DE3346235A1 - Steuergeraet fuer hydraulische zylinder - Google Patents

Steuergeraet fuer hydraulische zylinder

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DE3346235A1
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valve
pump
piston
cylinder chamber
outlet
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Shinichi Mizuta
Hiroshi Okada
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Nippon Pneumatic Manufacturing Co Ltd
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Description

  • Steuergerät für hydraulische Zylinder
  • Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für einen hydraulischen Zylinder, wie er zum Antrieb des Armes einer große Kraft erfordernden Maschine verwendet wird, beispielsweise eines Brechers oder einer Schere zum Abbrechen von Stahlbeton- oder Stahlrahmenkonstruktionen.
  • Bei Brech- und Schneidar-beiten, die mit solchen Brechern oder Scheren ausgeführt werden, muß der Kolben des zum Antrieb verwendeten hydraulischen Zylinders im Interesse hoher Arbeitsleistung mit hoher Geschwindigkeit verstellt werden. Damit bei für solche Zwecke eingesetzten hydraulischen Zylindern der Kolben mit hoher Geschwindigkeit und niedrigem Druck vorbewegt wird, muß eine große Ölmenge in den Zylinder innerhalb einer kurzen Zeitspanne bei hoher Durchflußmenge durch die Pumpe eingespeist werden, während das in der vorderen Zylinderkammer befindliche Öl zur Pumpe bzw. einem Ölbehälter zurückgeleitet werden muß. Wenn dagegen auf die Kolbenstange eine große Last einwirkt, muß das Öl unter hohem Druck in den Zylinder eingespeist werden.
  • Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, mußte bisher eine Verstellpumpe vorgesehen werden, die eine variable Fördermenge entsprechend der Änderung der auf die Kolbenstange einwirkenden Last bereitstellt. Pumpen dieser Art sind jedoch kostspielig, kompliziert aufgebaut und in hohem Maße wartùngsbedürftig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät für einen hydraulischen Zylinder zu schaffen, das nicht den Einsatz einer Verstellpumpe erfordert, sondern mit einer Konstantpumpe arbeitet, es aber dem Zylinder erlaubt, im wesentlichen in der gleichen Weise zu arbeiten, wie wenn eine Verstellpumpe vorhanden wäre.
  • Ein Steuergerät für einen hydraulischen Zylinder mit zwei Kammern, die über ein 4/3-Wegeventil an den Auslaß einer hydraulischen Pumpe und einen Ölbehälter angeschlossen sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät ein automatisches Steuerventil mit vier Anschlüssen aufweist, von denen zwei an das Wegeventil und die beiden anderen an den hydraulischen Zylinder angeschlossen sind, daß das automatische Steuerventil mit einer Feder, einem unter dem Einfluß der Feder stehenden Ventilschieber, einem Kolben zum Betätigen des Ventilschiebers und einem Steueranschluß versehen ist, der mit dem zu der Pumpe führenden Anschluß verbunden ist, um das hintere Ende des Kolbens mit Öldruck zu beaufschlagen, daß bei in Kolbenvorbewegungsstellung stehendem- Wegeventil der Ventilschieber eine Stellung einnimmt, in der beide Kammern des hydraulischen Zylinders mit dem Auslaß der Pumpe verbunden werden können, wenn der Förderdruck der Pumpe unter einem vorbestimmten Wert liegt, und der Ventilschieber mittels des Kolbens entgegen der Vorspannkraft der Feder in eine Stellung geschoben wird, in welcher die hintere Zylinderkammer mit dem Auslaß der Pumpe und die vordere Zylinderkammer mit dem Ölbehälter verbunden ist, wenn der Förderdruck der Pumpe den vorbestimmten Wert überschreitet, sowie daß bei in Kolbenrückbewegungssteilvng stehendem Wegeventil der Ventilschieber eine Stellung einnimmt, in welcher die vordere Zylinderkammer mit dem Auslaß der Pumpe und die hintere Zylinderkammer mit dem Ölbehälter verbunden ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Steueranschluß mit dem zu der hydraulischen Pumpe führenden Anschluß über ein Folgeventil und ein dazu parallel liegendes Rückschlagventil verbunden; das Folgeventil öffnet nur, wenn