DE8705848U1

DE8705848U1 - Safety valve

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Publication number: DE8705848U1
Application number: DE8705848U
Authority: DE
Original assignee: HERION-WERKE KG 7012 FELLBACH DE
Current assignee: HERION-WERKE KG 7012 FELLBACH DE
Priority date: 1987-04-13
Filing date: 1987-04-13
Publication date: 1987-08-06

Description

A 15 210/G - 1 -A 15 210/G - 1 -

Herion-Werke KGHerion-Werke KG

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit Sicherheitsfunktion, mit einem Proportional-Wegeventil für flüssige Medien, wie z.B. öl, insbesondere zur Steuerung und Regelung großer Volumenströme, mit einem Servoventil zur Vorsteuerung des Wegeventils, einem mit dem Wegeventil gekoppelten Wegaufnehmer, der an eine Steuerelektronik angeschlossen ist, durch welche das Servoventil ansteuerbar »st.The invention relates to a valve arrangement with a safety function, with a proportional directional control valve for liquid media, such as oil, in particular for controlling and regulating large volume flows, with a servo valve for pilot control of the directional control valve, a position sensor coupled to the directional control valve, which is connected to control electronics, by means of which the servo valve can be controlled.

Proportional-Wegeventile werden gewöhnlich über ProportionaVDruckventiIe vorgesteuert. Hier wirkt der proportionale Fluiddruck einseitig auf die stirnseitige Kolbenfläche gegen eine Feder. Die Gleichgewichtsbedingung zwischen Fluiddruck und Federkraft bestimmt das Maß der Auslenkung. Auch die Vorsteuerung der Proportional-Wegeventile mittels Servo-Ventilen im geschlossenen Lageregel kreis ist schon vorgeschlagen worden.Proportional directional control valves are usually piloted by proportional pressure valves. Here, the proportional fluid pressure acts on one side of the front piston surface against a spring. The equilibrium condition between fluid pressure and spring force determines the extent of the deflection. Pilot control of the proportional directional control valves using servo valves in a closed position control loop has also been proposed.

Bei Störungen, z.B. durch Kabelbruch oder Ausfall der Versorgungsspannung, kann es jedoch bei diesen Ventilen zu Undefinierten Auslenkungen des Ventilkolbens des Wegeventils kommen, wodurch das Bedienungspersonal der der durch das Wegeventil betätigten Vorrichtungen gefährdet werden kann.However, in the event of faults, e.g. due to a cable break or a failure of the supply voltage, these valves can lead to undefined deflections of the valve piston of the directional control valve, which can endanger the operating personnel of the devices operated by the directional control valve.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventil anordnung der vorgenannten Art so weiterzubilden, daß das Proportional-Wegeventil bei einer solchen Störung eine neutrale Mittellage einnimmt.The invention is therefore based on the object of developing a valve arrangement of the aforementioned type in such a way that the proportional directional control valve assumes a neutral central position in the event of such a disturbance.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß mit dem Wegeventil ein Freischaltventil gekoppelt ist, durch welche? das Wegeventil bei einer Störung in eine neutrale Mittelstellung schaltbar ist.According to the invention, this is achieved by coupling an isolation valve to the directional control valve, by means of which the directional control valve can be switched to a neutral middle position in the event of a fault.

Vorzugsweise ist hierbei das Freischaltventil auf beiden Seiten des Wegeventils an dessen Druckräume öder,fSteüerräume,tubersweiehe ai flächen des Ventilkolbens beaufschlagt werden, angeschlossen.Preferably, the release valve is connected on both sides of the directional control valve to its pressure chambers or control chambers, which are acted upon by both surfaces of the valve piston.

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Hierdurch Wird erreicht, daß bei einer Störung diese DrUckilaüme durch I das Freischaltventil kürzgeschiössenrWerdeniThis ensures that in the event of a fault, these pressure lines are short-circuited by the release valve.

