DE3130658A1

DE3130658A1 - Hydrostatisches antriebssystem mit einem an eine drucknetzleitung angeschlossenen hydromotor

Info

Publication number: DE3130658A1
Application number: DE19813130658
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dr.-Ing. 5100 Aachen Backé; Hubertus Dipl.-Ing. 5100 Aachen Murrenhoff; Franz Dipl.-Ing. 5020 Frechen Weingarten
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1981-08-03
Filing date: 1981-08-03
Publication date: 1983-02-17
Also published as: US4503674A; FR2510671A1; FR2510671B1

Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

A 81/47 A A 662

DP-St/As 2O.7.I98I

Hydrostatisches Antriebssystem mit einem an eine Drucknetzleitung angeschlossenen Hydromotor

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem mit einem an eine mit hohem, möglichst konstantem Druck gespeiste Drucknetzleitung, in der ein bezogen auf die angeschlossenen' Verbraucher unbeschränkter Strom

fließt, angeschlossenen einstellbaren, mit einer drehzahl-20

abhängig die Einstellung beeinflussenden Regeleinrichtung versehenen Hydromotor. Infolge der Tatsache, daß durch die Drucknetzleitung dem Hydromotor ein praktisch unbegrenzter Strom zufließen kann, besteht bei solchen Antriebssystem die Gefahr, daß der Hydromotor auf eine unzulässig hohe Drehzahl kommt, sei es, weil der Hydromotor plötzlich stark entlastet wird und die Drehzahlregeleinrichtung nicht schnell'genug ansprechen kann oder weil in der Drehzahlregeleinrichtung eine Störung auftritt,

eine

beispielsweise/Signalleitung unterbrochen wird. 30

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gefahr zu vermeiden, daß der Hydromotor eine unzulässig hohe Drehzahl erreicht.

Form. 5729 7.70

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der den Flüssigkeitsstrom zu dem Hydromotor führenden oder in der den Flüssigkeitsstrom vom Hydromotor abführenden Leitung eine den Strom begrenzende Sicherheitseinrichtung angeordnet ist. Diese Sicherheitseinrichtung kann ein Strombegrenzungsventil sein, welches dann, wenn der den Hydromotor durchfließende Strom einen vorgegebenen oberen Grenzwert erreicht, drosselt und verhindert, daß der Strom den vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Bei einem auf ein konstan- IQ tes Schluckvolumen eingestelltem Motor genügt das und auch bei einem einstellbaren Motor ist bedingt eine befriedigende Sicherheit zu erreichen, wenn die Stelleinrichtung des Motors derart ausgestaltet ist, daß der Motor bei jeder Störung in der Regeleinrichtung zwangsläufig auf größtes ₁₅Hubvolumen pro Umdrehung eingestellt wird, weil dann gesichert ist, daß bei jeder Störung der größtmögliche Volumenstrom bei der höchstzulässigen Drehzahl den Motor durchströmt und bei diesem größten Volumenstrom die Sicherheitseinrichtung anspricht. Wenn andererseits vorgesehen ist, daß bei jeder Störung in der Regeleinrichtung des Motors dieser auf kleinstes Hubvolumen pro Umdrehung - möglichst in Nullhublage - gestellt wird, gibt der Motor bei einer Störung nur ein minimales Drehmoment ab und sofern der Verbraucher noch an der Welle angeschlossen ist, wird damit dieser nur noch 2gmit minimalem Drehmoment angetrieben. Da bei einem einstellbaren Motor mit einem bestimmten vorgegebenen, den Motor durchfließenden Strom die Drehzahl um so größer wird, desto kleiner das Hubvolumen pro Umdrehung ist, muß dann, wenn der Motor einstellbar ist und unabhängig von der dem Motor gege- «gbenen Einstellung eine bestimmte obere Drehzahl nicht überschritten werden soll, auch die Einstellung berücksichtigt werden. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist deshalb vorgesehen, daß die Sicherheitseinrichtung abhängig von der Einstellung des Hydromotors ₃₅einstellbar ist derart, daß der maximale Strom, auf den die

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.-: .--.. . 3130S58

Sicherheitseinrichtung begrenzt, abhängig ist von der Einstellung des Motors. Dabei kann berücksichtigt werden, wenn infolge der Beschleunigungen bei großen Ausschwenkungen eine andere obere Drehzahl zulässig ist als bei kleinen AusgSchwenkungen, also kleinem Volumen pro Umdrehung.

