DE20008553U1

DE20008553U1 - Verstelleinheit für Bodenverdichter

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Publication number: DE20008553U1
Application number: DE20008553U
Authority: DE
Original assignee: Weber Maschinentechnik GmbH
Current assignee: Weber Maschinentechnik GmbH
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2010-05-13

Description

Patentanwälte 0l£ &iacgr;&eacgr;&sfgr;&igr;&tgr;&tgr; Sc BucShhold

Am Weinberg 15 D-35096 Weimar-Niederweimar Telefon: 06421 78627 Telefax: 06421 7153

11.05.2000 G 902

Weber Maschinentechnik GmbH, 57329 Bad Laasphe

Verstelleinheit für Bodenverdichter Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinheit für Bodenverdichter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Für das Arbeiten mit derartigen Geräten ist es notwendig, ihre Laufrichtung und Geschwindigkeit zu steuern. Man hat herkömmlich Bodenverdichter mit zwei Unwuchtmassen versehen, von denen die eine radial zur anderen verstellbar ist. Die resultierende Wirklinie der beiden Unwuchtmassen wird dadurch verändert, was die Laufrichtung beeinflußt. Auf eine kontinuierliche Verstellung, die von Hand vorgenommen werden muß, reagiert das Gerät mit einer stufenlosen Änderung der Geschwindigkeit, so daß es je nach der Relativlage der Unwuchtmassen zueinander entweder vorwärts oder rückwärts läuft oder auf der Stelle bleibt.

Durch Fernsteuerung lenkbare Bodenverdichter haben z.B. vier Unwuchtmassen, von denen zwei stufenlos verstellbar sind. Zur unabhängigen Verstellung dieser jeweils links und rechts paarweise gegenüberliegenden Unwuchtmassen benutzt man z.B. ölhydraulische Kolben, die über Ventile oder Bowdenzüge angesteuert werden. Letztere lassen sich konstruktionsbedingt nur eingeschränkt verlegen, so daß ihre Verwendung problematisch ist. Bei vollhydraulischen Systemen hält eine Pumpe einen gegebenen Druck in einem kontinuierlichen Ölkreislauf normalerweise konstant; nur bei Bedarf wird steuernd eingegriffen. Diese relativ aufwendige Technik ist jedoch mit Leistungsverlusten verbunden.

In DE 40 16 822 A1 ist eine Bodenverdichter-Vibrationsplatte mit einem Unwucht-Schwingungserreger beschrieben, der eine gerichtete Schwingung erzeugt. Ihr Vektor liegt in einer zur Platte senkrechten Ebene, die parallel zur Laufrichtung verläuft und mit der Vertikalen einen Winkel einschließt, der durch Ändern der Unwucht-Phasenlage verstellbar ist. Dazu dient ein Schaltgestänge mit einem Bedienungshebel, dessen Stellweg verlängerbar ist, und zwar nur durch eine zusätzliche Manipulation. Beispielsweise ist ein an einem Kniehebel angeordneter vorderer Anschlag zu entfernen oder zu überwinden, was naturgemäß vom Geschick des Benutzers abhängt, wobei Fehlbedienungen durchaus möglich sind.

Die Erfindung bezweckt, unter Überwindung dieser und weiterer Nachteile des Standes der Technik die Einstellmöglichkeiten mit wirtschaftlichen Mitteln zu verbessern. Ein wichtiges Ziel ist die Schaffung einer stabilen, baulich einfachen Konstruktion. Sie soll betriebszuverlässig sein und sich mit hoher Arbeitssicherheit gut handhaben lassen, wozu bequem benutzbare Steuerungsmittel vorzusehen sind.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Die unabhängigen Ansprüche 10, 11 und 17 spezifizieren erfindungswesentliche Kombinationen. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9 sowie 12 bis 16.

