CH645443A5 - Steuerventil fuer ein druckmittelsystem, insbesondere ein hochdruckhydrauliksystem. - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerven- til der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern,

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dass es in der Stellung für drucklosen Durchlauf einen grossen eines erfindungsgemässen Steuerventils wird mit Anspruch 2

Durchsatz zulässt und dass für den Kolbenschieber in seinen angegeben. Die Blindbohrung ist zweckmässigerweise seitlich

Steuerstellungen und auch den Übergangsbereichen ein voll- am Zuströmkanal versetzt angeordnet, so dass sie die Gehäu-

ständiger Druckausgleich ermöglicht ist. selänge in Bohrungslängsrichtung nicht vergrössert.

Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe durch die im 5 Eine weitere, zweckmässige Ausführungsform eines Steu-

kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen erventils mit zwei wechselseitig beaufschlagbaren Verbrau-

Merkmale gelöst. cheranschlussöffnungen beiderseits der Pumpenanschlussöff-

Da nicht - wie bei dem Steuerventil gemäss der DE-AS nung gibt Anspruch 3 an. Infolge dieser einfachen Ausbil-21 52 830 - zwei in derselben Axialebene des Kolbenschiebers dung stehen der vom Druckmittel im Zuströmkanal ausgeübnotwendige Durchgangsbohrungen für den drucklosen i0 ten Druckkraft auf den Kolbenschieber in seinen Steuerstel-Durchlauf benötigt werden, sondern eine einzige, lässt sich lungen - zwei symmetrisch angreifende Gegenkräfte gegen-diese mit grossem Querschnitt ausbilden. Entsprechend hoch über, die in der Summe zu einem einwandfreien Druckausist auch der Durchsatz im drucklosen Umlauf. Es hat sich ge- gleich und damit zu einer leichten Verstellbarkeit des Kolbenzeigt, dass bei einem Durchmesser von nur 10 mm für die schiebers führen. Da die beiden Blindbohrungen nur die Durchgangsbohrung ein Durchsatz bis zu 2001/min und 15 Hälfte des Durchmessers des Zuströmkanals benötigen, füh-mehr erreicht werden kann. Gleichzeitig wird jedoch durch ren sie zu keiner Vergrösserung des Steuerventilgehäuses in die Ausnehmungen, die symmetrisch beiderseits des Zuström- Bohrungslängsrichtung.

kanals angeordnet sind, in der Steuerstellung bzw. den Steu- Eine zweckmässige Ausfiihrungsform des erfmdungsge-erstellungen ein einwandfreier und vollkommener Druckaus- mässen Steuerventils gibt ferner Anspruch 4 an. Gebohrte gleich am Kolbenschieber erreicht. Dadurch, dass der Kol- 20 Stichkanäle sind einfach und preiswert herstellbar und kön-benschieber selbst durch seine Steuerbewegung die Verbin- nen besonders zuverlässig abgedichtet werden. Bei Ausfüh-dung zwischen den sich jeweils gegenüberliegenden Ausneh- rungen des Steuerventilgehäuses als Gussteil kann der Ver-mungen herstellt, wenn er in die Stellung für drucklosen bindungskanal durch eingesetzte Kerne mitgegossen werden. Durchlauf geschaltet wird, bleibt auch dann der Druckaus- Ein weiter verbesserter Druckausgleich für den Kolbengleich aufrechterhalten. Da der Zuströmkanal und die Aus- 25 Schieber ergibt sich bei einer Ausführungsform, wie sie aus nehmungen zu der Ebene der Verbraucheranschlüsse und der Anspruch 5 hervorgeht. Hierbei wird der in der Neutralstel-Pumpenzulauföffnung winkelversetzt sind, lassen sich die lung des Kolbenschiebers anstehende Druck in der Verbrau-Ausnehmungen relativ nahe beiderseits des Zuströmkanals cheranschlussöffnung am Kolbenschieber ebenfalls ausge-anbringen, wodurch sich eine vernachlässigbare Biegebela- glichen.

stung des Kolbenschiebers ergibt. 30 Eine Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes

Es ist zwar aus der DE-AS 12 03 068 ein Schieber für ein wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Steuerventil bekannt, der sowohl zur drehenden als auch zur Es zeigt hin- und hergehenden Bewegung betätigbar ist. Die einzelnen, Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Steuerventil,

druckmittelführenden Anschlüsse im Gehäuse sind alle an ei- Fig. 2 einen um 90° gegenüber Fig. 1 umgeklappten Verti-

ner Umfangsseite des Schiebers angeordnet. Ihnen jeweils dia- 35 kaischnitt durch das Steuerventil,

metral gegenüber liegen Ausnehmungen, die über gekrümmte Fig. 3 einen Horizontalschnitt in einer Ebene III-III in

