DE3041793A1

DE3041793A1 - Fluessigkeitskupplung

Info

Publication number: DE3041793A1
Application number: DE19803041793
Authority: DE
Inventors: Werner 7141 Benningen Storz
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1980-11-06
Filing date: 1980-11-06
Publication date: 1982-05-19
Also published as: GB2087047B; GB2087047A; JPS6344974B2; DE3041793C2; JPS5783729A; US4441599A

Description

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DR.- ING. H. H. Wl LH E L'fti "*- D*I PX.. - VNtS. H. DAUSTER

D-7000 STUTTGART 1 · GYMNASIUMSTRASSE 31Β· TELEFON (0711) 291133/29 28 57

Anmelder: _{D 6Q82}

Süddeutsche Kühlerfabrik Dr. W/m

Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG
Hauserstrasse 3

7000 Stuttgart 30

Flüssigkeitskupplung

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskupplung, bestehend aus einem Priraärteil mit einer Antriebsscheibe sowie einem Sekundärteil mit einem Deckel, wobei Primär- und Sekundärteil gegeneinander drehbar gelagert sind und die Antriebsscheibe in einem im Sekundärteil ausgebildeten Arbeitsraum angeordnet ist, der über einen Rückführkanal mit einer ebenfalls im Sekundärteil ausgebildeten Vorratskammer zur Rückfuhr der Kupplungsflüssigkeit in Verbindung steht, wobei die Rückführung der Kupplungsflüssigkeit aus dem zwischen axialer Umfangsflache der Antriebsscheibe und der radialen Begrenzungsflache des Arbeitsraumes belassenen Spalt erfolgt und Staukörper zur Erhöhung des Rückführdruckes sowie ein Steuerglied vorgesehen ist, welches die Rückführung je nach Drehrichtung der Antriebsscheibe ermöglicht.

Solche Flüasigkeitskupplungen, auch Viskoeitätskuppluneen genannt, sind in vielfachen Ausführungsformen bekannt. Das Drehmoment zwischen den Kupplungsteilen wird dabei ohne Berührung der Kupplungsteile durch eine hochviskose Flüssigkeit verschleißfrei übertragen. Je nach Menge der Kupplungsflüssigkeit,

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die zwischen der Antriebsscheibe und dem Arbeitsraum die Übertragung der Drehmomente besorgt, erfolgt die Kupplungswirkung von Primär- und Sekundärteil mit unterschiedlichen Ubertragungsfaktoren. Der Anteil der Kupplungsflüssigkeit im Arbeitsraum, im folgenden Arbeitsflüssigkeit genannt, wird bei bekannten Bauarten dadurch gesteuert, daß z.B. eine Ventilbohrung in einer Wand vorgesehen ist, die den Kupplungsinnenraum in einen Arbeits- und einen Vorratsraum unterteilt. Diese Ventilbohrung wird je nach Betriebsbedingungen mehr oder weniger geöffnet, und erlaubt so, daß die sich im Vorratsraum befindende Kupplungsflüssigkeit in den Arbeitsraum übergeführt werden kann. Um die Arbeitsflüssigkeit wieder aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum zurückführen zu können, ist es bekannt, Staukörper vorzusehen, die im Bereich des Umfanges der Antriebsscheibe die Arbeitsflüssigkeit aufstauen und sie über einen Rückführkanal dem Vorratsraum wieder zuführen. Diese Staukörper können entweder am Deckel oder auf der Antriebsscheibe befestigt sein. In jedem Falle müssen entsprechende Aussparungen entweder am Deckel oder an der Antriebsscheibe vorgesehen sein, die z.B. als Ringnut ausgebildet sind, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Neben Staukörpern, die nur in einer Drehrichtung wirken, sind auch solche bekannt, die zum Einsatz von Kupplungen geeignet sind, welche in beiden Drehrichtungen arbeiten können.