der Förderdruck der Pumpe über einen vorbestimmten Wert ansteigt; das Rückschlagventil öffnet nur, wenn der Druck am Steueranschluß hoch ist; bei in Kolbenvorbewegungsstellung stehendem Wegeventil schließen das Folgeventil und das Rückschlagventil, und der Ventilschieber nimmt eine Stellung ein, in der beide Kammern des hydraulischen Zylinders mit dem Auslaß der Pumpe in Verbindung kommen können, wenn der Förderdruck der Pumpe unter einem vorbestimmten Wert liegt, während das Folgeventil öffnet und der Ventilschieber mittels des Kolbens entgegen der Vorspannkraft der Feder in eine Stellung geschoben wird, in welcher die hintere Zylinderkammer mit dem Auslaß der Pumpe und die vordere Zylinderkammer mit dem Ölbehälter verbunden wird, wenn der Förderdruck der Pumpe über dem vorbestimmten Wert liegt; bei in Kolbenrückbewegungsstellung stehendem Wegeventil nimmt der Ventilschieber eine Stellung ein, in welcher die vordere Zylinderkammer mit dem Auslaß der Pumpe und die hintere Zylinderkammer mit dem Ölbehälter verbunden ist.
  • Bei dem Steuergerät nach der Erfindung wird der Ventilschieber des automatischen Steuerventils selbsttätig von einer Stellung in eine andere Stellung verstellt, wenn sich die Last an der Kolbenstange des hydraulischen Zylinders ändert.
  • Solange die Last unter einem vorbestimmten Wert liegt, fährt die Kolbenstange nur aufgrund der Differenz der effektiven Querschnittsflächen auf beiden Seiten des Kolbens in dem Zylinder vor. Dadurch kann der Kolben mit hoher Geschwindigkeit bei relativ kleiner Förderung der Pumpe nach vorne bewegt werden. Obwohl das Öl von der Pumpe mit konstanter Durchflußmenge angeliefert wird, kann der Kolben mit hoher Geschwindigkeit vorfahren, weil in der vorderen Zylinderkammer befindliches Öl in die hintere Zylinderkammer überströmt.
  • Wenn die Belastung der Kolbenstange ansteigt und die Kolbengeschwindigkeit abnimmt, so daß der Öldruck zunimmt, kommt die vordere Zylinderkammer mit dem Ölbehälter in Verbindung, und in der vorderen Zylinderkammer befindliches Öl kann zu dem Ölbehälter zurückströmen. Der gesamte Öldruck wirkt in einer dem Kolben vorschub entsprechenden Richtung. Der Kolben bewegt sich daher mit großer Kraft vorwärts.
  • Wenn also auf die Kolbenstange des Zylinders keine Last einwirkt, bewegt sich der Kolben mit hoher Geschwindigkeit, selbst wenn die Fördermenge der hydraulischen Pumpe konstant ist. Nachdem die Last zugenommen hat, nimmt die Kolbengeschwindigkeit ab, die Kolbenkraft steigt aber an. Dies bedeutet, daß bei Einsatz einer kostensparenden Konstantpumpe der hydraulische Zylinder praktisch genauso arbeitet wie bei Verwendung einer kostspieligen Verstellpumpe.
  • Es versteht sich, daß das Steuergerät nach der Erfindung auch für andere hydraulische Zylinder geeignet ist, beispielsweise Zylinder, wie sie bei Baggern-, Kränen und Werkzeugmaschinen anzutreffen sind.
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fign. 1 bis 3 schematische Ansichten von Brechern, bei denen das Steuergerät nach der Erfindung vorgesehen sein kann, Fign. 4 bis 7 ein erstes Ausführungsbeispiel des Steuergeräts, wobei das automatische Steuerventil geschnitten dargestellt sowie zusammen mit den übrigen Teilen des Hydraulikkreises in verschiedenen Arbeitsstellungen veranschaulicht ist, sowie Fign. 8 bis 11 ähnliche Ansichten für eine zweite Ausführungsform des Steuergeräts.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Brecher eignet sich zur Anbringung an einem Bagger. Er weist zwei Arme m auf, die mittels eines hydraulischen -Zylinders d aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können, um Teile, beispielsweise Stahlbeton teile, die zwischen den Armen gehalten werden, zu zerbrechen oder zu durchschneiden.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Brecher sind ein fester Arm km und ein verschwenkbarer Arm Pm vorgesehen. Der Arm Pm läßt sich mittels des hydraulischen Zylinders d in Richtung auf den festen Arm km oder von diesem weg verschwenken.
