DE2910029A1

DE2910029A1 - Steuerventil

Info

Publication number: DE2910029A1
Application number: DE19792910029
Authority: DE
Inventors: Rudolf Brunner
Original assignee: Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Current assignee: Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Priority date: 1979-03-14
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1980-09-18
Also published as: US4301837A; JPH0122515B2; FR2451527B1; NL8001439A; SE8001957L; NL185680B; IT8067370A0; FR2451527A1; DE2910029C2; JPS55152968A; SE436922B; ATA110180A; IT1129416B; GB2045897A; NL185680C; CH645443A5; GB2045897B; AT381998B

Description

PATENTANWÄLTE A- GRUNECKER

D«*n. ING

Λ Η. KINKELDEY

T «■ OBJMG

W. STOCKMAIR

DR INT, AmE(CALTECH)

K. SCHUMANN

DRfHHTiAT PPI -PHYS

P. H. JAKOB

DIfL ING

G. BEZOLD

CJR HER NAT - OPL-CHtM.

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

PH 13 594- - 25/wa

Heilmeier & Weinlein

Fabrik für OeI-Hydraulik GmbH & CoKG

Neumarkter Str. 26
München 80

Steuerventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der DE-PS 2 152 830 ist ein solches Steuerventil für ein Hochdruckhydrauliksystem bekannt. Der vom Pumpenanschluß abzweigende Zuströmkanal führt zu einer außermittigen Querbohrung im Kolbenschieber und wird dann in einer Rücklaufbohrungveitergeführt. Gleichzeitig ist der zur Pumpenanschlußöffnung führende Kanal über diese hinaus verlängert und unter Umgehung der Schieberbohrung zur dem Zuströmkanal gegenüberliegenden Seite des Kolbenschiebers geführt. Eine in der gleichen Radialebene wie

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TELEFON (08Θ) 223362 TELEX Ο5-2Θ38Ο TELEeRAMME MONAPAT TELEKOPIcRER

die erste Querbohrung liegende, zweite außermittige Querbohrung fluchtet mit dem verlängerten Kanal, der im Anschluß an den Kolbenschieber mehrfach umgelenkt und wieder in das Rücklaufkanalsystem geführt ist. Mit Hilfe der beiden in einer axialen Ebene des Kolbenschiebers zueinander parallel verlaufenden, im Gegenstrom mit Druckmittel durchströmten Querbohrungen wird ein Druckausgleich für den Kolbenschieber angestrebt. In der Neutralstellung bei drucklosem Umlauf ergibt sich jedoch bereits eine Druckdifferenz zwischen dem geradlinig durchgehenden Kanalzweig und dem wesentlich längeren und mehrfach umgelenkten Kanal— zweig, so daß der Strömungsdruck an zwei diametral annähernd gegenüberliegenden Bereichen des Kolbenschiebers unterschiedlich groß ist und der Kolbenschieber einseitig gegen die Schieberbohrungswand gedruckt wird. Sobald der Kolbenschieber in eine Steuerstellung verschoben wird, erfolgt ein Absperren des drucklosen Umlaufes. Somit steht das Druckmittel mit seinem Arbeitsdruck in den beiden Kanalzweigen an beiden Seiten des Kolbenschiebers an. Der infolge der außermittigen Lage der Querbohrungen vorhandene Hebelarm, zwischen den Druckangriffszonen aus beiden Kanalzweigen führt zu einer Drehbelastung für den Kolbenschieber, die insbesondere in Hochdruckhydrauliksystemen seine leichte Verstellbarkeit mindert. Außerdem wird der am Ende des wesentlich längeren und mehrfach umgelenkten Kanalzweiges anstehende Druck mit einer gewissen Verzögerung gegenüber dem im kurzen direkten Zuströmkanal anstehenden Druck aufgebaut werden, so daß sich auch hierdurch eine kurzzeitige Hemmung für den Kolbenschieber ergibt. Der wesentlichste Nachteil dieses bekannten Steuerventils liegt jedoch in der Tatsache, daß infolge des begrenzten Durchmessers für die Querbohrungen im Schieber, die aus Platzgründen zweckmäßigerweise in ein und derselben Axialebene des Kolbenschiebers liegen müssen, das Durchsatzvolumen im drucklosen Umlauf unzureichend ist. Der lange und mehrfach umgelenkte Kanal-

