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Anwendungsgebiet, Stand der Technik
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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Lenkung der im
Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art. Derartige hydrostatische Lenkungen werden
in relativ langsam fahrende Fahrzeuge eingebaut, hauptsächlich in selbstfahrende
Arbeitsmaseninen, z. B. Ackerschlepper, Schaufellader, Mähdrescher, Gabelstapler.
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Eine hydrostatische Lenkung mit Drehschieber-Lenkventil und Zahnringpunpe
der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art ist schon aus der DE-AS 12 93 029
bekannt. Zur hydraulischen Unterstützung von Lenkbewegungen wird Druckflüssigkeit
dem einen oder anderen Arbeitsraum des Stellmotors zugeführt. Dies geschieht durch
Verdrehung des inneren Drehschiebers gegenüber dem äußeren Drehschieber entgegen
der Wirkung der Zentrierfedern. Dagegen kann der äußere Drehschieber in der zylindrischen
Bohrung des Gehäuses eine beliebige Stellung einnehmen.
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Bei dem bekannten Drehschieber-Lenkventil sind an der Außenseite des
inneren Drehschiebers als Kanäle achsparallele Längsnuten (54) vorgesehen, und zwar
ist ein Satz derartiger Längsnuten über den Umfang des inneren Drehschiebers verteilt.
Zwischen je zwei Längsnuten befinden sich radiale Durchbrüche, die zum Inneren des
inneren Drehschiebers und damit zu einem drucklosen Ablauf für die Arbeitsflüssigkeit
führen. Die Längsnuten werden bei einem Lenkeinschlag mit den sich verkleinernden
Zellen der Zahnringpumpe verbunden.
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Ihnen wird also unter Druck stehende und vor allem dosierte Arbeitsflüssigkeit
zugeführt. Dadurch, daß die dosierte Arbeitsflüssigkeit führenden Längsnuten über
den Umfang mit Ablauföffnungen abwechseln, wird bei jedem Lenkeinschlag
ein
eg für einen relativ breiten Leckstrom von den Längsnuten zu den radialen Durchbrüchen
geschaffen. Dies ist besonders deshalb nachteilig, weil hier schon dosierte Druckflüssigkeit
abfließt. Durch die unvermeidbaren Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung ändern sich
im Betrieb die Leckspalte, dadurch einmal mehr, einmal weniger dosierte Druckflüssigkeit
abfließt, was eine schwankende Lenkübersetzung zur Folge hat.
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Das bekannte Drehschieber-Lenkventil ist nur für eine sogenannte geschlossene
Ausführung der hydrostatischen Lenkung geeignet, d. h. eine Ausführung, bei der
in Zentralstellung Zahnringpumpe und Stellmotor voneinander getrennt und je für
sich abgesperrt sind, so daß ein Lenkeinschlag erhalten bleibt. Will man das bekannte
Drehschieber-Lenkventil für eine offene Ausführung brauchbar machen, d.h. für eine
Ausführung, bei der in Zentralstellung die beiden Seiten des Stellmotors mit beiden
Seiten der Zahnringpumpe verbunden sind, so läßt sich dies nicht einfach durch eine
Verbreiterung der Längsnuten erzielen. Täte man dies, so würde man sowohl beide
Seiten des Stellmotors als auch beide Seiten der Zahnringpumpe für sich kurzschließen.
Um die gewünschte Schaltung für eine offene Ausführung zu erhalten, müßte man statt
jeder Längsnut zwei zueinander parallele und einander sehr dicht benachbarte Längsnuten
anordnen. Jede der Längsnuten eines Paares würde dann die Verbindung von der einen
Seite der Zahnringpumpe zur einen Seite des Stellmotors nerstellen. Leckflüssigkeit,
die von der einen Längsnut zur anderen übertritt, würde dann als ein Nebenschluß
wirken, der eine saubere Rückwirkung des Stellmotors auf die Zahnringpumpe und damit
das Lenkhandrad beeinträchtigt. Dieser Fehler würde stark ins Gewicht fallen, da
beide Längsnuten auf ihre gslze Länge sehr dicht benachbart sind..
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Durch die Schmalheit der Längsnuten ergibt sich außerdem ein hoher
Strömungswiderstand für die in Längsrichtung der Nuten strömende Arbeitsflüssigkeit.