Vorzugsweise wird das Freischaitventil in der Stellung "Ein" und in der Stellung "Aus" des Wegeventils durch die Steuerelektronik angesteuert und gesperrt j während es bei einer Störung entregt wird und durch eine Feder auf "Durchgang" geschaltet wird*Preferably, the release valve is controlled and locked by the control electronics in the "On" and "Off" positions of the directional control valve, while in the event of a fault it is de-energized and switched to "through" by a spring*

Vorteil hafterweise Wird der Ventil kolben des Wegeventils bei einer Fehl schaltung oder Störung durch Federn in seine neutrale Mittelstellung geführt.Advantageously, in the event of a switching error or malfunction, the valve piston of the directional control valve is guided into its neutral middle position by springs.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend art-^ hand der Zeichnung erläutert, inAn exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, in which

Fig. 1 schematisch eine Ventilanordnung nach der Erfindung in der Stellung "Aus" zeigt.Fig. 1 shows schematically a valve arrangement according to the invention in the "off" position.

Fig. 2 zeigt schematisch die Ventilanordnung nach Fig. 1 in der Stellung "Ein".Fig. 2 shows schematically the valve arrangement according to Fig. 1 in the "On" position.

Fig. 3 zeigt schematisch die Ventilanordnung nach den Fig. 1 und 2 bei einer Fehlschaltung.Fig. 3 shows schematically the valve arrangement according to Figs. 1 and 2 in the event of a faulty switching.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Schaltbild der Steuerelektronik für die Ventilanordnung nach den Fig. 1-3.Fig. 4 shows a schematic circuit diagram of the control electronics for the valve arrangement according to Figs. 1-3.

Fig. 1 zeigt eine Ventilanordnung 10 in schematischer Darstellung, die ein Proportional-Wegeventil 12 aufweist, das über ein Servoventil 14 vorgesteuert ist.Fig. 1 shows a valve arrangement 10 in a schematic representation, which has a proportional directional control valve 12 which is pilot-controlled via a servo valve 14.

Das Wegeventil 12 hat einen Zulaufanschluß P, einen Tankanschluß T und zwei Verbraucheranschlüsse B und A. Es wird durch Federn 18 in seiner in Fig. 1 dargestellten neutralen Mittellage gehalten.The directional control valve 12 has an inlet connection P, a tank connection T and two consumer connections B and A. It is held in its neutral central position shown in Fig. 1 by springs 18.

Das Servoventil 14 wird mittels einer in Fig. 4 dargestellten Steuer-The servo valve 14 is controlled by a control device shown in Fig. 4.

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elektrom'k über Elektromagneten 20 angesteuert,electrom'k controlled by electromagnet 20,

Das Wegeventil 12 ist mit einem W§gaufnehmer 26 gekoppelt, dessen Ausgang 46 an die Steuerelektronik 44 nach Fig. 4 gelegt ist, wie im einzelnen noch beschrieben wird.The directional control valve 12 is coupled to a sensor 26, the output 46 of which is connected to the control electronics 44 according to Fig. 4, as will be described in detail below.

Vom Zulaufanschluß P des Wegeventils 12 zweigt eine Leitung 32 ab zum Servoventil 14» das andererseits Ubür eine Leitung 34 mit dem einen Druckräum bzw. der .einen Steuerseite 28 des Wegeventils 12 verbunden ist. Der andere Druckraum bzw. die andere Steuerseite 30 des Wegeventils 12 ist über eine Leitung 36 mit dem Servoventil 14 verbunden, das ferner über eine Leitung 38 mit dem Tankanschluß T verbunden ist.A line 32 branches off from the inlet connection P of the directional control valve 12 to the servo valve 14, which on the other hand is connected via a line 34 to one pressure chamber or the one control side 28 of the directional control valve 12. The other pressure chamber or the other control side 30 of the directional control valve 12 is connected via a line 36 to the servo valve 14, which is further connected via a line 38 to the tank connection T.

In der in Fig. 1 dargestellten Stellung ist das Servoventil erregt, aber entsprechend der Sollwertv ireabe "Null" steuert es den Ventil -kolben des Wegeventils 12 in die neutrale Mittelstellung. Die Verbindung von der Leitung 32 zur Leitung 34 sowie die Verbindung von der Leitung 36 zur Leitung 38 ist, wie Fig. 1 zeigt, unterbrochen.In the position shown in Fig. 1, the servo valve is excited, but according to the setpoint value "zero" it controls the valve piston of the directional control valve 12 into the neutral middle position. The connection from line 32 to line 34 and the connection from line 36 to line 38 are interrupted, as shown in Fig. 1.