Ist die Einstellage des Hydromotors durch ein bestimmtes Steuersignal bestimmt, kann in einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform vorgesehen werden, daß das die Einstellung des ₁₀Hydromotors beeinflussende bzw. bestimmende Steuersignal zusätzlich die Einstellung der Sicherheitseinrichtung bestimmt bzw. beeinflußt.

Besonders zweckmäßige Ausgestaltungsformen der Sicherheitseinrichtung sind in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben.

Da die Sicherheitseinrichtung im den Hydromotor durchfließenden Hauptstrom liegt, soll sie möglichst geringen Strömungswiderstand haben, da dieser Widerstand Energieverlust im 2oHauptarbeitskreis bedeutet. Die Sicherheitseinrichtung kann in der gleichen Weise verwendet werden, wenn die Einheit, der die Sicherheitseinrichtung zugeordnet ist, zum Steuern eines in einem Zylinder verschiebbaren Kolbens dient.

₂₅Dle Gefahr des Erreichens einer unzulässig hohen Drehzahl ist bei einem mittels einer Regel- oder Steuereinrichtung einstellbaren Hydromotor gegeben bei Ausfall der Drehzahlmeßeinrichtung, beispielsweise weil die Verbindung zwischen Hydromotor und Drehzahlmeßeinrichtung durch Bruch eines Bauteiles unter-

₃₀brochen wird, oder durch eine Störung an der Meßeinrichtung selbst oder bei einer hydraulischen Regeleinrichtung durch Klemmen eines Regelventilschiebers oder durch Störung in einer an sich zum Dämpfen von Regelschwingungen dienenden Zusatzeinrichtung. Das die Sicherheitseinrichtung bildende Ventil

„,.muß die den den Hydromotor durchfließenden Strom führende

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1 Leitung bei Überschreiten einer einstellbaren maximalen zulässigen Drehzahl verschließen oder zumindest drosseln und muß dann, wenn der Sicherheitseinrichtung kein eindeutiges Signal übeijäie dem Motor gegebene Einstellung mehr zufließt,

S den den Motor durchfließenden Strom auf einen maximal zulässigen Volumenstrom begrenzen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
10

/—. Figur 1 zeigt ein Schaltschema zu einem Antriebssystem mit ^" einer Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung und die Figuren 2 bis 5 zeigen im Schnitt eine solche Sicherheitseinrichtung in verschiedenen Betriebszuständen.

15

In die Drucknetzleitung 1 speist die Hydropumpe 2, die über die Leitung 3 aus der Niederdruckleitung 4 ansaugt, die an einen drucklosen Behälter 35 angeschlossen ist.

20An die Drucknetζleitung 1 ist eine Zuflußleitung 5 angeschlossen, die zu einem einstellbaren Hydromotor 6 führt, an dessen Welle 8 ein mechanische Energie aufnehmender Verbraucher 9 angeschlossen ist. Von dem Hydromotor 6 fließt das Druck-C" mittel durch die Ablaufleitund7 zu der Sicherheitseinrich-

25tung 34 und von dieser durch die Verbindungsleitung 37 zu der Niederdruckleitung 4.