Ein solches System, welches geeignet ist, die Arbeitsflüssigkeit aus beiden Drehrichtungen der Antriebsscheibe gegenüber dem Sekundärteil zurückzuführen, ist aus der DE-OS 27 5>O 289 bekannt. Als Staukörper sind dabei zwei Erhebungen am Deckel des Sekundärteiles vorgesehen, die sich in axialer Richtung nicht über die volle Breite der Antriebsscheibe erstrecken und einen Innenraum einschließen, in den eine axial gerichtete Ventilrolle eingelegt ist. In der Mitte dieses Innenraumes ist eine Öffnung zum Rückführkanal vorgesehen. Die Rolle kann sich in dem Raum :je nach Beaufschlagungsrichtung so verschieben, daß sie entweder in der einen oder in der anderen Drehrichtung sowohl als Staukörper

als auch als Steuerglied wirkt. Dabei legt sie sich an ihrem Umfang ebenso am äußeren Rand der Antriebsscheibe, wie am inneren Rand des zwischen den Erhebungen ausgebildeten Raumes an. Nachteilig ist hierbei, daß wfcgen des Eeibungskontaktes die Rolle sehr stark abgenützt wird. Die laufenden Reibungen zwischen der Außenfläche der Antriebsscheibe und der Rolle selbst führen zu einer Verringerung deren Durchmessers, so daß nach bestimmter Zeit die Staufunktion der Rolle nachläßt. Das hat zur Folge, daß nicht mehr der erforderliche Anteil der Arbeitsflüssigkeit vom Arbeits- in den Vorratsraum gepumpt wird. Die Rolle kann daher nicht zuverlässig als Staukörper und als Steuerglied wirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitskupplung zu schaffen, bei der die Rückführung der Arbeitsflüßsigkeit vom Arbeitsraum in den Vorratsraum zuverlässig ohne Verschleißerscheinungen der hierfür notwendigen Bauteile erfolgen kann. Außerdem soll eine Flüssigkeitskupplung geschaffen werden, bei der die Arbeitsflüssigkeit nahezu vollständig aus dem Arbeitsraum "gepumpt" werden kann.

Die Erfindung besteht darin, daß das Steuerglied in einem den Dimensionen des Steuergliedes angepaßten Steuerraum angeordnet ist, der axial um einen Betrag versetzt gegenüber der vertikalen Ebene durch die Antriebsscheibe in Höhe des axialen Umfanges der Antriebsscheibe im Sekundärteil eingebracht ist und daß zwei Bohrungen schräg zu dieser vertikalen Ebene vorgesehen sind, die im Bereich der Enden des Staukörpers in den zwischen der Antriebsscheibe und der radialen Begrenzungsfläche des Arbeitsraumes belassenen Spalt sowie in den Steuerraum münden und daß in den Steuerraum der Rückführkanal mündet. Damit staut der Staukörper auf der axialen Umfangsflache der Antriebsscheibe die Arbeitsflüssigkeit auf und sorgt dafür, daß die Arbeitsflüssigkeit je nach Drehrichtung in eine im Bereich der Enden des Staukörpers mündende Bohrung geführt wird. Die Arbeitsflüssigkeit gelangt dann in den Steuerraum, in dem das Steuerglied sitzt,

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welches dann bei geeigneter Ausbildung den Rückführkanal so öffnet, daß die Arbeitsflüssigkeit durch diesen in den Vorratsraum eindringt. Da zwei Bohrungen vorgesehen sind, die beide in den Steuerraum münden, kann das Abpumpen der Arbeitsflüssigkeit aus beiden Drehrichtungen der Antriebsscheibe gegenüber dem Sekundärteil erfolgen. Der Staukörper kann fest oberhalb der axialen Umfangsflache der Antriebsscheibe angebracht sein, ohne diese zu berühren, ebenso wird das Steuerglied keinen Reibungen ausgesetzt und zeichnet sich daher durch eine sehr hohe Lebensdauer aus.

