DE2915142A1

DE2915142A1 - Sperr- und anzeigeanordnung fuer einen kugelhahndichtkoerper

Info

Publication number: DE2915142A1
Application number: DE19792915142
Authority: DE
Inventors: James Lloyd Kepler
Original assignee: Allis Chalmers Corp
Current assignee: Allis Chalmers Corp
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1979-10-25
Also published as: JPS54145026A; US4194528A; AR218371A1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Absperrhähne und insbesondere auf Hähne mit einem Doppel-Dichtelement, so daß jede Dichtung zum Absperren des Fluid-Durchflusses durch den Hahn verwendet werden kann.

Insbesondere betrifft die Erfindung die Dicht zylinder eines Kugelhahns, wobei mit dem Kugelhahn große Fluidmengen gesteuert werden, wie es z.B. bei Hydraulik-Turbinenanlagen üblich ist.

Große Kugelhähne besitzen einen Rotor, der drehbar in dem Hahnkörper eingesetzt ist, um eine Betätigungsbewegung in eine offene und in eine geschlossene Lage zuzulassen. Normalerweise befindet sich an dem Rotor ein Dichtelement und das andere, damit zusammenwirkende Dichtelement befindet sich an dem Hahnkörper oder Hahngehäuse. Bei Kugelhähnen ist in dem Rotor ein Fluiddurchlaß vorgesehen, dessen Achse um 90° gegen die Achse des Rotor-Dichtelements versetzt ist. Der Rotor kann so eingestellt werden, daß sein Durchlaß mit dem Fluid-Durchlaß durch den Hahnkörper ausgerichtet wird, so daß ein Fluid-Durchfluß durch den Hahn möglich ist. Die Einstellbewegung des Rotors in eine geschlossene Lage versetzt den Fluiddurchlaß des Rotors so, daß der Fluid-Durchfluß durch den Hahn gesperrt ist. Durch diese Bewegung wird das Rotor-Dichtelement gleichzeitig mit dem Hahnkörper-Dichtelement ausgerichtet, so daß kein Durchtröpfeln oder Durchfließen des Fluids um den Rotor mehr möglich ist.

Die Drehung des Rotors zwischen der offenen und geschlossenen Stellung läßt die Dichtelemente verschleißen. Auch sandiges oder feinkörniges Material in dem darchschießenden Wasserstrom läßt einen Verschleiß der Dichtungen entstehen. Wie auch immer die Ursache des Verschleißes sein mag, so muß die stromabwärts gelegene Dichtung von Zeit zu Zeit gewartet und/oder ersetzt

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werden. Um eine Wartung der stromab liegenden Dichtelemente vorzunehmen ist es nötig, in Strömungsrichtung vor diesen Dichtelementen Dichtelemente vorzusehen,die ein Durchfließen oder eine Leckage von Fluid um den Rotor wirksam verhindern. Es hat sich gezeigt, daß der Reibeingriff zwischen den Rotor-Dichtelementen und dem Hahnkörper-Dichtelement nicht ausreicht, um ein völliges Absperren des Fluids urn den Rotor zu erreichen. Dazu müssen nach den Anforderungen der Gewerbe-Sicherheits- und -Gesundheitsbehörden der Vereinigten Staaten (United States Occupational Safety and Health Administration) Sicherheitsfaktoren vorgesehen sein, die einen Zwangs-Dichteingriff zwischen den Dichtelementen jederzeit sicherstellen.

