DE2945902A1

DE2945902A1 - Hydrauliksystem zum heben und senken einer last

Info

Publication number: DE2945902A1
Application number: DE19792945902
Authority: DE
Inventors: Robert Smilges
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1979-01-15
Filing date: 1979-11-14
Publication date: 1980-07-24
Also published as: ES8101211A1; FR2446396A1; BR7907549A; AU5088379A; US4244275A; ES485293A0; SE7907869L; GB2040402A; IT7950521A0; IT1128748B

Description

Abex Corporation in Hew York, USA

j Hydrauliksystem zum Heben und Senken

einer Last

; Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydrauliksystem zum Heben und Senken einer Last und betrifft insbesondere ein Aus- ; gleichsventil für ein solches Hydrauliksystem, das den Flüssigkeit szufIuQ zu und Flüssigkeitsabfluß von einem eine Last hebenden, senkenden oder anhaltenden Hydraulikmotor steuert.

In der einfachsten Form kann die Funktion eines Ausgleichs- ; ventile durch einen Kreislauf erreicht werden, der ein Überdruckventil und ein Rückschlagventil enthält, die parallel an die Lastanhebeseite eines Hydraulikmotors angeschlossen sind. Das Überdruckventil ist etwas über das Maximum des gewünschten Systemdruckes eingestellt. Das Rückschlagventil erlaubt den freien Durchfluß von Druckflüssigkeit zu dem Hydraulikmotor, wenn die Last angehoben wird, und schließt, wenn die Last angehalten oder abgesenkt wird. Um den Hydraulikmotor für die Lastabsenkung umzukehren, wird. Flüssigkeit

der Lastabsenkseite des Hydraulikmotors zugeführt, so daß ι die Summe aus der Kraft der Last und der Kraft der den Motor umkehrenden Flüssigkeit die Einstellung des Überdruckventils überschreitet und die Last abgesenkt wird. Ein Problem bei ι 20 der Anwendung eines Überdruckventile mit einem Rückschlagventil in Parallelschaltung besteht darin, daß, wenn keine >

i Last vorhanden ist, Flüssigkeit mit einem Druck oberhalb der

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Einstellung des Überdruckventils angewendet werden muß, um den hydraulikmotor umgekehrt, dae heißt absenkend, anzutreiben. Dies stellt einen großen Aufwand an vergeudeter Energie dar.

Eine Möglichkeit, um den Energieverluet beim absenkenden Antreiben eines unbelasteten *iydraulikmotors zu verringern, besteht darin, ein gesteuert arbeitendes Überdruckventil anzuwen-

den. Ein solches Ventil besitzt einen Schieberkolben, der an einem Ende einen Ventildurchlaß verschließt und am anderen Ende zwei verschieden große Steuerflächen besitzt. Gegen die kleinere Steuerfläche wirkt der in der Lastanhebeseite des aydraulikmotors herrschende Flüssigkeitsdruck, der den Schieberkolben zum Öffnen des Ventildurchlasses zu verschieben trachtet. In entgegengesetzter Richtung, das heißt im Schließsinn, wirkt auf den Schieberkolben eine einstellbare Feder ein, die den maximalen Betriebsdruck bestimmt. Wenn die Last angehoben wird, fließt Flüssigkeit durch ein in den Schieberkolben sogleich integriertes Rückschlagventil zur Lastanhebeseite des Motors. Beim Motorstillstand hält die Feder den Schieberkolben entgegen dem auf die kleinere Steuerfläche einwirkenden Flüssigkeitsdruck in der den Ventildurchlaß absperrenden Stellung. Wenn die Last abgesenkt wird, wird zusätzlich die größere Steuerfläche durch einen Steusranschluß des Ventils mit dem in der Lastabsenkseite des Motors erzeugten Flüssigkeitsdruck beaufschlagt, der zusammen mit dem Druck auf die kleinere Steuerfläche bewirkt, daß der Schieberkolben gegen die Kraft der Feder bewegt wird, um die Flüssigkeit durch den Ventildurchlaß aus der Lastanhebeseite des Motors abzulassen. Wenn sich auf dem Motor kei-

; ne Last befindet, entspricht der Flüssigkeitsdruck, der für

das Öffnen des Überdruckventils zum Antreiben des üydraulik-Piⁿ der Lastabsenk- - 3 -

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richtung erforderlich ist, dem Maximalen Systemdruck ge- ; teilt durch das Verhältnis der Schieberkolbenflächen.

