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Hahn mit kugelförmigem Küken
Die Erfindung betrifft einen Hahn mit kugelförmigem Küken. Es sind bereits derartige Hähne bekannt, bei denen das Küken mit zwei Achszapfen im Hahngehäuse gelagert ist und bei Abdichtung der Durch- flussbohrung im Gehäuse gegenüber dem Küken durch in Richtung der Durchflussbohrung begrenzt ver- schiebliche Abdichtringe erfolgt.
Bei einigen bekannten Ausführungen ist der Zusammenbau des Hahnes dadurch ermöglicht, dass das Hahngehäuse durch einen senkrecht zur Durchflussrichtung oder senkrecht zur Kükenachse geführten Schnitt in zwei Hälften unterteilt ist, zwischen denen das Küken und die Abdichtringe eingeschlossen sind. Die
Teilung des Gehäuses bringt jedoch verschiedene Nachteile mit sich. Es muss eine druckfeste Verbindung zwischen den beiden Gehäusehälften geschaffen und ausserdem müssen die Gehäusehälften dicht zusam- mengesetzt werden, um eine Umströmung des Kükens und einen Durchtritt des Leitungsmediums nach aussen zu verhindern.
Es ist auch bekannt, das Küken und die Abdichtringe mit einem aus zwei starren Halbschalen bestehenden Zylinder zu umschliessen, dessen Durchmesser grösser ist als der des Kükens. Diese Ausführung erfordert. eine recht hohe Bearbeitungsgenauigkeit, insbesondere der Halbschalen, damit die Abdichtringe in der richtigen Stellung zum Küken geführt werden, ausserdem führt diese Konstruktion zu einer unerwünschten Vergrösserung des Hahngehäuses.
Es ist auch bereits bekannt, das Küken an seinem Umfang mit einer seitlichen Abflachung zu versehen, die durch Drehen des Kükens in den Bereich des nur einseitig angeordneten Abdichtringes gebracht werden kann, um dadurch das Küken an dem Abdichtring vorbei nach oben aus dem Hahngehäuse herausziehen zu können.
Abgesehen davon, dass hiebei eine erhebliche Schwächung des Querschnittes des Kükens hervorgerufen wird, die bei hohen Drücken dessen Biegesteifigkeit stark beeinträchtigt, ist es kaum möglich, diese Massnahme bei beidseitig angeordneten Abdichtringen anzuwenden, da durch die hiebei erforderliche zweite Abflachung des Kükens dessen Querschnitt noch weiter geschwächt werden müsste und da überdies an der Kükenoberfläche keine ausreichende Dichtfläche gegenüber den Abdichtringen stehen bleiben würde. Zudem entstehen durch die Abflachungen unerwünschte Toträume im Hahngehäuse.
Es ist auch bekannt, die Abdichtringe im Hahngehäuse zu lagern und entgegen Federkraft mindestens soweit in Richtung der Durchflussbohrung im Gehäuse nach aussen, d. h. vom Küken weg, zu verschieben, dass die äussere Begrenzung der kalottenförmigen Anlagefläche der Abdichtringe am Küken ausserhalb der Enden der Durchtrittsbohrung des in Öffnungsstellung befindlichen Kükens gelangt. Hiedurch ist es möglich, das Küken in Richtung seiner Achse von oben her in das Hahngehäuse einzusetzen. Die Abdichtringe werden während des Einbau- bzw. Ausbauvorganges in die oben beschriebene Lage nach aussen geschoben und nach Erreichen der Endstellung des Kükens in ihre abdichtende Stellung am Küken zurück bewegt.
Um die Abdichtringe in ihre abdichtende Stellung am Küken zurückzubewegen, sind bei diesen bekannten Ausführungen zwischen den Abdichtringen und dem Gehäuse Federn vorgesehen, die als zu den Abdichtringen konzentrische Schraubenfedern ausgebildet sind. Die Abdichtringe sind dabei auf ihrem Aussendurchmesser abgestuft, wobei sowohl der Teil mit grösserem Aussendurchmesser als auch der Teil mit kleinerem Aussendurchmesser an seinem Umfang in entsprechend abgestuften, zur Durchflussbohrung
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koaxialen Bohrungen des Gehäuses geführt wird. In den zwischen dem Teil mit kleinerem Aussendurchmesser und der Führungsfläche im Gehäuse mit grösserem Aussendurchmesser gebildeten Raum sind dabei zwei Dichtungen für die Abdichtung des Abdichtringes gegenüber dem Gehäuse sowie die Federn untergebracht.
