CH672526A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Rammbohrgerät mit einer Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Rammbohrgerät nach der Patentschrift DE 2 634 066 ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche ein in einer Endverschraubung des Gerätegehäuses axial verschiebefest sitzendes Steuerrohr mit der Druckluftzuführung aufweist, an dessen freiem Ende eine drehfest gegenüber dem Gehäuse angeordnete Steuerhülse sitzt. Das Steuerrohr ist in dieser und in der Endverschraubung drehbar. Es weist im Bereich des freien Endes Steueröffnungen zur Umsteuerung von Vor- auf Rücklauf des Gerätes oder umgekehrt auf, wobei sie zur Deckung mit entsprechenden Öffnungen in der Steuerhülse bringbar sind. In der Steuerhülse sind im wesentlichen nebeneinanderliegende Steueröffnungen vorgesehen, welche mit entsprechenden Öffnungen in einem auf dieser Steuerhülse hin- und hergleitenden Schlagkolben, welcher im Gehäuse des Rammbohrgerätes beweglich sitzt, zur Kolbensteuerung entweder für dessen Vortriebsbewegungszyklus oder für dessen Rücklaufbewegungszyklus zusammenwirken. Dabei sind die Öffnungen für den Vortriebs- bzw. den Rücklaufzyklus einander abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet, d. h. einer Rücklaufsteueröffnung folgt eine Vorlaufsteueröffnung usw.

Diese abwechselnd aufeinanderfolgende Anordnung von Vorlaufsteueröffnungen und Rücklaufsteueröffnungen stellen einen ganz wesentlichen Nachteil dar, denn dadurch sind diese Steueröffnungen und somit der gesamte Bewegungsvorgang nicht mehr frei optimierbar. Dies ist insbesondere wichtig, damit solche Rammbohrgeräte auch bei vertikalem Einsatz zuverlässig rückwärts laufen. Ausserdem ist die Anordnung von Dichtungen zur Verhinderung von vagabundierender Luft, welche die Umsteuervorgänge und die Bewegungsabläufe teilweise erheblich beeinträchtigt, nicht möglich. Darüberhinaus treten durch diese Falschluft auch wesentliche Energieverluste auf. Wegen dem radialen Aufbau der Steuervorrichtung ist man auch hinsichtlich der Dimensionierung und somit der Materialquerschnitte beschränkt. Dies insbesondere bei kleineren Geräten. Verbunden mit den insbesondere dann auch nicht optimierbaren Strömungsverhältnissen können starke Wirbelbildungen im Bereich der Steueröffnungen auftreten, welche einerseits an sich schon die Steuervorgänge beeinträchtigen und andererseits erfahrungsgemäss zu hohen Vibrationsbelastungen und somit oft zu Brüchen der Steuerteile des Gerätes führen.

Ein Rammbohrgerät ähnlicher Art, dessen Steuerung sich im wesentlichen nur durch die Abfuhr der Druckluft und

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durch die Art der Fixierung in den Positionen Vor- und Rücklauf von dem Vorbeschriebenen unterscheidet, ist im DE 2 105 229 dargestellt. Es ist damit ebenfalls mit den oben erwähnten Nachteilen behaftet.

Aufgabe der Erfindung ist daher ein Rammbohrgerät zu schaffen, das eine solche Steuervorrichtung aufweist, mit der die oben angegebenen Nachteile vermieden werden und eine Erhöhung des Wirkungsgrades in Bezug auf den Strömungsmittelverbrauch erreichbar ist. Ausserdem soll mit der Verbesserung der Steuervorrichtung ein besserer, ruhigerer Lauf des Rammbohrgerätes und somit eine höhere Zielgenauigkeit erreicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe bei einem Rammbohrgerät der eingangs genannten Art wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Vorteilhafterweise können zur Verbesserung die Merkmale der Ansprüche 2 bis 11 vorgesehen werden.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Rammbohrgerät,

Fig. 2 den Bereich der Steuereinrichtung des Rammbohrgerätes im Schnitt, in der Position Vorlauf,