Es sind einige Aufbauten bekannt, durch die versucht wird, einen Zwangsein^riff zwischen den Dichtelementen hervorzurufen. So werden nach US-PS 3 532 320 Hilfsdichtelemente vorgesehen, die den Durchstrom des Fluids unterbrechen, wenn die normalen Dichtelemente gewartet werden. Dabei ist ein Dichtelement am Rotor, das mit dem einen oder dem anderen Dichtelement am Hahnkörper abdichtet. Nach US-PS 3 077 902 wird ein Federbügel oder eine Federhalterung verwendet, um das Dichtelement in Dichteingriff mit dem Rotor zu bringen. Nach US-PS 3 067 978 wird der Leitungsdruck von der Zustromseite benutzt, um die Zustromdichtung in Eingriff mit der Rotor-Oberfläche zu bringen. Der Aufbau der Dichtung ist keilförmig, und der Zustromdruck drückt das Dichtelement gegen die Kellschneide. Nach US-PS 3 013 wird ein beweglicher dichtender Ring benutzt, der so aufgebaut ist, daß er in Eingriff mit einem Dichtring bewegt werden kann. Der dichtende Ring besitzt die Form eines Kolbens und Fluiddruck wird benutzt, um den dichtenden Ring in Eingriff mit dem Dichtring und außer Eingriff mit diesem zu bewegen. Es ist auch., auf der Zustromseite eine gleichartige Anordnung wie an der Abstromseite vorgesehen. Mit der Zustroir.dichtanordnung

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ist ein fluidbetatigtes Anzeige- oder Erfassungsgerät verbunden, das dem dichtenden Kolben folgt und eine Anzeige der Lage des dichtenden Kolbens nach außen abgibt. Andere Möglichkeiten der Verwendung von Fluiddruck zur Bewegung eines dichtenden Ringes in Eingriff mit einer Botordichtung werden in den US-PS 3 007 W, 2 950 896, 2 857 130 und 2 653 OOif beschrieben.

Es ist bisher jedoch noch nicht bekannt, eine mechanische Zwangs-Sperreinrichtung für den Dichtkolben vorzusehen, um zwangsweise den dichtenden Kolben im Dichteingriff mit dein Hahn-Kotor zu versperren. Durch die vorliegende Erfindung wird ein neuartiger Aufbau ger.chaffen, der eine Zwangsversperrung dec dichtenden Kolbens in dichtendem Eingriff mit dem Hahnrotor bewirkt. Zusätzlich ist eine Anzeige- odor Hrfassungs-Einrichtung vorgesehen, um die Lage des dichtenden Kolbens zu erfassen und anzuzeigen; auch diese Einrichtung ist mechanischer Natur.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Figur 1 einen Vertikalcchnitt durch einen Drehhahn, längs der Durchflußachse des Hahns geschnitten,

Figur 2 einen Querschnitt durch das Zustrom-Einlaßrohr nach Linie II - II in Figur 1, in dem die Relativlage eines Sperrteils an der Zustrom- und der Abstromseite des Hahns zu sehen ist, und

Figur 3 eine vergrößerte Schnittansicht durch die Sperreinrichtung und den Hahnkörper mit der Beziehung zum dichtenden Kolben.

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Der Kugelhahn 10 in Fig. 1 v;eist einen Hahnkörper oder ein Hahngehäuse "M auf. Der Hahnkörper 1.1 besitzt hier einen Zustromabschnitt 12 und einen Abstromabschnitt 14, die durch Schrauben 16 sicher miteinander verbunden sind. In dem Hahnkörper 11 sitzt ein Hahnrotor 21 mit nach entgegengesetzten Seiten abstehenden "'el lens tummeln ZZ, von denen einer in Fig. 1 dargestellt ist, die in (nicht gezeigten) Legern aufgenommen sind, die in dem Zustromabschnitt 12 des Hahnkörpers 1 1 in bekannter V/eise ausgebildet sind.

Der .Hahnkörper 11 hat einen in Zustromrichtung gelegenen Einlaß 26 und einen in Abstrornrichtung gelegenen Auslaß 27. Ringförmige Dichtanordnungen 28 und 29 sind um die Einlaß- und Auslaßöffnungen vorgesehen und bewirken eine Fluidabdichtungj wenn derRotor 21 in die Sperrstellung gebracht ist. Wie gezeigt, sind die Dichtanordnungen am Einlaß und am Auslaß identisch ausgeführt und eine Beschreibung der Dichtanordnung 28 gilt ebenso für die Dichtanordnung 29.

