DE9314760U1

DE9314760U1 - Start-up circuit

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Publication number: DE9314760U1
Application number: DE9314760U
Authority: DE
Original assignee: FLUIDTECH GmbH
Current assignee: FLUIDTECH GmbH
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2003-10-01
Also published as: FR2710698B3; FR2710698A3; AT342U1; ITTO940188U1; ITTO940188V0; IT232533Y1

Description

Patentanwälte SfPatent Attorneys Sf

European Patent Attorneys Diplrlüg. H.FlllkEuropean Patent Attorneys Dipl.lüg. H.Flllk

Dr.-Ing.M.Held Dipl.-Ing. M.BartelsDr.-Ing.M.Held Dipl.-Ing. M. Bartels

Zugelassene Vertreter Patentanwälte ■ Lange Straße 51 ■ D-70174 Stuttgart beim Europäischen PatentamtAuthorized representatives Patent attorneys ■ Lange Straße 51 ■ D-70174 Stuttgart at the European Patent Office

24. August 1993 Gm 6010/402024 August 1993 Gm6010/4020

Flutec Fluidtechnische Geräte GmbH 66280 SulzbachFlutec Fluid Technology Equipment GmbH 66280 Sulzbach

AnlaufschaltungStart-up circuit

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erleichterung des Anlaufes eines Elektromotors, der für den Antrieb einer Hydraulikpumpe vorgesehen ist, wobei mittels eines Wegeventiles zumindest beim Anlaufen des Elektromotors der zu einem Abtriebselement führende Teil eines Hydraulikkreises im wesentlichen drucklos gehalten ist.The invention relates to a device for facilitating the start-up of an electric motor which is intended for driving a hydraulic pump, whereby the part of a hydraulic circuit leading to an output element is kept essentially pressureless by means of a directional control valve at least when the electric motor starts up.

Die auf dem Markt frei erhältlichen und hier vorgesehenen Elektromotoren weisen, insbesondere wenn sie preiswert sein sollen, häufig ein niedriges Anlaufmoment auf, so daß ein Motorenanlauf gegen Maximallast, die beispielsweise beim Antrieb einer Hydraulikpumpe auftritt, nicht möglich ist.The electric motors freely available on the market and those provided here, especially if they are intended to be inexpensive, often have a low starting torque, so that it is not possible to start the motor against maximum load, which occurs, for example, when driving a hydraulic pump.

Zur Vergrößerung des Anlaufmomentes werden im Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen. So wird bei einer gattungsfremden Vorrichtung für den Elektromotor ein sogenannter Anlaufkondensator verwendet, was jedoch einen hohen gerätetechnischen Aufwand mit sich bringt, da außer dem Anlaufkondensator auch noch ein Fliehkraftschalter notwendig ist, der nach dem Hochlauf des Motors auf seine Nenndrehzahl den Anlaufkondensator abschaltet.Various options are proposed in the state of the art to increase the starting torque. For example, a so-called starting capacitor is used in a device of a different type for the electric motor, but this involves a high level of technical effort, since in addition to the starting capacitor, a centrifugal switch is also required, which switches off the starting capacitor after the motor has run up to its nominal speed.

Bei einer anderen Art gattungsfremder Vorrichtungen wird ein sogenannter Betriebskondensator mit wesentlich höherer Kapazität verwendet. Trotz dieser höheren Kapazität ist das damitAnother type of device of a different type uses a so-called operating capacitor with a much higher capacity. Despite this higher capacity, the

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erzeugte Anlaufmoment für nicht alle Anwendungsfälle, insbesondere bei hydraulischen Kreisen, ausreichend. Darüber hinaus ist der Preis des angesprochenen Kondensators hoch. Der Motor nimmt ferner aufgrund des Einsatzes des Betriebskondensators eine höhere Leistung auf mit der Folge, daß seine Lebensdauer zurückgeht.The starting torque generated is not sufficient for all applications, especially in hydraulic circuits. In addition, the price of the capacitor in question is high. The motor also consumes more power due to the use of the operating capacitor, which reduces its service life.