Fig. 3 den Bereich der Steuereinrichtung des Rammbohrgerätes im Schnitt, in der Position Vorlauf, jedoch in einer anderen Bewegungsphase bzw. Steuerphase des Schlagkolbens,

Fig. 4 den Bereich der Steuereinrichtung des Rammbohrgerätes im Schnitt, in der Position Rücklauf,

Fig. 5 denselben Bereich der Steuereinrichtung in der Position Rücklauf, jedoch in einer anderen Steuerphase und

Fig. 6 eine Variante des in den Fig. 2-5 dargestellten aussenliegenden Drehschieberelementes.

Das Rammbohrgerät weist ein mit einer Rammspitze versehenes Gehäuse 1 auf, in dem ein Schlagkolben 2 zwischen der Rammspitze und einem Gehäuseverschluss 3, welcher vorzugsweise als ein Abluftöffnungen 4 aufweisendes Einschraubteil ausgebildet ist, hin- und hergleitend steckt. Der Gehäuseverschluss 3 trägt eine Kupplungseinrichtung 5 zur Zufuhr eines Strömungsmittels, insbesondere Druckluft, in das Innere des Gehäuses 1. Ausserdem sitzt in ihm eine Bewegungsumsteuervorrichtung 6, welche nur die Vorlauf-und die Rücklaufbewegung des Rammbohrgerätes steuert. Axial neben dieser Bewegungsumsteuervorrichtung 6 ist, mit dieser verbunden, eine Kolbensteuereinrichtung 7 vorgesehen, mit der die Schlagbewegung des Schlagkolbens 2 gesteuert wird. Sie ragt in eine Bohrung 8 des Schlagkolbens 2 und wirkt mit in diesem angeordneten Kolbenüberströmkanälen 9 zusammen, welche in Längskanäle 10 des Schlagkolbens 2 münden und die ihrerseits auf der Stirnseite des Schlagkolbens münden.

Die Bewegungsumsteuervorrichtung 6 ist im wesentlichen aus einem aussenliegenden und mit dem Gehäuseverschluss 3 verbundenen Drehschieberelement 11 und einem in diesem drehbar, aber unverschiebbar gelagerten innenliegenden Drehschieberelement 12 aufgebaut. Dieses weist einen zentral angeordneten Hauptströmungsmittelkanal 13 auf, welcher mit der Kupplungseinrichtung 5 verbunden ist. Benachbart zu dieser befindet sich der Rücklaufbereich 14 der Bewegungsumsteuervorrichtung 6, wobei in diesem das innenliegende Drehschieberelement 12 wenigstens einen ersten Überströmkanal 15, der in den Hauptströmungsmittelkanal 13 mündet, besitzt. Dieser erste Überströmkanal 15 ist vorzugsweise geneigt zur Achse des Hauptströmungsmit-telkanals 13 angeordnet. Beidseits dieses ersten Überströmkanals 15 sind auf der Aussenseite des innenliegenden Drehschieberelementes 12 Dichtungen 19, welche vorzugsweise O-Ringe sind, vorgesehen. Zur Erzielung zweier Schaltstellungen der Bewegungsumsteuervorrichtung 6 ist entsprechend zu dem ersten Überströmkanal 15 im benachbart anliegenden Teil des aussenliegenden Drehschieberelementes 11 (Fig. 6) oder im Gehäuseverschluss 3 (Fig. 2-5) wenigstens ein zweiter Überströmkanal 16 eingelassen, der zu wenigstens einem zum ersten Überströmkanal 15 gleichliegenden dritten Überströmkanal 17 im innenliegenden Drehschieberelement 12 führt. Dabei ist die Offenstellung im Rücklaufbereich der Bewegungsumsteuervorrichtung 6 vorausgesetzt. Dieser dritte Überströmkanal 17 ist vorzugsweise ein Längskanal und mündet in einen Vorlauf bereich 21 der Bewegungsumsteuervorrichtung 6, welche in diesem wenigstens einen vierten Überströmkanal 18 im aussenliegenden Drehschieberelement 11 aufweist, welcher am Umfang so versetzt angeordnet ist, dass er bei der oben vorausgesetzten Offenstellung im Rücklaufbereich 14 nicht mit dem dritten Überströmkanal 17 kommuniziert, sondern vom innenliegenden Drehschieberelement 12 abgedeckt ist.