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Ein noch wesentlicherer ,nachteil liegt in der Herstellung derartiger
Drehschieber-Lenkventile. Man muß die inneren Drehschieber wahlweise für eine offene
oder geschlossene Ausführung der hydrostatischen Lenkungen liefern können.
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Für eine rationelle Herstellung der inneren Drehschieber sind zum
Fräsen der achsparallelen Längsnuten Sondermaschinen erforderlich, die alle Längsnuten
gleichzeitig fräsen. Wollte man mit einer normalen Horizontalfräsmaschine alle Längsnuten
einzeln fräsen, so würde der Arbeitsaufwand mit dem wiederholten Umspannen der Werkstücke,
d. h.
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der inneren Drehschieber, in der Fräsmaschine die Drehschieber untragbar
verteuern. wendet man aber eine Sondermaschiene, so läßt sie sich nur für eine bestimmte
Anzahl von Längsnuten bauen, die dann alle gleichzeitig gefräst werden.
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Will man statt der einfacnen Anzahl von Längsnuten für die offene
Ausführung die doppelte Anzahl Längsnuten fräsen, so ist eine zweite Sondermaschine
erforderlich. Dies verteuert wiederum die Herstellung erheblich.
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Aufgabe, Lösung Durch die vorliegende Erfindung soll bei einer hydrostatischen
Lenkung der eingangs genannten Art das Drehschieber-Lenkventil derart ausgestaltet
werden, daß die Leckströme, vor allem bei Lenke ins chlägen, wesentlich verringert
werden, so daß sich eine gleichbleibende Lenkübersetzung ergibt. Weiterhin soll
die Anordnung der Längsnuten und radialen Durchbrüche beider Drehschieber so getroffen
werden, daß man mit derselben Sondermaschine innere Drehschieber sowohl für die
offene als auch die geschlossene Ausführung einer hydrostatischen Lenkung herstellen
kann, so daß die Drehschieber damit rationeller und billiger herstellbar werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung nach Anspruch 1 gelöst.
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Nach der Erfindung sind also zwei getrennte Sätze von Längsnuten vorgesehen,
von denen der eine nur bei Rechtsdrehung des Lenkhandrades, der andere nur bei Linksdrehung
in Tätigkeit tritt. Der andere Satz Längsnuten wird jeweils nicht benutzt und ist
gegenüber dem äußeren Drehschieber abgesperrt. Die Ablauföffnungen sind nun so zwischen
den Sätzen von Längsnuten angeordnet, daß bei einem Lenkeinschlag nur diejenigen
Ablauföffnungen in Funktion treten, die zwischen dem gerade unbenutzten Satz von
Längsnuten angeordnet sind, während die anderen Ablauföffnungen gerade abgesperrt
sind.
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Infolgedessen bestehen extrem lange Leckwege zwischen denjenigen Längsnuten,
denen dosierte Druckflüssigkeit zugeführt wird und den jeweils benutzten Ablauföffnungen.
Die hierdurch wesentlich kleineren Leckverluste beeinträchtigen infolgedessen die
Lenkübersetzung nicht mehr merkbar.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik werden hier zwar anstelle je einer
Längsnut zwei Längsnuten verwendet. Diese Anordnung hat aber den Vorteil, daß die
Längsnuten breiter oder schmaler ausgeführt werden können, je nach dem ob man eine
offene oder eine geschlossene Ausführung wünscht. Infolge der Anordnung der Längsnuten
und der Ablauföffnungen am inneren Drehschieber und der zugehörigen Kränze von Durchbrüchen
am äußeren Drehschieber stellen die breiteren Längsnuten die erwünschte Verbindung
der sich verkleinernden Zellen der Zahnringpumpe mit dem einen Arbeitsraum des Stellmotors
und der sich vergrößernden mit dem anderen Arbeitsraum her, bohne daß dabei Kurzschlüsse
entstehen.
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Gleichgültig, ob man schmale Längsnuten für eine geschlossene Ausführung
oder breite Längsnuten für eine offene Ausführung
benötigt, immer
braucht man nur die Gleiche Anzahl von Nutenfräsern. an kommt also mit einer einzigen
bondermaschine aus und braucht lediglich schmale oder breite Fräswerkzeuge einzusetzen.