Eine weitere Möglichkeit einer Anlaufhilfe könnte darin bestehen, daß man zunächst den Elektromotor ohne Last auf seine Nenndrehzahl bringt und dann anschließend über eine Kupplungsvorrichtung die Hydraulikpumpe an den Motor ankuppelt. Dahingehende Kupplungsvorrichtungen sind jedoch teuer in der Anschaffung und arbeiten nicht verschleißfrei, so daß dahingehende Vorrichtungen mit einem entsprechenden Wartungsaufwand verbunden sind.Another possibility for starting assistance could be to first bring the electric motor up to its nominal speed without load and then connect the hydraulic pump to the motor via a coupling device. However, such coupling devices are expensive to purchase and are not wear-free, so such devices involve a corresponding amount of maintenance.

Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Erleichterung des Anlaufes eines Elektromotors werden elektrisch ansteuerbare Magnetventile für einen drucklosen Umlauf im Hydraulikkreis eingesetzt. Die Elektrosteuerung für den Motor muß dann zur Ansteuerung des Magnetventiles ergänzt werden, was wiederum einen hohen gerätetechnischen Aufwand mit sich bringt.In a generic device to facilitate the start-up of an electric motor, electrically controlled solenoid valves are used for pressure-free circulation in the hydraulic circuit. The electrical control for the motor must then be supplemented to control the solenoid valve, which in turn entails a high level of equipment complexity.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erleichterung des Anlaufes eines Elektromotors, der für den Antrieb einer Hydraulikpumpe vorgesehen ist, zu schaffen, mit der es möglich ist, auch sehr preiswerte Elektromotoren mit niedrigem Anlaufmoment einzusetzen, die kostengünstig in der Herstellung ist sowie wartungs- und störungsfrei arbeitet. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.Based on this state of the art, the invention is based on the object of creating a device for facilitating the start-up of an electric motor intended for driving a hydraulic pump, with which it is possible to use even very inexpensive electric motors with a low starting torque, which is inexpensive to manufacture and operates maintenance-free and without disruption. This object is achieved by a device with the features of claim 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches das Wegeventil hydraulisch betätigbar ist und mit einem Steueranschluß in Fluidrichtung hinter der Hydraulikpumpe an den Hydraulikkreis angeschlossen ist, ist ein Anlauf des Motors ohne Last möglich. Hierzu öffnet das Wegeventil und bildetBecause, according to the characterizing part of the claim, the directional control valve can be operated hydraulically and is connected to the hydraulic circuit with a control connection in the fluid direction behind the hydraulic pump, it is possible to start the motor without load. To do this, the directional control valve opens and forms

eine Art "Bypass" zum Tank. Der hinter der Hydraulikpumpe liegende Hydraulikkreis ist dann im wesentlichen drucklos gehalten und der Elektromotor beschleunigt in Richtung seiner Nenndrehzahl. Die mit dem Motor in Verbindung stehende Hydraulikpumpe fördert mit dem Hochlaufen des Motors vermehrt Fluid und ab einer vorgebbaren Fluidmenge, die mit einer Druckdifferenz in den Nutzanschlüssen vor und hinter dem Wege- oder Bypass-Ventil einhergeht, wird über den Steueranschluß das Ventil in seine Schließstellung gebracht und der Weg zum Tank ist abgesperrt. Mit Erreichen der Nenndrehzahl des Elektromotors schließt also das Wegeventil selbsttätig und der Pumpenförderstrom wird zu dem jeweiligen hydraulischen Abtriebselement geleitet. a kind of "bypass" to the tank. The hydraulic circuit behind the hydraulic pump is then essentially kept pressure-free and the electric motor accelerates towards its nominal speed. The hydraulic pump connected to the motor pumps more fluid as the motor starts up and from a predefined fluid quantity, which is accompanied by a pressure difference in the utility connections in front of and behind the directional or bypass valve, the valve is brought into its closed position via the control connection and the path to the tank is blocked. When the nominal speed of the electric motor is reached, the directional valve closes automatically and the pump flow is directed to the respective hydraulic output element.