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zweig kann zwar zum Druckausgleich, am Kolbenschieber beitragen, er erhöht jedoch die Durchsatzleistung infolge eines besonders hohen Strömungswiderstandes nur geringfügig. Eine hohe DurchsatzMstung im drucklosen Durchlauf ist jedoch erwünscht. Diese Forderung gewinnt dann besonderes Gewicht, wenn eine größere Anzahl von derartigen Steuerventilen in Reihe nebeneinandergesetzt sind, so daß sich eine durchgehende Durchlauf leitung ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es in der Stellung für drucklosen Durchlauf eine große Durchsatzmenge zuläßt und daß für den Kolbenschieber in allen Stellungen, d.h. auch in den Übergangsbereichen zwischen den Stellungen ein Druckausgleich ermöglicht ist.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe "bei einem Steuerventil der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

In der Neutralstellung des Ko Ib en Schiebers, d.h. beim drucklosen Durchlauf, steht ein großquerschnittiger und das Steuerventilgehäuse geradlinig durchsetzender, relativ kurzer Strömungsweg zur Verfügung. Da nur eine einzige Querbohrung durch den Kolbenschieber notwendig ist, kann diese mit optimal großem Durchmesser ausgebildet sein. Infolge des Wegfalls von Umlenkstellen ergibt sich ein hohes Durchsatzvolumen. Es hat sich gezeigt, daß bei einem Durchmesser der Querbohrung von nur 10 mm ein Durchsatzvolumen bis zu 200 1 pro Minute und mehr erreicht werden kann. Gleichzeitig ergibt sich ein Kraftaus gleich für den Kolben-

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schieber sowohl in den Steuerstellungen als auch in Zwischenstellungen. In der Neutralstellung des Korbenschiebers steht der Strömungsdruck des drucklosen Umlaufes auch in den Ausnehmungen jeweils zu beiden Seiten des Kolbenschiebers an, da die jeweilige Radialbohrung durch den Kolbenschieber die beiden Ausnehmungen druck— übertragend verbindet. Sobald der Kolbenschieber in eine Steuerstellung verstellt wird, wird der Durchgang durch, die Querbohrung im Kolbenschieber unterbrochen und der Arbeitsdruck steht an einer Seite des Kolbenschiebers an. Im gleichen Moment baut sich über den Verbindungskanal jedoch in der dem Zuströmkanal gegenüberliegenden Ausnehmung ein Gegendruck auf, der, da die gleiche Druckfläche am Kolbenschieber im Bereich der Ausnehmung vorhanden ist, wiederum für einen Druckausgleich am Kolbenschieber sorgt. Die Radialbohrung im Kolbenschieber verbindet dann die beiden — in Bezug auf die Schieberbohrung - diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen nicht mehr, so daß nur die dem Zuströmkanal gegenüberliegende Ausnehmung unter Druck steht.

Eine einfach und preiswert herstellbare Ausführungsfonn eines erfindungsgemäßen Steuerventils wird mit Anspruch. angegeben. Die Blindbohrung ist zweckmäßigerweise seitlich am Zuströmkanal versetzt angeordnet, so daß sie die Gehäuselänge in Bohrungslängsrichtung nicht vergrößert.

