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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Richtvorrichtung für Brennelemente
eines Druckwasserreaktors.
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In
einer kerntechnischen Anlage, insbesondere in einem Kernkraftwerk,
wird üblicherweise
zur Erzeugung elektrischer Energie spaltbares Material einer kontrollierten
Kernspaltung unterzogen. Das spaltbare Material ist dabei in einer
Anzahl von Brennstäben
vorgehalten, in denen das Material, beispielsweise in Form von sogenannten
Pellets, von geeigneten Hüllrohren
umgeben ist. Eine Mehrzahl derartiger Brennstäbe sind dabei üblicherweise
zu einem Brennelement zusammengefasst. Ein Kernkraftwerk weist eine
Vielzahl dieser Brennelemente auf, die im wesentlichen langgestreckt-quaderförmig oder insbesondere
auch langgestreckt-quadratisch
geformt sind und sich im Reaktorkern befinden. Dabei stehen die
Brennelemente nebeneinander in einem sich im Reaktorkern befindlichen
Brennelement-Lagergestell, wobei benachbarte Brennelemente mit einem
vergleichsweise kleinen Abstand voneinander positioniert sind. Zur
Steuerung der Kernreaktion weist eine Mehrzahl dieser Brennelemente
Steuerelemente, sogenannte Steuerstäbe oder Regelstäbe auf,
die durch in den Brennelementen enthaltene Steuerstabführungsrohre
in die Brennelemente eingebracht sind. In denjenigen Brennelementen,
die keine Steuerstäbe
enthalten, sind die Steuerstabführungsrohre
von sogenannten Drosselkörpern
verschlossen. Diese werden benötigt,
um den Kühlmitteldurchsatz
gleichmäßig über den
Reaktorkern zu verteilen.
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Im
Laufe der Betriebszeit eines Kernreaktors wird der in den Brennelementen
enthaltene Kernbrennstoff verbraucht mit der Folge, dass Brennelemente
von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden müssen. Hierzu müssen abgebrannte
Brennelemente aus dem Reaktorkern in ein Brennelement-Lagerbecken
und frische unverbrauchte oder nur zum Teil verbrauchte Brennelemente
aus dem Brennelement- Lagerbecken
in den Reaktorkern bewegt werden. Der Austausch von Brennelementen
erfolgt in der Regel nach einem Betriebszyklus des Kernkraftwerks
von mehreren, insbesondere 12 bis 18, Monaten. Hierzu muss das Kernkraftwerk
abgeschaltet und der Reaktorkern drucklos gemacht werden. Durch
Demontage des Druckbehälterdeckels
und Ausbau verschiedener Einbauten wird der Reaktorkern von oben
zugänglich.
Dies geschieht bei geflutetem Reaktorbecken, um die Wasserabschirmung für den freiliegenden
Reaktorkern zu erhalten.
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Um
den Produktionsausfall an erzeugter Energie während der Brennelementwechsel
möglichst gering
zu halten, ist man bestrebt, den Brennelementwechsel in einer möglichst
kurzen Zeitspanne durchzuführen.
Für den
Wechsel der Brennelemente wird in der Regel eine sogenannte Brennelement-Lademaschine
verwendet, die als eine kranartige Hebevorrichtung ausgestaltet
ist. Diese Lademaschine kann durch eine entsprechende Krankonstruktion, die
oberhalb des Reaktorbeckens angeordnet ist, die verschiedenen Positionen
der auszutauschenden Brennelemente anfahren und mit Hilfe eines
entsprechend ausgebildeten Greifers ein Brennelement mit einer vertikalen
Bewegung nach oben aus dem Brennelement-Lagergestell oder dem Reaktorkern herausziehen.
Der Greifer ist dabei so ausgebildet, dass es in der Regel möglich ist,
sowohl jeweils ein Brennelement und einen Steuerstab einzeln als
auch alternativ Brennelement und Steuerstab gemeinsam anzuheben
und zu versetzen.
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Beim
Austausch von Brennelementen bei kerntechnischen Anlagen, insbesondere
bei Druckwasserreaktoren, ist jedoch problematisch, dass die betrieblichen
Einflüsse,
wie die radioaktive Strahlung, die Temperatur, der Druck und Edelgase,
die auf die Brennstäbe
einwirken, zu einer Verformung dieser führen können. Diese Verformung kann
einerseits als Verbiegung in Längsrichtung
der Brennelemente auftreten oder auch als eine Verdrehung der Brennelemente
gegenüber
der Längsachse
in Form einer Verdrillung.