An die Welle 8 ist andererseits eine Steuerhilfspumpe 10 angeschlossen, die über eine Leitung 11 au^der Niederdruckleitung 4 saugt und in eine Steuerdruckförderleitung 12 fördert, in der eine einstellbare DrosseisteLIe 13 angeordnet ist und die hinter dieser Drosselstelle 13 ebenfalls an die Niederdruckleitung 4 angeschlossen ist. An die Steuerdruckförderleitung 12 ist eine Zweigleitung 14 angeschlossen,

35die zum Druckraum 15 eines Regelventiles 17 führt, in dem ein

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Regelkolben 1β gegen die Kraft einer Feder 29 verschiebbar ist, die ihrerseits gegen einen Federteller 30 abgestützt ist, dessen Lage zur Veränderung der Vorspannung der Feder mittels einer Gewindeeinrichtung 31 einstellbar ist. Das Regelventil 17 ist einerseits über das System von Leitungen l8, 19 an die Drucknetζleitung 1 angeschlossen und ist andererseits mittels der Leitung 28 an die Niederdruckleitung angeschlossen. Die Steuerleitung 20 verbindet das Regelventil 16 mit dem Druckraum 21 in dem Stellzylinder 22, in dem ein Stellkolben 23 verschiebbar ist, dessen Kolbenstange mit dem Stellglied 25 des Hydromotors 6 verbunden ist. Auf der dem Druckraum 21 entgegengesetzten kolbenstangenseitigen Seite des Stellzylinders 22 ist in diesem ein Druckraum gebildet, der über die Leitung 18 mit der Drucknetζleitung 1 verbunden ist und in dem eine Feder 27 angeordnet ist.

An die Steuerdruckförderleitung 12 ist vor der Drosselstelle 13 weiterhin eine Steuerdruckleitung 38 angeschlossen, die zu der Sicherheitseinrichtung 34 führt.

Die Wirkungsweise ist folgende: Wird an der Drosselstelle willkürlich als Sollwerteingabe für die Drehzahl eine bestimmte Weite der Drosselstelle eingestellt, so baut sich bei einer bestimmten Drehzahl des Hydromotors 6 und damit der Steuerhilfspumpe 10 vor der Drosselstelle ein bestimmter Druck auf, der im Druckraum 15 auf die in der Zeichnung linke Stirnfläche des Regelkolbens 16 einwirkt und dort eine Kraft erzeugt, die der Kraft der Feder 29 entgegenwirkt. Sind diese beiden Kräfte gleich groß, ist der Regelkolben 16 in der Schließlage. Überwiegt die von dem Druck im Druckraum 15 erzeugte Kraft die Kraft der Feder 29, -verschiebt sich der Regelkolben nach in deijZeichnung rechts und verbindet die Leitung 19 mit der Leitung 20, so daß aus der Drucknetζleitung

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1 über die Leitung l8 und den Druckraum 26 und die Leitung 19 und die Leitung 20 Druckmittel in den Druckraum 21 strömt und hier auf die größere Stirnfläche des Stellkolbens 23 wirkt, der somit nach in der Zeichnung links verschoben wird und das Stellglied 25 des Hydromotors bewegt und den Hydromotor 6 auf ein kleineres Hubvolumen pro Umdrehung und damit ein kleineres Drehmoment einstellt, so daß unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Verbraucher 9 mit zunehmender Drehzahl ein größeres Drehmoment aufnimmt, die Drehzahl sinkt. Sinkt die Drehzahl unter den durch die Einstellung der Drosselstelle IJ gegebenen Sollwert, so wird der Druck im Druckraum 15 entsprechend geringer und die Kraft der Feder 29 verschiebt den Regelkolben 16 nach in der Zeichnung links, so daß die Leitung 20 mit der Leitung 28 verbunden wird und Druckmittel aus dem Druckraum 21 abgelassen wird, so daß sich der Stellkolben 23 nach in der Zeichnung rechts verschiebt und daß Stellglied 25 des Hydromotors 6 auf - größeres Hubvolumen pro Umdrehung und damit größeres Drehmoment einstellt, so daß infolge des größeren Drehmoments die Drehzahl steigt. Bricht die Welle 8 zwischen dem Hydromotor 6 und der Steuerhilfspumpe 10 oder wird die Steuerdruckförderleitung 12 zwischen der Steuerhilfspumpe 10 und der Drosselstelle 13 undicht oder wird die Zweigleitung 14 undicht, so sinkt der Druck im Druckraum 15 ebenfalls und die Kraft der Feder 29 verschiebt ebenfalls den Regelkolben l6 nach in der Zeichnung links, so daß der Druckraum 21 des Stellzylinders 22 entlastet wird und der Hydromotor auf größeres Drehmoment und damit

größere Drehzahl eingestellt wird. Damit besteht die Gefahr, daß der Hydromotor auf unzulässig hohe Drehzahl getrieben wird. Ebenso ist ein Gefahreηzustand gegeben, wenn die Welle 8 zwischen dem Hydromotor 6 und dem Energieverbraucher 9 bricht und die Regeleinrichtung nicht 35