  • Im Falle des Brechers gemäß Fig. 3 sind zwei Arme vorgesehen, die abnehmbar montiert und über ein Verbindungsglied k und Zapfen s miteinander gekoppelt sind. Wenn der Zylinder d betätigt wird, schwenkt ein erster Arm fm nach innen. Diese Bewegung wird über das Verbindungsstück k auf einen zweiten Arm sm übertragen, der gleichfalls einwärts schwenkt, um das zwischen den Armen gehaltene Material zu brechen.
  • Im Falle der ersten Ausführungsform des Steuergerätes gemäß den Fign. 4 bis 7 wird Hydraulikfluid von einem Ölbehälter 1 mittels einer hydraulischen Konstantpumpe 2 gefördert, die von einem Motor 3 angetrieben wird. Es ist ein 4/3-Wegeventil 4 vorgesehen, das von Hand, elektromagnetisch oder hydraulisch betätigt werden kann. Ein Anschluß P des Ventils 4 ist mit dem Auslaß der Pumpe 2 verbunden, während ein Anschluß T des Ventils 4 mit dem Ölbehälter 1 in Verbindung steht. Diese beiden Leitungen stehen über ein Druckbegrenzungsventil 5 miteinander in Verbindung.
  • Es ist ferner ein automatisches Steuerventil C vorgesehen, das ein Ventilgehäuse 6 mit vier Anschlüssen 7, 8, 9 und 10 aufweist. Die Anschlüsse 7 und 8 sind mit Anschlüssen A bzw. B des Ventils 4 verbunden, während die Anschlüsse 9, 10 mit den Anschlüssen in Verbindung stehen, die zu den Kammern eines dem Zylinder d der Fign. 1 bis 3 entsprechenden hydraulischen Zylinders 11 mit einem Kolben 12 und einer Kolbenstange 13 führen. An der Innenseite des Ventilgehäuses 6 sind vier Ringnuten 14, 15, 16 und 17 ausgebildet (Fig. 5). Die Ringnut 14 steht mit den Anschlüssen 7 und 9 in Verbindung. Die Ringnut 15 ist mit dem Anschluß 10 verbunden. Die Ringnut 16 ist mit dem Anschluß 8 verbunden. Die Ringnut 17 steht mit dem Anschluß 7 über einen Steueranschluß 18 in Verbindung.
  • In dem Ventilgehäuse 6 sitzt ein Ventilschieber 19, an dem eine Ringnut 20 ausgebildet ist, welche die Ringnut 14 mit der Ringnut 15 verbindet. Der Ventilschieber 19 weist ferner am einen Ende eine Ausnehmung für eine Feder 21 sowie einen Öldurchlaß auf, welcher diese Ausnehmung mit der Ringnut 14 verbindet.
  • Ein dem Verstellen des Ventilschiebers dienender Kolben 23 sitzt in dem Ventilgehäuse 6 auf der von der Feder 21 abgewendeten Seite. Der Kolben 23 hat einen größeren Außen durchmesser als der Ventilschieber 19, und er trägt an der dem Ventilschieber zugekehrten Seite einen Ansatz 24.
  • Die erste Ausführungsform arbeitet wie folgt. In Fig. 4 steht das Wegeventil 4 in seiner Neutralstellung. Unter Druck stehendes Öl von der Pumpe 2 strömt über einen Kurzschlußkanal im Wegeventil 4 zu dem Ölbehälter 1 zurück. In diesem Zustand wird der Ventilschieber 19 mittels der Feder 21 gegen den Kolben 23 gedrückt. Die Verbindung zwischen den Anschlüssen 7 und 8 ist abgesperrt.