Durchgangsbohrungen im Schieber mit dem jeweiligen Be- Fig. 2,

aufschlagungsdruck bewirkt werden, um auf diese Weise ei- Fig. 4 einen weiteren Horizontalschnitt in einer Ebene nen Druckausgleich herbeizuführen. Diese Durchbohrungen IV-IV in Fig. 2, und im Schieber müssen in jeder einer Stellung des Kolbenschie- 40 Fig. 5 einen Vertikalschnitt entsprechend Fig. 1 in einer bers bei seiner Längsverschiebung entsprechenden Ebene in Steuerstellung des Kolbenschiebers.

diesem angebracht werden, was einen hohen Arbeitsaufwand Ein Steuerventil 1 gemäss den Fig. 1 bis 4 besitzt ein qua-bedeutet und zudem zu einer deutlichen Schwächung des derförmiges Gehäuse 2, das in Längsrichtung von einer Schie-Schiebers führt. Zudem ist der Nachteil gegeben, dass die berbohrung 3 durchsetzt ist, in der ein Kolbenschieber 4 mit-Ausnehmungen beim Verdrehen oder Verschieben des Schie- 45 tels einer Schieberstange 5 aus einer Neutralstellung N in zwei bers unter Druck abgesperrt werden, so dass in den Ausneh- Steuerstellungen I und II verschiebbar ist (Fig. 2). Von einem mungen Druckmittel verbleibt, was dann eine Reaktionskraft Pumpenanschluss P führt eine Pumpenanschlussöffnung 6 auf den Schieber ausübt. Dazu kommt, dass nicht alle in die zur Schieberbohrung 3. Im Kolbenschieber 4 sind diametral Schieberbohrung einmündenden Anschlüsse gleichzeitig gegenüberliegend und in Längsrichtung verlaufend zwei Ta-druckbeaufschlagt sind, sondern deren Druckbeaufschlagung 50 sehen 7 ausgeformt, die durch den Kolbenschieber durchset-wechseln kann, wodurch sich Steuerstellungen ergeben, in de- zende Verbindungsbohrungen 8 in Strömungsverbindung ste-nen kein vollständiger Druckausgleich am Schieber auftritt, hen. Eine der Taschen 7 liegt in jeder Stellung des Kolbensondern diesen gegen die Wand der Schieberbohrung près- schiebers (Neutralstellung N, Steuersteilung I und Steuerstel-sende Reaktionskräfte. Abgesehen davon ist der Aufbau die- lung II) vor der Pumpenanschlussöffnung 6. Auf der der ses bekannten Steuerventils von grundsätzlich anderer Art. 55 Pumpenanschlussöffnung 6 gegenüberliegenden Seite der

In dem Buch «Ölhydraulik», 1963, Seite 207, herausgege- Schieberbohrung 3 sind in Längsrichtung versetzt Verbrauben vom Springer-Verlag Wien, geht die Anweisung hervor, cheranschlussöffnungen 9 und 10 angeordnet, von denen zu in einem Steuerventil einen Druckausgleich durch eine sym- den Verbrauchern V: und Vn Anschlüsse vorliegen. Den Vermetrische Gestalt des Kolbenschiebers sowohl in radialer als braucheranschlussöffnungen 9 und 10 (Fig. 2) gegenüberlie-auch in axialer Richtung zu bewirken. Zusätzlich wird ausge- <>0 gend sind zur Schieberbohrung 3 hin offene Ausnehmungen führt, dass bei Längsschiebern für einen Druckausgleich ge- 9a und 10a im Gehäuse 2 vorgesehen. Seitlich versetzt zu den sorgt werden muss, der infolge der oft verschieden grossen Verbraucheranschlussöffnungen 9 und 10 (Fig. 2, Fig. 1) be-Druckangriffsflächen an den Stirnseiten entsteht. Diese An- finden sich vom Kolbenschieber 4 übersteuerte Rücklaufanweisungen lassen zwar erkennen, dass das Problem des schlüsse 11, die zu Rücklaufkanälen R führen. Die Schieber-Druckausgleichs am Kolbenschieber von Steuerventilen eine 65 bohrung 3 ist an beiden Enden durch Abdeckplatten 12 vergrosse Rolle spielt, geben jedoch nicht an, wie dieses Problem schlössen.

