DE2121267A1

DE2121267A1 - Verstellpumpe mit Verstellvorrichtung

Info

Publication number: DE2121267A1
Application number: DE19712121267
Authority: DE
Inventors: Hans 4070 Rheydt Knaak
Original assignee: GL Rexroth GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1971-04-30
Filing date: 1971-04-30
Publication date: 1972-11-16
Also published as: US3808952A

Description

G.L, Rexroth GmbH Akte-Nr. 121.127

Verstellpumpe mit Verstellvorrichtung 2121267

Die Erfindung betrifft eine Verstellpumpe, insbesondere eine verschwenkbare Axialkolbenpumpe mit einer Verstellvorrichtung, deren von einem Steilzylinder gebildetes Stellorgan einen, von einer Steuerdruckquelle beaufschlagten Kolben aufweist, dessen Stellung ein Maß für den Verstellgrad, bzw. für die Fördermenge der Verstellpumpe bildet.

Bei einer bekannten Verstellpumpe der vorliegenden Art wird der federzentrierte Kolben des Verstellorgans auf der einen Seite von einem einstellbaren Steuerdruck beaufschlagt, während seine andere Seite mit dem Tank in Verbindung steht. Die M

jeweilige Stellung des den Verstellgrad der Pumpe festlegenden Kolbens ist somit ausschließlich von der Höhe des Steuerdruckes in Verbindung mit der Federkennlinie der den Kolben in seine Mittelstellung zentrierenden Feder bestimmt. Die Höhe des jeweiligen Steuerdruckes wird hierbei von einem Druckregelventil festgelegt, welches manuell, mechanisch oder auch, falls die Verstellpumpe auf konstantes Antriebsdrehmoment geregelt werden soll, vom Arbeitsdruck eingestellt wird. Soll eine Verstellung, die eine beliebige Einstellung der Verstellpumpe zuläßt, durch eine Regelung auf konstantes Antriebsdrehmoment überlagert werden, so ist neben dem Druckregelventil, welches den gewünschten Einstellungswert der Verstellpumpe vorgibt, noch ein vom Arbeitsdruck beeinflußtes Druckregelventil erforderlich, welches ebenfalls in der Steuerdruckleitung eingebaut ist und dann den ä Steuerdruck bestimmt, wenn es auf einen niedrigeren Druck eingestellt ist als das andere DruckregeIventil. Dieses ist dann der Fall, wenn das vorgegebene maximale Antriebsdrehmoment der Verstellpumpe erreicht ist.

Mit diesem System können bei einer einfachen Steuerung oder Regelung der Verstellpumpe nicht mehrere, voneinander unabhängig arbeitende Verstellvorrichtungen an eine gemeinsame Steuerdruckleitung angeschlossen werden, da eine Veränderung des Verdrängungsvolumens der Verstellpumpe eine Veränderung der Höhe

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des Steuerdruckes voraussetzt, wodurch eine Beeinflussung auch der anderen Verstellvorrichtungen gegeben wäre. Umgekehrt würden Druckschwankungen in der Steuerdruckleitung, wie sie z. B. durch das Zuschalten von weiteren Verbrauchern entstehen, ein Schwanken der Größe des Verdrängungsvolumens der Verstellpumpe hervorrufen.