V/ie gezeigt, enthält die Dichtanordnung 28 ein erstes Dichtelement in Form eines Dichtungssitzes 31 , der als eindenFluiddurchlaß 34 in dem Rotor 21 umgebender Sing aufgebaut ist. Das erste Dichtelement oder der Dichtsitz 31 ist nach Fig. 3 in einer Ringnut 36 angeordnet, die am Ende des Rotors 21 um den äußeren zurückweichenden Umfang desselben ausgebildet ist. V/enn der Rotor in der in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellten Sperrlage ist, kommt der Ringsitz 31 in Eingriff mit einem beweglichen ringförmigen Dichtkolben 40, der ein Lecken des Fluids um den Rotor 21 verhindert . In der dargestellten Art hat ein zweites Dichtelement in Form eines ringförmigen Dichtkolbens ZfO einen ringförmigen Körperabschnitt 4I und einen inneren, sich in Axialrichtung erstreckenden Lippenabschnitt 42, der zum Eingriff mit dem Dichtsitz 31 ausgelegt ist. Zu diesem Zweck ist der innere Kantenabschnitt der Lippe 42 mit einer Schräge 43

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versehen, die eine passende Gegenfläche zur Zusammenwirkung mit dem leicht gekrümmten Bogenabschnitt l+l\ des Dichtsitzes 31 ergibt.

Ein Eingriff des Dichtkolbens ZfO mit dem Dichtsitz 31 wird durch Fluiddruck erreicht. Zu diesem Zweck ist der Ringkörperabschnitt Zf 1 des Dichtkolbens in eine%ngnut 46 an der inneren Umfangsfläche 47 eines Flanschteils 48 des in Zustromrichtung liegenden Gehäuseabschnitts 12 eingesetzt. Die Abmessung X der Nut if6 ist größer als die Abmessung Y des Körpers Zf 1 des Dichtkolbens. Mit dieser Anordnung werden Fluid-Dichtkammern 51 und 52 zu beiden Seiten des Körpers Zf 1 gebildet. Druckfluid wird wahlweise aus einer (nicht gezeigten) Quelle über Fluidleitungen 53 bzw. 54 zu den Kammern 5^Ί bzw. 52 zugelassen.

In der in Fig. 1 gezeigten Schließstellung des Rotors 21 ist die Fluidleitung 5Zf so angeschlossen, daß die Kammer 52 entleert wird und die Leitung 53 ist mit der Fluiddruckquelle verbunden, so daß der Dichtkolben nach der Darstellung in Fig. nach rechts in Eingriff mit der Oberfläche ZfZf des Dichtsitzes 31 bewegt wird. In bekannter V/eise werden O-Ringe 56, 37 und 58 verwendet, um ein Ausströmen oder Aussickern von Fluid an dem Dichtkolben vorbei zu verhindern.

Wenn die in Abstromrichtung gelegenen Dichtungen 31A und 4OA, die normalerweise den Hahn bei seiner Normalbetätigung abdichten, gewartet werden müssen, wird der in Zustromrichtung gelegene Dichtsitz 31 und der entsprechende Dichtkolben ZfO betätigt, um zwangsweise das Fluid am Umströmen des Rotors 21 zu hindern. Diese Betätigung findet auch bei der Wartung anderer Teile an der Abstromseite des H_ahns statt. In diesen Situationen ist jedoch der Eingriff des Dichtkolbens ZfO mit dem Dichtsitz 31 j der durch Fluiddruck erreicht wird, nicht ausreichend groß, um die Sicherheit des in dem Hahn selbst oder an in Abstrom-

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richtung des Hahns liegenden Geräten arbeitenden Personen zu gewährleisten.

Um eine Zwangsversperrung des Dichtkolbens ZfO in fluidabdichtender Beziehung mit dem Dichtsitz l^k an dem Rotor sicherzustellen, ist eine Vielzahl mechanischer Dichtkolben-Sperren oder -Sperrteile 60 vorgesehen. In der gezeigten Ausführung sind acht mechanische Zwangssperrteile vorgesehen und in Umfangsrichtung um das Zulaufrohr 61 gleichmäßig verteilt. Es werden hier das Einlaßrohr 61 , wie auch das mit der Auslaßseite des Hahns verbundene Bohr 61A als Teile des Hahnkörpers TI betrachtet. Die Sperrteile 60 sind gleichartig aufgebaut und werden im folgenden nur einmal beschrieben.