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Diese
Verformungen erschweren den Austausch von Brennelementen erheblich,
indem benachbarte Brennelemente beim Auswechseln eines Brennelementes miteinander
kollidieren können. Dazu
kommt es, weil beim vertikalen Herausheben eines Brennelementes
der notwendige Abstand zwischen benachbarten Brennelementen an einigen Stellen
aufgrund der Verformung der Brennelemente nicht mehr vorhanden ist.
Eine Kollision von Brennelementen beim Brennelementwechsel kann
zu einer Beschädigung
einzelner Brennelemente führen.
Außerdem
ist es möglich,
dass insbesondere das Einsetzen eines Brennelementes in eine Leerstelle
des Reaktorkerns aufgrund der Verformung der benachbarten Brennelemente
nicht gelingt. In diesem Fall wird in der Regel durch eine iterative
Vorgehensweise versucht, ein Brennelement durch mehrmaliges Drehen
und seitliches Verfahren der Lademaschine in den Reaktorkern einzusetzen.
Diese Vorgehensweise ist aufgrund der in der Regel mehrmaligen Einsetzversuche
eines Brennelementes in den Reaktorkern sehr zeitaufwändig und
damit aufgrund der damit einhergehenden längeren Produktionsausfallszeit
sehr kostenintensiv. Zur Vereinfachung eines derartigen Vorgehens
ist aus der
US 5,126,098 ein Verfahren
zum Richten von Brennelementen beschrieben, bei dem das Brennelement
durch vertikale Zugkräfte
geradegebogen wird. Weiterhin ist es aus der
FR 25 88 689 A1 bekannt,
in Längsrichtung
ausgedehnte Führungsplatten
auf leeren Brennelementpositionen zu platzieren, um einzusetzende
Brennelemente zu zentrieren.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Richtvorrichtung
für Brennelemente
eines oben beschriebenen Druckwasserreaktors anzugeben, mit der
sich Brennelemente vergleichsweise einfach und schnell richten lassen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem
die Richtvorrichtung einen in Längsrichtung
ausgedehnten Richtkörper
aufweist, dessen Seitenflächen,
die von Seitenblechen gebildet sind, von einer Ruheposition aus
senkrecht zur Längsrichtung
verschiebbar sind, wobei die Querschnittsabmessungen der Seitenflächen des
Richtkörpers
in Ruheposition um einen vorgegebenen Nennwert geringer gewählt sind
als die entsprechende Querschnittsabmessung eines Referenzbrennelementes.
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Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass verformte Brennelemente mit einer entsprechenden Richtvorrichtung
derart gerichtet werden sollten, dass der Austausch der Brennelemente und
insbesondere der Einsatz eines Brennelementes in eine Leerstelle
des Reaktorkerns aufgrund der Formkorrektur der Brennelemente durch
die Richtvorrichtung möglich
ist. Die Richtvorrichtung sollte daher an einer Leerstelle des Brennelement-Lagergestells
positionierbar sein, um die benachbarten Brennelemente für den Einsatz
eines neuen Brennelementes an der Leerstelle zu richten. Um die
Richtvorrichtung dabei selbst bei verformten Nachbarbrennelementen
einfach und ohne Berührung
mit diesen in die Leerposition einbringen zu können, sollte der Querschnitt
der Richtvorrichtung geringer sein als der eines entsprechenden
Referenzbrennelementes, damit die Richtvorrichtung beim Einsatz
in den Reaktorkern nicht aufgrund von verformten benachbarten Brennelementen
mit diesen kollidiert. Durch die Querschnittsbegrenzung des Richtkörpers der
Richtvorrichtung in Ruheposition lässt sich diese somit an einer
Leerstelle im Reaktorkern positionieren. Um davon ausgehend auch
korrigierend auf die benachbarten Brennelemente einwirken zu können, ist
die Richtvorrichtung mit beweglichen Seitenblechen versehen. Diese
können
Verformungen benachbarter Brennelemente auf ihrer gesamten dem Richtkörper zugewandten
Fläche
entsprechend korrigieren. Dazu kann durch die Verschiebung zweier
gegenüberliegender
Seitenbleche aus der Ruheposition in jeweils eine Querrichtung der
Richtvorrichtung der Querschnitt des Richtkörpers verändert und insbesondere zum
Richten vergrößert werden.