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schnell genug folgen kann oder sich infolge Festklemmen eines Kolbens überhaupt nicht bewegt. In diesen Gefahrenzuständen muß die Sicherheitseinrichtung 34 den durch die Leitung 7 abfließenden Druckmittelstrom begrenzen.

In der Sicherheitseinrichtung 34 ist eine Längsbohrung vorgesehen, in deren Wand eine Nut 40 und eine zweite Nut 41 vorgesehen sind, zwischen denen ein Teil 42 mit dem normalen Durchmesser gebildet ist. An die Nut 40 ist die Leitung 7 angeschlossen und an die Nut 41 ist die Leitung 37 angeschlossen.

In der Bohrung 39 ist ein Ventilschieber 43 verschiebbar. Auf jeder Seite der Bohrung 39 ist vor der Stirnfläche des Ventilschiebers 43 ein Druckraum gebildet und zwar auf der in der Zeichnung linken Seite ein Druckraum 44 und auf der in der Zeichnung rechten Seite ein Druckraum 45. Im Druckraum 44 ist eine Feder 46 angeordnet und im Druckraum 45 ist eine Feder 47 angeordnet. Ferner ist im Druckraum 44 ein Endanschlag 48 und im Druckraum 45 ein Endanschlag 49 vorgesehen. Der Druckraum 45 ist an die Leitung 38 angeschlossen.

Der Schieber 43 hat zwei Endteile 50 und 51» die in der Bohrung 39 schließend gleiten und weist einen mittleren stark eingeschnürten Teil 52 auf.

Im Ventilschieber 43 sind drei Bohrungen angeordnet, von denen die Bohrung 53 einerseits am Umfang des Endteiles 50 und andererseits in der Stirnfläche desselben mündet. Der zweite Kanal 54 mündet einerseits in der gleichen Stirnfläche, andererseits am Umfang des Endteiles 51 und der dritte Kanal 54 mündet in der Einschnürung um das eingeschnürte Teil 52 herum und an-

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dererseits in der dem Druckraum 45 zugeordneten Stirnfläche. In diesem dritten Kanal 54 ist ein zum Druckraum 45 hin öffnendes Rückschlagventil 55 angeordnet.

In Figur 2 ist die Sicherheitseinrichtung 34 in der dem . Stillstand zugeordneten !Lage des Schiebers 43 dargestellt. Im Stillstand steht in der Steuerdruckleitung 38 kein Druck an. Die Lage des Schiebers 43 ist durch das Gleichgewicht zwischen den Federn 46 und 47 bestimmt. Zwischen der Kante des Endteils 50 am übergang zu dem eingeschnürten Teil 52 und der Kante am Übergang zu dem Bohrungsteil 42 entsteht eine Drosselwirkung sofern durch die Leitung 7 bei Anlaufen des Hydromotors ein Flüssigkeitsstrom in die Sicherheitseinrichtung 34 und durch diese zu der Verbindungsleitung 37 strömt. Durch diese somit,wenn auch gedrosselt freigegebene Verbindung ist somit ein Anlaufen des Hydromotors 6 ermöglicht. Der Hydromotor 6 soll aber nur anlaufen, wenn der Drosselstelle 13 eine Einstellung gegeben ist, bei der in der 20