Nach Fig. 3 enthält das Dichtkolben-Sperrteil 60 ein Rohrgehäuse 62, dessen mit einem Außengewinde versehener Endabschnitt 63 in eine mit einen Innengewinde versehene zweite Bohrung 64 in dem Radialflansch 66 des Sinlaßrohrs 61 eingeschraubt ist. Bevorzugt wird das Rohrgehäuce 62 aus nicht rostendem Stahl angefertigt, so daß es Korrosion so gut wie möglich widersteht. Das Gehäuse 62 kann auch, wenn es einmal in seine Arbeitsstellung eingesetzt ist, permanent dort verbleiben, ohne daß an eine Entfernungsmöglichkeit gedacht wird. Die Bohrung 6^ ist so ausgebildet, daß sie mit der Kammer 51 in Verbindung steht. Das Gehäuse 62 wird dann in voller Tiefe der Bohrung 6^ so eingesetzt, daß die axiale Endfläche 67 des Gehäuses im wesentlichen eben mit der Innenfläche 68 des Flansches 66 liegt, die eine üand der Kammer 51 bildet. Das Gehäuse 62 weist eine erste Axialbohrung 81 auf, die einen vorderen oder inneren Gewindeabschnitt 82 enthält, der in einen Abschnitt 83 der Bohrung mit verringertem Durchmesser ausläuft. Die Bohrung 81 ist so aufgebaut, daß ein Sperrelement 86 in Form eines länglichen Rohrs oder Einsatzes mit einem Vorsteuerende 87 eingepaßt werden kann. Das Vorsteuerende 87 des ^ohrr 8·^ ist in den Abschnitt 83 der Eohrung des Gehäuses 62 mit verringertem Durchmesser eingepaßt. Das Rohr 86 besteht gleichfalls aus nichtrostendem Stahl.

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Wie in Fig. 3 gezeigt ist die Längserstreckung des Vorsteuerendes 87 dec Bohrs 86 ausreichend lang, so daß das Kohr 86 weiter in die Bohrung 81 so hineingeschraubt werden kann, daß die axiale Endfläche 88 des Sperrelements oder Sohrs 86 fest gegen die zugewandte Fläche 89 des Dichtholbens i+O anliegt, so daß eine mechanische Versperrung des Dichtkolbens ZfO in engen Fluid-Abdichteingriff mit dem Dichtungssitz 31 bewirkt wird. Das wird dadurch erreicht, daß das Sperrelement 86 durch Einsetzen eines Werkzeuges in das vergrößerte, rechteckige Ende 91 am äußeren Ende des Sperrelementes 86 eingesetzt und das Sperrelement so von Hand gedreht wird.

Diese Anordnung oder dieser Aufbau des Sperrteils 60 ergibt den Vorteil, daß sich eine relativ einfache Anzeige oder eine Anzeigeeinrichtung 101 für die Lage des Dichtkolbenc ermöglichen läßt. Zu diesem Zweck ist das Sperrelement 86 mit einer dritten Axialbohrung 102 versehen, welche jeweils innere und äußere

F.ührungs- oder Lagerabschnitte 103 bzw. 1OZf besitzt. Ein aus nicht rostendem Stahl bestehender länglicher Stab 106 ist-gleitbar in die Bohrung 102 des Sperrelements 86 eingesetzt und so ausgelegt, daß sein äußeres Ende 107 sich aus der Bohrung 102 nach außen erstreckt und in eine zylindrische Kammer 108 hinein und durch sie hindurchreicht, die in dem vergrößerten Ende 91 des Sperrelements 86 ausgebildet ist. Eine Scheibe 109 ist an dem Ende 107 des Stabes angebracht, das einen geringeren Durchmesser besitzt und liegt an der Schulter 111 an, die durch diese Durchmosserverringerung gegenüber dem Hauptabschnitt des Stabes gebildet wird. Eine Druckfeder 112 umgibt den Endabschnitt mit verringertem Durchmesser des Stabes 106 und stützt sich an der Scheibe 109 ab. Damit die Feder 112 in der Kammer 108 unter Spannung bleibt, ist eine Deckplatte 11Zf an dem vergrößerten Ende II9 des Sperrelementes 86 durch Schrauben befestigt. Diese Deckplatte 11Zf besitzt eine Durchgangsöffnung, durch die der Endabschnitt 107 des Stabes 106 nach außen reicht. Damit