Solange der Motor läuft, bleibt das Wegeventil geschlossen, wobei mit Abschalten des Motors der Druck in der Leitung zu dem jeweiligen Abtriebselement zwischen Pumpe und Steueranschluß definiert abgebaut wird, bis das Ventil erneut öffnet und für einen erneuten Motoranlauf den "Bypass" zum Tank herstellt .As long as the engine is running, the directional control valve remains closed, whereby when the engine is switched off, the pressure in the line to the respective output element between the pump and the control connection is reduced in a defined manner until the valve opens again and creates the "bypass" to the tank for a new engine start.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Wegeventil ein 2/2-Wege-Sitz- oder Schieberventil, wobei in einer Schaltstellung zwischen den beiden Anschlüssen A, B das Wegeventil eine Drossel aufweist. Mittels dem vorgebbaren Drosselquerschnitt läßt sich die Druckdifferenz in den Nutzanschlüssen A, B vor und hinter dem Ventil einstellen, die notwendig ist, um über den Steueranschluß des Ventiles dieses zu schalten.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the directional control valve is a 2/2-way seat or slide valve, whereby the directional control valve has a throttle in a switching position between the two connections A, B. The pressure difference in the service connections A, B in front of and behind the valve can be set using the predeterminable throttle cross-section, which is necessary in order to switch the valve via the control connection of the valve.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Elektromotor ein Drehstrommotor, insbesondere ein Einphasenmotor. Der Einphasenmotor ist preiswert in der Anschaffung und läßt sich über einen Netzanschluß, wie er auch in privaten Haushalten üblich ist, an das Netz anschließen und betreiben, was die Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung vergrößert.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, the electric motor is a three-phase motor, in particular a single-phase motor. The single-phase motor is inexpensive to purchase and can be connected to the mains and operated via a mains connection, as is also common in private households, which increases the possible uses of the device according to the invention.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Abtriebselement ein Hydraulikzylinder eines Hebetisches, der in seiner Lage über ein Rückschlagventil im Hydraulikkreis abstützbar ist. Aufgrund dieser Abstützung über das Rückschlagventil verbleibt das jeweilige Abtriebselement in seiner gerade eingenommenen Lage, auch wenn der Elektromotor abgeschaltet wird. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung öffnet das Rückschlagventil erst dann, wenn die gewünschte Pumpleistung der Hydraulikpumpe erreicht und mithin sichergestellt ist, daß eine Verfahrbewegung des Abtriebselementes in der gewünschten Richtung erfolgt. Vorzugsweise ist hierbei der Steueranschluß des Wegeventiles zwischen der Hydraulikpumpe und dem Rückschlagventil an den Hydaulikkreis angeschlossen.In a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, the output element is a hydraulic cylinder of a lifting table, which can be supported in its position via a check valve in the hydraulic circuit. Due to this support via the check valve, the respective output element remains in its current position, even if the electric motor is switched off. Using the device according to the invention, the check valve only opens when the desired pumping power of the hydraulic pump is reached and it is therefore ensured that the output element moves in the desired direction. The control connection of the directional valve between the hydraulic pump and the check valve is preferably connected to the hydraulic circuit.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen dem Abtriebselement und dem Rückschlagventil sowie parallel zu dem Wegeventil ein weiteres 2/2-Wegeventil in den Hydraulikkreis geschaltet, das vorzugsweise elektrisch betätigbar ist. Bei geschlossenem Rückschlagventil und abgestelltem Motor läßt sich dann über dieses weitere Wegeventil das Abtriebselement in seine Grundstellung zurückverfahren.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, a further 2/2-way valve is connected in the hydraulic circuit between the output element and the check valve and parallel to the directional control valve, which is preferably electrically actuated. When the check valve is closed and the engine is turned off, the output element can then be returned to its basic position via this further directional control valve.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Wegeventil einen Leckageanschluß zum Tank des Hydraulikkreises auf. Insbesondere wenn es sich dann bei dem Wegeventil um ein Wegeschieberventil handelt, können die mit dem Schalten des Ventils einhergehenden Leckölmengen definiert zum Tank abgeführt werden.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, the directional control valve has a leakage connection to the tank of the hydraulic circuit. In particular, if the directional control valve is a directional spool valve, the leakage oil quantities associated with the switching of the valve can be discharged to the tank in a defined manner.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in prinzipieller Darstellung den Schaltplan der Anlaufschaltung.The device according to the invention is explained in more detail with reference to the drawing. The only figure in the drawing shows the basic circuit diagram of the start-up circuit.