Wenn das Verhältnis der Flächen 3:1 beträgt, muB der Druck der dem SteueranSchluß zugeleiteten Flüssigkeit ein Drittel des duroh die Feder eingestellten maximalen Systemdrucks sein. Auch dies stellt noch ein großes Ausmaß an verlorener Energie dar.

Das vorerwähnte gesteuert arbeitende Überdruckventil wird normalerweise durch ein in der Mittelstellung unterbrechendes (Verbindung aller Anschlüsse· mit einem Tank) Vier wegventil mit einem Drosselkolben geregelt. Zum Anheben einer Last werden der mit der Lastabsenkseite des Motors verbundene Ventilanschluß und die Steuerstufe des Ventile zu dem Tank geöffnet und wird der mit der Lastanhebeseite des Motors verbundene Ventilanschluß zur Druckquelle geöffnet. Zum Absenken der Last werden die Anschlußverbindungen umgekehrt.

Ein problem entsteht, wenn gewünscht wird, die Last langsam abzusenken. Um die Last mit einem in der Mittelstellung unterbrechenden Drosselkolben langsam abzusenken, wird der Betätigungshebel so verstellt, daß ein Druck gleichzeitig der La stab senk sei te des Motors und dem Tank zugeführt wird. Der Anteil an Flüssigkeit zur Lastabsenkseite wird allmählich erhöht, bis die Druckflüssigkeit in der Steuer— . 25 stufe ausreicht, um den Kolben zu bewegen, und der Motor j arbeiten kann. Wenn die Last zu schnell absinkt, sinkt der

Druck in der Steuerstufe ab, und die Einstellung des Aus- ^; _ - 4 -

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gleicheventils wird erhöht, wodurch die Last gegen Absenken angehalten wird. Da ein druckgesteuertes Ausgleicheventil ein schnell ansprechendes Ventil ist, schaltet das Ventil rasch ab mit der Folge, daß in dem Hydrauliksystem

starke Stöße erzeugt werden, insbesondere wenn eine schwere Last abgesenkt werden soll. Es ist folglich ersichtlich, daß das Bemühen, gleichzeitig die Drücke zu einem gesteuert arbeitenden Überdruckventil mit einem in Mittelstellung unterbrechenden Vierwegventil zu regeln, schwierig ist und zu einer unbefriedigenden Arbeitsweise des Überdruckventils führt, wenn eine schwere Last abgesenkt werden soll.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Ausgleichsventil, das die geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten beseitigt und für ein Hydrauliksystem anwendbar ist, bei dem ein Hy draulikmotor zum Anheben einer Last in der einen Richtung und zum Absenken der Last in der anderen Richtung angetrieben wird und ein Vierwegventil den Fluß von Flüssigkeit von einer Pumpe zu dem Motor reguliert. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Ausgleichsventil β besteht in erster Linie in den kennzeichnenden Merkmalen des HauptanSpruchs. Dieses Ausgleichsventil besitzt einen Do ei erschi eberkolben und eine mittels dieses Kolbens veränderbare Dosieröffnung, die beim Absenken der Last Flüssigkeit aus dem Hydraulikmotor hindurchläßt, sowie weiterhin einen Druckausgleichskolben, der einen konstanten Druckunterschied vor und hinter der Dosieröffnung aufrechterhält, um für eine bestimmte Stellung des - 5 -

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Dosierschieberkolbens einen konstanten Flüssigkeitsdurch- ; fluQ durch die Doeieröffnung aufrechtzuerhalten. Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungebeispiel des erfindungsgemäßen Auegleichsventils dargestellt, und zwar zeigen RLg. 1 das Ausgleichsventil beim Anhalten der Last in einer Position durch den Hydraulikmotor,

flg. 2 das Ausgleichsventil während der Zuführung von Flüssigkeit zum Hydraulikmotor zum Zwecke der LastabSenkung, Fig. 3 das Ausgleichsventil während der Zuführung von Flüssigkeit zum Hydraulikmotor zum Zwecke der Lastanhebung.