Anspruch 1 sieht vor, daß eine Verstelleinheit für Bodenverdichter einen motorisch angetriebenen, eine Regelelektronik aufweisenden Steuerteil für einen Krafterzeugerteil hat, der mit dem Steuerteil wirkungsverbunden ist, aber baulich und handhabungsmäßig davon getrennt sein kann. Das bringt den großen Vorteil mit sich, daß die Steuermotorik eine eigenständige Baueinheit bildet, die lediglich über - vorzugsweise flexible - Verbindungen an den Krafterzeugerteil anschließt, selbst aber erschütterungsfrei und auf bequeme Weise bedient werden kann.

Gemäß Anspruch 2 sind Steuerteil und Krafterzeugerteil miteinander hydraulisch verbunden, so daß die Vorteile hydraulischer Systeme zur stufenloser Verstellung genutzt werden können.

Der Steuerteil kann laut Anspruch 3 einen Geberzylinder aufweisen, der einen Kolben und eine mit diesem axialverbundene, motorisch antreibbare Stellspindel enthält, was eine raumsparende Anordnung ermöglicht.

Dabei ist nach Anspruch 4 zweckmäßig der im Geberzylinder geführte Kolben darin verdrehgesichert und abgedichtet, wodurch man auf einfache Weise hohe Betriebssicherheit erzielt.

Im Einklang mit Anspruch 5 ist die Stellspindel in einem zentrischen Sackloch des Kolbens axialverstellbar geführt, so daß eine Verkantung zuverlässig verhindert wird.

Stellweg und Hub von Stellspindel und Kolben können laut Anspruch 6 einstellbar begrenzt sein, um einen Verschleiß durch Deformationskräfte auszuschließen.

Dazu ist es günstig, wenn gemäß Anspruch 7 Position und Stellweg des Kolbens berührungslos, beispielweise induktiv abtastbar sind, so daß die Regelelektronik ein Überfahren von Endlagen automatisch verhindern kann, vorteilhaft nach Anspruch 8 mittels einer im Bereich eines Kopfes der Stellspindel befindlichen Anordnung von Sensoren, die mit der Regelelektronik elektrisch bzw. elektronisch verbunden sind. Speziell sieht Anspruch 9 vor, daß die Stellspindel stirnseitig einen Drehzahlgeber und der Kolben schaftseitig einen Positionsgeber aufweist. Die Fühlorgane sind mithin voneinander getrennt, aber relativ nahe benachbart und gegen äußere Einwirkungen gut geschützt angeordnet.

Um den Motor nach Bedarf bequem abschalten zu können, sieht Anspruch 10 vor, daß z.B. an einem Sensor Impulse erzeugbar sind und die Regelelektronik eine rücksetzbare Schrittsteuerung enthält, mittels deren in Abhängigkeit von der Gewindesteigung der Stellspindel, dem Verstellhub und der abgetasteten Impulszahl sowohl eine vordere Endstellung als auch eine neutrale Mittelstellung des Kolbens festlegbar ist.

Eine Verstelleinheit der genannten Art, wobei der Krafterzeugerteil eine Festunwucht und eine relativ zu dieser phasenverschiebliche Unwuchtmasse aufweist, zeichnet sich nach dem unabhängigen Anspruch 11 dadurch aus, daß die Unwuchtmasse in bezug auf eine sie lagernde Welle über ein Stellglied umfangsverschieblich ist. Diese Anordnung gewährleistet mit überaus einfachen mechanischen Mitteln eine sichere Steuerung. Mit besonderem Vorteil besteht das Stellglied laut Anspruch 12 aus einer in einem Nehmerzylinder mit einem Kolben axialfest, jedoch drehbar verbundenen Kolbenstange und einem von dieser quer abstehenden Bolzen, der in eine Schrägnut einer die Unwuchtmasse tragenden Buchse eingreift, so daß eine Art Kulissensteuerung auf engem Raum verwirklicht ist. Eine feinfühlige progressive Steuerbarkeit ergibt sich nach Anspruch 13 durch Federbelastung des Stellglieds in Axialrichtung,

etwa indem gemäß Anspruch 14 auf das kolbenabgewandte Ende der Kolbenstange eine Druckfeder wirkt. Sie stellt sicher, daß die Kolben der - einfachwirkenden Zylinder mit einer Druckkraft beaufschlagt werden.

