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EP0231735B1 - Gleichlaufregeleinrichtung für einen hydraulischen Mehrzylinderantrieb - Google Patents

Gleichlaufregeleinrichtung für einen hydraulischen Mehrzylinderantrieb Download PDF

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Publication number
EP0231735B1
EP0231735B1 EP19860890350 EP86890350A EP0231735B1 EP 0231735 B1 EP0231735 B1 EP 0231735B1 EP 19860890350 EP19860890350 EP 19860890350 EP 86890350 A EP86890350 A EP 86890350A EP 0231735 B1 EP0231735 B1 EP 0231735B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder
hydraulic
control
pressure
working
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP19860890350
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0231735A1 (de
Inventor
Bernd Walter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoerbiger Hydraulik GmbH
Original Assignee
Hoerbiger Hydraulik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoerbiger Hydraulik GmbH filed Critical Hoerbiger Hydraulik GmbH
Publication of EP0231735A1 publication Critical patent/EP0231735A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0231735B1 publication Critical patent/EP0231735B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/16Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors
    • F15B11/22Synchronisation of the movement of two or more servomotors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/16Control arrangements for fluid-driven presses
    • B30B15/24Control arrangements for fluid-driven presses controlling the movement of a plurality of actuating members to maintain parallel movement of the platen or press beam

Definitions

  • the invention relates to a synchronous control device for a hydraulic multi-cylinder drive, in particular for a die bending machine, each with a displacement transducer assigned to each working cylinder and connected to a common electronic control unit, and each with a control valve acted upon with pressure medium and connected to the control unit via control lines for each working cylinder, with all control valves are connected to a common drive station for supplying the working cylinders with pressure medium.
  • the object of the present invention is to improve a synchronization control device of the type mentioned at the outset in such a way that the structural outlay for the device can be further reduced while maintaining the high achievable parallelism or synchronization accuracy.
  • This is achieved in accordance with the present invention in that both sides of each working cylinder are connected via a shuttle valve to a three-way pressure compensator common to all working cylinders.
  • the use of the three-way pressure compensator which is already known per se in connection with the known electronic-hydraulic synchronous control device mentioned at the beginning, enables a low power loss in the dynamic state of the multi-cylinder drive, since this means that the unnecessary amount of pressure medium under the currently existing system pressure is via these three-way - Pressure compensator can be routed to the tank and does not have to be routed through the maximum pressure relief valve, which would mean a higher heat dissipation. Furthermore, this three-way pressure compensator ensures a constant pressure drop across the individual channels of the proportional directional control valves.
  • the upper beam 1 of the die bending machine which is not shown in further detail, is equipped with a hydraulic at its two outer ends 2, 3
  • the cylinder / piston arrangement 4 is provided, in each case the piston 5 with the upper beam 1 itself and the cylinder 6 in a manner not shown in connection with the machine frame in connection.
  • the lower beam 7 is rigidly connected to the machine frame in a manner also not shown, with which a relative movement between the upper beam 1 and the lower beam 7 can be brought about via the cylinder / piston arrangements 4, which bending work on corresponding, usually interchangeable die tools, between the upper beam 1 and the lower beam 7 workpieces located.
  • displacement transducers 8 are arranged, for example according to the principle of the reflection light barrier, in an inductive manner, or by using another known principle, either in an analog or incremental or digital manner Provide the actual signal between the actual distance between the upper beam 1 and lower beam 7 or send it to a common electronic control unit 10 via signal lines 9.
  • the drive station 17 connected to the annular spaces 11 of the cylinder / piston arrangements 4 via lines 12 to 16 essentially consists of a motor 18, the hydraulic pump 19 coupled to it and any filters not shown here, and is for both cylinder / piston arrangements 4 together.