Steuerdruckförderleitung 12 ein Druck aufgebaut wird der sich über die Leitung 38 in den Druckraum 45 auswirkt und hier auf die Stirnfläche des Endteiles 51 des Schiebers wirkt und diesen gegen die Kraft der Feder

nach in der Zeichnung links verschiebt. Damit erreicht 25

der Schieber 43 die in Figur 3 dargestellte Lage und gibt einen großen freien Verbindungsquerschnitt zwischen der Ablaufleitung 7 und der Verbindungsleitung 37 frei. In dieser Stellung ist das Druckgefälle zwischen den Leitungen 7 und 37 minimal und die Feder 46 ist derart

dimensioniert, daß dann, wenn der Hydromotor 6 die Drehzahl erreicht hat, die dem in der Steuerdruckförderleitung 12 und damit in der Steuerdruckleitung 38 anstehenden Druck entspricht, der Ventilschieber 43 die in Figur 3

dargestellte Normalbetriebsstellung erreicht hat. 35

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Steigt der vor der Drosselstelle 13 angestaute Druck infolge zu großer Drehzahl des Hydromotors 6 und damit der Steuerhilfspumpe 10 auf einen größeren Wert als vorgesehen, so wirkt dieser Druck über die Steuerdruckleitung 38 auf den Druckraum 45 und verschiebt den Steuerschieber 43 in die in Figur 4 dargestellte Stellung, in der das Endteil 51 des Schiebers 43 den Bohrungsteil 42 verschließt und damit die Verbindung zwischen der Ablaufleitung 7 und der Verbindungsleitung 37 unterbricht. Vor Erreichen dieser Stellung,in der ein vollkommenes Verschließen erreicht wird, wird die Strömung von der Ablaufleitung 7 zur Verbindungsleitung 37 gedrosselt. Der Druckraum 44 ist in dieser Stellung durch den Kanal 56 mit der Nut 41 und damit über die Verbindungsleitung 37 mit der Niederdruckleitung 4 verbunden, damit sich nicht durch Lecköl im Druckraum 44 ein Druck aufbauen kann. Wenn die Verbindung zwischen der Ablaufleitung 37 und der Verbindungsleitung 37 durch den Schieber 43 wie in Figur 4 dargestellt, ganz unterbrochen ist, wird der Strom durch den Hydromotor 6 und damit in dieser blockiert, so daß in der Steuerdruckförderleitung 12 kein Druck mehr entstehen kann. Der in der Leitung 7 und damit in der Nut 40 anstehende Druck wird jedoch über die Bohrung 54 und das in diesem Fall geöffnete Rückschlagventil dem Druckraum 45 mitgeteilt, so daß der Schieber in der in Figur 3 dargestellten Stellung verbleibt, sofern nicht durch die Leitung 38 der Druck wieder abfließt.

Entsteht ein Gefahrenzustand dadurch, daß in einer der Leitungen 12, 14 oder 38 ein Leck entsteht, dann fällt der Druck in der Leitung 38 und damit im Druckraum 45 ab, so geht das Ventil zunächst in die in Figur 2 dargestellte Stellung, in der die durch die Federn 47 und 46 auf den Schieber 43 ausgeübten Kräfte im Gleichgewicht sind. Die 35

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im Endteil 51 liegende Mündung der Bohrung 56 ist durch die Wand der Bohrung 39 verschlossen. Dreht jedoch der Hydromotor 6 weiter, fließt durch die Ablaufleitung 7 ein Strom, der an der Kante der Nut 4o gedrosselt wird und über die Bohrung 53 in den Druckraum 44 geleitet wird, so daß in diesem ein Druck aufgebaut wird, der auf die Stirnfläche des Endteiles 50 des Schiebers 43 eine Kraft ausgeübt, die die Kraft der Feder 47 überwiegt und den Schieber 43 in die in Figur 5 gezeichnete Stellung schiebt, in der das Endteil 50 den Bohrungsteil 42 verschließt und C damit wiederum ein Abfließen des Flüssigkeitsstromes aus der Ablaufleitung 7 verhindert.