Die in dem Anlaufschaltplan gezeigte Vorrichtung dient der Erleichterung des Anlaufes eines Elektromotors 10. Der Elektromotor 10 ist aus einem Einphasenmotor mit einem niedrigen Anlaufmoment gebildet. Der Einphasenmotor 10 ist in üblicher und daher nicht näher beschriebener Weise über einen Wellenantrieb 12 mit einer Hydraulikpumpe 14 verbunden. Die Hydraulikpumpe 14 entnimmt Hydrauliköl aus einem Tank 16 und speist dieses in einen als Ganzes mit 18 bezeichneten Hydraulikkreis.The device shown in the start-up circuit diagram serves to facilitate the start-up of an electric motor 10. The electric motor 10 is formed from a single-phase motor with a low starting torque. The single-phase motor 10 is connected in the usual and therefore not described in detail manner to a hydraulic pump 14 via a shaft drive 12. The hydraulic pump 14 takes hydraulic oil from a tank 16 and feeds it into a hydraulic circuit designated as a whole by 18.

Die Hydraulikpumpe 14 betätigt ein Abtriebselement in Form eines Hydraulikzylinders 20, dessen Kolbenstange 22 mit einem Hebetisch (nicht dargestellt) zum Heben und Senken von Lasten verbunden ist. Der an den Hydraulikkreis angeschlossene Zylinder 20 ist über ein federbelastetes Rückschlagventil 24 abgestützt, d.h. der Hebetisch kann nicht ungewollt und unter Umständen für eine Bedienperson gefährlich, sich absenken. Um den Hydraulikkreis 18 im wesentlichen für das Anlaufen des Motors 10 vor dem Rückschlagventil 24 drucklos zu halten, ist ein 2/2-Wege-Sitz oder -Schieberventil 26 vorgesehen, das federkraftbetätigt in seine die beiden Nutzanschlüsse A, B miteinander verbindende Schaltstellung bringbar ist. Der Nutzanschluß B ist über eine entsprechende Leitung zwischen die Hydraulikpumpe 14 und das Rückschlagventil 24 geschaltet, wohingegen der Nutzanschluß A über eine entsprechende Leitung an den Tank 16 angeschlossen ist. In seiner in der Figur gezeigten, die Nutzanschlüsse A und B miteinander verbindenden Schaltstellung ist der Durchfluß über eine Drossel 28 mit vorgebbarem Drosselquerschnitt wählbar, die Teil des 2/2-Wegeventiles 26 ist. An die Leitung mit dem Nutzanschluß B ist ein Steueranschluß 30 des Wegeventiles 26 angeschlossen. Ferner weist das 2/2-Wegeventil 26 eine zum Tank 16 führende Leckageleitung 32 auf.The hydraulic pump 14 actuates an output element in the form of a hydraulic cylinder 20, the piston rod 22 of which is connected to a lifting table (not shown) for lifting and lowering loads. The cylinder 20 connected to the hydraulic circuit is supported by a spring-loaded check valve 24, i.e. the lifting table cannot lower itself unintentionally and, under certain circumstances, be dangerous for an operator. In order to keep the hydraulic circuit 18 depressurized, essentially for the start-up of the motor 10, upstream of the check valve 24, a 2/2-way seat or slide valve 26 is provided, which can be brought into its switching position connecting the two utility connections A, B by spring force. The utility connection B is connected via a corresponding line between the hydraulic pump 14 and the check valve 24, whereas the utility connection A is connected via a corresponding line to the tank 16. In its switching position shown in the figure, which connects the utility connections A and B, the flow can be selected via a throttle 28 with a predeterminable throttle cross-section, which is part of the 2/2-way valve 26. A control connection 30 of the directional valve 26 is connected to the line with the utility connection B. The 2/2-way valve 26 also has a leakage line 32 leading to the tank 16.