in der Praxis einfach und zweckmässig gelöst werden könnte. Senkrecht zu der Gehäuseebene, in der die Pumpenan-

Eine einfach und preiswert herstellbare Ausführungsform schlussöffnung 6 und die Verbraucheranschlussöffnung 9 und

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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 steht über eine nicht dargestellte Querverbindung mit dem Pumpenanschluss P in Verbindung. Der Zuströmkanal 13 bildet mit der Radialbohrung 14 und dem Rücklaufkanal 15 den sogenannten drucklosen Durchlauf des Steuerventils 1. Parallel zu dem drucklosen Durchlauf 13,14,15 wird das Gehäuse 2 auch von einem Pumpenkanal 16 (Fig. 3) durchsetzt, der den Pumpenanschluss P kreuzt. Ferner sind Befestigungsbohrungen 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 aneinanderge-setzt 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 Rücklauf kanäle und den drucklosen Durchlauf angeschlossen.

Vom Zuströmkanal 13 des Steuerventils 1 führt ein Verbindungskanal 18, der aus einzelnen aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlichen Bohrungen 18a bis 18d besteht, zu jeweils einer seitlich zum Zuströmkanal 13 versetzten und in Bezug auf die Schieberbohrung diesem diametral gegenüberliegenden Ausnehmung 19a. Die Ausnehmung 19a ist zur Schieberbohrung hin offen. Diametral gegenüber ist jeweils eine weitere Ausnehmung 19b im Gehäuse vorgesehen, die ebenfalls zur Schieberbohrung 3 hin offen ist. Eine Strömungsverbindung zwischen den Ausnehmungen 19a und 19b besteht in der Neutralstellung N 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.

Der Zuströmkanal 13 mündet in die Schieberbohrung mit einer Querschnittsfläche 21 (Fig. 1), während die der Schieberbohrung zugewandten Ausnehmungen 19a, 19b die mit 22 und 23 bezeichneten Querschnittsflächen besitzen.

Von jedem Verbraucheranschluss Yh Vn bzw. den Verbraucheranschlussöffnungen 9,10 führt ein die Schieberbohrung umgehender Kanal 25a bis 25c zu diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen 9a, 10a, 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 5 diametral gegenüberliegenden Umfangsbereichen vom im Verbraucheranschluss herrschenden Druck beaufschlagt, wobei sich die Drücke infolge ihrer entgegengesetzten Richtung aufheben und der Kolbenschieber demzufolge auch in diesem Bereich druckausgeglichen ist.

io Fig. 5 zeigt den Kolbenschieber 4 in dem vorbeschriebenen Steuerventil in seiner Steuerstellung I, d.h., aus der Neutralstellung so weit nach oben verschoben, dass über die Taschen 7 das Druckmittel vom Pumpenanschluss P zum Verbraucheranschluss V, gelangt, während das Druckmittel vom i5 Verbraucheranschluss VHin 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 Zuströmkanal 13 absperrt. Das Druckmittel steht dann im Querschnitt 21 am 20 Kolbenschieber an und übt eine in Richtung eines Pfeils wirkende Druckkraft auf diesen aus. Gleichzeitig wirkt der gleiche Druck jedoch über den Umgehungskanal 18 in den beiden Ausnehmungen 19a und deren Querschnitten 22 in der entgegengesetzten Richtung. Die Summe der Querschnitte 22 25 entspricht dabei dem Querschnitt 21, so dass der Kolbenschieber druckausgeglichen ist. Da auch die Radialbohrungen 24 nach oben verschoben sind und nicht mehr mit den Blindbohrungen 19 fluchten, sind die Ausnehmungen 19b drucklos, so dass von dieser Seite keine zusätzliche Druckbe-30 lastung auf den Kolbenschieber ausgeübt wird.

Selbstverständlich könnte zur Herstellungsvereinfachung der Umgehungskanal 18 anstelle der nur von den Gehäuseseitenflächen ausgehenden Stichkanäle auch Stichkanäle enthal-35 ten, die ausgehend von zwei Gehäuseecken schräg in das Gehäuse hineinführen und Stichkanäle in einer Gehäuseebene in Wegfall bringen.