Laut Anspruch 15 sind der Geberzylinder und der Nehmerzylinder durch eine flaxible Leitung miteinander druckverbunden, z.B. durch einen druckfesten Schlauch passender Länge. Zweckmäßig ist es femer, wenn nach Anspruch 15 das Hydrauliksystem einen Ausgleichsbehälter aufweist, insbesondere in solcher Anordnung, daß durch den Kolben im Geberzylinder eine schieberartige Absperrung möglich ist. Daher lassen sich Ölverluste bequem ausgleichen.

Unabhängiger Schutz wird ferner beansprucht für die Kombination von Anspruch 17, wonach eine Verstelleinheit für Bodenverdichter einen Geberzylinder aufweist, welcher eine mit einem Kolben verbundene motorisch angetriebene Stellspindel haltert und in welchem dem Kolben ein Druckraum vorgeordnet ist, den eine Leitung mit einem Nehmerzylinder verbindet. Mit dessen Kolben ist in sehr vorteilhafter Weise eine drehbar und begrenzt verschieblich gehäusegelagerte Kolbenstange antriebsverbunden, die mit einer unwuchttragenden Buchse verstiftet und stirnseitig von einer Druckfeder belastet ist. Diese Konstruktion verbindet übersichtlichen Aufbau mit guter Bedienbarkeit.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine in Bereiche I und Il unterteilte Axialschnittansicht einer Verstelleinheit,

Fig. 2a je eine Axialschnittansicht des Bereichs Il von Fig. 1 in unterschiedlichen
und 2b Endpositionen,

Fig. 3 eine Abwicklung einer Buchse mit Schrägschlitz und
Fig. 4 eine Ansicht einer Getriebe-Anordnung.

Erfindungsgemäß werden für die linke bzw. rechte Seite eines (nicht dargestellten) Bodenverdichters zwei Verstelleinheiten eingesetzt, die gleichartig aufgebaut und unabhängig voneinander steuerbar sind. Jede davon hat einen elektrischen Antriebsmotor 1 mit Vorsatzgetriebe 2, eine Stellspindel 3, einen Geberzylinder 4 mit darin geführtem Kolben 5, einen vorzugsweise schlauchförmigen Ausgleichsbehälter 6 sowie zwei Sensoren 7, 8 und eine schematisch angedeutete Regelelektronik 20. Im Geber-

zylinder 4 ist dem Kolben 5 ein Druckraum 9 vorgeordnet, den eine Leitung, z.B. ein Schlauch 10, mit einem Nehmerzylinder 11 verbindet. Diese Volumina sind ebenso wie der Ausgleichsbehälter 6 mit Öl gefüllt.

Ein vom Kolben 5 radial abstehender Stift 12 ragt in eine Längsnut 13 des Geberzylinders 4 und sichert so den Kolben 5 gegen Verdrehung. Dieser trägt am vorderen Ende eine Umfangs-Dichtung 14; zum rückwärtigen Ende hin hat er ein Gewindesackloch 15, das mit der Stellspindel 3 schraubt. Eine Dichtung 16 in der Wandung des Geberzylinders 4 dichtet den Ölraum zur Kolben-Rückseite hin ab.