Eine Pumpe 10 fördert Flüssigkeit unter Druck durch eine Leitung 12 zu einem Anschluß P1 an einer Seite eines Vierwegventils 14, das an der gleichen Seite einen mit einem Tank verbundenen Anschluß T besitzt. Das Vierwegventil 14 ist an eine Seite eines Hydraulikmotors 16 durch eine Flüssigkeitsleitung 1Ö angeschlossen, die einen Ventilanschluß P2 mit einem MotoranSchluß 20 verbindet. Das Vierwegventil 14 ist an das erfindungsgemäße Ausgleichsventil 22 durch eine Flüssigkeitsleitung 24 angeschlossen, die einen VentilanSchluß P3 mit einem Ausgleichsventilanschluß 26 verbindet. Das andere Ende des Hydraulikmotors 16 ist an das Ausgleichsventil 22 durch eine Flüssigkeitsleitung 28 angeschlossen, die einen Motoranschluß 30 mit einem Ausgleichsventilan-Schluß 32 verbindet. Die Leitung 18 ist durch eine Leitung

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34 mit einem Steueranschluß 36 des Ausgleichsventils 22 verbunden.

Dae Ausgleich βν en til 22 besitzt ein Gehäuse 38, das eine Bohrung 40 für einen in dieser Bohrung axial verschiebbaren, gestuften Dosierechieberkolben 42 besitzt. Das obere finde 44 des Schieberkolbens 42 liegt in dem oberen Etode der Bohrung 40, das durch einen Kanal 46 des Gehäuses 38 mit dem Steueranschluß 36 verbunden ist· Der Schieberkolben 42 hat einen verjüngten Mittelabschnitt 48, der, um eine Dosier öffnung 58 zu bilden, mit einer ergänzenden Fläche 50 an der Unterseite eines Vorsprunges 52 zusammenwirkt, der zwischen einer oberen Aushöhlung 54 und einer unteren Aushöhlung 56 des Gehäuses 38 liegt. Das unter· Ende 60 des Dosierschieberkolbens 42 besitzt eine axiale Bohrung 62, in der eine Feder 64 angeordnet ist, die an dem Boden 66 der Bohrung 62 und an einer Vertiefung 68 am Boden der Bohrung 40 anliegt und den Schieberkolben 42 aufwärtsdrückt, so daß der verjüngte Abschnitt 48 des Schieberkolbens sich an die Gegenfläche des Vorsprunges 52 anlegt und die Doeieröffnung 58 ver schließt.

Die obere Aushöhlung 54 ist durch einen Kanal 70 mit dem VentilanSchluß 32 verbunden. Sin Flüssigkeitskanal 72, der ein Rückschlagventil 74 enthält, verbindet die untere Aushöhlung 56 mit dem Kanal 70.

Sie obere Aushöhlung 54 ist durch einen Flüssigkeitskanal 78 mit einer Bohrung 76 für «inen in dieser Bohrung axial verschiebbaren Ausgleichskolben 80 verbunden. Der

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J Boden des Ausgleichskolbens 80 hat einen abgeschrägten : Band 82, der Bit eines ergänzenden abgeschrägten Sitz 84

zusammenwirkt, um eine veränderbare Öffnung 86 zu bilden. Der Kolben 80 hat eine axiale Bohrung 88, in der eine Feder 90 angeordnet ist, die an des Boden 92 der Bohrung 88 und ' an einer Scheibe 94 anliegt, üb den Kolben 80 aufwärtszudrücken und die Öffnung 86 zu öffnen. Ober dem Sitz 84 ist eine ringförmige Aushöhlung 96 ausgebildet, in die Flüssigkeit eintritt, wenn die Öffnung 86 geöffnet ist.