Um eine unerwünschte grosse Rückbewegung der Abdichtringe vom Küken weg zu verhindern, ist es auch bekannt, die Abdichtringe, nachdem sie durch die Federn zur Anlage mit dem Küken gebracht sind, durch eine von aussen eingepresste Fettfüllung, z. B. mit einem Schmiermittel, in ihrer Lage zu halten, so dass sie auch bei plötzlich auftretenden Druckstössen nicht von ihrem Sitz am Küken abgehoben werden können. Da eine solche Füllung jedoch in der Regel einen grösseren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der metallische Werkstoff des Gehäuses, werden bei Temperatursteigerungen die Abdichtringe derart stark an das Küken gedrückt, dass das Schalten erschwert wird, wobei eine Beschädigung der Abdichtflächen an Küken und Abdichtringen auftreten kann.
Ziel der Erfindung ist, einen Hahn zu schaffen, wie ihn die Praxis für hohe Drücke, insbesondere in Erdölbetrieben, fordert. Ein solcher Hahn muss folgende Anforderungen erfüllen :
1. Er muss unabhängig von der Richtung des Leitungsdruckes völlig schliessen, ohne dass die Anpresskraft zwischen Küken und Abdichtringen einen unzulässig hohen Wert überschreitet, insbesondere darf dabei das Küken in der Schliessstellung nicht durch eine Abdichtfläche im Gehäuse selbst abgestützt werden.
2. Der Hahn muss ein ungeteiltes Gehäuse aufweisen.
3. Das Küken und die zugeordneten Abdichtflächen müssen trotz des ungeteilten Gehäuses aus diesem ausbaubar sein, ohne dass das Hahngehäuse auch nur an einem Anschlussende aus der Leitung entfernt werden muss.
4. Es muss möglich sein, zur selbsttätigen Abdichtung des Kükens gegenüber dem Gehäuse das axiale Spiel der Abdichtringe zwischen Gehäuse und Küken je nach Grösse des in Frage kommenden Druckbereiches einzustellen und gegebenenfalls nachzustellen.
Dies wird bei einem Hahn mit kugelförmigem Küken, das mittels zweier Achszapfen im ungeteilten Hahngehäuse gelagert ist, wobei die Abdichtung der Durchflussbohrung im Gehäuse gegenüber dem Küken durch in Richtung der Durchflussbohrung begrenzt verschiebliche Abdichtringe erfolgt, erfindungsgemäss durch die Kombination sämtlicher folgender an sich bekannter Merkmale erreicht :
a) Die Abdichtringe sind von im Gehäuse in Richtung dessen Durchflussöffnung angeordneten Halteringen in einem nach innen und zum Küken hin offenen ringförmigen Raum gehalten,
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Kükens gelangt, c) die Halteringe sind nach Abnahme des Gehäusedeckels von aussen her zugänglich, d) das Küken ist in seiner Achsrichtung in das Gehäuse einsetzbar, e) zwischen den Abdichtringen und den zugeordneten radial gerichteten Begrenzungsflächen der Halteringe sind Dichtungen, vorzugsweise in Form von O-Ringen, vorgesehen, f) zwischen der Umfangsfläche der Halteringe und dem Gehäuse ist eine Dichtung vorgesehen.
Es ist zwar ein Hahn mit einem im ungeteilten Hahngehäuse gelagerten Küken, bei dem die Ab- dichtung der Durchflussbohrung im Gehäuse gegenüber dem Küken durch in Richtung der Durchflussbohrung begrenzt verschiebliche Abdichtring erfolgt, bekannt, der die Merkmale der oben genannten Kombination a, b, d, e und f der Erfindung aufweist, nicht aber das Merkmal c, nämlich, dass die Halteringe nach Abnahme des Gehäusedeckels von aussen her zugänglich sind. Die Halteringe und die Abdichtringe sind bei diesem bekannten Hahn von in das ungeteilte Gehäuse in Durchflussrichtung eingeschraubten Verschlussdeckeln, die als Anschluss für die Leitungen ausgebildet sind, im Gehäuse festgelegt.