Dieser vierte Überströmkanal 18 führt in einen Abströmraum 20 des Gehäuses 1. Dabei bildet dieser den vierten Überströmkanal 18 enthaltenden Abschnitt der Bewegungungsumsteuervorrichtung 6 den Vorlaufbereich 21. An diesen angeschlossen ist die Kolbensteuereinrichtung 7.

Diese Kolbensteuereinrichtung 7, weist ein aussenliegende Rücklaufsteuerhülse 22 auf, welche vorzugsweise mit dem aussenliegenden Drehschieberelement 11 verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet ist. Die Rücklaufsteuerhülse weist eine hintere, benachbart zur Bewegungsumsteuervorrichtung liegende Rücklaufsteuerkante 23 und eine in einem axialen Abstand davon angeordnete vordere Rücklaufsteuerkante 24 auf. Der Aussendurchmesser der Rücklaufsteuerhülse 22 entspricht dem Innendurchmesser der Bohrung 8 im Schlagkolben, der über sie hinweggleiten muss. Vorzugsweise kann der Mantel der Rücklaufsteuerhülse an seinem Auflaufende 22 leicht kegelförmig sein. In dieser aussenliegenden Rücklaufsteuerhülse ist ein innenliegendes Abstandselement angeordnet, das vorzugsweise mit dem innenliegenden Drehschieberelement 12 verbunden oder einstückig mit diesem ausgeführt ist und eine Vorlaufsteuerhülse 25 trägt, deren Aussendurchmesser ebenfalls dem Innendurchmesser der Bohrung 8 im Schlagkolben 2 entspricht, welcher über sie hinweggleitet. Sie weist eine in einem Abstand zur vorderen Rücklaufsteuerkante 24 angeordnete und mit dieser einen Ringbereich 28 abgrenzende hintere Vorlaufsteuerkante 26 auf, wobei in einem weiteren Axialabstand dazu eine vordere Vorlaufsteuerkante 27 liegt. Die Steuerhülsen sind axial hintereinander und getrennt voneinander angeordnet. Ausserdem ist ein Dichtelement 29 in die Vorlaufsteuerhülse 25 eingesetzt. Damit werden Leckverluste des Strömungsmittels vermieden. Zur Verbindung des Ringsbereichs 28 zwischen den beiden Steuerhülsen 22 bzw. 25 ist im innenliegenden Steuerrohr ein Kanal vorgesehen, welcher dem dritten Überströmkanal der Bewegungsumsteuervorrichtung 6 entspricht und in diesen mündet. Bei der vorzugsweise einstückigen Ausführung von innenliegendem Steuerrohr und innenliegendem Drehschieberelement 12 ist dies ein einziger, durchgehender Kanal. Auch der zentrale Hauptströmungsmittelkanal 13 des innenliegenden Drehschieberelementes 12 findet im innenliegenden Abstandselement seine Fortsetzung in einem sich vorzugsweise allmählich erweiternden, strömungsgünstig ausgebildeten Kanal, mit dem das Strömungsmittel beim Vorlauf dem Schlagkolben 2 zugeführt wird. Auch die benachbart zu den Steuerkanten beider Steuerhülsen liegenden Flächen sind vorzugsweise zur Vermeidung von Wirs

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belbildung als strömungsgünstige, allmähliche Übergänge gewährleistende Flächen ausgebildet. Der Abstand der Steuerkanten auf jeder der Steuerhülsen sowie der Abstand zwischen den Steuerhülsen 22,25 kann einerseits für den Bewegungsablauf und die spezifischen Gerätegrössen und andererseits gemäss dem vorgesehenen Einsatz und den Einsatzbedingungen, beispielsweise der Zusammensetzung des Erdreiches etc. optimiert und/oder ausgewählt und unabhängig voneinander festgelegt werden.