Eine weitere,zweckmäßige Ausführungsform eines Steuerventils mit zwei wechselseitig beaufschlagbaren Verbrau— cheranschlußöffnungen beiderseits der Pumpenanschlußöffnung gibt Anspruch 3 an. Infolge dieser einfachen Ausbildung stehen der vom Druckmittel im Zuströmkanal ausgeübten Druckkraft auf den Kolbenschieber - in seinen Steuerstellungen - zwei symmetrisch angreifende Gegenkräfte gegenüber, die in der Summe zu einem einwandfreien Druckausgleich und damit zu einer leichten Verstellbarkeit des Kolbenschiebers führen. Da die beiden Blindbohrungen nur die Hälfte des Durchmessers

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des Zuctrcskan-ilc benöli_;.-n, führen sie zu keiner Vergrößerung des Steuerventilgehäuses in Bohrungslängsrichtung.

Eine zweckinäidige Ausfuhrunrn.form des erfindungsgemäßen Steuerventils gibt ferner Anspruch 4- an. Gebohrte Stichkanäle sind einfach und preiswert herstellbar und. können besonders zuverlässig abgedichtet werden. Bei Ausführungen des Steuerventilgehmuses alo Gußteil kann der Verbindungskanal durch eingesetzte Kerne mitgegossen werden.

Ein weiter verbesserter Druckausgleich für den Kolbenschieber ergibt sich bei einer Ausführungsform, wie sie aus Anspruch 5 hervorgeht. Hierbei wird der in der Neutralstellung des Kolbenschiebers anstehende Druck in der Verbraucheranschlußöffnung am Korbenschieber ebenfalls ausgeglichen.

Bei dieser Ausführungsf orm sind zwei aus den Ansprüchen 6 und 7 entnehmbare Alternativlösungen für den Umgehungskanal besonders vorteilhaft und einfach zu verwirklichen.

Eine Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Steuerventil,

Fig. 2 einen um 90° gegenüber Fig. 1 umgeklappten Vertikalschnitt durch das Steuerventil,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt in einer Ebene IH-III in Fig. 2,

Fig. 4- einen weiteren Horizontalschnitt in einer Ebene IV-IV in Fig. 2 , und

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Pig. 5 einen Vertika Lijchnit t en tsprechtind Fig. 1 Ln einer Steuer-teilung des Kolbenschieber^».

Ein Steuerventil 1 go näß den Fig. 1 bis 4 besitzt ein quaderförmiges Gehäuse 2, das in Längsrichtung von einer Schieberbohrung 3 durchsetzt ist, in der ein Kolbenschieber 4 mittels einer Schieberstange 5 aus einer Neutralstellung N in zwei Steuerctallungen I und Il verschiebbar ist (Fig. 2). Von einem Pumpenanschluß P führt eine Pumpenanschlußöffnung

6 zur Schieberbohrung 3- Im Kolbenschieber 4 sind diametral gegenüberliegend und in Längsrichtung verlaufend zwei Taschen

7 ausgeformt, die durch den Kolbenschieber durchsetzende Verbindungsbohrun^en 8 in Strömungsverbindung stehen. Eine der Taschen 7 liegt in jeder Stellung des Kolbenschiebers (Neutralstellung N, Steuerstellung I und Steuerstellung II) vor der Pumpenanschlußöffnung 6. Auf der der Pumpenanschlußöffnung 6 gegenüberliegenden Seite der Schieberbohrung 3 sind in Längsrichtung versetzt Verbraucheranschlußöffnungen

9 und 10 angeordnet, von denen zu den Verbrauchern Vj und Vy^ Anschlüsse vorliegen. Den Verbraucheranschlußöffnungen 9 und 10 (Fig. 2) gegenüberliegend sind zur Schieberbohrung 3 hin offene Ausnehmungen 9a und 10a im Gehäuse 2 vorgesehen. Seitlich versetzt zu den Verbraucheranschlußöffnungen 9 und.

10 (Fig. 2, Fig. 1) befinden sich vom Kolbenschieber 4-übersteuerte Rücklaufanschlüsse 11, die zu Eücklaufkanälen R führen. Die Schieberbohrung 3 ist an beiden Enden durch Abdeckplatten 12 verschlossen.