Der Ein- und Ausbau des Kükens und ein Verschieben der Halte- und Abdichtringe kann hiebei nur dann vorgenommen werden, wenn der Hahn aus der Leitung herausgenommen ist, da erst dann die Verschlussdeckel aus dem Gehäuse herausgeschraubt werden können.
Es ist weiterhin ein Hahn mit kugelförmigem Küken bekannt, der zwar die Merkmale a, c und das Merkmal b teilweise aufweist, nicht aber die Merkmale d, e und f, denn das Küken ist bei dieser bekannten Ausführung nicht in seiner Achsrichtung in das Gehäuse einsetzbar, zwischen den Abdichtringen und denradial gerichteten Begrenzungsflächen der Halteringe sind keine Dichtungen vorgesehen und weiterhin ist zwischen der Umfangsfläche der Halteringe und dem Gehäuse keine Dichtung vorgesehen. Bei diesem Hahn kann ein dichtes Schliessen nur dann erfolgen, wenn der Leitungsdruck von der Seite her
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kommt, an der der in einen Haltering gelegte Abdichtring angeordnet ist. Dabei wird das beweglich ge- lagerte Küken durch den Leitungsdruck mit voller Kraft auf den im Gehäuse auf der andern Seite unver- schieblich gelagerten Abdichtring gedrückt.
Da dieser Anpressdruck hiebei nicht beliebig zu verringern ist, ist ein solcher Hahn bei hohen Drücken nicht zu verwenden.
Bei der Erfindung jedoch ist es ohne Schwierigkeiten möglich, den wirksamen Durchmesser der auf dem axial verschieblichen Abdichtring angeordneten Dichtung gegenüber den wirksamen Durchmessern der Dichtungszone zwischen Küken und Abdichtringen derartig zu dimensionieren, dass jeder Abdichtring unabhängig von der Richtung des Leitungsdruckes durch letzteren an das Küken mit wählbarer Kraft ange- drückt werden kann.
Bei einem andern bekannten Hahn sind die Abdichtringe von im Gehäuse angeordneten Halteringen ge- halten und diesen gegenüber mit ihren Stirnflächen abgedichtet. Der Dichtring zwischen Gehäuse und Hal- tering ist jedoch als Distanzring für die Einstellung des Halteringes ausgebildet, Es ist daher eine belie- bige Einstellung des Halteringes zum Gehäuse nicht möglich, die bei der Erfindung durch die Abdichtung einer Umfangsfläche des Halteringes gegenüber dem Gehäuse erzielt wird. Die Einstellbarkeit des Halte- ringes zum Gehäuse ist jedoch wesentlich, da hiedurch erreicht werden kann, dass die Abdichtringe nicht zur Abstützung des Kükens dienen, sondern sich mit wählbarer Kraft an das Küken anlegen.
Bei einem weiteren bekannten Hahn sind die Abdichtringe durch in Richtung der Durchflussbohrung des Gehäuses von aussen her einschraubbarer Stützringe gehalten. Das Einschraubender Stützringe kann jedoch hiebei nur vor dem Einbau des Hahnes in die Leitung erfolgen, und das Küken wird hiebei seiner- seits durch die Abdichtringe gegenüber dem Gehäuse abgestützt. Es ist hiebei weder möglich, die Ab- dichtringe bei in die Leitung eingebautem Hahn gegenüber dem Küken einzustellen noch das Küken aus dem Hahn in seiner Achsrichtung auszubauen.
Bei einem andern bekannten Hahn schliesslich, bei dem ein kugelförmiges Küken frei beweglich im
Hahngehäuse angeordnet ist, stützt sich dieses gegen einen Dichtring ab, der von einem in die Durchfluss- bohrung des Gehäuses eingebauten Abdichtring gehalten wird. Abgesehen davon, dass das Küken bei hohen
Drücken nur mit grosser Kraft bewegt werden kann, schliesst ein solcher Hahn nur in einer Richtung des
Leitungsdruckes. Eine freie Einstellbarkeit von auf der Zu-und Abilussseite vorgesehenen Abdichtringen ist hiebei nicht vorhanden.