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ilteiterbildungen der Erfindung Gemäß einer Weiterbildung nach Anspruen
2 werden Zulauflängsnuten am inneren Drenschieber vorgesehen, die für den Zulauf
von Druckfldssigkeit zur Zahnringpumpe sorgen. Sie sind zwischen den Längsnuten
des ersten und zweiten Satzes angeordnet. Damit greifen sie aber auch in die Leckweoe
von den Längsnuten des einen Satzes zu den Ablauföffnungen ein, die sich zwischen
den Längsnuten des anderen Satzes befinden.
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Somit unterbrechen die Zulaufnuten diese Leckwege, vermindern das
Abfließen von dosierter Druckflüssigkeit über die Leckwege und tragen zu einer weiteren
Herabsetzung der an sich schon geringen Schwankungen der Lenkübersetzung bei.
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Diese wirkung wird durch die Anordnung der Ablauföffnungen gemäß einer
Weiterbildung nach Anspruch 3 noch erhöht.
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Erläuterung der Erfindung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
im folgenden annand der Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 ist ein Axialschnitt in den Ebenen 1-1 nach Fio. 3 durcn ein
erfindungsgemäßes Drehschieber-Lenkventil mit seiner Zahnringpumpe, ihren mechanischen
Antriebe und zeiQt schematisch weitere Teile der zuOehörigen hydraulisenen Lenkanlage.
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r'i. 2 bis 5 sind Querschnitte nach den Linien II-II bis V-V in Fig.
1.
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Fig. 6 und 7 zeigen in Seitenansicht den äußeren bzw. inneren Drehschieoer
und zugehörige Teile der hydrauliscnen Lenkanlage.
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Fig. 8 bis 10 zeigen in Abwicklungen Längsschlitze und Ablauföffnungen
des inneren Drehschiebers und, scnraffiert, die zugenörigen radialen Durchbrüche
des äußeren Drehschiebers, und zwar Fig. 9 in Zentralstellung, Fig. 8 bei Lenkeinschlag
in der einen und Fig. 1G bei Lenkeinschlag in der anderen Drehrichtung.
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Wie die Figuren 1 bis 7 zeigen, ist das Gehäuse 1 des Drehschieber-Lenkventils
mit einem Gehäuse 2 der Zannringpumpe 15 fest verbunden. In einer zylindrischen
Bohrung 4 des Gehäuses 1 ist der als Verteiler wirkende äußere Drehschieber 6 drehbar
und axial unverscniebbar gelagert. In einer konzentrischen zylindrischen Bohrung
8 des äußeren Drehschiebers o ist der
zum Umsteuern dienende innere
Drehschieber 10 unverschiebbar gelagert. Er ist durch zwei Zentrierfedern 12 (Fi,.
1 und 5) mit dem äußeren Drehschieber 6 derart verbunden, daß er aus einer Zentralstellung
gegenüber dem äußeren Drenschieber nach beien Seiten unter Spannung jeweils einer
der Federn 12 beschränkt drehbar ist. Der innere Drehschieber 10 ist drerifest mit
der Lenkspindel 14 verbunden.
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Die im Gehäuse 2 untergebrachte Zahnringpumpe 15 hat einen außen angeordneten
Zahnring 16, innerhalb dessen in bekannter Weise für eine exzentrische Umlaufbewegung
ein Innenzahnrad 17 untergebracht ist. Zwischen ihnen befinden sich die Zellen 19,
die die eigentlichen Arbeitsräume der Zahnringpumpe darstellen und von den sich
bei jeder Drehbewegung etwa die Hälfte verkleinert, während sich die übrigen vergrößern.
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Das Innenzahnrad 17 ist mit dem äußeren Drehschieber 6 radial verschiebbar
aber drehfest verbunden, und zwar über eine Gelenkwelle 21 und einen Mitnehmerstift
23. Der Mitnehmerstift 23 sitzt im äußeren Drehschieber drehfest und durchquert
konische Bohrungen 24 im inneren Drehschieber, die die Relativverdrehung beider
Drehschieber begrenzen.
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Jede der Zellen 19 der Zahnringpumpe ist durch einen Verbindungskanal
25 im Gehäuse 1 mit einer Steueröffnung 26 am Umfang der zylindrischen Bohrung 4
verbunden. Diese Steueröffnungen 2s wirken mit einem Kranz einander abwechselnder
Längsnuten 28 und 29 (Fig. 1, 3 und 6) des äußeren Drenschiebers zusammen. In bekannter
Gleise wird hierdurch erreicht, daß bei einem Lenkeinschlag die sich vergrößernden
Zellen der Zahnringpumpe mit einem Zulauf für Druckflüssigkeit und die sich verkleinernden
Zellen mit dem Druckraum des Stellmotors verbunden werden.