  • Die Ringnuten 14, 15 stehen über die Ringnut 20 im Ventilschieber 19 miteinander in Verbindung.
  • Wenn das Wegeventil 4 in die in Fig. 5 veranschaulichte Stellung gebracht wird, wird das hintere Ende des Zylinders 11 über das Ventil 4, den Anschluß 7, die Ringnut 14 und den Anschluß 9 mit Öldruck beaufschlagt. Unter Druck stehendes Öl gelangt auch über die Ringnut 20 und den Anschluß 10 zum vorderen Ende des Zylinders 11. Dabei ist die von der Rückseite des Kolbens aus ausgeübte Schubkraft größer als die von der Kolbenvorderseite aus ausgeübte Schubkraft, weil auf der Vorderseite eine kleinere effektive Querschnittsfläche vorhanden ist. Infolge.-dessen bewegt sich der Kolben 12 in Fig. 4 nach rechts.
  • Innerhalb des Ventilgehäuses 6 wird das rechte Ende des Kolbens 23 über den Steueranschluß 18 mit Öldruck beaufschlagt. Weil aber der Öldruck nicht hoch genug ist, um die Kraft der Feder 21 zu überwinden, während die Kolbenstange 13 schwach belastet ist, verharren der Ventilschieber 19 und der Kolben 23 in der in Fig. 5 veranschaulichten Stellung.
  • Wenn sich die Kolbenstange 13 um eine gewisse Strecke vorbewegt hat, steigt die auf die Kolbenstange einwi-rkende Last an; entsprechend nimmt der auf die Rückseite des Kolbens 23 einwirkende Öldruck zu, wodurch die Kraft der Feder 21 überwunden wird. Der Kolben 23 bewegt sich in Fig. 5 nach links, während sein Ansatz 24 den Ventilschieber 19 in die Stellung gemäß Fig. 6 bringt. Weil jetzt die Ringnuten 14, 15 nicht miteinander in Verbindung stehen, dagegen die Ringnuten 15, 16 miteinander in Verbindung gekommen sind, strömt in der vorderen Kammer des Zylinders 11 befindliches Öl zurück zum Behälter 1.
  • Der hinteren Zylinderkammer wird weiterhin unter Druck stehendes Arbeitsmittel zugeführt. Infolgedessen bewegt sich die Kolbenstange 13 mit großer Kraft nach vorne, wobei die geforderte Arbeit ausgeführt wird.
  • Nachdem die Arbeit abgeschlossen ist, wird das Wegeventil 4 in die in Fig. 7 gezeigte Lage gebracht. In dieser Stellung ist der Anschluß 7 des Ventilgehäuses 6 mit dem Ölbehälter 1 verbunden, und der Öldruck wirkt über den Anschluß 8 auf das hintere Ende des Ventilschiebers 19 sowie die Vorderseite des Kolbens 23. Die Rückseite des Kolbens 23 wird nicht mit Druck beaufschlagt. Daher bewegt sich der Kolben 23 zurück, und der Ventilschieber 19 verharrt in der gleichen Stellung wie in Fig. 6. Weil in der hinteren Kammer des Zylinders 11 befindliches Öl zu dem Behälter 1 zurückströmt, während die Vorderseite des Kolbens 12 mit Öldruck beaufschlagt wird, fährt der Kolben 12 rasch zurück. Wenn dann das Wegeventil 4 in die Stellung gemäß Fig. 5 umgeschaltet wird, kehren der Ventilschieber 19 und der Kolben 23 unter dem Einfluß der Feder 21 in die Lage gemäß Fig. 5 zurück. Danach wird der vorstehend erläuterte Zyklus wiederholt.
  • Anhand der Fign. 8 bis 11 sei die zweite Ausführungsform erläutert. Die zweite Ausführungsform entspricht weitgehend der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die Ringnut 17 des Ventilgehäuses 6 mit dem Steueranschluß 18' in Verbindung steht, der an den Anschluß 7 über zwei parallele Leitungen angeschlossen ist, wobei in einer dieser Leitungen ein Folgeventil 25 und in der anderen dieser Leitungen ein Rückschlagventil 26 liegt.