Dabei stützt
sich die Richtvorrichtung jeweils in einer Querrichtung beidseitig
ab, wenn sie zwischen zwei ihr benachbarten Brennelementen durch
Berührungsstellen
mit diesen eingeschlossen ist. Die zu richtenden Brennelemente sind
ihrerseits durch benachbarte Brennelemente auf der der Richtvorrichtung
abgewandten Seite abgestützt.
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Um
die Richtvorrichtung auch bei vergleichsweise größeren Verformungen der Brennelemente
in eine Leerstelle einsetzen zu können, beträgt der Nennwert der Richtvorrichtung
vorteilhafterweise 16mm.
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Um
ein Seitenblech des Richtkörpers
gegenüber
der Richtvorrichtung verschiebbar zu halten, sind einem Seitenblech
vorteilhafterweise eine Anzahl von Kulissenführungen zugeordnet, über die
ein Seitenblech über
zugeordnete Verschiebebolzen an der Richtvorrichtung befestigt ist.
Die Kulissenführungen
sind zweckmäßigerweise
dazu derart geformt, dass sie eine Bewegung der Verschiebebolzen
in Längsrichtung
in eine Bewegung der Seitenbleche senkrecht zur Längsrichtung
umsetzen.
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Um
eine Verschiebung eines Seitenbleches in eine präzise Richtung senkrecht zur
Längsachse einer
Richtvorrichtung zu gewährleisten
und eine ausreichende Stabilität
für die
Befestigung einer Seitenwand an der Richtvorrichtung sicher zu stellen, weist
ein Seitenblech zweckmäßigerweise
an einem Anbauteil jeweils eine Anzahl von Führungsnuten auf, die senkrecht
zur Längsrichtung
des Seitenbleches verlaufen und in die jeweils ein zugeordneter Verschiebebolzen
eingreift, der innerhalb eines Traggerüsts der Richtvorrichtung bewegt
und geführt
ist.
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Um
Seitenbleche einer Richtvorrichtung und insbesondere auch sämtliche
Seitenbleche gemeinsam beim Richtvorgang von Brennelementen verschiebbar
zu halten, sind Verschiebebolzen, welche einer Kulissenführung zugeordnet
sind, vorzugsweise über
eine Befestigungsvorrichtung miteinander verbunden, die sich hydraulisch
oder mechanisch in Längsrichtung
der Richtvorrichtung bewegen lässt. Bei
dieser Anordnung ist die Richtbewegung der verschiebbaren Seitenbleche über die
Bewegung der Befestigungsvorrichtung steuerbar.
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Damit
ein Richtvorgang an Brennelementen wiederholbar ist und sich der
Richtkörper
der Richtvorrichtung beim Einsetzen oder beim Herausfahren einer
Richtvorrichtung aus einer Leerstelle des Reaktorkerns in Ruheposition
befindet, um eine Kollision mit benachbarten Brennelementen zu vermeiden,
ist zweckmäßigerweise
eine Anzeigevorrichtung zur Überwachung
der Spreizstellung vorgesehen.
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Um
die Befestigungsvorrichtung der Richtvorrichtung zugänglich zu
halten und diese insbesondere bewegen zu können, um den Richtvorgang durchzuführen, ist
die Befestigungsvorrichtung zweckmäßigerweise mit dem bewegbaren
Kopf der Richtvorrichtung verbunden. Über die Bewegung des Kopfes
der Richtvorrichtung kann so der Richtvorgang gesteuert bzw. durchgeführt werden.
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Damit
die Lademaschine für
die Positionierung der Richtvorrichtung im Reaktorkern verwendet werden
kann und sich der Richtvorgang mit der Lademaschine durchführen lässt, ist
der Kopf der Richtvorrichtung vorzugsweise wie der Brennelementkopf eines
Referenzbrennelementes dimensioniert. Durch diese Dimensionierung
ist die Richtvorrichtung für den
Greifer der Lademaschine im Vergleich zu den Brennelementen kompatibel.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass mit der oben beschriebenen Richtvorrichtung Brennelemente eines Druckwasserreaktors
auf eine einfache und vergleichsweise schnelle Art und Weise zu
richten sind bzw. Verformungen an diesen korrigiert werden können, so
dass der Einsatz von Brennelementen in den Reaktorkern vergleichsweise
schnell möglich
ist, da kein Zeitverlust infolge vergeblichen Einsetzversuchen von
Brennelementen in den Reaktorkern auftritt. Dadurch ist der Zeitraum
für das
Auswechseln aller zu wechselnden Brennelemente und die damit einher
gehende Produktionsausfallszeit während eines Wartungszyklus
des Kernkraftwerks reduziert.