Die ringförmige Aushöhlung 96 ist durch einen Flüssigkeitskanal 98 mit dem unteren Ende der den Bo si er schieberkolben enthaltenden Bohrung 40 und durch einen Flüssigkeitskanal 102 mit dem Ventilanschluß 26 verbunden. Das untere Ende der den Ausgleichskolben enthaltenden Bohrung 76, das heißt die Eintrittsseite der veränderbaren Öffnung 86, ist durch einen Kanal 100 mit der Aushöhlung 56 unterhalb der Dosieröffnung 58 und durch einen Kanal 104 mit dem Flüssigkeitskanal 102 verbunden. Der Kanal IO4 enthält ein Rückschlagventil 106.

In ier Fig. 1 ist die Wirkungsweise des Ausgleichsventile dargestellt, wenn der Hydraulikmotor 16 eine Last stationär anhält. Hierbei befindet sich das Vierwegventil 14 in der Mittel st el lung; die Anschlüsse P1, P2 und P3 sind mit dem Tank verbunden, und der Hydraulikmotor 16 bewegt sich nicht.

Das Gewicht der Last erzeugt in der Leitung 28, in der oberen Aushöhlung 54 oberhalb der Doaieröffnung 58 und in dem ί

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44.

Kanal 78, der über dem Ausgleichskolben 80 an die diesen Kolben enthaltende Bohrung 76 angeschlossen ist, einen von dem Gewicht der Ladung abhängigen Flüssigkeitsdruck. Die Hochdruckflüesigkeit über dem Kolben 80 überwindet die Kraft der Feder 90 und bewirkt, daß der Kolben 80 sich auf den Sitz 84 aufsetzt und die Öffnung 86 geschlossen wird» Die Hochdruckflüssigkeit kann nicht zur Unterseite des Kolbens 80 gelangen und die Feder 90 zum Öffnen der Ausgleichsöffnung 86 unterstützen, weil das Rückschlagventil 74 den Kanal 72 verschließt, wenn Druckflüssigkeit in dem Kanal 70 steht, und weil die Dosieröffnung 58 durch die Feder 64 verschlossen ist. Da die Dosieröffnung 58 und die Ausgleichsöffnung 86 verschlossen sind, kann keine Flüssigkeit aus dem Hydraulikmotor 16 austreten und bleibt die Last stationär gehalten.

In der Fig. 2 ist die Wirkungsweise des Ausgleichsventils 22 dargestellt, wenn eine Last abgesenkt wird. Zum Absenken einer Last ist das Vierwegventil so verstellt, daß der Druckanschluß P1 mit dem Anschluß P2 kommuniziert und der Anschluß P3 an den Tank angeschlossen ist. Druckflüssigkeit, die einen verhältnismäßig niedrigen Druck von beispielsweise 7 bis 21 Kilogramm pro Quadratzentimeter haben kann, fließt von der Leitung 12 in die Leitung 18, in den Anschluß 20 an dem einen Ende des Hydraulikmotors 16 und in den Steueranschluß 36 des Ausgleichsventils 22. Von dem Anschluß 36 fließt die Druckflüssigkeit durch den Kanal 46

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■ η.

gegen das obere Ende 44 des Dosierschieberkolbens 42, wodurch die Kraft der Feder 64 überwunden und die Dosieröffnung 5Ö geöffnet wird. Sobald die Öffnung 58 geöffnet ist, fließt die Hochdruckflüssigkeit in der oberen Aushöhlung von der Leitung 28, die mit der Lastanhebeseite des Hydraulikmotors 16 verbunden ist, durch die Dosieröffnung ·28 in die Aushöhlung 56 und von hier durch den Kanal 100 zur Unterseite des Ausgleichskolbens 80. Wenn die Summe des Flüssigkeitsdruckes gegen die Unterseite des Kolbens 80 und der Kraft der Feder 90 groß genug ist, um die Kraft der über den Kanal 78 auf die Oberseite des Kolbens 80 einwirkenden Hochdruckflüssigkeit zu überwinden und dadurch den Kolben 80 von dem Sitz 84 abzuheben, wird die Öffnung 86 geöffnet und kann Flüssigkeit von dem Hydraulikmotor durch die Öffnung 86, durch die ringförmige Aushöhlung 96, durch den Kanal 102 und durch die Leitung 24 in den Tank abfließen. Dadurch beginnt die Last sich abz-usenken.