In einem mit dem Zylinderrohr 4 fest verschraubten Gehäuse 17 ist der Kopf 25 der Stellspindel 3 drehbar gelagert, wozu zwischen einem Flansch 26 und einer Sechskantmutter 18 ein Wälzlager 27 axialfest verspannt ist. Eine zentrische Bohrung 19 im Kopf 25 nimmt die (gestrichelt angedeutete) Abtriebswelle des Vorsatzgetriebes 2 verdrehgesichert und paßgenau auf. Zusammen mit dem umsteuerbaren Elektromotor 1 ist das Getriebe 2 zentrisch an dem Gehäuse 17 befestigt, in das die beiden mit der Regelelektronik 20 verkabelten Sensoren 7, 8 radial eingeschraubt sind. Das freie Ende des Sensors 7 steht bevorzugt den Kanten der Mutter 18 berührungslos gegenüber. Dem freien Ende des Sensors 8 ist ebenfalls berührungslos das rückseitig abgesetzte Ende des Kolbens 5 zugeordnet. Vor der Dichtung 16 hat der Geberzylinder 4 eine Umfangs-Ausdrehung 24, an die eine zu dem Ausgleichsbehälter 6 führende Bohrung 21 radial anschließt.

Der Nehmerzylinder 11 ist mit einem Gehäuse 28 verschraubt, das eine Festunwucht 37 (Fig. 4) enthält und in dem eine Verstell-Unwuchtwelle 29 auf einer Kolbenstange 30 sitzt, die mit einem Kolben 31 im Nehmerzylinder 11 axialfest, aber drehbar verbunden ist. Nahe dem von einer Druckfeder 23 belasteten kolbenabgewandten Ende der Kolbenstange 30 durchsetzt ein Querbolzen 32 diese sowie eine Schlitzführung 33 der Gleithülse 29. Letztere lagert drehbar, jedoch axialfest eine Buchse 34, auf der die rotierende Unwuchtmasse 22 verankert ist. Für den Bolzen 32, der die Kolbenstange 30 mit der Buchse 34 drehfest verbindet, bilden die Auslauf-Enden des Schlitzes 33 verschiebungsbegrenzende Anschläge. Sie definieren Endlagen A und B (siehe Fig. 2a und 2b) für die Unwuchtmasse 22 bei Verschiebung der Kolbenstange 30 in der Unwuchtwelle 29.

In der hinteren Endposition des Kolbens 5 ist der vordere Zylinderraum 9 zum Behälter 6 hin geöffnet, wodurch ein Volumen-Ausgleich im Hydrauliksystem ermöglicht ist.

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Beim Einschalten des Motors 1 dreht dieser die Stellspindel 3, die den Kolben 5 in Richtung V vorschiebt. Schon nach einigen Umdrehungen erreicht die Dichtung 14 die Wandung des Geberzylinders 4 jenseits der Umfangs-Ausnehmung 24, so daß bei weiterem Kolbenvorschub Öl verdrängt und in den Druckraum 35 des Nehmerzylinders 11 übergeleitet wird. Mit ansteigendem Öldruck wird - entgegen der Kraft der Druckfeder 23 - die Kolbenstange 30 samt der Buchse 34 in Vorschubrichtung V (d.h. nach links in der unteren Zeichnungshälfte) bewegt. In der Maximalposition kommt der Bolzen 32 an die Endlage A. Fährt die Stellspindel 3 zurück, so werden die Druckräume 9, 35 entlastet; je nach momentaner Restkraft kann der Bolzen 32 mit zusätzlicher Unterstützung durch die Feder 23 bis an die andere Endlage B gelangen.

Man erkennt, daß in bezug auf die Festunwucht eine Phasenverstellung der Unwuchtmasse 22 stattfindet, die kontinuierlich und mit progressiv zu- bzw. abnehmenden Kräften vor sich geht. Die Endlagen A, B bestimmen die maximal möglichen Vorlaufbzw. Rücklaufgeschwindigkeiten des Bodenverdichters.