Senkrecht zu der Gehäuseebene, in der die Pumpenanschlußöffnung 6 und die Verbraucheranschiußöffnungen 9 und 10 liegen, durchsetzt das Gehäuse 2 ein Zuströmkanal 13* der in der Neutralstellung des Kolbenschiebers mit einer Radialbohrung 14 - die sich zwischen den Bohrungen 8 im Kolbenschieber 4 hindurcherstreckt - fluchtet und in einem Rücklaufkanal 15 weitergeführt wird. Der Zuströmkanal 13

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sieht übei· eine nicht dargestellte Querverbindung mit dem PumpenanschJ u.^r> P in Verbindung. Der Zuströmkanal 13 bildet ir.it der Itadiaibohrung 14 und dem RückLaufkanal 15 den sogenannten drucklosen Durchlauf des Steuerventils 1. Parallel, zu den: drucklosen Durchlauf 1?, 14, 15 wird das Gehäuse 2 auch von einem Puiapenkanal 16 durchsetzt, der den Pumpenanschluß P kreuzt. Ferner sind Befestigungsboh— rungen 17 angeordnet, die das Gehäuse 2 ebenfalls über die ganze Breite durchsetzen. Die das Gehäuse über die gesamte Breite durchsetzenden Rücklaufkanäle R, der drucklose Durchlauf 13, 14, 15, der Pumpenkanal 16 und die Befestigungsbohrungen 17 werden vor allem dann benötigt, wenn mehrere dieser Steuerventile mit ihren Seitenflächen in Reihe aneinandergesetzt und abdichtend verschraubt werden. Dann fluchten diese Bohrungen, so daß sich durch die ganze Reihe der Steuerventile der notwendige Durchlaß für das Druckmittel ergibt, wobei nur am ersten Steuerventil der Reihe ein Pumpenanschluß vorgesehen werden braucht. An der freien Seite des letzten Steuerventils werden hingegen Sammelleitungen für die Rücklaufkanäle und den drucklosen Durchlauf angeschlossen.

Vom Zuströmkanal 13 des Steuerventils 1 führt ein ümgehungskanal 18, der aus einzelnen aus den Pig- 1 bis 4- ersich.tlich.en Stichkanälen 18a bis I8d besteht, zu jeweils einer seitlich. zui Zuströmkanal 13 versetzten und in Bezug auf die Schie— berbohrung diesem diametral gegenüberliegenden Ausnehmung 19a. Die Ausnehmung 19a ist zur Schieberbohrung hin offen. Diametral gegenüber ist jeweils eine weitere Ausnehmung I9"b im Gehäuse vorgesehen, die ebenfalls zur Schieb er bohrung 3 hin offen ist. Eine Strömungsverbindung zwischen den Ausnehmungen 19a und 19b besteht in der Neutralstellung Ή des Kolbenschiebers über eine Radialbohrung 24 im Kolbenschieber 4. Die Ausnehmungen 19a und 19b sind die beiden Enden einer die Schieberbohrung 3 kreuzenden Blindbohrung 19, die am Einbohrende durch einen Stopfen oder eine eingepreßte Kugel 20 wieder verschlossen ist.

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Der Zuströmkanal 13 mündet in die Schieberbohrung mit einer Quercchni ttsf lache 21 (Fig. 1), während die der Schieberbohrung zugewandten Ausnehmungen "19a, "19b die mit 22 und 23 bezeichneten Querschnitts!" lächenbesitzen.