Wie vorstehend erwähnt, durchströmt die beim Absenken der Last aus dem Hydraulikmotor 16 abgelassene Flüssigkeit die Dosiere ffnung 58. Da ein Druckabfall eintritt, wenn die Flüssigkeit die Öffnung 58 durchströmt, wirkt gegen die Unterseite des Kolbens 80 Flüssigkeit mit einem reduzierten Druck. Sobald die Absenkgeschwindigkeit der Last ansteigt, nimmt die die Dosieröffnung 58 durchströmende Flüssigkeitsmenge zu und vergrößert sich der Druckabfall an der Öffnung 58. Wenn der Druckabfall zu groß wird, reicht die Summe der Kraft der gegen die Unterseite des Ausgleichskolbens 80

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drückenden Flüssigkeit und der Kraft der Feder 90 nicht mehr aus, um die Kraft der gegen die Oberseite des Kolbens 80 drückenden Druckflüssigkeit zu überwinden, so daß der Ausgleichskolben 80 sich zum Sitz 84 hin verstellt und die Ausgleichsöffnung 86 verengt wird, wodurch der Flüssigkeitsdurchfluß durch die Dosieröffnung 58 verringert wird. Und sobald der Flüssigkeitsdurchfluß durch die Dosieröffnung 58 abnimmt, verringert sich der Druckabfall bei dieser Öffnung 58 und vergrößert sich die Ausgleichsöffnung 86 wieder. Auf diese Weise hält der Ausgleichskolben 80 den Druckabfall bei der Dosieröffnung 58 gleich der Kraft der Feder 90, wodurch der Fluß von Flüssigkeit durch die Dosieröffnung 58 und aus dem Hydraulikmotor 16 geregelt wird und der Hydraulikmotor 16 beim Absenken der Last nicht zu schnell werden kann.

In der Fig. 3 ist die Wirkungsweise des Ausgleichsventils 22 dargestellt, wenn eine Last angehoben wird. Zum Anheben einer Last ist das Vierwegventil 14 so verstellt, daß der Druckanschluß P1 mit den Anschluß P3 koinnuniziert und der Anschluß P2 an den Tank angeschlossen ist. Hochdruckflüssigkeit fließt von der Leitung 12 in die Leitung 24, in den AuEgleichsventilanschluß 26 und in die Flüssigkeitskanäle 102 und 104. Von dem Kanal 102 fließt Flüssigkeit durch die den Ausgleichskolben 80 umgebende ringförmige Aushöhlung 96 in den Kanal 98, der an der Unterseite des Dosierschieberkolbens 42 endet. Die Hochdruckflüssigkeit drückt zusammen mit der Feder 64 den Schieberkolben 42 nach oben, wodurch

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die DosierÖffhung 58 verschlossen wird* Durch den Kanal 1Ο4 und durch das Rückschlagventil 106 fließt Flüssigkeit zur Unterseite des Ausgleichskolbens 80 und in den Kanal IOO, der in die Aushöhlung 56 unterhalb der Dosieröffnung 58 einmündet. Die Flüssigkeit fließt von der Aushöhlung 56 in den Kanal 72 und durch das Rückschlagventil 74 in den Kanal Von dem Kanal 70 strömt die Flüssigkeit durch den Ventilanschluß 32 in die Leitung 28, die mit dem Motoranschluß 30 verbunden ist. Hierdurch wird dem Hydraulikmotor Flüssigkeit zugeführt, um ihn zum Anheben der Last anzutreiben.