Bei der erfindungsgemässen Ausführung ermöglicht jedoch die Anwendung von Abdichtringen, die von im Gehäuse angeordneten Halteringen in einem nach innen und zum Küken hin offenen ringförmigen Raum gehalten sind, wobei die Halteringe zusammen mit den Abdichtringen mindestens so weit in Richtung der Durchflussöffnung im Gehäuse vom Küken weg verschiebbar sind, dass die äussere Begrenzung der kükenseitigen Stirnfläche der Abdichtringe ausserhalb der Enden der Durchflussbohrung des in Öffnungsstellung befindlichen Kükens gelangt und wobei die Halteringe nach Abnahme des Gehäusedeckels von aussen her zugänglich sind und das Küken in seiner Achsrichtung in das Gehäuse einsetzbar und aus diesem ausbaubar ist, zugleich eine einwandfreie Abdichtung zwischen Küken und Gehäuse als auch einen leichten Einund Ausbau aus dem Gehäuse,
ohne dass auch nur ein Leitungsanschluss am Gehäuse gelöst sein müsste. Für den leichten Einbau der Abdichtringe in die Halteringe, unter Verwendung einer zwischen diesen beiden Teilen vorgesehenen Dichtung, ist es dabei vorteilhaft, wenn diese Dichtung zwischen radial gerichteten Begrenzungsflächen der Halteringe und der Abdichtringe angeordnet ist.
Die Abdichtung der Umfangsfläche des Halteringes gegenüber dem Gehäuse ermöglicht eine Einstellbarkeit der Halteringe auf die gewünschte Stelle, an der die Abdichtringe sich mit einer gewissen axialen Verschiebbarkeit an das Küken mit wählbarer Kraft frei anlegen, ohne dass die Abdichtung zwischen Haltering und Gehäuse beeinträchtigt wird.
Es ist zweckmässig, die radial gerichtete Begrenzungsfläche des Halteringes und die dieser zugewandte Stirnfläche des Abdichtringes in an sich bekannter Weise nach Art einer Nut und Feder auszubilden und ineinandergreifen zu lassen, wubei die Dichtung zwischen den genannten Teilen in der Nut eingelegt ist. Hiedurch wird ein grösserer axialer Verschiebungsweg des Abdichtringes gegenüber dem Haltering ermöglicht.
Es ist weiterhin zweckmässig, bei Anordnung eines Dichtringes im Abdichtring, der die Dichtung zwischen Abdichtring und Küken verbessert, den Innendurchmesser der genannten Nut grösser als den Innendurchmesser des Dichtringes und den Aussendurchmesser der genannten Nut kleiner als den Aussendurchmesser des Dichtringes zu wählen, da hiedurch der Abdichtring unabhängig von der Richtung des Leitungsdruckes stets an das Küken angedrückt wird.
Es ist weiterhin zweckmässig, die Dichtung zwischen Haltering und Gehäuse auf einer sich in die Durchflussbohrung im Gehäuse erstreckenden rohrförmigen Verlängerung des Halteringes anzubringen, da
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hiedurch ein sonst auftretender tiefer Spalt zwischen der dem Küken abgewandten Stirnfläche des Hal- teringes und der gegenüberliegenden Gehäusefläche vermieden wird. In einem solchen tiefen Spalt könn- ten sich Ablagerungen absetzen, die das Zurückschrauben des Halteringes erschweren. Ausserdem stört ein tiefer Spalt an dieser Stelle die glatte Durchströmung des Hahnes.
Eine solche Ausbildung des Halteringes ist vor allen Dingen dann angebracht, wenn der Haltering an seinem Ausseaumfang in ansich bekannter Weise mit Gewinde versehen ist, das mit einem Innengewinde in der Gehäusedurchflussbohrung zusammenwirkt. Um das Innengewinde nicht unmittelbar in das Ge- häuse einschneiden zu müssen, wird es zweckmässigerweise in einer Buchse vorgesehen, die in das Gehäu- sedichteingesetzt und dort befestigt ist. Die Abdichtung findet dann auf der glatten Oberfläche der rohrförmigen Verlängerung, nicht aber auf dem Gewinde, wo sie mehr oder weniger unwirksam sein wird, statt.