Von jedem Verbraucheranschluß Vj, V_TT bzw. den Verbraucheranschlußöffnungen 9i 10 führt ein die Schieberbohrung timgehender Kanal 25a bis 25c zu einer diametral gegenüberliegenden Sackbohrung 9a, 1Oa₇ deren Querschnittsflächen den Querschnittsflächen der Verbraucheranschlußöffnungen 9 und 10 gleich ist. Über den Umgehungskanal 25a bis 25c wird der Kolbenschieber in der Neutralstellung N an zwei diametral gegenüberliegenden Umfangsbereichen vom

im Verbraucher an Schluß herrschenden Druck beaufschlagt, ■wobei sich die Drücke infolge ihrer entgegengesetzten Richtung aufheben und der Kolbenschieber demzufolge auch in diesem Bereich druckausgeglichen ist.

Fig. 5 zeigt den Kolbenschieber 4 in dem vorbeschriebenen Steuerventil in seiner Steuerstellung II, d.h., aus der Neutralstellung so weit nach oben verschoben, daß über die Taschen 7 das Druckmittel vom Pumpenanschluß P zum Verbraucheranschluß Vj gelangt, während das Druckmitteel vom Verbraucheranschluß Vjj in den unteren Rücklaufkanal R fließen kann. In dieser Stellung ist der drucklose Durchlauf unterbrochen, da die Radialbohrung 14- so weit verschoben ist, daß der Kolbenschieberumfang den Zuström— kanal 13 absperrt. Das Druckmittel steht dann im Querschnitt

21 am Kolbenschieber an und übt eine in Richtung eines Pfeils wirkende Druckkraft auf diesen aus. Gleichzeitig wirkt der gleiche Druck jedoch über den Umgeiiungskanal 18 in den beiden Ausnehmungen 19a und deren Querschnitten 22 in der entgegengesetzten Richtung. Die Summe der Querschnitte

22 entspricht dabei dem Querschnitt 21, so daß der Kolbenschieber druckausgeglichen ist. Da auch die RadiaTbohrungen 24-

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nach oben verschoben sind und nicht mehr mit den Blindbohrungen 19 fluchten, sind die Ausnehmungen 19b drucklos, so daß von dieser Seite keine zusätzliche Druckbelastung auf den Kolbenschieber ausgeübt wird.

Selbstverständlich könnte zur Herstellungsvereinfachung der Umgehungskanal 18 anstelle der nur von den Gehäuse-Seitenflächen ausgehenden Stichkanäle auch. Stichkanäle enthalten, die ausgehend von zwei Gehäuseecken schräg in das Gehäuse hineinführen und Stichkanäle in einer Gehäuseebene in Wegfall bringen.

Der Hauptvorteil der beschriebenen Steuerten ti !konstruktion liegt in dein großquerschnittigen drucklosen Durchlauf, der ein hohes Durchsatzvolumen an Druckmittel gestattet, da die Eadialbohrung durch den Schieber mit wünschenswert großem Durchmesser ausgebildet seinlann. Ein hohes Durchsatzvolumen beim drucklosen Durchlauf führt in den Steuerstellungen des Kolbenschiebers zu einem hohen Arbeitsdruck für die Verbraucher bzw. zu einer großen Durchsatzmenge für die Verbraucher. Gleichzeitig ist in jeder Kolbenschieberstellung ein Druckausgleich, gegeben, so daß dieser leicht und feinfühlig verstellt werden kann.