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wird der Stab 106 konstant nach Fig. 3 nach rechts oder nach innen in bezug auf den Kugelhahn in Anlage an den Dichtkolben ifO vorgespannt und folgt jeder Bewegung dieses Kolbens. Das sich nach außen erstreckende Ende des Stabes 106 kann dazu benutzt werden, eine Sichtanzeige für die Lage des Dichtkolbens zu betätigen oder es kann in der dargestellten Weise ein Schalter 116 zugeordnet sein. Der Schalter 116 ist auf einer L-förmigen Klammer 117 angebracht, die an den- vergrößerten Ende des Gehäuses 62 mit Schrauben befestigt ist«, In der dargestellten Weise ist der Betätigungsstößel 118 des Schalters 116 axial mit dem Stab 106 ausgerichtet und wird durch ihn betätigt. Wenn das Sperrelement 86 in seiner rechten Stellung ist und in Sperreingriff mit dem Dichtkolben ifO steht, steht auch die Feder 112 unter Vorspannung. Dadurch wird eine nach rechts gerichtete Betätigungskraft auf den Stab 106 übertragen, so daß er an dem Dichtkolben anliegt« \7enn der Stab 106-.weiter nach rechts bewegt wird (d.h. weiter als in Fig. 3< dargestellt, bewegt sich auch der unter Federspannung stehende Betätigungsstößel 118 nach rechts in seine normale, ausgefahrene Stellung, in der ein (nicht gezeigter) innerer Kontakt hergestellt wird, so daß eine (nicht gezeigte) elektrische Verbindung entsteht, die ein Sicht- oder Tonsignal einleitet, welches anzeigt, daß der Dichtkolben 1+0 in engem Fluidabdichteingriff mit dem Dichtsitz 31 des Rotors versperrt ist. V/enn andererseits das Sperrelement 86 so gedreht wird, daß eine nach außen oder nach links gerichtete Bewegung erfolgt, die die Sperreinwirkung auf den Dichtkolben /fO löst, wird auch die Feder 112 entlastet. Damit kann sich der Stab 106 nach links (in Darstellung nach Fig. 3) bewegen und zeigt die nach außen oder nach links gerichtete Bewegung des Dichtkolbens in die nicht abdichtende Lage an. Unter diesen Umständen betätigt der Stab 106 den Stößel 118 des Schalters 116 so, daß die Sicht- oder Tonsignal-Schaltung unterbrochen wird. Diese Betätigung des Schalters ist jedoch nur beispiels-

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weise angeführt·und es können auch andere Verbindungen, wenn nötig, hergestellt werden.

Dichtmittel in Form von O-Ringen 126 und 127 sind vorgesehen, die ein Lecken des Druckfluids zwischen dem Vorsteuerende 87 des Sperrstabes und der Bohrung 83 sowie zwischen dem Stab
106 und der Bohrung 103 verhindern.

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Claims

Patentansprüche :

. 1,)Kugelhahn mit einem Hahnkörper, der einen Fluideinlaß und einen Fluidauslaß aufweist, mit einem einen Fluiddurchlaß aufweisenden und in den Hahnkörper eingesetzten,wahlweise in eine Fluidsperrlage und in eine Fluid-Durchflußlage drehbaren Rotor, wobei in der Fluid-Durchflußlage der Fluiddurchlaß mit dem Einlaß und dem Auslaß des Hahnkörpers ausgerichtet ist, mit einem'ersten, an dem Rotor angebrachten Dichtelement und mit einem zweiten, zum wahlweisen Eingriff mit dem ersten Dichtelement an dem Rotor bei der Fluidsperrlage desselben beweglich in dem Hahnkörper eingesetzten Dichtelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrteil (60) zur Sicherstellung des Zwangs-Dichteingriffs des ersten (31) und des zweiten (^O) Dichtelements vorgesehen ist, daß das Sperrteil (60) ein eine erste Bohrung (81) bestimmendes Gehäuse (62) besitzt, wobei sich die erste Bohrung (81) in Verbindung mit dem zweiten Dichtelement (^O) öffnet und daß ein Sperrelement (86) in der Bohrung (81) wahlweise zum Eingriff mit dem zweiten Dichtelement (^O) beweglich eingesetzt