Weiterhin besteht ein Nachteil dieses Systems darin, daß bei einer Pumpensteuerung mit überlagerter Regelung auf konstantes Antriebsdrehmoment mit einem den gewünschten Einsteilungswert der Verstellpumpe vorgebenden Druckregelventil nicht mehrere Verstellpumpen gemeinsam gesteuert werden können, wenn diese mit unterschiedlichen Arbeitsdrücken belastet v/erden, bzw. die konstantzuhaltenden Antriebsdrehmomente der einzelnen Pumpen unterschiedlich groß sind. Das der überlagerten Regelung dienende Druckregelventil, weiches vom Arbeitsdruck seiner Verstellpumpe auf den niedrigsten Druck eingestellt wird, würde die Höhe des Steuerdruckes festlegen und dadurch alle anderen Verstellvorrichtungen beeinflussen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Verstellpumpe, deren Verstellvorrichtung, mit der die einfache Steuerung oder Regelung, bzw. die überlagerte Regelung des Verstellgrades der Verstellpumpe vorgenommen werden kann, ein betriebssicheres Arbeiten auch bei mehreren an einer gemeinsamen Steuerdruckleitung angeschlossenen Verstellvorrichtungen gewährleistet, ohne daß eine gegenseitige Beeinflussung stattfindet. Hierzu muß das Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe auf jeden beliebigen Wert einzustellen sein, ohne daß eine Veränderung der Höhe des Steuerdruckes, der bei einfacher Steuerung oder Regelung konstant und bei überlagerter Regelung zum Zwecke der Vorgabe des gewünschten Einste I !wertes der Verstellpumpe veränderlich sein kann, erforderlich ist. Weiterhin soll das durch die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung eingestellte Verdrängungsvolumen durch Schwanken des Steuerdruckes weitgehend unbeeinflußt bleiben«

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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Kolben des Stellorgans auf der, der von einem Steuerdruck beaufschlagten Seite gegenüberliegenden Seite, von einem dem Steuerdruck entgegenwirkenden veränderbaren Gegendruck und der Kraft einer Regelfeder beaufschlagt ist. Die Steuerung des Stellorgans erfolgt somit von der Druckdifferenz zwischen Steuerdruck und Gegendruck, die mit der beaufschlagten Fläche des Stellorgankolbens multipliziert eine resultierende Kolbenkraft ergibt, die gegen die Regelfeder ausgewogen wird, wobei der dieser Kraft entsprechende Federweg eine außermittige Lage des Stellorgankolbens und damit eine Ausschwenkung der Verstellpumpe ergibt. Ferner ist das betriebssichere Arbeiten der Stellvorrichtung unabhängig vom Tankdruck bzw. von der Lage des Tankes.

Der für die Jeweilige Einstellung der Verstellpumpe erforderliche Gegendruck wird in vorteilhafter Weise von einem Druckregeiventil festgelegt, das zweckmäßigerweise mit seiner Eingangsseite mit dem Steuerdruck in Verbindung steht. Dieses Druckregelventil ist funktionell so ausgebildet, daß bei dessemkonstanter Einsteilung eine Veränderung des Steuerdruckes eine Veränderung des Gegendruckes bewirkt, derart, daß die Druckdifferenz zwischen Steuerdruck und Gegendruck und damit die resultierende Kraft am Stellorgankolben und die Einstellung der Verstellpumpe innerhalb eines Funktionsbereiches konstant bleibt. Bei manueller oder mechanischer Betätigung der Verstellvorrichtung wird ein Druckregelventil mit einer entsprechenden Betätigung verwendet.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Stellung des Steuerkolbens des Druckregefventils vom Arbeitsdruck der Verstellpumpe beeinflußbar, derart, daß mit steigendem Arbeitsdruck der den Kolben des Stellorgans beaufschlagende Gegendruck ebenfalls ansteigt, und umgekehrt. Diese Ausbildung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Regelung der Verstellpumpe auf Konstanthaltung ihres Antriebsdrehmomentes. Sie kann für die einfache oder überlagerte Regelung eingesetzt werden. Weiterhin wird hierbei zur Erzielung einer wirkungsvollen Dämpfung der Verstellbewegung der Verstellpumpe in der vom Druckregelventil zum Stellorgan führenden

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Gegendruckleitung ein in Richtung des Stellorgans öffnendes Drosselrückschlagventil angeordnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine Verstellpumpe mit manuell oder mechanisch betätigter Verstelleinrichtung in schematischer Darstellung,

Figur 2 einen Schnitt eines manuell oder mechanisch betötigten Druckregelventils,

Figur 3 eine Verstellpumpe mit vom Druck der Versfellpumpe beeinflußbarer Versfei !vorrichtung mit hydraulischer Verstärkung in schematischer Darstellung, und

Figur 4 einen axialen Längsschnitt eines Druckregelvenfils, dessen Druckeinstellung vom Druck der Verstellpumpe festgelegt ist.