Um beim Anfahren der Endlagen A, B eine Beschädigung der Verstelleinheit zu vermeiden, hat der Kolben 5 in beiden Richtungen eine von der Regelelektronik 20 gesteuerte Hubreserve. Der Sensor 8 erfaßt die hintere Stellung des Kolbens 5, so daß der Motor 1 rechtzeitig abgeschaltet wird, ehe der Bolzen 32 am (linken) Ende des Schlitzes 33 mit Wucht anschlagen könnte. Die Regelelektronik 20 läßt ein weiteres Zurückfahren des Kolbens 5 nicht zu; sie gestattet nur eine Umkehr seiner Bewegung aus dieser Position, welche die Start-Ausgangslage darstellt.

Die Regelelektronik 20 enthält ferner eine auf Null rücksetzbare Schrittsteuerung (nicht gezeichnet). Am Sensor 7 erzeugt die mit der Stellspindel 3 verbundene Sechskantmutter 18 pro Umdrehung sechs Impulse. In Abhängigkeit von der Gewindesteigung, dem Verstellhub und der abgetasteten Impulszahl ermittelt die Regelelektronik 20 sowohl die vordere Endstellung als auch eine neutrale Mittelstellung des Kolbens 5, um den Motor 1 nach Bedarf abzuschalten.

Auch beliebige Zwischenpositionen sind ansteuerbar. Beim Neustart des Motors 1 fährt der Kolben 5 vorteilhaft zunächst in die hintere Endstellung, wobei sich die Schrittsteuerung selbsttätig justiert und ein etwaiger Ölverlust im Hydrauliksystem ausgeglichen wird. Anschließend wird der Kolben 5 gemäß vorgegebener Schrittanzahl in seine Mittellage bewegt und nun erst der Stromkreis zum Starten des Antriebsmotors 1

geschlossen. Diese Maßnahmen gewährleisten, daß der Bodenverdichter sich beim Startvorgang nicht unkontrolliert in Bewegung setzen kann.

Die Regelelektronik 20 kann von Hand bedienbar sein, wozu bevorzugt zwei Joystick-Schalter mit federzentrierter Mittelstellung benutzt werden. Zweckmäßig ist als arbeitstechnische Sicherung vorgesehen, daß ein Bediener die Schalter während des Betriebes gedrückt halten muß, damit der Bodenverdichter verfahrbar ist. Sein Vortrieb wird beim Loslassen der Schalter in der Art einer sog. Totmann-Schaltung sofort unterbrochen, wobei die Unwuchtmasse 22 in ihre Neutralposition gelangt, in welcher der Bodenverdichter am gegebenen Ort stehenbleibt.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So können anstelle einer Festunwucht und einer phasenverstellbaren Unwucht prinzipiell auch zwei oder mehr Unwucht-Paare vorgesehen sein, die über einzelne Verstelleinheiten oder über eine gemeinsame Verstelleinheit steuerbar sind. Das Anhalten des Bodenverdichters läßt sich alternativ über eine Abtastung der Stromaufnahme des Motors 1 oder durch Endschalter bewirken. Auch ist eine Femlenkung mittels einer Bedieneinheit möglich, die über Kabel, Funk oder Infrarotsteuerung auf die Regelelektronik 20 einwirkt.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

• *

Bezugszeichenliste

I	Steuerten
Il	Unwuchtteil
A₁B	Endlage
V	Vorschubrichtung
1	Antriebsmotor
2	Vorsatzgetriebe
3	Stellspindel
4	Geberzylinder
5	Kolben
6	Ausgleichsbehälter
7,8	Sensoren
9	Druckraum
10	Verbindungsleitung
11	Nehmerzylinder
12	Stift
13	Längsnut
14	Umfangsdichtung
15	Gewindesackloch
16	Dichtung

18	Sechskantmutter
19	Bohrung
20	Regelelektronik
21	Bohrung
22	Unwuchtmasse
23	Druckfeder
24	Umfangs-Ausnehmung
25	Kopf
26	Flansch
27	Wälzlager
28	Gehäuse
29	Welle
30	Kolbenstangen
31	Kolben
32	Querbolzen
33	Schlitz(führung)
34	Buchse
35	Druckraum
36	Absatz
37	Festunwucht

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Claims

1. Verstelleinheit für Bodenverdichter, mit einem motorisch angetriebenen, eine Regelelektronik (20) aufweisenden Steuerteil (I) für einen mit diesem wirkungsverbundenen Krafterzeugerteil (II).

2. Verstelleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerteil (I) und Krafterzeugerteile (II) miteinander hydraulisch verbunden sind.

3. Verstelleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerteil (I) einen Geberzylinder (4) aufweist, der einen Kolben (5) und eine mit diesem axialverbundene, motorisch antreibbare Stellspindel (3) enthält.

4. Verstelleinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im Geberzylinder (4) geführte Kolben (5) darin verdrehgesichert und abgedichtet ist.

5. Verstelleinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellspindel (3) in einem zentrischen Sackloch (15) des Kolbens (5) axialverstellbar geführt ist.

6. Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Stellweg und Hub von Stellspindel (3) und Kolben (5) einstellbar begrenzt sind.

7. Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Position und Stellweg des Kolbens (5) berührungslos, beispielweise induktiv abtastbar sind.

8. Verstelleinheit nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine im Bereich eines Kopfes (25) der Stellspindel (3) befindliche Anordnung von Sensoren (7, 8), die mit der Regelelektronik (20) elektrisch bzw. elektronisch verbunden sind.

9. Verstelleinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellspindel (3) stirnseitig einen Drehzahlgeber (18) und der Kolben (5) schaftseitig einen Positionsgeber (36) aufweist.

10. Verstelleinheit insbesondere nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Sensor (7) Impulse erzeugbar sind und die Regelelektronik (20) eine rücksetzbare Schrittsteuerung enthält, mittels deren in Abhängigkeit von der Gewindesteigung der Stellspindel (3), dem Verstellhub und der abgetasteten Impulszahl sowohl eine vordere Endstellung (A) als auch eine neutrale Mittelstellung des Kolbens (5) festlegbar ist.

11. Verstelleinheit insbesondere nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei der Krafterzeugerteil (II) eine Festunwucht und eine relativ zu dieser phasenverschiebliche Unwuchtmasse (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtmasse (22) in bezug auf eine sie lagemde Welle (29) über ein Stellglied (30, 32) umfangsverschieblich ist.

12. Verstelleinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steilglied aus einer mit einem Kolben (31) in einem Nehmerzylinder (11) axialfest, jedoch drehbar verbundenen Kolbenstange (30) und einem von dieser quer abstehenden Bolzen (32) besteht, der in eine Schrägnut einer die Unwuchtmasse (22) tragenden Buchse (34) eingreift.

13. Verstelleinheit nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (30, 32) in Axialrichtung federbelastet ist.

14. Verstelleinheit nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf das kolbenabgewandte Ende der Kolbenstange (30) eine Druckfeder (23) wirkt.

15. Verstelleinheit wenigstens nach den Ansprüchen 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberzylinder (4) und der Nehmerzylinder (11) durch eine flexible Leitung (10) miteinander druckverbunden sind.

16. Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrauliksystem einen Ausgleichsbehälter (6) aufweist, insbesondere in durch den Kolben (5) im Geberzylinder (4) schieberartig absperrbarer Anordnung.

17. Verstelleinheit für Bodenverdichter, mit einem Geberzylinder (4), welcher eine mit einem Kolben (5) verbundene motorisch angetriebene Stellspindel (3) haltert und in welchem dem Kolben (5) ein Druckraum (9) vorgeordnet ist, den eine Leitung (10) mit einem Nehmerzylinder (11) verbindet, mit dessen Kolben (31) eine in einem Gehäuse (28) drehbar und begrenzt verschieblich gelagerte Kolbenstange (30) antriebsverbunden ist, die mit einer unwuchttragenden Buchse (34) verstiftet und stirnseitig von einer Druckfeder (23) belastet ist.