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Im Gehäuse 1 sind ferner Überströmkanäle vorgesehen, die zu Ringnuten
de3 äußeren Drehschiebers 6 führen. So wird Druckflüssigkeit aus einem Ausgleichsbehälter
31 Aber eine Hochdruckpumpe
32 durch Überströanäle 34 und 35 zwei
Zulaufringnuten 37 und 33 des äußeren Drehschiebers zugeführt.
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Ein überströmkanal 40 führt von einem Ablaufringkanal 42 zum Ausgleichsbehälter
31. Schließlich führen Überströmkanäle 44 und 45 von Ringnut 47 und 48 im. äußeren
Drehschieber zu den beiden Arbeitsräumen des Stellmotors 50.
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Die beiden Zulaufringnuten 37 und 38 sind durch axial miteinander
fluchtende Zulaufbohrungen 53 und 54 mit dem Innenraum des äußeren Drenschiebers
verbunden. Die Ringnuten 47 und 43 sind durch radiale Bohrungen 56 bzw. 57 mit dem
Innenraum 58 (Fig. 1) verbunden, wobei diese Bohrungen in Umfangsrichtung gegeneinander
versetzt sind.
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Weitere Einzelheiten werden am besten annand der Funktionsweise beschrieben.
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In Zentralstellung des inneren gegenüber dem äußeren Drehschieber
strömt Drucköl durci? -den Überströmkanal 34 in die Ringnut 37, von dort durch die
Zulaufbohrungen 53 und weiter durch radiale Bohrungen 60 des inneren Drehschiebers
in dessen Innenraum 58, der als Ablaufraum dient und von dort durch die konische
Bohrung 24, die den Mitnehmerstift 23 umgibt, in einen inneren Ringkanal 64 des
äußeren Drehschiebers (Fig. 1) und von dort durch radiale Bohrungen 66 und den Ablauf-Ringkanal
42 des Gehäuses sowie den Überströmkanal 40 zum Ausgleichsbehälter 31 zurück.
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Wird dagegen der innere Drehschieber von der Lenkspindel 14 her gegenüber
dem äußeren Drehschieber verdreht, so wird der Strömungsquerschnitt zwischen den
radialen Bohrungen 53 und 60 beider Drenschieser mehr und mehr gedrosselt und bei
vollem Verstellweg des inneren Drenschiebers abgesperrt, wodurch sich
ein
Arbeitsdruck im Lenksystem aufbaut. Druckflüssigkeit strömt nun durch den Uberströmkanal
35 zur Ringnut 33, von dort durch die Zulaufbohrungen 54 zum rechten Ende von Zulauflängsnuten
68 im inneren Drehschieber. Diese Zulauflängsnuten liegen in Zentralstellung zwischen
radialen Bohrungen 70 und 71, die zu den Längsnuten 28 bzw. 29 des äußeren Drehschiebers
führen. Bei einer Verdrenung des inneren Drenschiebers stellen die Zulauflängsnuten
o8 dagegen eine Verbindung zwischen den Zulaufbohrungen 54 und den Bohrungen 70
oder 71 des äußeren Drehschiebers her. Wird der innere Drehschieber gegenüber dem
äußeren nach rechts verdreht, so ergibt sich eine Lage nach Fig. 8. Dort sind die
Längsnuten und Bohrungen des inneren Drehschiebers als nichtausgefüllte Rechtecke
oder Kreise dargestellt, die Bohrungen des äußeren Drehschiebers dagegen als schraffierte
Kreise.
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Wie Fig. 8 zeigt, verbinden die Zulauflängsnuten 68 nun die Zulaufbohrungen
54 mit den Bohrungen 70 des äußeren Drehschiebers und damit über die zugehörigen
äußeren Längsnuten 29 des äußeren Drehschiebers und die Verbindungskanäle 25 im
Gehäuse mit den sich erweiternden Zellen der Zahnringpumpe 15. Die sich verkleinernden
Zellen der Zahnringpumpe werden auf einem entsprechenden Wege mit den Bohrungen
71 im äußeren Drehschieber verbunden. Diese überlappen sich nun mit Steuer-Längsnuten
73 im inneren Drehschieber, wodurcn Verbindungen zu Bohrungen 57 im äußeren Drehschieber
hergestellt werden und damit zum Druckraum des Stellmotors 50. Der drucklose Arbeitsraum
des Stellmotors 50 steht über die Ringnut 47 und die Bohrungen 56 im äußeren Drehschieber
mit Ablaufbohrungen 75 in Verbindun, die zum Innenraum des inneren Drehschiebers
und damit zum Ausgleichsbehälter 31 führen.