  • control valves designed as proportional directional control valves 20 are switched on, which can be actuated directly from the control unit 10 via proportional magnets 21 and corresponding control lines 22, and depending on their switching position enable a more or less large amount of pressure on the annular spaces 11 - or alternatively via the lines 23, 23 'also the cylinder spaces 24 - and at the same time also the backflow of the hydraulic medium from the cylinder spaces 24 or annular spaces 11 via lines 25, Release or shut off 26, 27 in the tank 28 accordingly.
  • the outlet of the shuttle valve 37 at which, according to the design of all three shuttle valves, the highest system pressure is always present, is connected via a line 38 to a three-way pressure compensator 39, which, in the exemplary embodiment shown, is designed as a slide element, the input of line 38 from the superordinate shuttle valve 37 opposite slide chamber of the pressure compensator 39 is connected via a line 40 to the line 12 from the pressure side of the hydraulic pump 19;
  • the annular space 42 which is shut off in the illustrated position of the slide 41 of the pressure compensator 39 is relieved via the line 27 to the tank 28.
  • a pressure control valve is located between the line 12 adjoining the pressure side of the hydraulic pump 19 and the line 27 leading to the tank 28. 43 switched on via lines 44, 45, which, for example, is also electrically proportional and is operated from the control unit 10 in a manner not shown here to limit or ensure the necessary bending pressure, which is either programmable via the electronics in the control unit 10 or from the control unit 10 the various process parameters is calculated, can be influenced.
  • the upper beam 1 will begin to move relative to the lower beam 7 in the direction of the axes of the working cylinders 4, the direction of movement depending on which of the lines 15, 23 or 16, 23 'is activated.
  • the transducers 8 the current position of the two outer ends 2, 3 of the upper beam 1 relative to the lower beam 7 is continuously transmitted to the control unit 10 via the signal lines 9, where a target / actual comparison is carried out electronically.
  • the shuttle valves 33, 34 and 37 are designed or arranged so that the excess amount of hydraulic medium not required in this state via the line 40 in the then opened ring space 42 of the pressure compensator 39 or the line 27 is shut off, so that the pressure control valve 43, at which greater heating and thus greater power loss occurs, only opens at the bending point or at the adjustable maximum pressure.
  • the device shown and described manages with only one drive station and a pressure compensator regardless of the number of working cylinders, the design effort for the nevertheless very precise synchronization control is significantly reduced, which is also reflected in a reduced assembly and maintenance effort.
  • the arrangement or its functioning is independent of whether symmetrical or asymmetrical pistons are used for the proportional directional control valves, which allows a wide variety of cylinder transmission ratios of the working cylinders to be taken into account. Furthermore, to improve the control accuracy via the proportional directional control valves, the position of the pistons of these valves, not shown here, can be provided directly, which correspond to the control unit 10 via their own signal lines and a SoIVlst control of these valves and thus a further increased accuracy of the synchronous control device enable.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gleichlaufregeleinrichtung für einen hydraulischen Mehrzylinderantrieb, insbesonders für eine Gesenkbiegemaschine, mit je einem jedem Arbeitszylinder zugeordneten und mit einer gemeinsamen elektronischen Steuereinheit verbundenen Wegaufnehmer und je einem mit Druckmedium beaufschlagten und über Steuerleitungen mit der Steuereinheit verbundenen Steuerventil für jeden Arbeitszylinder, wobei alle Steuerventile mit einer gemeinsamen Antriebsstation zur Versorgung der Arbeitszylinder mit Druckmedium verbunden sind.
  • Bei Mehrzylinderantrieben für hydraulische Pressen oder dergleichen und insbesonders bei solchen für Gesenkbiegemaschinen besteht eine der Grundanforderungen an die Konstruktion darin, einen möglichst exakten Gleichlauf der Arbeitszylinder zu erreichen, was bei den bisher bekannten derartigen Einrichtungen durch verschiedenste Vorkehrungen sicherzustellen versucht wird.