Das Wegeventil 12 befindet sich damit ebenfalls in der Stollung "Aus", d.h. die Verbindung vom Zulaufanschluß P zum Verbraucher A ist unterbrochen, und ebenso ist die Verbindung vom Verbraucher B zum Tankanschluß T unterbrochen. Mit dem Wegeventil 12 -ist nun ein Sicherheits-^ ventil oder Freischaltventil 16 gekoppelt, das über eine Leitung 40 an die Leitung 34 und über eine Leitung 42 an die Leitung 38 angeschlossen ist.The directional control valve 12 is therefore also in the "off" position, i.e. the connection from the inlet connection P to the consumer A is interrupted, and the connection from the consumer B to the tank connection T is also interrupted. A safety valve or release valve 16 is now coupled to the directional control valve 12, which is connected to the line 34 via a line 40 and to the line 38 via a line 42.

Das Freischaltventil 16 wird durch die SteuereieKtronik- nachFig. 4 über einen Elektromagneten 22 angesteuert, in der in Fig. 1 dargestellten Position der Ventilanordnung 10 ist das Freischaltventil 16 angesteuert und gegen die Kraft einer Feder 24 in die gesperrte Stellung geschaltet, in der, wie die Figur zeigt, die Verbindung von der Leitung 40 zur Leitung 42 unterbrochen ist.The release valve 16 is controlled by the control electronics according to Fig. 4 via an electromagnet 22. In the position of the valve arrangement 10 shown in Fig. 1, the release valve 16 is controlled and switched against the force of a spring 24 into the locked position, in which, as the figure shows, the connection from the line 40 to the line 42 is interrupted.

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Fig* 2 zeigt die Stellung "Ein¹¹ der Ventilanordnung 10, in der eri.tsprechetfd deir Sollwert-Vorgabe das Servoventil 14 den Kolben des Wegeventils 12 in.die entsprechende vorgegebene Lage einsteuert*Fig. 2 shows the "On" position ¹¹ of the valve arrangement 10, in which the servo valve 14 controls the piston of the directional control valve 12 into the corresponding specified position in accordance with the setpoint value.

Wie Fig* 2 zeigt, ist in dieser Stellung "Ein" der Zulaufanschluß P mit dem Verbraucheranschluß A verbunden₄ während der Verbraticheranschluß B mit dem Tankanschluß T verbunden ist.As Fig. 2 shows, in this "On" position the inlet connection P is connected to the consumer connection A ₄ while the consumer connection B is connected to the tank connection T.

Das Freischaltventil 16 ist ebenfalls angesteuert und nach wie vor gesperrt. Fi(|. 3 zeigt die Ventilanordnung 10 bei einer Störung oder Fehlschaltunci.The release valve 16 is also activated and remains blocked. Fig. 3 shows the valve arrangement 10 in the event of a fault or incorrect switching.

Eine solche Störung kann, wie oben bereits erwähnt, beispielsweise durch einen Kabelbruch oder den Ausfall der Versorgungsspannung hervorgerufen worden sein.As already mentioned above, such a fault can be caused, for example, by a broken cable or a failure of the supply voltage.

Eine Störung liegt auch dann vor, wenn der Regelkreis des Wegeventils nicht abgeglichen ist oder der Kolben des Wegeventils 12 innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht richtig positioniert worden ist, d.h. mit anderen Worten, wenn der Istwert der Kolbenstellung innerhalb einer bestimmten vorgebbaren Zeit nicht mit dem Sollwert in Oberein* Stimmung gebracht worden ist.A fault also occurs if the control circuit of the directional control valve is not calibrated or the piston of the directional control valve 12 has not been correctly positioned within a specified time, i.e. in other words, if the actual value of the piston position has not been brought into line with the setpoint value within a certain, predefined time.