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Leer seite

Claims

PATΕ: N TANWA LTE A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY

OK IP*1

291 OP "''9 ^W· STOCKMAlR

OK ΨΛΧ

K₄ SCHUMANN P. H. JAKOB

B MÜNCHEN

MAXtMJLIAWSTRASSE A3

PH 13 59Ψ - 25/wa

Patentansprüche

1J Steuerventil für ein Druckmittelsystem, insbesondere ein Hochdruckhydrauliksystem, mit einem von einer Schieberbohrung durchsetzten Gehäuse und einem aus einer Neutralstellung in eine erste und ggf. eine zweite Steuerstellung verscMebbaren Kolbenschieber, mit einer Pumpenanschlußöffnung zur Schieberbohrung und wenigstens einer in Bohrungslängsrichtung gegenüber der Pumpenanschlußöffnung versetzten Verbraucheranschlußöffnung, mit einer der Verbraucheranschlußöffnung zugeordneten Eücklaufanschlußöffnung, mit einer am Kolbenschieber im Bereich der Pumpenanschlußöffnung in Längsrichtung verlaufenden Tasche zur Strömungsführung, die in der ersten Steuerstellung die Verbraucheranschlußöffnung mit der Pumpenanschlußöffnung verbindet, während der Steuerschieber in der zweiten St euer st ellung die Verbraucheranschlußöffnung mit der Rücklauf anschlußöffnung verbindet, und mit einem drucklosen Umlauf in der Neutralstellung des Kolbenschiebers, der über einen vom Pumpenanschluß abgezweigten Zuströmkanal, eine

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TELEFON (OBB) 92QSCa TELEX OB-SSSSO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOP1ERER

mit diesem f Luch Lende Radialbohrung im Kolbenschieber und einen mit dera Zuströmkanal fluchtenden Rücklaufkanal verläuft, dadurch gekennzeichnet , daß dem Zuströmkanal (ii) - in Bezug auf die Schieberbohrung (3) — diametral gegenüberliegend und in Bohrun^slängsrlchtung dazu versetzt wenigstens eine zur Schieberbohrung hin offene Ausnehmung (19a) vorgesehen ist, die mit dem ZustrÖmkanal (13) durch einen Verbindungskanal (18a - d) im Gehäuse (2) In Strömungsverbindung steht und in die Schieberbohrung mit dem gleichen Querschnitt mündet, wie der ZustrÖmkanal, und daß der Ausnehmung (i9a) - in Bezug auf die Schieber— bohrung (3) - diametral eine mit dem gleichen Querschnitt in die Schieberbohrung niindende Ausnehmung (19^) gegenüberliegt, die in der Neutralstellung (N) des Kolbenschiebers (4) über eine Radialbohrung (24) im Kolbenschieber mit der Ausnehmung (19a) in Strömungsverbindung steht.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausnehmungen (i9a, I9"b) von den beiden Enden einer die Schieberbohrung querenden Bund— bohrung (19) im Gehäuse (2) gebildet sind.
3· Steuerventil mit zwei wechselseitig beaufschlagbaren Verbraucheranschlußöffnungen beiderseits der Pump en an Schluß— öffnung, nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß annähernd in der Radialebene jeder Verbraucheranschlußöffnung (9, 10) - jedoch dazu winkelversetzt - jeweils eine Blindbohrung (19) und. eine den Kolbenschieber (4) durchsetzende Radialbohrung (24-) vorgesehen sind, wobei die Summe der Querschnittsflächen (22) der Blindbohrungen (19) der Querschnittsfläche (21) des Zuströmkanals (13) an seiner Mündung In die Schieber— bohrung entspricht.
4. Steuerventil nach einem der Ansprüche Λ bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Verbindungskanal (18)

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aus mehreren von den Gehäuseaußenseiten gebohrten, zusammenhängenden Stichkanälen (18a - d) gebildet wird, deren an den Gehäuseaußenseiten liegende Bohrungseinlässe durch eingepreßte Kugeln oder Stopfen (20) verschlossen sind.
5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet , daß an der der Verbraucher— anschlußöffnung (9i 10) diametral gegenüberliegenden Seite der Schieberbohrung (3) eine zur Schieberbohrung offene Vertiefung (9a, 9c) mit einem dem Querschnitt der Verbraucheranschlußöffnung gleichen Querschnitt angeordnet ist, die über einen Umgehungskanal (25) mit der Verbraucheranschlußöffnung (9, 10) verbunden ist.
6. Steuerventil nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet , daß der Umgehungskanal (25) um die Schieberbohrung herumgeführt ist.

7· Steuerventil nach Anspruch 5₅ dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Umgehungskanal als, vorzugsweise geknickte, Durchgangsbohrung (26) im Kolbenschieber ausgebildet ist.

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