  • In der einfachsten Variante wird versucht, einen Gleichlauf mechanisch, beispielsweise durch Führungen, zu erzwingen, was eine sehr schwere Bauweise der Maschine und aufwendige Hydraulikzylinder mit integriertem Festanschlag erfordert und trotzdem keine besondere Parallelitätsgenauigkeit und keinen Ausgleich bei eventuellen Parallelitätsabweichungen ermöglicht
  • Weiters sind Einrichtungen bekannt, die einen hydraulischen Zwangsgleichlauf durch Zahnradmotore, Mengenteiler oder dergleichen erzwingen, wobei aber ebenfalls keine besondere Parallelitätsgenauigkeit und kein Ausgleich von etwaigen Abweichungen ermöglicht wird.
  • Aus der DE-A-33 36 713 bzw. auch aus der DE-A-33 38 218 sind Gleichlaufregeleinrichtungen für hydraulische Mehrzylinderantriebe bekannt, die auf mechanisch-hydraulische Weise einen Ausgleich von unterschiedlichen Bewegungsabläufen der Arbeitszylinder ermöglichen und dazu im wesentlichen ein mechanisch über eine auftretende Wegdifferenz betätigtes hydraulisches Ausgleichsventil aufweisen. Abgesehen vom hohen mechanischen Aufwand für die Ansteuerung dieses Gleichlaufventils ist die Genauigkeit einer derartigen Gleichlaufsteuerung hauptsächlich von der erforderlichen mechanischen Obersetzung bzw. den dabei auftretenden Toleranzen, Lagerspielen und dergleichen stark beschränkt.
  • . Zur Vermeidung der Nachteile der letztgenannten mechanisch-hydraulischen Gleichlaufregeleinrichtungen sind in letzter Zeit Einrichtungen bekannt geworden, die auf elektronisch-hydraulischem Wege den Gleichlauf der Arbeitszylinder mit hoher Genauigkeit sicherstellen. Der jedem Arbeitszylinder zugeordnete Wegaufnehmer bestimmt dabei mit seiner Auflösung und im Zusammenhang - mit der elektronischen Steuereinheit sowie mit den Proportionalwegeventilen die erreichbare Genauigkeit, wobei im Arbeitsgang der Maschine Parallelitäts- bzw. Gleichlaufgenauigkeiten von 0,01 mm ohne weiteres erzielbar sind.
  • Um den relativ hohen konstruktiven Aufwand für die Ausführung der jeweils von einander komplett getrennten hydraulischen Kreise jedes Arbeitszylinders, womit im wesentlichen sämtliche Teile der Hydraulik - also etwa Pumpe, Filter, allfällige Druckwaagen und dgl. - entsprechend der Anzahl der Arbeitszylinder der Maschine vorhanden sein müssen, was den Vorteil der hohen Gleichlaufgenauigkeit zumindest teilweise wieder aufheben bzw. einschränken würde, zu vermeiden, ist beispielsweise aus der Zeitschrift Ölhydraulik und Pneumatik - Krauskopf-Verlag, Mainz, Heft 6/1980, Seiten 462, 465 und 466, eine Ausführung bekannt, bei der alle Steuerventile mit einer gemeinsamen Antriebsstation zur- Versorgung der Arbeitszylinder mit Druckmedium verbunden sind. Auf diese Weise wird eine Reduzierung des konstruktiven Aufwandes für die Gleichlaufregeleinrichtung erzielt, da damit nur mehr eine einzige Hydraulikpumpe samt Filtem und dergleichen für die gesamte Mehrzylinderanordnung notwendig ist. Es hat sich dabei auch herausgestellt, daß die gegenseitige hydraulische Beeinflussung der von einer gemeinsamen Antriebsstation versorgten Arbeitszylinder vemachlässigbar bzw. durch die elektronisch-hydraulische Gleichlaufregelung völlig kompensierbar ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gleichlaufregeleinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß unter Beibehaltung der hohen erzielbaren Parallelitäts- bzw. Gleichlaufgenauigkeit der konstruktive Aufwand für die Einrichtung weiter verringert werden kann. Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß beide Seiten jedes Arbeitszylinders über Wechselventile mit einer für alle Arbeitszylinder gemeinsamen Dreiwege-Druckwaage verbunden sind. Der Einsatz der Dreiwege-Druckwaage, der an sich bereits im Zusammenhang mit der eingangs angesprochenen bekannten elektronisch-hydraulischen Gleichlaufregeleinrichtung bekannt ist, ermöglicht eine geringe Verlustleistung im dynamischen Zustand des Mehrzylinderantriebs, da damit die nichtbenötigte Menge an Druckmedium unter dem gerade anstehenden Systemdruck über diese Dreiwege-Druckwaage zum Tank geleitet werden kann und nicht über das Maximaldruck-Begrenzungsventil geleitet werden muß, was eine höhere Wärmeverlustleistung bedeuten würde. Weiters kann über diese Dreiwege-Druckwaage ein konstanter Druckabfall über die einzelnen Kanäle der Proportionalwegeventile sichergestellt werden.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels einer Gesenkbiegemaschine mit hydraulischem Zweizylinderantrieb und Gleichlaufregeleinrichtung näher erläutert.
  • Der Oberbalken 1 der nicht weiter im Detail dargestellten Gesenkbiegemaschine ist an seinen beiden äußeren Enden 2, 3 mit je einer hydraulischen Zylinder/Kolben-Anordnung 4 versehen, wobei hier jeweils der Kolben 5 mit dem Oberbalken 1 selbst und der Zylinder 6 in nicht dargestellter Weise mit dem Maschinengerüst in Verbindung steht. Der Unterbalken 7 ist mit dem Maschinengerüst in ebenfalls nicht dargestellter Weise starr verbunden, womit über die Zylinder/Kolben-Anordnungen 4 eine Relativbewegung zwischen Oberbalken 1 und Unterbalken 7 bewirkt werden kann, die über entsprechende, üblicherweise austauschbare Gesenkwerkzeuge Biegearbeiten an zwischen Oberbalken 1 und Unterbalken 7 befindlichen Werkstücken ermöglicht.
  • An den äußeren Enden 2, 3 des Oberbalkens 1 sind Wegaufnehmer 8 angeordnet, die beispielsweise nach dem Prinzip der Reflektions-Lichtschranke, auf induktive Weise, oder unter Ausnutzung eines sonstigen bekannten Prinzips entweder auf analoge oder aber inkrementale bzw. digitale Weise ein dem an dieser Stelle tatsächlich gegebenen Abstand zwischen Oberbalken 1 und Unterbalken 7 entsprechendes Signal bereitstellen bzw. über Signalleitungen 9 an eine gemeinsame elektronische Steuereinheit 10 abgeben.
  • Die mit den Ringräumen 11 der Zylinder/Kolben-Anordnungen 4 über Leitungen 12 bis 16 verbundene Antriebsstation 17 besteht im wesentlichen aus einem Motor 18, der damit gekoppelten Hydraulikpumpe 19 und allfälligen, hier nicht dargestellten Filtern und ist für beide Zylinder/Kolben-Anordnungen 4 gemeinsam. In die für die beiden Zylinder/Kolben-Anordnungen 4 bereits separaten Leitungen 14, 15 bzw. 13, 16 sind als Proportionalwegeventile 20 ausgebildete Steuerventile eingeschaltet, die hier über Proportionalmagnete 21 und entsprechende Steuerleitungen 22 direkt von der Steuereinheit 10 aus betätigbar sind und je nach ihrer Schaltstellung eine mehr oder minder große Mengenbeaufschlagung der Ringräume 11 - bzw. altemativ dazu über die Leitungen 23, 23' auch der Zylinderräume 24 - ermöglichen und dabei auch gleichzeitig den Rückfluß von abgesteuertem Hydraulikmedium aus den Zylinderräumen 24 bzw. Ringräumen 11 über Leitungen 25, 26, 27 in den Tank 28 entsprechend freigeben oder absperren.