In diesem Fall schaltet, wie noch erläutert wird, die Steuerelektronik nach Fig» 4 das Servoventil 14 und das Freischaltventil 16 ab, d.h. deren Magnete 20 und 26 werden entregt. Die Feder 24 schaltet dann den Ventilkolben des Frei schaltventiIs 16, wie in Fig. 3 gezeigt, in die Durchgangsstellung, in welcher die Leitungen 40 und 42 miteinander verbunden sind.In this case, as will be explained later, the control electronics according to Fig. 4 switches off the servo valve 14 and the release valve 16, i.e. their magnets 20 and 26 are de-energized. The spring 24 then switches the valve piston of the release valve 16, as shown in Fig. 3, into the through position in which the lines 40 and 42 are connected to one another.

Damit sind die Druckräume oder Steuerseiten 28 und 30 des Wegeventils über das Frei schaltventil 16 miteinander verbunden und damit kurzgeschlossen, so daß sich der Druck in den Druckräumen vor den Stirnflächen des Ventilkolibens des Wegeventils ausgleichen kann. Durch die FederThis means that the pressure chambers or control sides 28 and 30 of the directional control valve are connected to one another via the release valve 16 and thus short-circuited, so that the pressure in the pressure chambers can equalize in front of the end faces of the valve piston of the directional control valve. The spring

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wird dann der Ventil kolben des Wegeventils 12 in die in Fig* 3 neutrale Mittel lage eingestellt bzw. geschältet.The valve piston of the directional control valve 12 is then adjusted or shifted to the neutral middle position shown in Fig. 3.

Fig* 4 zeigt ein Schaltbild der Steuerelektronik für die Ventilanordnung nach den Fig. 1-3.Fig* 4 shows a circuit diagram of the control electronics for the valve arrangement according to Figs. 1-3.

Ober eine Leitung 48 wird der Sollwert für die Stellung des Ventilkolbens des Wegeventils 12 eingegeben» der dann über eine Sollwert" Anpassung 60 an elften Komparator 54 gelegt wird, Der Ausgang 4S des Heraufnehmers 26 wird über eine Istwert-Anpaßstufe 52 ebenfalls an den Komparator 54 gelegt* in welchem die beiden Werte, wie an sich bekannt» verglichen werden.The setpoint value for the position of the valve piston of the directional control valve 12 is entered via a line 48, which is then applied to the eleventh comparator 54 via a setpoint adjustment 60. The output 4S of the pickup 26 is also applied to the comparator 54 via an actual value adjustment stage 52, in which the two values are compared, as is known per se.

Der Ausgang des Komparators 54 wird an einen P-Regler 56 gelegt und dessen Ausgang vird an eine Endstufe 58 gelegt. Der Ausgang der Endstufe 58 ist das Ansteuersigriäi für das Servoventil 14, und dieses Signal wird über den in Fig. 4 geschlossenen Schaltkontakt 60 und eine leitung 76 an die Elektromagnete 20 des Vorsteuerventils 14 gelegt.The output of the comparator 54 is applied to a P-controller 56 and its output is applied to an output stage 58. The output of the output stage 58 is the control signal for the servo valve 14 and this signal is applied to the electromagnets 20 of the pilot valve 14 via the switching contact 60 closed in Fig. 4 and a line 76.

Zwischen dem Komparator 54 und dem P-Regler 56 zweigt von der Leitung «ine Leitung 64 ab, die zu einem Oberwachungsglied 6G führt, in welchem die Differenz zwischen Istwert und Sollwert der Position des Ventilkolbens des Wegeventils 12 überwacht wird.Between the comparator 54 and the P-controller 56, a line 64 branches off from the line, which leads to a monitoring element 6G in which the difference between the actual value and the setpoint value of the position of the valve piston of the directional control valve 12 is monitored.

Wenn diese Differenz einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt und langer als eine vorgegebene Zeit ansteht, wird dies als Störung betrachtet und das Oberwachungsglied 66 gibt ein Signal an ein-an Schalter 62, der den Schaltkontakt 60 und einen weiteren Schaltkontakt 68 Öffnet.If this difference exceeds a predetermined limit and persists for longer than a predetermined time, this is considered a fault and the monitoring element 66 sends a signal to on-on switch 62, which opens the switching contact 60 and another switching contact 68.