Der an seinem Aussenumfang mit Gewinde versehene Haltering weist an seiner dem Küken zugewandten Stirnfläche oder dem dieser benachbarten Teil seines Umfanges Flächen in an sich bekannter Weise, z. B. Bohrungen oder Ausnehmungen für den Angriff eines zum Drehen des Halteringes geeigneten Werkzeuges auf. Die Stirnfläche der Halteringe ist nach Abnahme des Gehäusedeckels vom Gehäuse zugänglich.
Weist der Haltering aussen kein Gewinde auf, so kann sein Aussenumfang mit Vertiefungen, z. B. einer rundumlaufenden Nut versehen sein, in die nach Heranführen des Abdichtringes in Richtung auf das Küken Verriegelungsmittel, z. B. ein vom Gehäuse und/oder vom Deckel gehaltener Bügel, einführbar sind, wobei das Heranführen des Halteringes in Richtung auf das Küken durch eine in den Raum zwischen dem Haltering und dem Gehäuse eingesetzte Feder oder eine Fettfüllung erfolgt.
Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel und weiteren Einzelheiten in der Zeichnung erläutert.
Es zeigen Fig. 1 in Seitenansicht im Schnitt einen Hahn mit kugelförmigem Küken mit der erfindungsgemässen Anordnung der Abdichtringe, Fig. 2 in Seitenansicht im Schnitt die in das Gehäuse eingesetzte Gewindebuchse, Fig. 3 in Seitenansicht im Schnitt den in die Gewindebuchse einschraubbaren Ring, Fig. 4 in Seitenansicht im Schnitt den in den Ring einsetzbaren Abdichtring, Fig. 5 in perspektivischer Ansicht eine andere Art der Verriegelung des Ringes im Gehäuse.
In dem mit den Durchflussbohrungen 7 versehenen Hahngehäuse und dessen abnehmbarer Deckel 6 ist das kugelförmige Küken 2 mittels seiner Achszapfen 3 und 4 in Wälzlagern gelagert. Die Achszapfen 3 und 4 sind mittels Nutringdichtungen 23 und 24 gegenüber dem Gehäuse 1 bzw. gegenüber dem dicht im Gehäusedeckel 6 eingesetzten Zwischenring 38 abgedichtet.
Von der Innenseite des Gehäuses 1 her, d. h. von der das Küken 2 aufnehmenden Gehäusebohrung her, ist in die dort erweiterte.. Durchflussbohrung 7 des Gehäuses je eine in Fig. 2 dargestellte Gewindebuchse 27 eingesetzt, die das Innengewinde 28'aufweist, in- das der in Fig. 3 dargestellte Ring 25 mit dem Aussengewinde 28 einschraubbar ist.
In den Ring 25 ist der in Fig. 4 getrennt dargestellte Abdichtring 8 eingesetzt, wobei er mit seinem zylindrischen Aussenumfang 17 von dem Teil 30 des Ringes 25 mit grösserem Innendurchmesser geführt wird.
Die dem Küken 2 abgewandte Stirnfläche des Abdichtringes 8 ist gegenüber der zugewandten inneren
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beeinträchtigen. Der Ring 25 weist im Querschnitt die Form eines Winkels auf, dessen einer Schenkel 30 achsparallel zum Küken hin gerichtet ist und dessen anderer Schenkel 29'radial nach innen gerichtet ist und eine innere Stirnfläche mit dem Ringbund 32 aufweist.
Um den Raum 36 zwischen der äusseren Stirnfläche des Ringes 25 und der dem Küken 2 zugewandten Stirnfläche der hier erweiterten Durchflussbohrung 7 des Gehäuses 1 zu überbrücken, ist an dem Ring 25 eine von der inneren Begrenzung des nach innen gerichteten Schenkels 29'in die DurchflussbohrungimGe- häuse 1 sich erstreckende und gegenüber dieser mit der Dichtung 34 abgedichtete rohrförmige Verlängerung 26 vorgesehen, deren nach aussen gerichtete Stirnfläche 37 abgeschrägt ist. Hiedurch können in den Raum 36, der zweckmässigerweise mit Fett gefüllt wird, keine Ablagerungen aus dem Leitungsmedium gelangen, die das bei einem Ausbau des Kükens 2 erforderliche tiefere Einschrauben des Ringes 25 in das Gehäuse behindern würden.