  • Beide Seiten jeder Zylinder/Kolben-Anordnung bzw. jedes daraus gebildeten Arbeitszylinders 4 sind über an den Leitungen 15, 23 bzw. 16, 23 anschließende Druckleitungen 29, 30 bzw. 31, 32 mit Wechselventilen 33, 34 verbunden, welche ihrerseits wieder über Leitungen 35, 36 mit einem übergeordneten Wechselventil 37 in Verbindung stehen. Der Ausgang des Wechselventils 37, an dem zufolge der Auslegung aller drei Wechselventile stets der höchste Systemdruck anliegt, ist über eine Leitung 38 mit einer Dreiwege-Druckwaage 39 verbunden, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Schieberelement ausgelegt ist Der dem Eingang der Leitung 38 vom übergeordneten Wechselventil 37 abgewandte Schieberraum der Druckwaage 39 ist über eine Leitung 40 mit der Leitung 12 von der Druckseite der Hydraulikpumpe 19 verbunden ; der in der dargestellten Stellung des Schiebers 41 der Druckwaage 39 abgesperrte Ringraum 42 ist über die leitung 27 zum Tank 28 hin entlastet.
  • Zwischen die an der Druckseite der Hydraulikpumpe 19 anschließende Leitung 12 sowie die zum Tank 28 führende Leitung 27 ist ein Drucksteuerventil. 43 über Leitungen 44, 45 eingeschaltet, welches beispielsweise ebenfalls elektrischproportional ausgeführt und von der Steuereinheit 10 aus auf hier nicht dargestellte Weise zur Begrenzung bzw. Sicherstellung des notwendigen Biegedruckes, der entweder über die Elektronik in der Steuereinheit 10 programmierbar ist oder von der Steuereinheit 10 aus den verschiedenen Prozeßparametem errechnet wird, beeinflußbar ist.
  • , Bevor im folgenden noch kurz auf die Funktion der Gleichlaufregeleinrichtung bei der schematisch dargestellten Gesenkbiegemaschine eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß hier verschiedene üblicherweise erforderliche bzw. vorgesehene Einrichtungen, wie etwa die sogenannten Hochhalte- und Nachsaugeeinrichtungen, zur Erleichterung der Übersicht und als im vorliegenden Zusammenhang unwesentlich weggelassen wurden.
  • Bei angenommener Aufsteuerung der Proportionalwegeventile 20 wird sich der Oberbalken 1 relativ zum Unterbalken 7 in Richtung der Achsen der Arbeitszylinder 4 zu bewegen beginnen, wobei die Bewegungsrichtung davon abhängig ist, welche der Leitungen 15, 23 bzw. 16, 23' aufgesteuert wird. Über die Wegaufnehmer 8 wird die aktuelle Position der beiden äußeren Enden 2, 3 des Oberbalkens 1 relativ zum Unterbalken 7 laufend über die Signalleitungen 9 an die Steuereinheit 10 übermittelt, wo auf elektronische Weise ein Soll- /Ist-Vergleich durchgeführt' wird. Zufolge unvermeidbarer Unterschiede in der Auslegung der Hydraulik auftretende Abweichungen von Wegdifferenz Null, bzw. einer für bestimmte Arbeiten der Gesenkbiegemaschine unter Umständen erforderlichen, eine bestimmte Schrägstellung des Oberbalkens relativ zum Unterbalken bewirkenden vorgewählten Wegdifferenz, führen zu einer Änderung eines über die Leitungen 22 an die Proportionalmagnete 21 gelieferten Steuersignals, was einen voreilenden Arbeitszylinder durch entsprechende Beeinflussung des vom zugehörigen Proportionalwegeventil 20 freigegebenen Durchflußquerschnitts entsprechend bremsen bzw. einen nachhinkenden Zylinder falls gewünscht beschleunigen wird. Auf diese Weise kann ständig eine sehr genaue Regelung des Gleichlaufs der beiden Arbeitszylinder 4 vorgenommen werden, wobei mit den heutzutage erhältlichen Bauteilen für die Wegaufnehmer 8, die Steuereinheit 10 und die Proportionalwegeventile 20 ohne weiteres Gleichlaufgenauigkeiten im Bereich von 0,01 mm sichergestellt werden können.