Die Federn 46 und 47 können derart dimensioniert sein, daß dann, wenn fast nur diese auf den Schieber 43 wirken, die Drosselung zwischen dem Endteil 50 und der Kante des

. daß

Bohrungsteiles 42 so stark ist,/auch bei relativ kleinen durch die Ablaufleitung 7 fließenden Strömen der Schieber

43 in die Schließstellung verschoben wird. Das ist insbe-20

sondere dann wichtig, wenn nicht gewährleistet ist, daß der Hydromotor 6 bei Ausfall der Meßeinrichtung auf das Schluckvolumen gestellt wird, bei dem sich das kleinste Drehmoment ergibt bzw. auf das Hubvolumen Null eingestellt ^ wird. Da der Druck in der Leitung 7 dann, wenn der Schieber 43 den Abfluß vollkommen abschließt, bis auf den Druck in der Drucknetζleitung 1 ansteigen kann, wird die Sicherheitseinrichtung 34 auch in dieser Schließposition über den Druckausgleich durch den Kanal 53 in der geschlossenen Stellung gehalten.

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Kann in der Drucknetzleitung 1 ein Druck entstehen, der höher ist als der in der Ablaufleitung 7 höchstzulässige Druck, oder kann bei dem vorgegebenen in der Drucknetzleitung 1 anstehenden Druck durch ein vom Verbraucher 9

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¹ an der Welt 8 wirkendes Drehmoment erzielt werden, daß der Druck in der Ablaufleitung 7 höher ist, als der Druck in der Leitung 5 und dabei einen höchstzulässigen Wert überschreitet, so wird das Erreichen eines unzulässig hohen

⁵ Druckes in der Ablaufleitung 7 durch das Druckbegrenzungsventil 60 verhindert.

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Claims

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Patentansprüche

Hydrostatisches Antriebssystem mit einem an eine Drucknetzleitung angeschlossenen einstellbaren, mit einer drehzahlabhängig die Einstellung beeinflussenden Regeleinrichtung versehenen Hydromotor, gekennzeichnet durch eine den den Hydromotor (6) durchfließenden Strom begrenzende Sicherheitseinrichtung (34).
2. Antriebssytem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung (34) einstellbar ist und die Einöbellage der Sicherheitseinrichtung (34) von der Einstellage des Hydromotors (6) abhängig ist*
3. Antriebssystem nach Anspruch 2, bei dem die Einstelllage des Hydromotors durch ein Steuersignal bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal zusätzlich die Einstellung der Sicherheitseinrichtung (34) beeinflußt.
4. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung (3²O ein Ventil mit einem Anschluß für die Ablauf-

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leitung (7) des Hydromotors (6) und einem Anschluß für die Verbindungsleitung (37) zur Niederdruckleitung (4) ist und einen Anschluß für die Steuerdrucksignalleitung (38) aufweist und einen in einer Längsbohrung ® (39) verschiebbaren Schieber (4-3) aufweist, wobei in der Wand der Bohrung (39) zwei Ringnuten (40 und 4l) angeordnet sind, von denen eine mit der Ablaufleitung (7) des Hydromotors (6) und die andere mit der Verbindungsleitung (37) verbunden ist und der Schieber

^ zwei Endteile (50 und 5I) vollen Durchmessers und eine mittlere Einschnürung um ein Teil (52) engeren Durchmessers herum aufweist, wobei auf beiden Seiten des Schiebers (43) je ein Druckraum (44 bzw. 45) gebildet und eine Feder (46 bzw. 47) angeordnet ist, wobei der Druckraum (45) auf der dem Anschluß der Verbindungsleitung (37) näheren Seite mit der Steuerdrucksignalleitung (38) verbunden ist, wobei ferner im Schieber drei Kanäle (53, 54 und 56) gebildet sind, wobei der erste Kanal (53) einerseits am Umfang des der Motor-

²^ ablaufleitung (7) zugeordneten Endteiles (50) und andererseits in der Stirnfläche dieses gleichen Endteiles (50) mündet und der zweite Kanal (56) in der gleichen Stirnfläche,aber am Umfang des Endteiles (51) mündet und der dritte Kanal (54) einerseits in der Einschnürung und andererseits in dem Druckraum (45) an den die Steuerdrucksignalleitung (38) angeschlossen ist, mündet.
5. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im dritten Kanal (54) ein zum Druckraum (45) hin öffnendes Rücklaufsperrventil (55) angeordnet ist.

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