Diese Optimierbarkeit ergibt nicht nur einen wesentlich geringeren Strömungsmittelverbrauch, sondern auch einen höheren Gesamtwirkungsgrad des Gerätes und bessere Laufeigenschaften, die ihrerseits genauere Arbeitsausführung zur Folge haben. Insbesondere ist dadurch die Zielgenauigkeit wesentlich steigerbar. Insbesondere ist damit die Steuerung auch für den vertikalen Einsatz des Rammbohrgerätes optimierbar und somit ist auch bei vertikalem Einsatz eine höhere Arbeitsqualität und geringere Nebenarbeiten erreichbar. Insbesondere durch die Trennung der Baugruppen für die Bewegungsumsteuerung und die Kolbensteuerung, nämlich die Verlegung der Steuerung für den Rücklauf (Rücklaufbereich) in den Bereich des Gehäuseverschlusses 3 lassen sich Beeinflussungen und daraus resultierende Leistungsverminderungen durch querströmendes Strömungsmittel nahezu vollständig vermeiden. Durch den Wegfall der Verschachtelung der beiden Steuerkantengruppen, nämlich der Vorlauf steuerkantengruppe und der Rücklaufsteuerkantengruppe und deren axial getrennte Hintereinan-deranordnung auf benachbarten Steuerhülsen entfällt die sehr störende und leistungsmindernde Beeinflussung des Vorlaufs durch querfliessendes Strömungsmitte] im Bereich der Steuerkanten.

Die Vorlaufsteuerkanten können daher völlig unabhängig von den Rücklaufsteuerkanten festgelegt und auch im Nachhinein noch unabhängig voneinander geändert werden. Kompromisse durch Verschachtelung der jeweiligen Steuerkanten sind bei der Steuerkantenwahl nicht notwendig.

Im Bereich des Gehäuseverschlusses 3 ist eine Arretiervorrichtung 30 vorgesehen, welche zwischen diesem und dem innenliegenden Drehschieberelement 12 wirksam ist. Diese ist eine Bolzenrasteinrichtung, deren federbelasteter Rastbolzen 31 durch eine die Federvorspannung regulierende Vorspannschraube 32 auch feststellbar ist. Damit kann die Bewegungsumsteuervorrichtung 6 für nur den Vorlauf oder nur den Rücklauf des Rammbohrgerätes fixiert werden.

Steht die Bewegungsumsteuervorrichtung 6 in der Stellung «Vorlauf», d. h. dass das Rammbohrgerät sich in die Erde rammt, dann befindet sich die Drehschiebersteuerung im Rücklaufbereich 14 in der Geschlossenstellung und das Strömungsmittel gelangt durch den Hauptströmungsmittelkanal 13 hinter den Schlagkolben 2 und treibt diesen gegen die Spitze des Rammbohrgerätes, bis die Kolbenüberströmkanäle 9 über die vordere Vorlaufsteuerkante laufen und das Strömungsmittel durch sie entlang der Kolbenaussenseite zu seiner Vorderseite gelangt. Bevor er noch von dieser Gegenströmung abgebremst wird, schlägt er am Gehäuse auf und treibt dieses tiefer ins Erdreich (Fig. 2). Nachdem sich ein ausreichender Gegendruck auf der Kolbenvorderseite aufgebaut hat, wird er dadurch nach hinten gegen die Steuervorrichtung bewegt und überläuft die hintere Vorlaufsteuerkante 26. Dadurch strömt das sich auf der Kopfseite des Schlagkolbens 2 befindliche Strömungsmittel in den Ringraum 28 zwischen den beiden Steuerhülsen 22 bzw. 25 und gelangt in den dritten Überströmkanal 17. In der Geschlossenstellung der Bewegungsumsteuervorrichtung 6 im Rücklaufbereich ist sie im Vorlaufbereich 21 in Offenstellung, d. h. der vierte Überströmkanal 18 kommuniziert mit dem dritten Überströmkanal 17, wodurch das Strömungsmittel in den Abströmraum 20 und durch die Abströmöffnungen 4 im Gehäuseverschluss 3 ins Freie oder in eine Auffangleitung gelangt (Fig. 3). Jetzt bremst das Strömungsmittel, das sich in der Innenbohrung 8 befindet, den Schlagkolben weich ab; der Schlagkolben 2 trifft dabei nicht auf den hinteren Gehäuseverschluss 3. Nun beginnt erneut der Vorlaufzyklus.