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Entsprechendes gilt für einen Lenkeinschlag im Gegensinne.
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Wie Fig. 10 zeigt, treten hier anstelle der oben beschriebenen
Steuer-Längsnuten
73, die jetzt funktionslos sind, Steuer-Längsnuten 77 in Funktion. In diesem Falle
wird Druckflüssigkeit aus der Zulaufbohrungen 54 von den Zulauf-Längsnuten 68 den
Bohrungen 71 im äußeren Drehschieber und damit den sich erweiternden Zellen der
Zahnringpunpe 15 zugeführt. Von den sich ver-Kleinernden Zellen wird dosierte Druckflüssigkeit
über die Bohrungen 70, die Steuer-Lingsnutetl 77 und die bohrungen 56 dem Druckraum
des Stellmotors zugeführt. Von der drucklosen Seite des Stellmotors strömt die Flüssigkeit
durch die Ringnut 48 und die Bohrungen 57 im äußeren Drehschieber zu Ablaufbohrungen
79 im inneren Drehschieber und zurück zum Ausgleichsbenälter.
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Fig. 9 zeigt die Zentralstellung, bei der sich die Ablaufbohrungen
53 und 60 beider Drehschieber überlappen und die Zulauf-Längsnuten 68 keine Verbindung
lait den zur Zahnringpumpe 15 führenden Bohrungen 70 oder 71 des äußeren Drehscniebers
naben, also wirkungslos sind.
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In den Figuren 8 bis 10 sind die Steuer-Längsnuten 73 u. 77 in ausgezogenen
Linien so eingezeichnet, wie sie für die geschlossene Ausführung von hydrostatischen
Lenkungen benötigt werden, nämlich schmal. Fig. 9 zeigt, daß die schmalen Nuten
73 und 77 in bentralstellung keine Verbindung zu den radialen Bohrungen 70 und 71
haben, die zur Zahnringpumpe 15 führen und aucn keine Verbindung zu den radialen
Bohrungen 5 und 77, die zum Stellmotor 50 fuhren. Die Figuren 8 bis 10 zeigen, daß
es ohne weiteres möglich ist, die Nuten 73 und 77 zu verbreitern. In jede dieser
Figuren ist je eine verbreiterte Nut 73b bzw. 77b eingezeichnet. An der Wirkungsweise
dieser Nuten bei Lenkeinschlägen ändert sich gegenüber der bisherigen Darstellung
nichts, wie die Figuren 8 und 10 zeigen. In der Zentralstellung nach Fig. 3 dagegen
stellt die verbreiterte Nut 73b eine
Verbindung über die radialen
Bohrungen 71 und 57 von der einen Seite der Zahnringpumpe zum einen Arbeitsraum
des Stellmotors her. Entsprechend stellt die verbreiterte Nut 77b über die radialen
Bohrungen 70 und 56 eine Verbindung von der anderen Seite der Zahnringpumpe zum
anderen Arbeitsraum des Stellmotors 50 her. Infolgedessen kann der Stellmotor auch
in der Zentralstellung, und zwar bei beliebigen Stellungen der gelenkten Räder,
auf das nichtbetätigte Lenkhandrad einwirken.
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Bei einen Lenkeinschlag, der z. B. zu einer Betriebsstellung nach
Fig. 8 fünrt, führt die Längsnut 73 oder 73b dosierte Druckflüssigkeit. Zan erkennt,
daß die Spaltverluste hier besonders klein sind, weil einerseits die benachbarte
Längsnut 77 oder 77b außer Betrieb, also abgesperrt, ist und die nächstgelegenen
öffnungen, die druckloses öl führen, die Bohrungen 75 sind, die sich in erheblicher
Entfernung von den Längsnuten 73 oder 73b befinden. Zusätzlich wird der Leckstrom
dadurch vermindert, daß die ruckflüssigkeit führenden Zulaufnuten 63 den eg des
beckstromes unterbrechen.