In Figur 1 ist mit 1 die Verstellpumpe mit den beiden Druckmittel leitungen la, Ib bezeichnet. Das durch den Pfeil 1 c gekennzeichnete Versfellelement der Verstellpumpe ist unmittelbar mit der durchgehenden Kolbenstange 2 α des Kolbens 2 b des Stellorgans 2 der Verstellvorrichtung V verbunden. In den Zylinderraum 3 a mündet eine Leitung 4 und in den Zylinderraum 3 b eine Leitung 5 ein, die zu einem als 4-Wege-Ventil mit 3 Schaltstellungen (a,b,c) ausgebildeten Steuerventil 6 führen. Zu dem Steuerventil 6 führt ferner die Gegendruck leitung 7 vom Druckregelventil 8, sowie ein von der Steuerdruckleitung 9 abgezweigtes Leifungsteil 9 a. In der Schaltstellung c des Steuerventils 6 steht der Zylinderraum 3 b des Stellorgans 2 unter dem von dem Druckbegrenzungsventil Π auf einen genau definierten Wert begrenzten Druck der Steuermitfelpumpe 10 und der. ZyÜnderraurn 3 α des Stellorgans 2 unter dem am Druckregelventil 8 eingestellten Gegendruck. Zum Versfellen der Stellung des Kolbens 2 b aus der gezeigten, der Nu 11-Förderung der Verstellpumpe 1 entsprechenden Mittelstellung wird am DruckregeJventi! ein Gegendruck eingestellt, dessen Wert um einen bestimmten, dem Versfellweg des Kolbens entsprechenden Betrag unter dem Wert des konstanten Druckes der Steuermittelpumpe 10 liegt. Durch diese Druckdifferenz aus dem konstanten Druck der SteuermStfeipumpe 10 und dem eingestellten Druck am Druck™ regelventil 8 wird der Kolben 2 b des Stellorgans in Richtung des Zylinderraumes 3 a

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verschoben, und zwar unter gleichzeitigem Zusammendrücken der als Druckfeder ausgebildeten Regelfeder 12 a. Der Verstellweg des Kolbens 2 b wird hierbei gleichzeitig von der Kennlinie der Regelfeder 12 α mitbestimmt. Sobald durch das Zusammendrücken der Regelfeder 12 α deren Kraft soweit angestiegen ist, daß sie der auf der Gegenseite des Kolbens wirkenden Druckdifferenz entspricht, ist die neue Stellung des Kolbens 2 b und damit der Ausschwenkungsgrad, und davon abhängig die Fördermenge der Verstellpumpe 1 festgelegt. In der gezeigten Schaltstellung b des Steuerventils 6 herrscht in beiden Zylinderräumen 3 a , 3 b der Druck der Steuermittelpumpe, sodaß der Kolben 2 b von den Regelfedern 12 a, 12 b in seine Mittel- bzw. Ausgangsstellung zentriert ist.

In der Schaltstellung α des Steuerventils 6 ist der Zylinderraum 3 α des Stellorgans 2 mit der Steuerdruck I ei tu ng 9 verbunden, während der Zylinderraum 3 b mit der Gegendruckleitung 7 in Verbindung steht. In diesem Falle verschiebt sich der Kolben 2 b bei Druckminderung im Zylinderraum 3 b durch das Druckregelventil 8 in Richtung dieses Zylinderraumes und zwar ebenfalls soweit, bis der Wert, der durch das Zusammendrücken der Regelfeder 12 b sich ergebenden, entgegen der Verschieberichtung des Kolbens auf diesen wirkende Federkraft der Größe der sich aus dem im Zylinderraum 3 α herrschenden Druck der Steuermittelpumpe und dem vom Druckrege !ventil eingestellten Zylinderraum 3 b herrschenden Gegendruck ergebenden Druckdifferenz entspricht. ™

Die Verstellung des Kolbens 2 b des Stellorgans erfolgt somit nicht durch eine Änderung des Druckes der Steuermittelpumpe 10, sondern ausschließlich durch eine Änderung des vom Druckregelventil 8 einzustellenden Gegendruckes. Da der Druck der Steuermittelpumpe während der Verstellung konstant bleibt, lassen sich mit einer Steuermitte I pum pe eine größere Anzahl von Verstellvorrichtungen wirkungsvoll betreiben.