Beim Rücklaufzyklus (Fig. 4,5) steht der Drehschieber der Bewegungsumsteuervorrichtung 6 im Rücklaufbereich 14 in seiner Offenstellung und Strömungsmittel aus dem Hauptströmungsmittelkanal 13 gelangt via den ersten Überströmkanal 15, den zweiten Überströmkanal 16 in den dritten Überströmkanal 17 und weiter in den Ringraum 28 zwischen den beiden Steuerhülsen 22 bzw. 25. Befinden sich die Kolben-Überströmkanäle 9 vor der vorderen Rücklaufsteuerkante, so gelangt das unter Druck stehende Strömungsmittel durch die Kolbenüberströmkanäle 9 auf die Vorderseite des Schlagkolbens 2 und bremst ihn vorne weich ab. Dabei berührt der Schlagkolben 2 die Gehäusevorderseite nicht. Der Schlagkolben 2 wird anschliessend solange nach hinten beschleunigt, bis seine Kolbenüberströmkanäle 9 hinter die hintere Rücklaufsteuerkante 23 gelangen. Nun entweicht das sich vor dem Schlagkolben 2 befindliche Strömungsmittel durch den Abströmraum 20 und die Abströmöffnungen 4 ins Freie oder in eine Auffangleitung.

Dadurch prallt der Schlagkolben 2, je nach Lage der durch die Optimierbarkeit wählbaren Steuerkanten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit auf den Gehäuseverschluss auf und bewegt das Rammbohrgerät rückwärts aus dem Bohrloch heraus. Dies ist beispielsweise wichtig, wenn ein durch das Rammbohrgerät unüberwindliches Hindernis, z. B. ein grosser Fels, die Vortriebsarbeit verunmöglicht oder wenn das Rammbohrgerät bei Vertikalbohrungen eingesetzt wird. Das in der Bohrung 8 im Schlagkolben 2 unter Druck stehende Strömungsmittel bringt den Schlagkolben 2 wieder in seine der Rücklaufbewegung entsprechende Ausgangslage, in der die Kolbenüberströmkanäle 9 vor der vorderen Rücklauf steuerkante 24 liegen und aus dem Ringraum 28 Strömungsmittel wieder vor den Schlagkolben 2 geführt wird.

Zu den oben bereits angegebenen Vorteilen kommt als weiterer hinzu, dass dieses Rammbohrgerät unter Beaufschlagung mit unter Druck stehendem Strömungsmittel umgesteuert werden kann und dass «Schaukelsteuerung», d. h. ein kurz aufeinanderfolgendes Umsteuern von Vorwärtslauf auf Rückwärtslauf zufolge von Druckschwankungen, welche immer auftreten können, vermieden wird.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

672 526 PATENTANSPRÜCHE

1. Rammbohrgerät mit einer Steuervorrichtung für ein Strömungsmittel zur Steuerung des Gerätvor- und Gerätrücklaufes und mit einem Gehäuse sowie einem in diesem mit dem unter Druck stehenden Strömungsnittel hin- und herbewegbaren und am Gehäuse anschlagenden Schlagkolben mit seitlichen Steuerkanälen, welche mit Steuerkanälen der Steuervorrichtung zusammenwirken, wobei diese als Drehschiebersteuervorrichtung mit ineinander drehbar angeordneten Steuerschiebern ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschiebersteuervorrichtung eine Bewegungsumsteuervorrichtung (6) zur Umsteuerung von der Vorlauf- auf die Rücklaufbewegung des Rammbohrgerätes und umgekehrt ist und axial neben ihr eine Kolben-steuereinrichtung (7) zur Steuerung der Schlagbewegung des Schlagkolbens (2) und der Bewegungsparameter Schlagkadenz, Beschleunigung und Verzögerung angeordnet ist,

wobei sie zwei axial voneinander getrennte Steuerhülsen (22, 25) aufweist und jede der Steuerhülsen nur eine der beiden Bewegungen des Rammbohrgerätes steuert.

2. Rammbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsumsteuervorrichtung (6) ein aussenliegendes Drehschieberelement (11), das mit einem Gehäuseverschluss (3) verbunden ist, und ein in ihm drehbar gelagertes innenliegendes Drehschieberelement (12) aufweist, welches einen Hauptströmungsmittelkanal (13), der mit einer Strömungsmittelzuleitung verbindbar ist, besitzt und dass in einem gehäuseverschlussseitig gelegenen Rücklaufbereich (14) der Bewegungsumsteuervorrichtung (6) wenigstens ein erster Überströmkanal (15) vom Hauptströmungsmittelkanal (13) zum aussenliegenden Drehschieberelement (11) führend vorgesehen ist, dass in diesem wenigstens ein in der Steuerposition Rücklauf mit dem ersten Überströmkanal (15) zusammenwirkender zweiter Überströmkanal (16) angeordnet ist, der in der genannten Steuerposition mit wenigstens einem im innenliegenden Drehschieberelement (12) enthaltenen dritten Überströmkanal (17) kommuniziert, und dass in einem gehäusespitzenseitig an den Rücklaufbereich (14) anschliessenden Vorlaufbereich (21) im aussenliegenden Drehschieberelement (11) wenigstens ein vierter Überströmkanal (18), in der genannten Steuerposition versetzt zum dritten Überströmkanal (17) und kommunizierend mit einem Abströmraum (20) im Gehäuse

(I) angeordnet ist.

3. Rammbohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an das aussenliegende Drehschieberelement

(II) eine Rücklaufsteuerhülse (22) angeschlossen und an das innenliegende Drehschieberelement (12) eine Vorlaufsteuerhülse (25) in einem axialen Abstand von der Rücklaufsteuerhülse (22) angeschlossen ist und der Ringraum (28) zwischen beiden mit dem dritten Überströmkanal (17) verbunden ist und der Hauptströmungsmittelkanal (13) durch die Vorlaufsteuerhülse (25) geführt ist und diese Steuerhülsen (22,25) die Kolbensteuereinrichtung bilden.

4. Rammbohrgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Steuerhülsen (22,25) eine mit dem Schlagkolben (2) zusammenwirkende Dichtung (29) aufweist.

5. Rammbohrgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelflächen der Steuerhülsen (22,25) wenigstens nahezu in einer gemeinsamen Zylinderfläche liegen, entlang der der Innenzylinder des Schlagkolbens (2) verschiebbar ist.

6. Rammbohrgerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Überströmkanäle (15,16,17,18) und/oder der Ringraum (28) zur Erzielung günstiger Umsteuerzeiten abgerundete Formen aufweisen.

7. Rammbohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Überströmkanal (15) geneigt oder senkrecht zur Drehschieberachse angeordnet ist.

8. Rammbohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das innenliegende Drehschieberelement (12) an seinem äusseren Mantel beidseits der ersten Überströmkanäle (15) Dichtungen 19 aufweist.

9. Rammbohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bewegungsumsteuereinrichtung (6) eine Arretiervorrichtung (30) zum rastenden oder verriegelnden Positionieren für je eine der Steuerstellungen vorgesehen ist.

10. Rammbohrgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (30) einen federbelasteten Rastbolzen (31) aufweist, der mit einer Federvor-spann-Schraube (32) auch festgestellt werden kann.

11. Rammbohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Teil der Mantelfläche der Rücklaufsteuerhülse (22) eine Kegelfläche ist.