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Ein
weiterer Vorteil der Richtvorrichtung besteht darin, dass die Verformungen
von zu richtenden Brennelementen nicht lokalisiert werden müssen, da ein
Brennelement durch die Richtvorrichtung auf seiner gesamten Länge gerichtet
werden kann. Durch mehrmalige Wiederholung der Spreizbewegung in
einer Ruheposition ist ein Richtvorgang zudem beliebig oft wiederholbar,
bis die Brennelemente ausreichend gerichtet sind. Die Richtvorrichtung
kann insbesondere auch für
eine Bewegung ihrer aktiven Komponenten auf rein mechanische Weise
und ohne die Zuführung
von Hilfsenergie ausgelegt sein.
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Durch
die Dimensionierung des Kopfes der Richtvorrichtung wie die eines
Brennelementkopfes kann die Brennelement-Lademaschine sowohl für den Transport
als auch für
die Durchführung
des Richtvorgangs verwendet werden, so dass im Reaktorkern bzw.
im Reaktorbecken keine zusätzliche
Infrastruktur für
den Betrieb der Richtvorrichtung benötigt wird. Aufgrund ihrer Dimensionierung
ist die Richtvorrichtung im übrigen
auch besonders für
eine Verwendung als sogenannte Brennelement- oder Stützdämmung in
der Art eines Platzhalters bei der vorübergehenden Belegung einer
Leerstelle im Brennelement-Raster geeignet.
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Durch
die geeignete Dimensionierung des Querschnitts der Richtvorrichtung
und zudem die Reibungskräfte
zwischen den Brennelementen und der Richtvorrichtung beim Heben
und Senken besonders geeignet gehalten.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 eine Aufsicht auf den
Reaktorkern eines Druckwasserreaktors
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2 einen Längsschnitt
einer Richtvorrichtung,
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3 einen Ausschnitt aus 2, und
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4 die Richtvorrichtung nach 2 im Querschnitt
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Gleiche
Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch die Aufsicht
auf einen Reaktorkern eines Druckwasserreaktors mit Brennelementen 1 dargestellt,
die eine Anzahl von Brennstäben 2 enthalten.
Dabei sind diese, wie aus der 1 erkennbar
ist, mit einem vergleichsweise geringen Abstand voneinander angeordnet,
indem sie der Länge
nach in dem Reaktorkern stehen.
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Um
die Brennelemente 1 zu richten bzw. Verformungen an ihren
Seitenwänden
zu korrigieren ist, in 2 eine
Richtvorrichtung 6 für
Brennelemente 1 dargestellt. Diese ist zum Richten von
Brennelementen 1 derart dimensioniert, dass sie sich an
einer Leerstelle des Reaktorkerns des Druckwasserreaktors positionieren
lässt,
insbesondere auch dann, wenn benachbarte Brennelemente 1 verformt
sind. Dazu ist die Richtvorrichtung 6 in ihrem Querschnitt so
dimensioniert, dass sie in Ruheposition einen kleineren Querschnitt
aufweist als ein Brennelement 1. Wie aus 2 erkennbar ist, ist die Richtvorrichtung von
ihren Außenkonturen ähnlich einem
Brennelement 1 ausgeführt,
indem sie sich aus einem Richtkörper 8 sowie
einem Kopf 10 und einem Fuß 12 zusammensetzt,
so dass sie im Reaktorkern oder auch im Brennelement-Lagergestell
positioniert werden kann. Um Brennelemente 1 richten zu
können,
ist der Richtkörper 8 der
Richtvorrichtung 6 in Längsrichtung ausgedehnt,
wobei seine Seitenflächen
aus senkrecht zur Längsrichtung
und somit seitwärts
von einer Ruheposition aus verschiebbaren Seitenblechen 14 gebildet
sind. Die Seitenbleche 14 sind dabei derart dimensioniert,
dass die Querschnittsabmessungen der Seitenflächen des Richtkörpers 8 in
Ruheposition der Seitenbleche 14 um einen vorgegebenen
Nennwert geringer gewählt
sind als die eines Brennelementes 1. Durch die seitliche
Verschiebung der Seitenflächen 14 ist
der Querschnitt des Richtkörpers 8 sodann
kontrolliert vergrößerbar.