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Das verwendete Druckrege !ventil 8 besteht nach Figur 2 aus einem Gehäuse 100 in dessen Längsbohrung 101 ein Steuerkoiben 102 geführt ist. Der Steuerkolben weist eine umlaufende Erweiterung 103 auf, die zwei Räume 104 und 105 voneinander trennt. Der Raum 104 steht über die Gehäusebohrungen 106, 107 und 108 mit der Steuerdruckleitung 9 und der Raum 105 über die Gehäusebohrungen 110, 111 und 112 mit der Gegendruckleitung 7 in Verbindung. Der Druck im Raum 105 wird mittels der Federkraft der Regelfeder 113, die den Steuerkolben 102 in Richtung des Raumes 104 belastet, festgelegt. Die Einstellung der Regelfeder 113 erfolgt mit Hilfe eines, von dem Steuerkolben 102 und dem in der Axialbohrung 114 desselben angeordneten und nach außen geführten Betätigungsglied 115 gebildeten Folgesystems. Wird das Betätigungsglied 115 in Richtung des Pfeiles 137 verschoben, wird der umlaufende Raum 116, der über die Bohrung 108 und der Leitung 9 mit der Steuermittelquelle (10, Fig. 1) in Verbindung steht, mit dem umlaufenden Raum 133, der seinerseits über die Bohrung 112 mit der zum Steuerventil 6 führenden Leitung 7 in Verbindung steht, verbunden und zwar über Radialbohrungen 117 und 134 im Steuerkolben 102 und über die Ausnehmung 135 im Betätigungsglied 115. Durch diese Verbindung stehen die von der umlaufenden Erweiterung 103 des Steuerkolbens 102 begrenzten Räume und 105 unter dem von der Steuermittelquelle (10, Fig. 1) bewirkten Druck. Damit ist aber der Steuerkolben 102 druckausgeglichen, sodaß lediglich noch die Kraft der Regelfeder 113 auf denselben wirkt. Die als Druckfeder wirkende Regelfeder stützt sich mit ihrem einen Ende 113 α an der Zwischenwand 136 und mit ihrem anderen Ende 113 b an dem Federteller 123 ab, der sich seinerseits an der Mutter des über den Verbindungsstift 121 mit dem Steuerkolben 102 verbundenen Bolzens abstützt, sodaß der Steuerkolben 102 von der Regelfeder 113 in Richtung des Pfeiles 137 belastet und verschoben wird. Der Steuerkolben 102 verschiebt sich soweit in Richtung des Pfeiles 137, bis die Verbindung der Radialbohrungen 117 zu der Ausnehmung 135 am Betätigungsglied 115 von der Steuerkante 124 unterbrochen ist und die Verbindung zwischen den Radialbohrungen 117 und der Ausnehmung 125, die über die Querbohrungen 126 und der Längsbohrung 127 im Betätigungsglied 115, den Raum 128, sowie über die Längsbohrung 129 und die Querbohrungen 130, den

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Federroum 132 und über die Gehäusebohrung 131 mit dem Tank T in Verbindung steht, durch Überfahren der Steuerkante 138 des Betätigung^ I iedes von den Radialbohrungen 117 des Steuerkolbens 2 soweit hergestellt ist, daß sich im Raum 105 ein Druck einstellt, dessen auf die Fläche 103 b wirkende Kraft gemeinsam mit der in gleicher Richtung wirkenden Kraft der Regelfeder 113 der, vom im Raum 104 herrschenden konstanten Druck erzeugten und auf die Fläche 103 a wirkenden Kraft entspricht. Da der Druck im Raum 104 konstant bleibt, ändert sich mit der Stellung des Steuerkolbens 102 im Gehäuse 100 infolge der damit sich ändernden Kraft der Regelfeder 113 der Druck im Raum 105 der gleichzeitig den Gegendruck des Stellorgans 2 bildet. Je weiter daher das Betäfigungsglied 115 in Richtung des Pfeiles 137 verschoben wird und damit infolge der Folgewirkung auch der Steuerkolben 102, umso weiter entspannt sich die Regelfeder 113 und umso höher steigt der den Gegendruck bildende Druck im Raum 105 an.