Der Hauptvorteil der beschriebenen Steuerventilkonstruktion liegt in dem grossquerschnittigen drucklosen 40 Durchlauf, der ein hohes Durchsatzvolumen an Druckmittel gestattet, da die Radialbohrung durch den Schieber mit wünschenswert grossem Durchmesser ausgebildet sein kann. Ein hohes Durchsatzvolumen beim drucklosen Durchlauf führt in den Steuerstellungen des Kolbenschiebers zu einem hohen 45 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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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

645443 2 PATENTANSPRÜCHE Die Erfindung betrifft ein Steuerventil der im Oberbegriff

1. Steuerventil für ein Druckmittelsystem, insbesondere des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

ein Hochdruckhydrauliksystem, mit einem von einer Schie- Aus der DE-AS 21 52 830, Fig. 5 bis 9, ist ein Steuerventil berbohrung (3) durchsetzten Gehäuse (2) und einem aus einer bekannt, bei dem ein Druckausgleich des Kolbenschiebers in Neutralstellung (N) in eine erste (I) und eine zweite (II) Steu- 5 dessen Steuerstellungen dadurch erreicht wird, dass der vom erstellung verschiebbaren und in allen Stellungen druckaus- Pumpenanschluss abgezweigte Zuströmkanal - in Bezug auf geglichenen Kolbenschieber (4), mit einer Pumpenanschluss- die Schieberbohrungslängsachse - aussermittig angelegt ist Öffnung (P, 6) zur Schieberbohrung (3) und wenigstens einer und mit einer ebenfalls aussermittigen Durchgangsbohrung in Bohrungslängsrichtung gegenüber der Pumpenanschluss- im Kolbenschieber fluchtet, wenn dieser in der Neutralstelöffnung (P, 6) versetzten Verbraucheranschlussöffnung (9, io lung steht. Gleichzeitig ist der den Arbeitsdruck aus der Pum-10), mit einer der Verbraucheranschlussöffnung (9,10) zuge- penanschlussöffnung zur Tasche im Kolbenschieber führende ordneten Rücklaufanschlussöffnung (11), mit einer am Kol- Kanal verlängert und unter Umgehung des Kolbenschiebers benschieber (4) im Bereich der Pumpenanschlussöffnung (6) zur dem Zuströmkanal gegenüberliegenden Seite des Kolbenin Längsrichtung verlaufenden Tasche (7) zur Strömungsfüh- schiebers geführt. Dieser Kanal trifft auf die Schieberbohrung rung, die in der ersten Steuerstellung (I) die Verbraucheran- 15 ebenfalls aussermittig und fluchtet mit einer weiteren, ausser-schlussöffnung (9,10) mit der Pumpenanschlussöffnung (P, mittigen Durchgangsbohrung des Kolbenschiebers, wenn 6) verbindet, während der Kolbenschieber (4) in der zweiten sich dieser in der Neutralstellung befindet. Der Umgehungs-Steuerstellung (II) die Verbraucheranschlussöffnung mit der kanal ist dann im Gehäuse verlängert und erneut umgelenkt, Rücklaufanschlussöffnung (11) verbindet, und mit einem ehe er in das Rücklaufkanalsystem mündet. Mit Hilfe der bei-drucklosen Umlauf in der Neutralstellung (N) des Kolben- 20 den in einer axialen Ebene des Kolbenschiebers zueinander schiebers, der über einen von der Pumpenanschlussöffnung parallel verlaufenden, in der Neutralstellung im Gegenstrom (P, 6) abgezweigten Zuströmkanal (13), eine mit diesem fluch- durchströmten Querbohrungen, wird ein Druckausgleich in tende erste Radialbohrung (14) im Kolbenschieber und einen den Steuerstellungen angestrebt. Sobald nämlich der Kolben-mit dem Zuströmkanal fluchtenden Rücklaufkanal (15) ver- Schieber in eine Steuerstellung verschoben wird, werden die läuft, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse zwei zur 25 beiden aussermittigen Querbohrungen gegenüber den Kanal-Schieberbohrung (3) hin offene, erste Ausnehmungen ( 19a) mündungen verschoben und abgesperrt. Es steht dann das vorgesehen sind, welche - in Bezug auf die Schieberbohrung Druckmittel mit dem Arbeitsdruck für den Verbraucher in (3) - der Zuströmkanal(l 3)-Mündung diametral gegenüber- den beiden Kanalzweigen an beiden Seiten des Kolbenschieliegen, jedoch seitlich symmetrisch dazu versetzt sind und mit bers an. Der infolge der aussermittigen Lage der Querbohrun-dem Zuströmkanal (13) über einen die Schieberbohrung (3) 30 gen im Kolbenschieber vorhandene Hebelarm zwischen den im Gehäuse umgehenden Verbindungskanal (18) ständig ver- Druckangriffszonen aus beiden Kanalzweigungen führt zu ei-bunden sind, dass jeder ersten Ausnehmung (19a) eine zweite, ner Drehbelastung für den Kolbenschieber, die insbesondere ebenfalls zur Schieberbohrung hin offene Ausnehmung (19b) in Hochdruckhydrauliksystemen seine leichte Verstellbarkeit gegenüberliegt, die in der Neutralstellung (N) des Kolben- mindert. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass bei höheren schiebers (4) über eine zweite Radialbohrung (24) im Kolben- 35 Arbeitsdrücken durch den Hebelarm, der zwischen den in den Schieber mit der ersten Ausnehmung (19a) verbunden ist, und beiden Druckangriffszonen an beiden Seiten des Kolben-dass die Querschnittsfläche (22; 23) jeder Ausnehmung (19a, schiebers wirkenden Druckkräften vorhegt, zwar eine Verbes-b) der Hälfte der Querschnittsfläche (21) der Zuströmkanal- serung gegenüber nicht druckausgeglichenen Kolbenschiemündung in der Schieberbohrung entspricht. bern erreicht wird, dass jedoch diese Verbesserung zu keinem