Wie insbesondere die Figur zeigt ist zwischen dem Abtriebselement 20 und dem Rückschlagventil 24 sowie parallel zu dem Wegeventil 26 ein weiteres 2/2-Wegeventil 34 in den Hydraulik-As the figure shows in particular, between the output element 20 and the check valve 24 and parallel to the directional control valve 26, another 2/2-way valve 34 is integrated in the hydraulic

kreis 18 geschaltet. Das weitere Wegeventil 34 ist elektrisch betätigbar und wird federunterstützt in seine in der Figur dargestellte Schließstellung verfahren. Die dem Ventil 34 in Fluidrichtung nachgeschaltete Ablaufleitung 36, in die der Nutzanschluß A mündet, sowie die Leckageleitung 32 führen ebenfalls zum Tank 16.circuit 18. The additional directional valve 34 is electrically operated and is moved into its closed position shown in the figure by spring support. The drain line 36 downstream of the valve 34 in the fluid direction, into which the utility connection A opens, and the leakage line 32 also lead to the tank 16.

Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Figur näher erläutert. Um den Motor 10 einen Anlauf ohne Last zu ermöglichen, ist das Ventil 26 in seiner geöffneten Stellung wie in der Figur dargestellt. In dieser geöffneten Stellung ist über das Ventil 26 eine Art Bypass gegeben und die von der Hydraulikpumpe 14 geförderte Fluidmenge wird über den Nutzanschluß B, die Drossel 28 des Ventiles 26 und den Nutzanschluß A in den Tank 16 befördert. Der Motor 10 kann also ohne weiteres Hilfsmittel trotz niedrigem Anlaufmoment seine vorgesehene Nenndrehzahl für den Antrieb der Hydraulikpumpe 14 erreichen, was nicht möglich wäre, wenn der Einphasenmotor 10 unmittelbar gegen die Maximallast arbeiten müßte.The function of the device according to the invention is explained in more detail below using the figure. In order to enable the motor 10 to start without a load, the valve 26 is in its open position as shown in the figure. In this open position, a type of bypass is provided via the valve 26 and the amount of fluid delivered by the hydraulic pump 14 is conveyed into the tank 16 via the utility connection B, the throttle 28 of the valve 26 and the utility connection A. The motor 10 can therefore reach its intended nominal speed for driving the hydraulic pump 14 without any additional aids despite the low starting torque, which would not be possible if the single-phase motor 10 had to work directly against the maximum load.