Bei einer Verschiebung des Betätigungsgliedes 115 in die Gegenrichtung wird zunächst die Verbindung der Radialbohrungen 117 mit der mit dem Tank in Verbindung stehenden Ausnehmung 125 durch Freigabe der Radialbohrungen 117 von der Steuerkante 138 des Betätigungsgliedes 115 hergestellt. Durch das damit verbundene Absinken des Druckes im Raum 105 wird bei konstanktem Druck im Raum 104 der Steuerkolben 102 ebenfalls entgegen des Pfeiles 137 verschoben, und zwar soweit, bis die Radialbohrungen 117 wieder in dem Bereich der Steuerkanten 138 und 124 des Betätigungsgliedes liegen und sich im Raum 105 ein Druck einstellt, dessen auf die Fläche 103 b wirkende Kraft gemeinsam mit der in dieser Stellung in gleicher Richtung wirkenden Kraft der Regelfeder 113 wiederum der auf die Fläche 103 α wirkenden Kraft auf Grund des im Raum 104 herrschenden und die Fläche 103 α beaufschlagenden Druckes die Waage hält. Da sich mit einer Verschiebung des Regelkolbens 102 entgegen der Richtung des Pfeiles 137 die Kraft der Feder erhöht, verringert sich in gleichem Maße der die Fläche 103 b in Kraftrichtung der Regelfeder 113 beaufschlagende, den Gegendruck für das Stellorgan (2, Fig, 1) bildende Druck im Raum 105.

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Nach Figur 3 erfolgt die Einstellung des Druckregelventils 8 mittels des Arbeitsdruckes der Verstellpumpe 1, und zwar über die Leitung 20. Damit in beiden Förderrichtungen der Verstellpumpe 1 eine wirksame Einstellung des Druckregelventils 8 gewährleistet ist, ist die Leitung 20 über ein Wechselventil 139 mit den Leitungen 1 a/ 1 b der Verstellpumpe 1 verbunden. Das Wechselventil bewirkt eine Verbindung der Leitung 20 mit der jeweils unter Arbeitsdruck stehenden Leitung 1 α oder 1 b. Die Kolbenstange 2 α des Stellorgans 2 ist über eine aus einem Stellzylinder 21 α und Servoventil 21 b gebildete hydraulische Verstärkungsvorrichtung 21 mit eigener Druckmittelpumpe 21 c mit dem Verstellelement 1 c der Verstellpumpe 1 gekoppelt. Zur Dämpfung der Einstellbewegung des Kolbens 2 b des Stellorgans 2 ist in der Gegendruckleitung 7 ein Drosselrückschlagventil 22 eingebaut, das in Richtung des Stellorgans 2 öffnet. In der Gegenrichtung, also in Richtung des Druckregelventils 8 schließt das Rückschlagventil 22 a, sodaß die Druckflüssigkeit über die einstellbare Drossel 22 b zurückströmen muß, und damit eine Dämpfung der Stellbewegung des Kolbens 2 b des Stellorgans 2 bewirkt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Druckbegrenzungsventil 11 mit einer Handverstellung Π α versehen, sodaß unabhängig von dem vom Druck der Verstellpumpe 1 festgelegten Gegendruck eine überlagerte Steuerung mit Hilfe des Druckes der Steuermitielquelle 10, ähnlich wie dies bei vorbekannten Verstellpumpen dieser Art der Fall ist, durchführbar ist.