Die radiale Begrenzung des Arbeitsraumes kann von einer radial nach innen weisenden Fläche eines Kragens, der in axialer Richtung weisend am Deckel des Sekundärteils ausgebildet ist, vorgenommen werden. Bei der Montage kommt dieser Kragen damit über der Außenfläche der Antriebsscheibe zu liegen. Der Staukörper kann dann vorteilhaft als radial nach innen weisender Vorsprung mit einer gewissen Länge in Umfangsrichtung an der nach innen weisenden Fläche des Kragens verlaufend ausgebildet sein. Er kann daher einstückig mit dem Deckel hergestellt sein, was sich sehr einfach erreichen läßt. Die bei anderen Bauarten als Staukörper vorgesehenen beweglichen Pumpschlitten auf der Antriebsscheibe können damit entfallen.

In sehr vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Steuerraum symmetrisch zum Mittelpunkt des Staukörpers mit einer in Umfangsrichtung kürzeren Länge als der Staukörper selbst ausgebildet ist. Da gemäß der Erfindung der Steuerraum auch axial versetzt gegenüber dem Staukörper angeordnet ist, führen die Bohrungen, die den äußeren Spalt des Arbeitsraumes mit dem Steuerraum verbinden, einen spitzen Winkel mit der vertikalen Ebene durch die Antriebsscheibe bildend in den Steuerraum. Die Arbeitsflüssigkeit muß daher nicht um einen Winkel von 90° umgelenkt werden, um aus dem Arbeitsraum zu. gelangen. Ihre durch die Drehung der Antriebswelle hervorgerufene Beschleunigung in Umfangsrichtung kann hierdurch ausgenützt werden, die Arbeitsflüssigkeit in die Bohrungen zu legten und somit kann der Arbeitsraum nahezu vollständig entleert werden.

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Günstig ist es, wenn als Steuerglied eine Rolle vorgesehen ist. Die Rolle kann in den auf die Dimensionen der Rolle abgestimmten Steuerraum eingesetzt werden und dort je nach Drehrichtung über den Druck, den die Arbeitsflüssigkeit auf die Rolle ausübt, in eine Position gebracht werden, in der sie die Mündung der jeweils anderen Bohrung in dem ßteuerraum abdeckt. Dadurch kann sichergestellt werden, daß die in den Steuerraum eingetretene Arbeitsflüssigkeit nicht wieder über die zweite Bohrung in den Arbeitsraum gelangt, sondern über die ebenfalls in den Steuerraum mündende öffnung 3 am Rückführkanal in diesen und damit in den Vorratsraum eintritt.

Die Rolle kann mit ihrer ichse in radialer Richtung weisend in den Steuerraum eingesetzt werden, woraus sich der Vorteil ergibt, daß der Steuerraum mit relativ geringer Breite ausgebildet sein kann, die aber so bemessen ist, daß sie etwas größer als der Durchmesser der Rolle ist. Dadurch kann sich die Rolle zwischen den den Steuerraum in Umfangsrichtung begrenzenden Seiten frei bewegen und sich je nach Drehrichtung in die entsprechende Stellung begeben. Günstig ist es weiterhin, wenn die in Umfangsrichtung weisenden Stirnflächen des Steuerraumes halbkreisförmig ausgebildet sind, da dann die Rolle zuverlässig die jeweils in diesem Bereich in den Steuerraum mündenden Bohrungen abdichten kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der im folgenden beschriebenen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitskupplung.
Es zeigt:

Pig. 1 eine im Querschnitt dargestellte erfindungsgemäße Flüssigkeitskupplung,

i'ig. 2 Draufsicht auf den Bereich, in dem die Rückführung erfolgt,

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Pig. 3 einen Längsschnitt entlang der vertikalen Ebene III-III der Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt entlang der vertikalen Ebene IV-I? der Fig. 2.

