4 angeordnet ist. Die gegenüberliegende Wand der Kammer 23 ist durch eine deformierbare, elastomere Membran 24 gebildet, die mit ihrem Umfang an der ringförmigen Kante 5 eier Kammer 4 befestigt ist.

Die Membran 24 bildet einen großflächigen Teil eines Betätigungselements mit unterschiedlichen Flächen, wozu auch ein Kolben 25 gehört, der zentral an der Membran 24 befestigt ist und koaxial in der Bohrung 6 liegt. Ferner sind ein erstes Ventilelement in Form eines elastomeren Verschlusses 26 am Kolben 25 bzw. am ersten Ventilsitz 9 und ein zweites Ventilelement in Form eines kegelstumpfförmigen Endes 27 des Kolbens 25 vorgesehen, welches ferner das Element mit kleinerer Fläche der Betätigungsanordnung bildet. Das kegelstumpfförmige Ende 27 ist einem zweiten Ventilsitz zugeordnet, der durch eine ringförmige Innenkante 28 eines mit einer zentralen Öffnung versehenen Stopfens 29 gebildet ist, der in das offene Ende der Bohrung 6 der Membran 24 gegenüberliegend eingesetzt ist. Die ringförmige Kante 28 dient als Auflager für eine Schraubenfeder 30, die das erste Ventilelement, also den Verschluß 26, in eine in der Figur dargestellte erste Stellung drückt.

In dieser ersten Stellung sitzt der Verschluß 26 abdichtend am ersten Ventilsitz 9 und verhindert die Verbindung zwischen den beiden Kanälen 7 und 8. In einer nicht dargestellten zweiten Stellung ist der Verschluß 26 von dem ersten

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Ventilsitz 9 entfernt, und das kegelstumpfförmige Ende 27 des Kolbens 25 sitzt an dem zweiten Ventilsitz, nämlich der ringförmigen Kante 28,und schließt eine Öffnung 31 in dem Stopfen 29, wodurch der erste Kanal 7 mit dem zweiten Kanal 8 verbunden wird.

Das Pilotventil 1 ist beim Einsatz in einem Berieselungssystem an einem Austritt 32 des zweiten Kanals 8 mit Flüssigkeitsausgabevorrichtungen 33 verbunden, von denen eine gezeigt ist. Diese umfaßt ein Steuerventil 34 und eine perforierte Berieselungsleitung 35.

Das Steuerventil 34 hat einen Steuereintritt 36, der mit dem Austritt 32 des Pilatventils 1 verbunden ist, und einen Speiseeintritt 37» der mit einem Vorrat für Berieselungsflüssigkeit verbunden ist. Die Eintritte 36 und 37 münden in eine zentrale Kammer 38 des Steuerventils 34-, die zwischen den Eintritten 36 und 37 quer durch eine deformierbare elastomere Membran 39 unterteilt ist, welche mit ihrem Umfang an einer ringförmigen Kante 40 befestigt ist. Die Membran 39 ist zwischen einer ersten Stellung (in der Fi- ■ gur gezeigt) i~ in der ihr mittlerer Teil den Eintritt 37 innerhalb der Kammer 38 verschließt, und einer zweiten Stellung (nicht gezeigt) bewegbar, in der der Eintritt 37 mit der Ventilkammer 38 in Verbindung steht. Die Steuerventilkammer 38 steht dauernd mit einer Ausgabeleitung 41 in Verbindung, die an einem Ende mit der perforierten Ausgabeleitung 35 verbunden ist. Das andere Ende der Ausgabeleitung 35 ist durch einen Stopfen 42 verschlossen.

Ein kleiner Zusatzspeicher 43 ist mit der Ausgabeleitung 41 verbunden.

Beim Betrieb des Pilotventils 1 wird der erste Kanal 7 mit einer Abführungsleitung verbunden. Der zweite Kanal 8 ist

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eine Steuerdruckleitung, und die Öffnung 31 des Stopfens 29 ist mit einem Berieselungsflüssigkeitsvorrat verbunden, normalerweise mit der Wasserversorgungsleitung. Zusätzlich ist der Speiseeintritt 37 des Steuerventils 34 ferner mit einem 3erieselungsflüssigkeitsvorrat verbunden, normalerweise gleichfalls mit der Wasserversorgungsleitung.