Das Druckregelventil 8 nach Figur 4, das vom Arbeitsdruck der Verstellpumpe 1 entsprechend Figur 3 gesteuert wird, weist gegenüber dem Druckregelventil nach Figur 2 zusätzlich einen auf das Betätigungsorgan 115 wirkenden, vom Arbeitsdruck der Verstellpumpe 1 im Raum 140 beaufschlagten Kraftkolben 141 auf, sowie ein zusätzliches Federpaket 143, das in Gegenrichtung über den Federteller 142 auf das Betätigungsorgan 115 wirkt, und zwar mit einer annähernd dem Verlauf einer Hyperbel folgenden Kennlinie. Je größer demnach der Arbeitsdruck der Verstellpumpe 1 ansteigt, umso größer ist die Verschiebung des Betätigungsgliedes In Richtung des Pfeiles Ί37, und umgekehrt. Damit steigt aber auch gleichzeitig

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der Gegendruck im Raum 105 an und damit auch in der Gegendruckleitung 7, sodaß sich die Verstellpumpe 1 in Richtung ihrer Null-Förderung bewegt.

Die Anschlagschraube 145 begrenzt die Verschiebung des Steuerkolbens 102 in Richtung des Pfeiles 137, sodaß bei einem weiteren Anstieg des Arbeitsdruckes und der damit verbundenen Verschiebung des Betätigungsorgans 115 in Pfeilrichtung die Steuerkante 124 den Durchfluß zu den Radialbohrungen öffnet, ohne daß der Steuerkolben 102 der Verschiebung folgen kann. Da hierbei der Gegendruck die Höhe des Steuerdruckes erreicht, findet nun am Kolben 2 b des Stellorgans 2 ein angenäherter Druckausgleich statt, sodaß er sich auf seine federzentrierte Mittel lage zu bewegt und dabei die Verstellpumpe 1 auf eine Fördermenge einstellt, die zur Aufrechterhaltung des Grenz-Arbeitsdruckes erforderlich ist, bei dem dieser Regelvorgang stattfindet.

Die Erfindung ist nicht an das gezeigte Ausführungsbeispiel gebunden, insbesondere können auch andere konzipierte Druckregelventile zur Einstellung des Gegendruckes eingesetzt werden.

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Claims

G.L. Rexroth GmbH Akte-Nr. 121.127 Λ0 Patentansprüche

1. Verstellpumpe, insbesondere verschwenkbare Axialkolbenpumpe, mit einer Verstellvorrichtung, deren Stellorgan einen, von einer Steuermittelquelle beaufschlagten Kolben aufweist, dessen Stellung ein Maß für den Versteligrad^ bzw, für die Fördermenge der Verstellpumpe bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolber(2 b)des Stellorgans(2)auf der, der von dem Steuerdruck (10, 9) beaufschlagten Seite gegenüberliegenden Seite von einem, dem Steuerdruck entgegenwirkendem Gegendruck(7)und der Kraft einer Regelfeder (12 a , 12 b) beaufschlagt ist.

2. Versteilpumpe nach Anspruch \, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kolben(2 b)des Stel!organs(2)beaufschlagende Gegendruck(7) von einem Druckregelventil(8)festgelegt ist.

3. Verstellpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsseite (9, 108) des Druckregelventils(8)mit der Steuermittelquel!e(]0)in Wirkverbindung steht.

4. Verstellpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventi 1(8)eine an sich bekannte manuelle bzw. mechanische Betätigung(8a)aufweist.

5. Verstellpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Steuerkolbens(102)des DruckregelventiIs(S)vom Arbeitsdruck der Verstellpumpe(l)beeinflußbar ist, derart, daß mit steigendem Arbeitsdruck der Verstel!pumpe(l)der den Kolben(2 b)des Stellorgans(2)beaufschlagende Gegendruck ebenfalls ansteigt, und umgekehrt.

6. Verstellpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom DruckregelventiI(8)zum Stellorgan(2) führenden Gegendruckle?tungV)ein in Richtung des Stellorgans(2)öffnendes Dr©sseirücksch!agventil{22)angeordnet ist.

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