  • Um die während der üblicherweise stark verlangsamten Annäherung des Oberbalkens 1 an den programmierten Nullpunkt oder Biegepunkt zufolge des nur mehr sehr geringen geöffneten Querschnitts an den Proportionalwegeventilen im System auftretende Verlustleistung möglichst gering zu halten, sind die Wechselventile 33, 34 und 37 so ausgebildet bzw. angeordnet, daß die in diesem Zustand nicht benötigte Überschußmenge an Hydraulikmedium über die Leitung 40 in den dann aufgesteuerten Ringraum 42 der Druckwaage 39 bzw. die Leitung 27 abgesteuert wird, sodaß das Drucksteuerventil 43, an dem größere Erwärmung und damit größere Verlustleistung auftritt, erst am Biegepunkt bzw. beim einstellbaren Maximaldruck öffnet.
  • Da die dargestellte und beschriebene Einrichtung unabhängig von der Anzahl der Arbeitszylinder mit nur einer Antriebsstation und einer Druckwaage auskommt, ist der konstruktive Aufwand für die trotzdem sehr genaue Gleichlaufregelung deutlich verringert, was sich auch in einem verringerten Montage- und Wartungsaufwand niederschlägt.
  • Zu erwähnen ist schließlich auch noch, daß die Anordnung bzw. ihr Funktionieren davon unabhängig ist, ob symmetrische oder asymmetrische Kolben für die Proportionalwegeventile verwendet werden, was eine Berücksichtigung verschiedenster Zylinderübersetzungsverhältnisse der Arbeitszylinder erlaubt. Weiters können zur Verbesserung der Regelgenauigkeit über die Proportionalwegeventile auch direkt die Stellung der Kolben dieser Ventile berücksichtigende, hier nicht dargestellte Wegaufnehmer vorgesehen sein, welche über eigene Signalleitungen mit der Steuereinheit 10 korrespondieren und eine SoIVlst-Regelung dieser Ventile und damit eine weiters erhöhte Genauigkeit der Gleichlaufregeleinrichtung ermöglichen.

Claims (1)

  1. Gleichlaufregeleinrichtung für einen hydraulischen Mehrzylinderantrieb, insbesonders für eine Gesenkbiegmaschine, mit je einem jedem Arbeitszylinder (4t zugeordneten und mit einer gemeinsamen elektronischen Steuereinheit (10) verbundenen Wegaufnehmer (8) und je einem mit Druckmedium beaufschlagten und über Steuerleitungen (22) mit der Steuereinheit (10) verbundenen Steuerventil (20) für jeden Arbeitszylinder, wobei alle Steuerventile (20) mit einer gemeinsamen Antriebsstation (17) zur Versorgung der Arbeitszylinder (4) mit Druckmedium verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Seiten jedes Arbeitszylinders (4) über Wechselventile (33, 34, 37) mit einer für alle Arbeitszylinder (4) gemeinsamen Dreiwege-Druckwaage (39) verbunden sind.
EP19860890350 1985-12-30 1986-12-19 Gleichlaufregeleinrichtung für einen hydraulischen Mehrzylinderantrieb Expired - Lifetime EP0231735B1 (de)

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AT377385A AT385466B (de) 1985-12-30 1985-12-30 Gleichlaufregeleinrichtung fuer einen hydraulischen mehrzylinderantrieb

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EP0231735A1 EP0231735A1 (de) 1987-08-12
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