Die Steuerelektronik 44 ist mit einem Spannungswandler 72 versehen, der die von einer Spannungsquelle über eine Leitung 70 angelegte Spannung von z.B. +24V in eine Spannung von z.B. +\5 V bei einem Strom von z.B. 100 mA umformt.The control electronics 44 are provided with a voltage converter 72 which converts the voltage of e.g. +24V applied by a voltage source via a line 70 into a voltage of e.g. +\5 V at a current of e.g. 100 mA.

Diese am Ausgang 80 des Spannungswandlers 72 anliegende Spannung ist die Speisespannung für die Steuerelektronik.This voltage present at the output 80 of the voltage converter 72 is the supply voltage for the control electronics.

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Von der Leitung 70 zweigt jedoch eine Leitung 74 ab, die zum Schaltkontakt 68 führt.Vom Schaltkontakt 68 führt eine Leitung 78 zum Elektromagnet 22 des Freischaltventils 16. Das letztere wird somit mit einer Spannung von +24V angesteuert.However, a line 74 branches off from line 70 and leads to the switching contact 68. A line 78 leads from the switching contact 68 to the electromagnet 22 of the release valve 16. The latter is thus controlled with a voltage of +24V.

Die erfindungsgemäße Ventilanordnung arbeitet wie folgt.The valve arrangement according to the invention works as follows.

In der Stellung der Ventilanordnung nach Fig. 1 sind das Servoventil 14 und das Freischaltventil 16 durch die Steuerelektronik 44 nach Fig. 4 angesteuert, d.h. der Schalter 62 ist geschlossen.In the position of the valve arrangement according to Fig. 1, the servo valve 14 and the release valve 16 are controlled by the control electronics 44 according to Fig. 4 i.e. the switch 62 is closed.

Das Kreischaltventil 16 ist gesperrt und das Servoventil 14 positioniert entsprechend der Sollwertvorgabe "Null" den Ventil kolben des Wegeventils 12 in die neutrale Mittelstellung, wie in Fig. 1 dargestellt ist.The circuit valve 16 is blocked and the servo valve 14 positions the valve piston of the directional control valve 12 in the neutral middle position according to the setpoint value "zero", as shown in Fig. 1.

Die Ventilanordnung 10 befindet sich somit in Fig. 1 in der Stellung "Aus".The valve arrangement 10 is thus in the "off" position in Fig. 1.

Fig. 2 zeigt die Ventilanordnung in der Stellung "Ein". Der Schalter 62 der Steuerelektronik nach Fig. 4 ist ebenfalls geschlossen, d.h. beide Schaltkontakte 60 und 68 sind geschlossen, womit das Freischaltventil 16 und das Servoventil 14 auch in dieser Stellung durch die Steuerelektronik 44 nach Fig. 4 angesteuert sind.Fig. 2 shows the valve arrangement in the "On" position. The switch 62 of the control electronics according to Fig. 4 is also closed, i.e. both switching contacts 60 and 68 are closed, whereby the release valve 16 and the servo valve 14 are also controlled in this position by the control electronics 44 according to Fig. 4.

Das Freischaltventil 16 ist weiterhin gesperrt, wie Fig. 2 zeigt, und das Servoventil 14 steuert den Ventilkolben des Wegeventils 12 in die durch den Sollwert vorgegebene Position. Das Servoventil 14 sebst wird, wie bereits ausgeführt, durch die Steuerelektronik 44 über deren Ausgangsleitung 76, die an die Elektromagnete 20 des Servoventils 14 angeschlossen ist, angesteuert.The release valve 16 is still blocked, as shown in Fig. 2, and the servo valve 14 controls the valve piston of the directional control valve 12 into the position specified by the setpoint. The servo valve 14 itself is, as already explained, controlled by the control electronics 44 via its output line 76, which is connected to the electromagnets 20 of the servo valve 14.