In der Fig. 1 ist eine im Querschnitt dargestellte Flüssigkeitskupplung mit 1 bezeichnet, die vereinfacht insofern dargestellt ist, als auf die Darstellung des Steuermechanismus, welcher die Zufuhr der Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum regelt, verzichtet wurde. Der prinzipielle ^ufbau einer solchen Kupplung ist aus der Fig. 1 zu erkennen. Sie ist aus einem Primärteil 2 und einem Sekundärteil 3 aufgebaut, die gegeneinander drehbar über Lager 17 gelagert sind. Der Primärteil 2 umfaßt die Antriebsscheibe 4, die in einem Arbeitsraum 7 umläuft, welcher teilweise bei dieser Ausführungsform von dem Sekundärteil 3 gebildet wird, indem an den dem Sekundärteil 3 zugeordneten Deckel 5 ein in axialer Richtung weisender Kragen 9 angeformt ist, dessen radial nach innen weisende Fläche 10 den radialen Abschluß des Arbeitsraumes 7 darstellt. Im Deckel 5 des Sekundärteiles 3 ist weiter ein Vorratsraum 6 ausgebildet. Die schematisch gezeigte Zuflußsteuerung 15 gibt eine Bohrung 16 mehr oder weniger frei, war. zur Folge hat, daß die Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum eindringen kann. Je nachdem, wieviel Arbeitsflüssigkeit sich im Arbeitsraum befindet, können unterschiedlich große Drehmomente übertragen werden. Um die Arbeitsflüssigkeit wieder aus dem Arbeitsraum 7 pumpen zu können, sind im Berich der axialen Umfangsflache 11 an der Antriebsscheibe Staukörper angebracht, die das sich auf der axialen Umfangsflache 11 der Antriebsscheibe befindende Arbeitsfluid anstaut und bewirkt, daß dieses über einen Rückführkanal 14 wieder in den Vorratsraum gelangen kann. Erfindungsgemäß geschieht dies bei der in Fig. 1 gezeigten Kupplung dadurch, daß am Kragen 9 eine in radialer Richtung nach innen weisende Erhebung angebracht ist, die in Fig. 1 mit iy bezeichnetist und als Staukörper wirkt. Das Arbeitsfluid gelangt über die Bohrung 18a (oder 18b) in einen Steuerraum 12, in dem das Steuerglied 13 sitzt. Der fiteuerraum 12 ist um einen AbnUjnd a in axialer Richtung versetzt gegenüber einer ver.ti Kaien Lbene L 1

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durch die Antriebsscheibe auf der Höhe der axialen Umfangsfläche 11 im Deckel 5 ausgebildet.

In der Fig. 2 ist aus der dort gezeigten Draufsicht auf einen Deckel in dem Bereich, in dem der Steuerraum 12 und der Staukörper 19 angeordnet sind, zu erkennen, daß zwei Bohrungen 18a und 18b vom zwischen dem in Fig. 1 mit 8 bezeichneten Spalt zwischen der Umfangsflache 11 der Antriebsscheibe und der radial nach innen weisenden Fläche 10 des Kragens zum Steuerraum 12 führen. Der Staukörper 19 erstreckt sich in Umfangsrichtung über eine bestimmte Länge 1. Die Bohrungen münden im Bereich der Enden 19a und 19b des Staukörpers und führen einen Winkel mit der vertikalen Ebene I-I durch die Antriebsscheibe bildend, zum Steuerraum 12. Der Steuerraum 12 ist erfindungsgemäß in axialer Richtung um einen Betrag a gegenüber dem Staukörper versetzt in den Deckel eingebracht. Da seine Länge auch kleiner als die des Staukörpers ist und er symmetrisch zum Mittelpunkt M des Staukörpers ausgebildet ist, ergibt sich daraus zwangsläufig der Verlauf der Bohrungen 18a und 18b, die hierdurch im Bereich der Stirnseiten 12a und 12b des Steuerraumes 12 in diesen münden. In der Mitte des Steuerraumes ist in Fig. 2 die öffnung 21 des Rückfuhrkanals 14- zu erkennen, über den das Arbeitsfluid dem Vorratsraum zurückgeführt wird.