Das der Eintrittsöffnung 31 unter Versorgungsdruck zugeführte Wasser strömt durch die Steuerdruckleitung 8, und ein Teil des Wassers läuft durch den Austritt 32 und den Steuereintritt 36 des Steuerventils 34 in die zentrale Kammer 38, wo die Membran 39, die gleichfalls als ein Betätigungselement mit unterschiedlichen Flächen wirkt, in die dargestellte erste Stellung gebracht wird, in der der Speiseeintritt 37 verschlossen wird und der Durchgang des Wassers durch die Ausgabeleitung 35 gesperrt ist. Das unter Versorgungsdruck der Steuerleitung 8 zugeführte Wasser strömt ferner durch den Kanal 10 in die erste Kammer 3 und durch die rohrförmige Membran 20 in die kleine Kammer 23.

Die Strömungsverengung aus den Elementen 16, 17 und 12 bestimmt die Druckzunahme in der rohrförmigen Membran 20 und der kleinen Kammer 23. Das Wasser in der Membran 20 und der Kammer 23 hat zunächst einen geringeren Druck als der Versorgungsdruck infolge der StrömungsVerengung. Wenn der Druck jedoch sich dem Versorgungsdruck annähert, so dehnt sich die Membran 20 innerhalb der zweiten Kammer aus, wie es in der Figur gestrichelt gezeigt ist, bis eine weitere Ausdehnung durch die Wände der Kammer 4 verhindert wird. Die Luft wird dabei aus der Kammer 4a durch eine Entlüftung 4b abgeführt. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der

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Druck Innerhalb der rohrförmigen Membran 20 und der kleinen Kammer 23 den Versorgungsdruck. Da jedoch die effektive Fläche der Membran 24 größer als die effektive Fläche des Verschlusses 26 ist, auf den der Versorgungsdruck einwirkt, wird die Membran 24 nach unten verformt, wie es in der Figur gezeigt ist, und überwindet die Kraft der Feder 30. Dadurch wird der Verschluß 26 in seine zweite Stellung gebracht, in der die Steuerdruckleitung 8 mit dem Kanal 7 verbunden ist und die Eintrittsöffnung 31 verschlossen wird, indem das kegelstumpfförmige Ende 27 des Kolbens 25 gegen die ringförmige Kante 28 gedrückt wird.

Bei Öffnung des Kanals 7 wird der Wasserdruck in der Steuerdruckleitung 8, dem Kanal 10 und dem Steuereintritt 36 des Steuerventils 34 zum Kanal 7 geleitet. Dieser Vorgang tritt schnell ein, so daß die kleine Kammer 23 und die rohrförmige Membran 20 dann einen relativ höheren Druck infolge der Strömungsverengung 12, 16, 17 haben. Dadurch ergibt sich eine Verlagerung des Ventiltellers 15 gegen die Wirkung der Feder 19 in die zweite Stellung, in der der Kanal 10 gesperrt und der Abführungskanal 8 geöffnet ist, so daß der Wasserdruck abgeleitet wird. Der Druckspeicher, die Membran 20, zieht sich langsam zusammen, während die Membran 24 mit Ihrer größeren effektiven Fläche relativ zur Fläche des kegelstumpfförmigen Endes 27 des Kolbens 25 das genannte Ende des Kolbens 25 für eine vorbestimmte Zeit abdichtend an der ringförmigen Kante 28 hält. Während dieser Zeit bewirkt der Druckabfall am Steuereintritt 36 des Steuerventils 34 eine Verformung der Membran 39 in ihre zweite Stellung, in der dann Wasser von dem Speiseeintritt 37 in die Berieselungsleitung 35 geleitet wird. Der kleine Zusatzspeicher 43 glättet den Druckimpuls in der Ausgabeleitung 41, wenn sich das Steuerventil 34 öffnet.

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liach einem durch die Stromungsverengungselemente 12 und 17 bestimmten Zeitintervall ist die Auswirkung der unterschiedlichen Fläche der Membran 24 relativ zu derjenigen des Kolbenendes 27 überwunden, und die Feder 30 führt den Verschluß 26 in seine erste Stellung zurück. Der vorstehend beschriebene Zyklus wiederholt sich dann automatisch, wodurch sich eine zyklische Modulation des Drucks in der Steuerdruckleitung 8 ergibt.

Die Wiederholungszeit für jeden Druckmodulationszyklus kann geändert werden, indem die Größe der zweiten Kammer, die Größe der Stromungsverengungselemente 12, 16 und 17, die Stärke der Federn 19 und 30 und die Elastizität der Membranen 24 und 39 oder die Dicke der Speichermembran 20 geändert werden. Eine vorteilhafte und einfache Möglichkeit für eine solche Änderung besteht in mehreren Deckplatten 4a unterschiedlicher Dicke zur Änderung der Größe der zweiten Kammer 4 und damit des möglichen Grades der Dehnung der Membran 20.