Mit zunehmender geförderter Fluidmenge der Hydraulikpumpe 14 steigt der Durchfluß an der Drossel 28 des Ventiles 26 und mithin die Druckdifferenz zwischen den beiden Nutzanschlüssen A und B, die über den Steueranschluß 30 abgegriffen wird. Bei Erreichen eines vorgebbaren Größenwertes wird dann das Ventil 26 über den Steueranschluß 30 in seine die Verbindung A, B absperrende Schließstellung gebracht und durch den anstehenden Druck im Hydraulikkreis 18 öffnet das Rückschlagventil 24 und die Kolbenstange 22 läßt sich über den Arbeitszylinder 20 ausfahren. Solange der Motor 10 mit Nenndrehzahl läuft, bleibt das Ventil 26 geschlossen. Wird der Motor 10 abgeschaltet, baut sich der Druck in der Leitung zwischen der Pumpe 14 und dem Rückschlagventil 24 definiert ab und das Ventil 26 öffnet erneut den Bypass zum Tank 16. Ein neuer im wesentlichen lastfreier Motoranlauf ist dann möglich.As the amount of fluid delivered by the hydraulic pump 14 increases, the flow at the throttle 28 of the valve 26 increases and therefore the pressure difference between the two utility connections A and B, which is tapped via the control connection 30. When a predeterminable value is reached, the valve 26 is then brought into its closed position, which blocks the connection A, B, via the control connection 30 and the pressure in the hydraulic circuit 18 opens the check valve 24 and the piston rod 22 can be extended via the working cylinder 20. As long as the motor 10 is running at the nominal speed, the valve 26 remains closed. If the motor 10 is switched off, the pressure in the line between the pump 14 and the check valve 24 is reduced in a defined manner and the valve 26 opens the bypass to the tank 16 again. A new, essentially load-free engine start is then possible.

Soll der Hebetisch mit der Kolbenstange 22 abgesenkt werden, kann das weitere Wegeventil 34 elektromagnetisch in seine Offenstellung gebracht werden und das aus dem Zylinder 20 rückfließende Fluid wird über die Ablaufleitung 36 dem Tank zugeführt. Außer beim Absenken des Hebetisches (nicht dargestellt) bzw. beim Einfahren der Kolbenstange 22 bleibt das Ventil 34 in seiner in der Figur gezeigten Schließstellung.If the lifting table is to be lowered with the piston rod 22, the additional directional valve 34 can be brought into its open position electromagnetically and the fluid flowing back from the cylinder 20 is fed to the tank via the drain line 36. Except when the lifting table is lowered (not shown) or when the piston rod 22 is retracted, the valve 34 remains in its closed position shown in the figure.

Als Abtriebselement einen hydraulisch ein- und ausfahrbaren Hebetisch vorzusehen, ist nur ein Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich an sich für alle Arten von Elektromotoren, insbesondere Drehstrommotoren, zum Einsatz bringen; der Einsatz bei Einphasenmotoren hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen.Providing a hydraulically extendable lifting table as the output element is only one application of the device according to the invention. The device according to the invention can be used for all types of electric motors, in particular three-phase motors; however, use with single-phase motors has proven to be particularly advantageous.

Claims

- Ol - Gm 6010/40 Protection claims:

1. Device for facilitating the start-up of an electric motor (10) which is intended for driving a hydraulic pump (14), whereby the part of a hydraulic circuit (18) leading to an output element (20) is kept essentially pressureless by means of a directional control valve (26) at least when the electric motor (10) is started, characterized in that the directional control valve (26) can be actuated hydraulically and is connected to the hydraulic circuit (18) with a control connection (30) in the fluid direction behind the hydraulic pump (14).

2. Device according to claim 1, characterized in that the directional control valve (26) is a 2/2-way seat or slide valve and that in a switching position between the two connections (A, B) the directional control valve (26) has a throttle (28).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the electric motor (10) is a three-phase motor, in particular a single-phase motor.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output element (22) is a hydraulic cylinder of a lifting table, which can be supported in its position via a check valve (24) in the hydraulic circuit (18).

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5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control connection (30) of the directional control valve (26) is connected to the hydraulic circuit (18) between the hydraulic pump (14) and the check valve (24).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that between the output element (22) and the check valve (24) and parallel to the directional control valve (26) an additional 2/2-way valve (34) is connected in the hydraulic circuit (18), which is preferably electrically actuable.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the directional control valve (26) has a leakage connection (32) to the tank (16) of the hydraulic circuit (18).