Der Schalter 62 und seine Schaltkontakte 60 und 68 bleiben somit sowohlThe switch 62 and its switching contacts 60 and 68 thus remain both

in der Stellung "Aus" nach Fig. 1, als auch in der Stellung "Ein" nachin the "Off" position according to Fig. 1, as well as in the "On" position according to

Fig. ^geschlossen. , ■ ■ ., ,. |Fig. ^closed. , ■ ■ ., ,. |

Wenn nun» wie bereits ausgeführt, die Differenz zwischen Istwert und Sollwert #If now» as already stated, the difference between actual value and setpoint #

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der Stellung des Kolbens des Wegeventils 12 einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt und/oder langer als eine vorgegebene Zeit ansteht, so gibt das Oberwachungsglied 66 ein entsprechendes Signal an den Schalter 62. Der Schalter 62 schaltet um und öffnet die Schaltkontakte 60 und 68, wodurch die Stromzuführung zum Freischaltventil 16 und zum Servoventil 14 unterbrochen wird.the position of the piston of the directional control valve 12 exceeds a predetermined limit value and/or persists for longer than a predetermined time, the monitoring element 66 sends a corresponding signal to the switch 62. The switch 62 switches over and opens the switching contacts 60 and 68, whereby the power supply to the release valve 16 and the servo valve 14 is interrupted.

Da nunmehr das Freischaltventil 16 entregt ist, wird sein Kolben durch die Feder 24 in die in Fig. 3 gezeigte Durchgangsstellung umgeschaltet, in der die Leitungen 40 und 42 miteinander verbunden sind.Since the release valve 16 is now de-energized, its piston is switched by the spring 24 into the through position shown in Fig. 3, in which the lines 40 and 42 are connected to one another.

Ober die Leitungen 34 und 36 sowie die Leitungen 40, 42 und das Freischal tventil 16 sind damit die Druckräume bzw. Steuerseiten 28 und 30 des Wegeventils 12 miteinander verbunden und kurzgeschlossen. Die Drücke in diesen Druckräumen auf den Steuerseiten 28 und 30 des Wegeventils 12 können sich damit über das Freischaltventil 16 ausgleichen.The pressure chambers or control sides 28 and 30 of the directional control valve 12 are connected to one another and short-circuited via the lines 34 and 36 as well as the lines 40, 42 and the release valve 16. The pressures in these pressure chambers on the control sides 28 and 30 of the directional control valve 12 can thus be equalized via the release valve 16.

Durch die Federn 18 wird daraufhin der Ventilkolben des Wegeventils 12 in die in Fig. 3 gezeigte neutrale oder sichere Mittelstellung verschoben bzw. geschaltet, in welcher die Verbindung von P nach A und die Verbindung von B nach T unterbrochen ist und damit Gefahren für das Bedienungspersonal der Vorrichtungen A und B vermieden werden.The springs 18 then move or switch the valve piston of the directional control valve 12 into the neutral or safe middle position shown in Fig. 3, in which the connection from P to A and the connection from B to T is interrupted, thus avoiding dangers for the operating personnel of the devices A and B.

Dieselbe Folge tritt auch bei anderen Störungen, z.B. bei einem Kabelbruch oder bei einem Ausfall der Versorqungsspannung ein.The same consequence also occurs in the case of other faults, e.g. a cable break or a power failure.

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Claims

A 15 210/G Protection claims

1. Safety valve with a proportional directional control valve for liquid media, such as oil, in particular for controlling and regulating large volume flows, with a servo valve for pilot control of the directional control valve and a position sensor coupled to the directional control valve, which is connected to control electronics, by means of which the servo valve can be controlled, characterized in that an isolation valve (16) is coupled to the directional control valve (12), by means of which the directional control valve (12) can be switched to a neutral middle position in the event of a fault or incorrect switching.

2. Safety valve according to claim 1, characterized in that the release valve (16) is connected to the pressure chambers of the directional control valve (12) on both control sides (28, 30).

3. Safety valve according to claim 1 or 2, characterized in that the release valve (16), which is blocked when the directional control valve (12) is switched on and off, is provided with a spring (24) by which it can be switched to passage in the event of a fault or incorrect switching.

4. Safety valve according to one of the preceding claims, characterized in that the directional control valve (12) is provided with springs (18) by means of which the valve piston of the directional control valve (12) can be switched to a neutral middle position in the event of a malfunction or incorrect switching.

5. Safety valve according to claim 2, characterized in that the release valve (16) is connected via lines (40, 42) to lines (34, 36) which lead from the control sides (28, 30) of the directional control valve (.12) to the control valve (1.4).

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