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Claims

Patentansprüche

Durch Flüssigkeitsdruck betätigbare Pilotventilvorrichtung zur zyklischen Modulation des Flüssigkeitsdrucks in einer Steuerleitung und Betätigung eines Steuerventils, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (1) ein erstes Ventilelement (26) enthält, das durch den Flüssigkeitsdruck an einem-Eintritt (31) aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegbar ist und die Steuerdruckleitung (8) von einem Flüssigkeitsdruckwert auf einen anderen umschaltet, daß ferner eine Vorrichtung (30) zur Rückführung des Ventilelements (26) in seine erste Stellung unter Steuerung einer durch Flüssigkeitsdruck betätigbaren Zeitgebervorrichtung (12, 16, 17, 20) vorgesehen ist, die mit unter Druck stehender Flüssigkeit aus der Steuerdruckleitung (8) gespeist wird und eine vorbestimmte Verzögerung zwischen der Verlagerung des Ventilelements (26) und seiner 'Rückführung in die erste Stellung erzeugt.

Vorrichtung nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (1) ein Betätigungselement (24, 25, 26, 27) mit unterschiedlichen Einwirkungsflächen aufweist, das elastisch in die erste Stellung gespannt ist und normalerweise das erste Ventilelement (26) an einem ersten Ventilsitz (9) hält, wobei eine Abführungsleitung (7) gegenüber der Steuerdruckleitung (8) gesperrt ist, die normalerweise mit dem Eintritt (31) über einen zweiten Ventilsitz (28) verbunden ist, daß der zweite Ventilsitz (28) eine kleinere effektive Fläche als der erste Ventilsitz (9) hat und mit einem zweiten Ventilelement (27) in Wechsel-

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wirkung steht, das durch das Betätigungselement (24,

25, 26, 27) bewegbar ist, daß ein Kanal (10) zur Verbindung der Steuerdruckleitung (8) mit der Seite des Betätigungselements größerer Einwirkungsfläche über Strömungsverengungselemente (12, 16, 17) und einen Druckspeicher (20) als Zeitgebervorrichtung vorgesehen ist, wodurch bei Einwirkung von Flüssigkeitsdruck auf den Eintritt (31) das Betätigungselement (24, 25, 26, 27) nach Ablauf der Zeitverzögerung verlagert wird und das erste Ventilelement (26) von dem ersten Ventilsitz (9) entfernt und die Steuerdruckleitung (8) mit der Abführungsleitung (7) verbindet sowie das zweite Ventilelement (27) zum zweiten Ventilsitz (28) bewegt, womit eine Verringerung der effektiven Einwirkungsfläche des Betätigungselements (24, 25, 26, 27) verbunden ist, daß das Betätigungselement (24, 25,

26, 27) in dieser zweiten Stellung gehalten wird, bis der Druck im Druckspeicher (20) zur Rückführung des ersten Ventilelements (26) in die erste Stellung und zur Entfernung des zweiten Ventilelements (27) von dem zweiten Ventilsitz (28) ausreichend abgefallen ist, wenn der Druck in der Steuerdruckleitung (8) den Druck am Flüssigkeitseintritt (31) wieder annimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anwendung von Hydraulikdruck der Druckspeicher (20) eine Kammer mit mindestens einer elastisch belasteten Wand ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer durch eine rohrförmige elastische Membran (20) gebildet ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (24, 25, 26, 27) eine flexible Membran (24) ist, deren eine Seite die größe re Einwirkungsfläche bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement ferner einen Kolben (25) aufweist, der einen federnd elastomeren Verschluß (26) als erstes Ventilelement aufweist und an der Seite kleinerer Einwirkungsfläche ein das zweite Ventilelement bildendes Ende (27) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilsitz (28) als Auflager für ein Ende einer Feder (30) dient, die die elastische Vorspannung für das Betätigungselement (24, 25, 26, 27) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverengungselemente (12, 16, 17) ein elastisch vorgespanntes Ventil (15) in einer Kammer (3) zwischen der Steuerdruckleitung (8) und dem Druckspeicher (20) umfassen, das in einer ersten Stellung einen verengten Strömungskanal (16) zwischen der Kammer (3) und dem Druckspeicher (20) bildet und so angeordnet ist, daß es bei Leitung des Drucks der Steuerdruckleitung (8) zur Austrittsleitung (7) in eine zweite Stellung bewegt wird, in der es den Kanal (10) von der Steuerdruckleitung (8) zum Druckspeicher (20) verschließt und den Druckspeicher (20) mit einem verengten Abführungskanal (18) verbindet.

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-JSr-

Vorrichtung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckleitung (8) mit einem Steuerventil (34) verbunden ist, das abhängig von Änderungen des Steuerdrucks zwischen zwei vorgegebenen Werten Berieselungsflüssigkeit einem Berieselungsleitungssystem (35) zuführt.

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