Als Steuerglied 13 ist eine Rolle vorgesehen, die mit ihrer Achse in radialer Richtung weisend in den entsprechend dem Durchmesser der Rolle ausgebildeten Steuerraum 12 eingesetzt wird. Dabei sind die Dimensionen des Steuerraumes so bemessen, daß sich die Rolle zwischen den Stirnseiten 12a und 12b frei in Umfangsrichtung gesehen bewegen kann. Dreht sich die in l'j(··. 2 nicht ^ezeigte Antriebsscheibe in Pfeilrichtung D, so nimmt, das Steuerglied 13 die Position ein, die in der Fig. 2 zu sehen ist. Dies geschieht deshalb, weil das Arbeitsfluid sich am Ende 19a des Staukörpers 19 aufstaut und über die Bohrung 18a in den Steuerraum 12 geführt wird. Dort wirkt sie auf das Steuerglied 13 so, daß es sich in die in der Fig. 2 gezeigten Juage bewegt. In dieser Lage ist wegen der halbkreisförmigen

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Ausbildung der Stirnseiten 12a und 12b dafür gesorgt, daß das Steuerglied die Bohrung 18b verschließt. Das Arbeitsfluid kann dadurch nur über die Öffnung 21 in den Rückfuhrkanal entweichen. Wird die Drehrichtung geändert, so bewegt sich das Steuerglied 15 zwangsläufig wegen des nun über die Bohrung 18b wirkenden Druckes auf das Steuerglied in Richtung der Stirnseite 12a, bis es dort fest anliegt und die Bohrung 18a verschließt.

Das Steuerglied ist keinen hohen Reibungen unterworfen, da es sich während des Betriebes der Kupplung in einer festen Stellung befindet und dort ohne sich zu drehen in einer Position durch den Druck des Arbeitsfluids gehalten wird. Auch wird wegen des Winkels, den die Bohrungen zur Vertikalebene III-I1I bilden, ein sehr hoher Prozentsatz des Arbeitsfluids aus dem Arbeitsraum herausgeführt, da die Beschleunigung· in Umfangsrichtung des Arbeitsfluids so ausgenützt wird, daß es durch die Bohrungen gedrückt wird. Es muß daher nicht in einem rechten Winkel, wie bei herkömmlichen Bauarten, aus dem Arbeitsraum herausgeführt werden.

In dem in Fig. 3 gezeigten Querschnitt durch die in 1'¹Ip. 2 mit II1-III bezeichnete Vertikalebene ist die Ausbildung des Staukörpers zu erkennen. Dieser wird als radial nach innen weisende Erhebung 19 am Kragen 9 des Deckels angeformt und erstreckt sich über eine Länge 1. Im Bereich der Enden 19a und 19b staut sich, je nach Drehrichtung der Antriebsscheibe 4, das Arbeitsfluid auf und dringt dann in die Bohrungen ein. Ein solcher Staukörper ist sehr einfach ausgebildet, wirkt in beide Richtungen und muß nicht als separater Bauteil gesondert befestigt werden, wie dies bei anderen Bauarten geschehen muß. .Er kann in beiden Richtungen wirken, ohne daß er irgendwelche Verschleißerscheinungen aufweist, da keine Reibungen an ihm auftreten.

In i'ig. 4 ist das Steuerglied 13 zu sehen, welches a Ig RoI Ie ausgebildet ist und mit seiner Achse in radialer Richtung weisend in den Steuerraum 12 eingesetzt ist. Der Rückführkanai 14 mündet in der Mitte des Steuerraumes, wobei der Durchmesser des Steuergliedes 13 so bemessen ist, daß dann, wenn dieser an den Stirnseiten 12a oder 12b anliegt, er den Rückfuhrkanal niclxt verdeckt.