Von dem Kanal 70 fließt auch Flüssigkeit in die obere Aushöhlung 54 und in den Kanal 78, der über dem Ausgleichskolben 80 endet. Dadurch wird beim Anheben der Last der Ausgleichskolben durch die Feder 90 angehoben, da die Flüssigkeitsdrucke über und unter dem Kolben gleich groß sind. Es spielt keine Rolle, wenn der Ausgleichskolben 80 beim An-

.wird

hciben der Last von seinem Sitz abgehobelt weil der Ausgleichskolben 80 hauptsächlich die Aufgabe hat, beim Absenken der Last die Durchflußmenge von Flüssigkeit durch die Dosieröffnung 58 zu steuern.

Die aus dem Hydraulikmotor 16 durch den MotoranSchluß 20 austretende Flüssigkeit wird über die Leitung 18 und das Ventil 14 in den Tank abgeleitet.

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Claims

Abex Corporation in New York, USA Hydrauliksystem zum Heben und Senken einer Last Patentansprüche

1. Hydrauliksystem zum Heben und Senken einer Last, mit einem Hydraulikmotor, der in einer Richtung für die Lastanhebung und in entgegengesetzter Richtung für die Lastabsenkung antreibbar ist, mit einer Pumpe zum Zuführen von Druckflüssigkeit für den Antrieb des Motors, und mit einem Vierwegventil, welches zum Anheben oder Absenken der Last jeweils den Pumpenaustritt mit der einen oder anderen Seite des Motors verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vierwegventil (14) und dem Hydraulikmotor (16) ein gesteuert arbeitendes Ausgleichsventil (22) angeordnet ist, welches einen Dosierschieberkolben (42) und eine bei Lastabsenkung Flüssigkeit aus dem Motor hindurchlassende, mittels des Dosierschieberkolbens veränderbare Dosieröffnung (58) aufweist, wobei der Dosierschieberkolben zum Schließen der Dosieröffnung unter der Einwirkung eines Druckorgans (64) steht, daß das Ausgleichsventil (22) einen Steuer-Flüssigkeitsanschluß (36, 46) aufweist, der mit einem Ende des Dosierschieberkolbens verbunden ist, wobei Druckflüssigkeit in diesem Steueranschluß den Dosierschieberkolben zum Öffnen der Dosieröffnung für die Lastabsenkung verstellt, daß ferner in dem Ausgleichsventil (22) ein Druckkompensationsventil (76, 80) mit einem Ausgleichskolben (80) angeordnet ist, der mit der Zuström- und der Abströmseite der Dosieröffnung (58) verbunden

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ORiGiNAtINSPECTED

ist und mit einem Ausgleichskolbensitz (84) zur Bildung einer Ausgleichsöffnung (86) zusammenvirkt, der Flüssigkeit von der Dosieröffnung (58) zufließt, vobei das Druckkompensations ventil (76, 80) ein konstantes Druckdifferential vor und hinter der Dosieröffnung (58) und damit einen konstanten Flüssigkeitsdurchfluß durch die Dosieröffnung (58) vährend der Lastabsenkung aufrechterhält.

2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zvischen dem Viervegventil (14) und dem Hydraulikmotor (16) eine zweite Flüssigkeitsleitung (18) angeordnet ist, die mit dem Steuer-Flüssigkeitsanschluß (34, 46) des Ausgleichsventils (22) verbunden ist,

3. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des Hydraulikmotors (16) mit der Zuströmseite der Dosieröffnung (58) verbunden ist.

4. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der DosierschieberJcolben (42) an eine bei Lastanhebung unter Flüssigkeitsdruck stehende Leitung (98) angeschlossen ist und durch Druckflüssigkeit in dieser Leitung, zusammen mit der Kraft des Druckorgans (64), zum hydraulischen Verschließen der Dosieröffnung (58) vährend der Lastanhebung.verstellbar ist.

5. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskolben (80) an eine bei Anhalten der Last unter Flüssigkeitsdruck bleibende Leitung (78) angeschlossen ist und durch Druckflüssigkeit in dieser Leitung zum hydraulischen Verschließen der Ausgleichsöffnung (86) vährend des Stillstandes des Hydraulikmotors verstellbar ist.

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6. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsventil (22) Kanäle (104» 100, 72) aufweist, die das Druckkompensationsventil (76, 80) und die Dosieröffnung (58) vährend der Lastanhebung als Bypass umgehen.

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