An den dem Küken 2 zugewandten Teil des Ringes 25 sind Flächen, z. B. Bohrungen 35 vorgesehen, an denen ein zum Drehen des Ringes 25 dienendes Werkzeug angreifen kann. Diese Bohrungen sind nach
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Abnehmen des Gehäusedeckels 6 und des um den Kükenza pfen 4 angeordneten Zwischenringes 38 zugäng- lich.
Um unabhängig von der Richtung des Leitungsdruckes stets ein Anliegen der Abdichtringe 8 am Kü- ken 2 zu gewährleisten, wird der Innendurchmesser der Nut 31 grösser gewählt als der wirksame Innen- durchmesser des an der Dichtzone zwischen Küken 2 und Abdichtring 8 in letzteren eingelegten, z. B. aus
Kunststoff bestehenden, Dichtringes 10 und der Aussendurchmesser der Nut 31 kleinergewähltalsderwirk- same Aussendurchmesser des Dichtringes 10.
In Fig. 5 ist eine andere Art der Sicherung der Ringe 25 gegen axiale Verschiebung im Gehäuse dar- gestellt. Hiebei ist der Aussenumfang der Ringe 25 nicht mit Gewinde versehen, sondern mit einer Ring- nut 39, in die von oben her ein im Gehäuse geführtes und beispielsweise durch Aufsetzen des Gehäuse- deckels 6 in seiner Lage gehaltenes bügelförmiges Stück 40 einschiebbar ist. Das Heranführen des Ringes
25 zusammen mit dem Abdichtring 8 an das Küken 2 kann durch eine in den Raum 36 eingesetzte Feder oder durch eine hier von aussen her eingepresste Fettfüllung erfolgen. Die Fettfüllung braucht jedoch den
Ring 25 in seiner Endlage nicht festzuhalten, da hiezu der in der Nut 39 eingeschobene Bügel 40 dient.
Ein eventueller Überdruck im Fett kann daher auch keine unerwünschte Vergrösserung der Anpress- kraft der Abdichtringe 8 an das Küken 2 bewirken. Der Ring 25 kann auch durch in die Nut 39 von der
Aussenseite des Gehäuses 1 her eingeschraubte und gegenüber diesem abgedichtete Bolzen in seiner Lage gesichert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hahn mit kugelförmigem Küken, das mittels zweier Achszapfen im ungeteilten Hahngehäuse ge- lagert ist, wobei die Abdichtung der Durchflussbohrung im Gehäuse gegenüber dem Küken durch in Rich- tung der Durchflussbohrung begrenzt verschiebliche Abdichtringe erfolgt, gekennzeichnet durch die Kom- bination sämtlicher folgender an sich bekannter Merkmale :
a) Die Abdichtringe (8) sind von im Gehäuse (l) in Richtung dessen Durchflussöffnung (7) angeordne- ten Halteringen (25) in einem nach innen und zum Küken (2) hin offenen ringförmigen Raum (36) gehal- ten, b) die Halteringe (25) sind zusammen mit den Abdichtringen (8) mindestens so weit in Richtung der
Durchflussöffnung (7) im Gehäuse vom Küken (2) weg verschiebbar, dass die äussere Begrenzung der küken- seitigen Stirnfläche (13) der Abdichtringe (8) ausserhalb der Enden (11) der Durchflussbohrung (14) des in Öffnungsstellung befindlichen Kükens (2) gelangt, c) die Halteringe (25) sind nach Abnahme des Gehäusedeckels von aussen her zugänglich, d) das Küken (2) ist in seiner Achsrichtung in das Gehäuse (1) einsetzbar, e) zwischen den Abdichtringen (8) und den zugeordneten radialgerichteten Begrenzungsflächen (29)
der Halteringe sind Dichtungen (33), vorzugsweise in Form von O-Ringen, vorgesehen, f) zwischen der Umfangsfläche der Halteringe (25) und dem Gehäuse (1) ist eine Dichtung (34) vorgesehen.