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so daß für ein zuverlässiges Austreten des Arbeitsfluids aus dem Steuerraum gesorgt ist.

Da das Steuerglied sich nicht abreiben kann und auch der Staukörper nach langer Zeit noch zuverlässig wirken kann, ergibt sich damit eine Flüssigkeitskupplung, bei der die Rückführung des Arbeitsfluids aus dem Arbeitsraum sehr zuverlässig, nahezu vollständig und auch nach langem Betrieb erfolgen kann. An der Antriebsscheibe müssen keine Muten o.dgl. mehr ausgebildet sein, wie das bei bekannten Bauarten der EaIl war, so daß sich auch eine kostengünstigere Herstellung der Teile, die zur Rückführung de:; Arbc; i Ir,!"] ui (Jr. zur.arnrnenw.i rken , erzielen läßt.

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Claims

Ansprüche

β/ Flüssigkeitskupplung, bestehend aus einem Primärteil mit einer Antriebsscheibe sowie einem Sekundärteil mit einem Deckel, wobei Primär- und Sekundärteil gegeneinander drehbar gelagert sind und die Antriebsscheibe in einem im Sekundärteil ausgebildeten Arbeitsraum angeordnet ist, der über einen Rückführkanal mit einer ebenfalls im Sekundärteil ausgebildeten Vorratskammer zur Rückfuhr der Kupplungsflüssigkeit in Verbindung steht, wobei die Rückführung der Kupplungsflüssigkeit aus dem zwischen axialer Umfangsflache der Antriebsscheibe und der radialen Begrenzungsfläche des Arbeitsraumes belassenen Spalt erfolgt und Staukörper zur Erhöhung des Rückführdruckes sowie ein Steuerglied vorgesehen ist, welches die Rückführung je nach Drehrichtung der Antriebsscheibe ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (13) in einem den Dimensionen des Steuergliedes (13) angepaßten Steuerraum (12) augeordnet ist, der axial um einen Betrag (a) versetzt gegenüber der vertikalen Ebene (I-I) durch die Antriebsscheibe (4-) in Höhe des axialen Umfangs der Antriebsscheibe im SekundärteiT (3) eingebracht ist und daß zwei Bohrungen (18a, 18b) schräg zu dieser vertikalen Ebene (I-I) vorgesehen sind, die im Bereich der

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Enden (19&, .19"b) des Staukörpers (19) in den zwischen der Antriebsscheibe (4) und der radialen Begrenzungsfläche (10) des Arbeitsraumes (7) belassenen Spalt (8) sowie in den Steuerraum (12) münden und daß in den Steuerraum (12) der Rückfuhrkanal (1A-) mündet.
2. Flüssigkeitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als radiale Begrenzung des Arbeitsraumes (7) die radial nach innen weisende Fläche (10) eines Kragens (9), der in axialer Richtung weisend am Deckel (5) des Sekundärteils (5) ausgebildet ist, vorgesehen ist.
3. Flüssigkeitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper (19) als radial nach innen weisender Vorsprung mit einer Länge (l) in Umfangsrichtung an der nach innen weisenden Fläche (10) des Kragens (9) verlaufend ausgebildet ist.
4. Flüssigkeitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (12) symmetrisch zum Mittelpunkt (M) des Staukörpers (19) mit einer in Umfangsrichtung kürzeren Länge als der Staukörper (19) ausgebildet ist.
5. Flüssigkeitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerglied (13) eine Rolle vorgesehen ist.
6. Flüssigkeitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (13) mit ihrer Achse in radialer Richtung weisend in den Steuerraum (12) eingesetzt ist.
7- Flüssigkeitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (12) eine etwas größere Breite als dem Durchmesser der Rolle (13) entspricht, aufweist.
8. Flüssigkeitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7i dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung weisenden Stirnflächen (12a, 12b) des Steuerraumes (12) halbkreisförmig ausgebildet sind.