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ist, um eine Bewegung des zweiten Dichtelements in Dichtungs-Öffnungsrichtung zu verhindern.
2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrteil-Gehäuse (62) ein längliches zylindrisches Teil mit einem Außengewinde an seinem einen Ende (63) ist, wobei das Außengewinde in eine zweite Bohrung (64) eingeschraubt ist.
3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ventilkörper mit einer den Fluideinlaß umgebenden Ringnut versehen ist, in die das zweite Dichtelement so beweglich eingesetzt ist, daß sich eine erste Fluid-Dichtkammer an einer Seite des Dichtelements bildet, die bei Unter drucksetzung eine Bewegung des zweiten Dichtelements außer Dichteingriff mit dem ersten Dichtelement bewirkt, und daß sich eine zweite Fluiddichtkammer an der gegenüberliegenden Seite des zweiten Dichtelements bildet, die bei Unterdrucksetzung eine Bewegung des zweiten Dichtelements in Fluid-Dichteingriff mit dan ersten Dichtelement bewirkt und wobei ein Fluiddruckvorrat zur wahlweisen Nachführung von Druckfluid zu der ersten oder der zweiten Dichtkammer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (86) ein in die zweite Fluiddichtkammer (51) zum Eingriff mit dem zweiten Dichtelement (£|Ό) vorschiebbares Ende aufweist, um das zweite Dichtelement mechanisch in Fluiddichteingriff mit dem ersten Dichtelement (31) zu versperren, daß das Sperrelement (86) sich aus dem Hahnkörper (11) nach außen erstreckt und daß an dem äußeren Ende (91) des Sperrelements eine Betätigungseinrichtung ausgebildet ist, um das Sperrelement in Sperreingriff mit dem zweiten Dichtelement und aus diesem Eingriff heraus zu bewegen.

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Kugelhahn nach Anspruch 3_} dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement ein längliches Rohr (86) mit einer dritten axialen Durchgangsbohrung (102) umfaßt, mit einem Vorsteuerabschnitt (87) an einem Ende und einem dem Vorsteuerabschnitt benachbarten Gewindeabschnitt, daß die erste axial gerichtete Bohrung (81) ein Innengewinde aufweist, um den Gewindeabschnitt des Sperrelements aufzunehmen, daß die dritte Bohrung (102) einen ihrem inneren axialen Ende benachbarten Führungsabschnitt (103) aufweist und daß eine Fluiddichtung (127) zwischen dem zylindrischen Führungsabschnitt (103) der Bohrung (102) und dem Vorsteuerabschnitt (87) des Sperrelements (86) angebracht ist.

Kugelhahn nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Ende des Sperrelements eine äußere Kammer (108) vorgesehen ist, daß die dritte axiale Durchgangsbohrung (102) in dem Sperrelement in Verbindung mit der äußeren Kammer (108) und der zweiten Fluidkammer (5Ό steht, daß ein Anzeigestab (106) axial beweglich in der dritten Bohrung (102) angebracht ist, daß das äußere Ende (107) des Erfassungsstabes (106) sich durch die äußere Kammer (108) erstreckt, daß in der äußeren Kammer (108) eine Feder (112) eingesetzt und wirksam so angebracht ist, daß sie den Anzeigestab (106) in eine erste Richtung in Zwangseingriff mit dem zweiten Dichtelement (40) vorspannt und daß ein durch den Anzeigestab (106) betätigbares Signalgerät vorgesehen ist zur Abgabe eines ersten Signals, wenn das zweite Dichtelement in versperrten Dichteirigriff mit dem ersten Dichtelement steht und eines zweiten Signals«, wenn das zweite Dichtelement sich nicht in versperrtem Dichteingriff mit dem ersten Dichte 3.ement befindet.

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