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 40 vollkommenen Druckausgleich führt. Das durch die beiden dass die Ausnehmungen (19a, 19b) von den beiden Enden ei- Druckkräfte mit ihrem Hebelarm gebildete Drehmoment am ner die Schieberbohrung (3) querenden Blindbohrung (19) im Kolbenschieber führt stets zu einer lokalen Anpressung an die Gehäuse (2) gebildet sind. Schieberbohrungswand bzw. einer hohen Belastung des Me-

3. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit chanismus, der für die Verschiebung des Kolbenschiebers und zwei wechselseitig beaufschlagbaren Verbraucheranschluss- 45 auch für dessen Drehsicherung in der Schieberbohrung ver-öffnungen (9,10) beiderseits der Pumpenanschlussöffnung, antwortlich ist.

dadurch gekennzeichnet, dass in der Radialebene jeder Ver- Ein weiterer Nachteil ergibt sich, wie insbesondere die braucheranschlussöffnung (9,10) - jedoch dazu winkelver- Fig. 6 erkennen lässt, daraus, dass für den drucklosen Durchsetzt—jeweils eine die Schieberbohrung querende Blindboh- lauf in ein und derselben Axialebene des Kolbenschiebers rung (19) und die den Kolbenschieber (4) durchsetzende 50 zwei aussermittige Bohrungen benötigt werden, die in der zweite Radialbohrung (24) vorgesehen sind. Neutralstellung im Gegenstrom durchströmt sind. Dies bedeutet, dass in dem ohnedies durch die Strömungstaschen

4. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, deutlich reduzierten Querschnitt des Kolbenschiebers zwei dass der Verbindungskanal (18) aus mehreren von den Ge- auch durch eine ausreichende Materialstärke voneinander ge-häuseaussenseiten gebohrten, zusammenhängenden Bohrun- 55 trennte Bohrungen notwendig sind, deren Durchgangsquergen ( 18a-d) gebildet ist, deren an den Gehäuseaussenseiten schnitt natürlich dadurch in erheblichem Mass nach oben beliegende Bohrungseinlässe durch eingepresste Kugeln oder grenzt ist. Daraus resultiert ein ebenfalls stark begrenztes Stopfen (20) verschlossen sind. Durchsatzvolumen in der Stellung für den drucklosen Durch-

5. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, lauf. Eine hohe Durchsatzleistung im drucklosen Durchlauf dass an der der Verbraucheranschlussöffnung (9,10) diame- 60 ist jedoch erwünscht, und zwar insbesondere dann, wenn eine trai gegenüberliegenden Seite der Schieberbohrung (3) eine Anzahl von derartigen Steuerventilen in Reihe hintereinan-zur Schieberbohrung offene Vertiefung (9a, 10a) mit einem dergesetzt sind, wobei ein durchgehender Durchlauf zur Ar-dem Querschnitt der Verbraucheranschlussöffnung gleichen beitsdruckversorgung jedes einzelnen Steuerventils in der Querschnitt angeordnet ist, die über einen um die Schieber- Reihe vorgesehen wird, in dessen Verlauf auch das in der bohrung herumgeführten Umgehungskanal (25a-c) mit der es Reihe letzte Steuerventil noch mit einem ausreichend grossen Verbraucheranschlussöffnung (9,10) verbunden ist. Druckmitteldurchsatz versorgt werden sollte.