  • Die zweite Ausführungsform arbeitet wie folgt. In Fig. 8 steht das Wegeventil 4 in seiner Neutralstellung. Von der Pumpe 2 angeliefertes, unter Druck stehendes Öl strömt über den Kurzschlußölkanal im Wegeventil 4 zum Behälter l zurück. Da in diesem Zustand der Ventilschieber 19 von der Feder 21 gegen den Kolben 23 gedrückt wird, ist die Verbindung zwischen den Anschlüssen 7 und 8 abgesperrt. Die Ringnuten 14, 15 stehen über die in dem Ventilschieber 19 au#sgebildete Ringnut 20 miteinander in Verbindung.
  • Wenn das Wegeventil 4 in die in Fig. 9 gezeigte Stellung gebracht wird, wird das hintere Ende des Zylinders 11 über das Ventil 4, den Anschluß 7, die Ringnut 14 und den Anschluß 9 mit Öldruck von der Pumpe 2 beaufschlagt.
  • Der Öldruck wirkt über die Ringnut 20 und den Anschluß 10 auch auf-die Vorderseite des Zylinders 11.
  • Dabei ist die Schubkraft von der Rückseite des Kolbens 12 größer als die von der Vorderseite her aufgebrachte Kraft, weil der Kolben 12 an seiner Vorderseite eine kleinere wirksame Querschnittsfläche hat. Der Kolben 12 bewegt sich infolgedessen vorwärts. Obwohl auch das Folgeventil 25 unter Öldruck steht, bleibt es noch geschlossen, da der Ö1-druck niedrig ist, solange die auf die Kolbenstange 13 einwirkende Last klein ist. Der Ventilschieber 19 und der Kolben 23 verharren infolgedessen in der in Fig. 9 veranschaulichten Stellung.
  • Wenn sich die Kolbenstange 13 um eine gewisse Strecke vorbewegt, steigen die auf die Kolbenstange einwirkende Last und dementsprechend auch der Öldruck an. Das Folgeventil 25 öffnet, wodurch der Kolben 23 an seinem hinteren Ende mit Öldruck beaufschlagt werden kann. Wenn dieser Druck groß genug wird, um die Kraft der Feder 21 zu überwinden, bewegt sich der Kolben 23 nach links, während sein Ansatz 24 den Ventilschieber 19 in die Stellung gemäß Fig. 10 schiebt.
  • Weil jetzt die Verbindung zwischen den Nuten 14, 15 abgesperrt ist und die Nuten 15, 16 miteinander in Verbindung stehen, strömt in der vorderen Kammer des Zylinders 11 befindliches Öl zurück zu dem Behälter 1. Dagegen wird der hinteren Zylinderkammer weiterhin unter Druck stehendes Öl zugeführt. Infolgedessen wird die Kolbenstange 13 mit grosser Kraft vorbewegt; die geforderte Arbeit wird ausgeführt.
  • Nachdem die Arbeit abgeschlossen ist, wird das Wegeventil 4 in die in Fig. 11 veranschaulichte Stellung zurückgebracht. In dieser Stellung ist der Anschluß 7 des Ventilgehäuses 6 mit dem Ölbehälter 1 verbanden, während über den Anschluß 8 das hintere Ende des Ventilschiebers 19 und die Vorderseite des Kolbens 23 mit Öldruck beaufschlagt werden. Auf die Rückseite des Kolbens 23 wirkt kein Druck ein. Auf der Rückseite des Kolbens 23 befindliches Öl strömt daher über den Anschluß 18' und das Rückschlagventil 26 zurück zu dem Behälter 1. Der Kolben 23 bewegt sich zurück in die in Fig. 11 veranschaulichte Stellung, während der Ventilschieber 19 in der gleichen Stellung wie in Fig. 10 verharrt. Weil in der hinteren Kammer des Zylinders 11 befindliches Öl zum Behälter 1 zurückströmt, während die Vorderseite des Kolbens 12 mit Öldruck beaufschlagt wird, fährt die Kolbenstange rasch zurück. Wenn dann das Wegeventil 4 in die Stellung gemäß Fig. 8 gebracht wird, gehen der Ventilschieber 19 und der Kolben 23 unter dem Einfluß der Feder 21 in.die in Fig. 8 gezeigte Stellung zurück. Danach wird der oben erläuterte Zyklus wiederholt.