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Um
die Seitenbleche 14 des Richtkörpers 8 für den Richtvorgang
verschiebbar zu halten, sind den Seitenblechen, wie der etwas detaillierten
Darstellung nach 3 entnehmbar
ist, eine Anzahl von Kulissenführungen 16 zugeordnet, über die
die Seitenbleche 14 über
zugeordnete Verschiebebolzen 18 an der Richtvorrichtung 6 befestigt
sind, wobei die Kulissenführungen 16 derart
geformt sind, dass sie eine Bewegung der Verschiebebolzen 18 in
Längsrichtung
in eine Bewegung der Seitenbleche 14 senkrecht zur Längsrichtung
umsetzen. Die Kulissenführungen 16 sind
dazu in Verstärkerrippen 20 eingebracht,
die mit den Seitenblechen 14 verbunden sind.
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Damit
die Bewegung der Seitenbleche 14 beim Richtvorgang möglichst
geradlinig in eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Richtvorrichtung 6 verläuft und
die Seitenbleche 14 ausreichend stabil an der Richtvorrichtung 6 befestigt
sind, ist jedem verschiebbaren Seitenblech 14 jeweils eine
Anzahl von Führungsnuten 19 zugeordnet,
die senkrecht zur Längsrichtung
des Richtkörpers 8 verlaufen und
in die jeweils ein zugeordneter Haltebolzen 17 eingreift,
der jeweils an einer Haltelasche 22 befestigt ist.
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Um
die Seitenbleche 14 einer Richtvorrichtung 6 und
insbesondere auch sämtliche
Seitenbleche 14 gemeinsam beim Richtvorgang von Brennelementen 1 ver schiebbar
zu halten, sind sämtliche Traglaschen
für die
Verschiebebolzen 18 über
einen Mitnehmer 24 miteinander verbunden, der aus der Ruheposition
aus gegenüber
den Seitenblechen 14 in Längsrichtung der Richtvorrichtung 6 hydraulisch oder
mechanisch bewegbar ist. Die Umsetzung kann dabei insbesondere dadurch
erfolgen, dass durch selektive Bewegung des Kopfes 10 in
Längsrichtung des
Richtkörpers 8 in
der Art einer Pump – oder
Anstellbewegung die erforderlichen Ausgangskräfte aufgebracht werden.
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Durch
mehrmalige Wiederholung der Hubbewegung (Brennelement-Greifer Heben
und Senken) am Kopf 10 wird über eine innerhalb der Trag-
und Führungshülse verschiebbare
Welle eine Hubpumpe betätigt,
die mit einem zentral angeordneten Hubzylinder verbunden ist. Vom
Hubzylinder werden durch Verbindungsstangen die Mitnehmer bewegt.
In den Endstellungen des Hubzylinders befinden sich Betätigungselemente, über die
die Richtung der Hubbewegung mechanisch umgesteuert werden kann,
so dass bei weiterer Hubbewegung der Spreiz- oder Richtvorgang wiederholt
wird.
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Um
die Brennelement- Lademaschine, mit der die Brennelemente 1 versetzt
werden, für
den Transport und die Steuerung des Richtvorgangs der Richtvorrichtung 6 verwenden
zu können
ist der Kopf 10 wie der Kopf eines Brennelementes 1 dimensioniert.
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Um
den Richtkörper 8 und
damit auch die Richtvorrichtung 6 auch bei vergleichsweise
großen Verformungen
der Brennelemente 1 an einer Leerstelle im Reaktorkern
positionieren zu können,
beträgt
der Nennwert 16mm. Für
eine bessere Veranschaulichung der Querschnittsabmessungen des Richtkörpers 8 ist
die Richtvorrichtung 6 in 4 im Querschnitt
dargestellt. Dabei ist der Richtkörper 8 in Reihenposition
der Seitenblechen 14 gezeigt. In der strichlierten Darstellung
ist hingegen die angestellte Position gezeigt, in der die Seitenbleche 14 zur Durchführung eines
Richtvorgangs um die vorgegebene Nennwerte nach außen ausgestellt
sind, so dass sich die zum Richten erforderliche Querschnittsvergrößerung ergibt.
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- 1
- Brennelement
- 2
- Brennstab
- 6
- Richtvorrichtung
- 8
- Richtkörper
- 10
- Kopf
- 12
- Fuß
- 14
- Seitenblech
- 16
- Kulissenführung
- 17
- Haltebolzen
- 18
- Verschiebebolzen
- 19
- Führungsnut
- 20
- Verstärkerrippe
- 22
- Haltelasche
- 24
- Mitnehmer