  • Im Falle beider Ausführungsformen kann das automatische Steuerventil C entweder zusammen mit dem hydraulischen Zylinder an dem Brecher oder an dem Hauptkörper eines Baggers montiert werden.
  • - Leerseite -

Claims (2)

  1. Ansprüche Steuergerät für einen hydraulischen Zylinder mit zwei Kammern, die über ein 4/3-Wegeventil an den Auslaß einer hydraulischen Pumpe und einen Ölbehälter angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät ein automatisches Steuerventil (C) mit vier Anschlüssen (7, 8, 9, 10) aufweist, von denen zwei (7, 8) an das Wegeventil (4) und die beiden anderen (9, 10) an den hydraulischen Zylinder (11) angeschlossen sind, daß das automatische Steuerventil mit einer Feder (21), einem unter dem Einfluß der Feder stehenden Ventilschieber (19), einem Kolben (23) zum Betätigen des Ventilschiebers und einem Steueranschluß (18, 18') versehen ist, der mit dem zu der Pumpe (2) führenden Anschluß (7) verbunden ist, um das hintere Ende des Kolbens (23) mit Öldruck zu beaufschlagen, daß bei in Kolbenvorbewegungsstellung stehendem Wegeventil (4) der Ventilschieber (19) eine Stellung einnimmt, in der beide Kammern des hydraulischen Zylinders (11) mit dem Auslaß der Pumpe (2) verbunden werden können, wenn der Förderdruck der Pumpe unter einem vorbestimmten Wert liegt, und der Ventilschieber (19) mittels des Kolbens (23) entgegen der Vorspannkraft der Feder (21) in eine Stel lung geschoben wird, in welcher die hintere Zylinder kammer mit dem Auslaß der Pumpe und die vordere Zylinderkammer mit dem Ölbehälter (1) verbunden ist, wenn der Förderdruck der Pumpe den vorbestimmten Wert überschreitet, sowie daß bei in Kolbenrückbewegungsstellung stehendem Wegeventil (4) der Ventilschieber (19) eine Stellung einnimmt, in welcher die vordere Zylinderkammer mit dem Auslaß der Pumpe und die hintere Zylinderkammer mit dem Ölbehälter verbunden ist.
  2. 2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranschluß (18') mit dem zu der hydraulischen Pumpe (2) führenden Anschluß (7) über ein Folgeventil (25) und ein dazu parallel liegendes Rückschlagventil (26) verbunden ist, daß das Folgeventil (25) nur öffnet, wenn der Förderdruck der Pumpe über einen vorbestimmten Wert ansteigt, daß das Rückschlagventil (26) nur öffnet, wenn der Druck am Steueranschluß (18') hoch ist, daß bei in Kolbenvorbewegungsstellung stehendem Wegeventil (4) das Folgeventil und das Rückschlagventil schließen und der Ventilschieber (19) eine Stellung einnimmt, in der beide Kammern des hydraulischen Zylinders (all) mit dem Auslaß der Pumpe in Verbindung kommen können, wenn der Förderdruck der Pumpe unter einem vorbestimmten Wert liegt, und das Folgeventil öffnet und der Ventilschieber mittels des Kolbens (23) entgegen der Vorspannkraft der Feder (21) in eine Stellung geschoben wird, in welcher die hintere Zylinderkammer mit dem Auslaß der Pumpe und die vordere Zylinderkammer mit dem Ölbehälter (1) verbunden wird, wenn der Förderdruck der Pumpe über dem vorbestimmten Wert liegt, sowie daß bei in Kolbenrückbewegungsstellung stehendem Wegeventil (4) der Ventilschieber eine Stellung einnimmt, in welcher die vordere Zylinderkammer mit dem Auslaß der Pumpe und die hintere Zylinderkammer mit dem Ölbehälter (I) verbunden ist.
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