DE1589762A1 - Einrichtung fuer Hilfs- oder Sicherheitsstab - Google Patents

Description

Einrichtung für liilfs— oder Sioherheitsstab

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ein- und Ausfahren eines üilfsstabes oder eines Sicherheitsstabes in den bzw. aus dem jjehalter eines !kernreaktors. Eine Vorrichtung für einen (auch "booster-rod" genannten^ Hilfsstab mit eigenem Kühlkreislauf ist zweckiiiässig, um in dem Kern eines üeaktors eine üeaktivitätsvermehrung zu bewirken, die notwendig sein kann, um das An- bzw. Hochfahren eines Kernreaktors herbeizuführen. Die Aufgabe eines Sicherheitsstabes ist ebenfalls bekannt, und zwar besteht sie in der Herbeiführung einer iieaktivitätsdrosselung im i«.ern eines iieaktors, die ausreicht, um den llealctor stillzusetzen,

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist insbesondere für einen Iieakfcor (beispielsweise mit Schwerwasser oder schnellen ivieutroiien) entwickelt worden, bei welchem die Urennstoffkanäle

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sehr nahe beieinander liegen. Auch hat man die Ausführung beibehalten zum v'erwemien eines iiilfs— oder eines Sicherheitsstabes, der sich durch eine (senkrechte oder ^waagerechte) Wand oder Fläche des Reaktorkerns hindurch einfahren lHsst, die nicht mit sonstigen Vorrichtungen überladen ist.

ZiUin Kühlen dieses Stabes ist iia Inneren seines aktiven Teiles ein WUrmeträgerkreislauf haarnadelföriaig angeordnet. Dieses Kühlsystem hat gegenüber einem auf die AusseiiseLte des aktiven Teiles einwirkenden kühlsystem insofern gewisse Vorteile, als beispielsweise kein einwandfreies Ausrichten zwischen den das Ileaktorgefäss und die Tfärme— sowie die biologische Abschirmung durchragenden Führungsrohren erforderlich ist. Ausserdem ist es nicht notwendig, zwischen deia Reaktorbehälter und der Wärme- sowie der biologischen Abschirmung eine Abdichtung vorzusehen.

In dem vorstehend bestimmten Rahmen stellt sich das Problem, einen üilfsstab (oder einen Sieherheitsstab) zu entwickeln, der sich in den Uehälter des Reaktors mit einer (geschwindigkeit von 1 ciu/sec einfahren (oder ausfahren) und mit gleicher Geschwindigkeit ausfahren (oder einfahren) lässt. Ausserdem muss das System mit einer Sicherung versehen sein, die es beispielsweise bei einem Leistungshub des iteaktors bei eingefahrenem liilfsstah (oder bei ausgefahrenem Sieherheitsstab) ermöglicht, den Üilfsstab ohne Rücksicht auf seine derzeitige Lage in weniger als einer Sekunde aus dem Reaktorkern aus-

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zuwerfe» oder innerhalb dieser sehr kurzen Zeitspanne den Sicherheitsstab einzufahren.

Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus der Kombination von zwei lechanismen, von welchen:

» der eine zum langsamen Einfahren und Ausfahren des Stabes aus einer Steuerhohlspindel besteht, die den Stab umgibt, der normalerweise mittels einer Kupplungsvorrichtung mit ihr fest verbunden, jedoch bei einen die Kupplungsvorrichtung ausrückenden Alarmsignal auf eine Längsverschiebung zulassenden Wälzlager in ihr verschiebbar ist, wobei die Ilohlspiudel an sich drehfest und mittels eine Längsverschiebung zulassender Walzlager sowie Itollen in einer die biologische ιιηύ die Wärmeabschirmung dtutiirag enden Hülse axial verschiebbar ist, indem die axiale liewegung durch 'n uewindespindellager gesteuert wird, das seinen Drehantrieb aus einer nicht mti— steuerbaren Vorrichtung erhall, die das Gleichgewicht der liohlspindel in jeder beliebigen Stellung gewährleistet, während

der andere '-iechani sinus zum schnellen Aus— oder Einfahren dop Stabes aus zwei an dem Stab befestigten, axial verschiebbaren /.ylimiern besteht, die zur Achse des Stabes symmetrisch und parallel angeordnet sind und je einen feststehenden Hohlkolben umgeben, der au einen ölpnenraatίsehen Kraftspeicher angeschlossen ist, der bei dem von deia langsamen .-,echanismus gesteuerten Einfahr- oiler Aus tahrhiil» Energie speichert.

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Die Erfindung ist im !Nachstehenden anhand der Figuren der beigefügten zeichnung besser verständlich, in welchen nur die zur Erläuterung der Erfindung notwendigen Teile dargestellt sind, die, sofern sie miteinander übereinstimmen, in den einzelnen Figuren die gleichen liezugszeinhen haben. Die in diesen Figuren dargestellte Vorrichtung ist einem Hilfsstab angepasst, jedoch lässt sie sich selbstverständlich sehr einfach abändern, um für einen Sicherheitsstab verwendet, zu werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch den Hilfsstab nach der Jirfindung, in Seitenansicht,

Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch den iiilfsstab in Draufsicht,

Fig. 3 den ifaiiptteil der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung, in vergrtfssertem Massstabe, und

Fie. k den Kuppluiiiismechanisinus des Hilf ss tabes mit dem Mechanismus zu seinem langsamen Ein- und Ausiahren.

F ig· 1 zeigi einen Iiilfsstab i'i, der in einen l.anal 53 des Behälters TO eines Kernreaktors eingefahren werden soll, indem er eine Wärmeabschirmung Tl und eine biologische Abschirmung )2 durchquert. Dieser Iiilfsstab, der sich normalerweise ausserhalb des keald orbehiil t ers lie findet, muss in ihn mit einem maximalen liub eingefahren werden können, der i.i konkreten Ausführungsbeispiel in der i.rössenordnung von 2 in liegt. Wie bereits erörtert, sind nei einem normalen Einfahr—

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Vorgang des liilfsstabes in den Keaktorbehälter die Einfahr- und die Ausfahrbewegungen langsam.

Eine iiohlspindel 1, mit welcher der ililfsstab 18 und seine inaktive Verlängerung 19 mittels eines nachstehend noch näher zu beschreibenden Systems fest verbunden sind, bewirkt die langsamen axialen iJewegungen für das Ein- und Ausfahren und treibt den ililfsstab an. Diese iJewegungen werden von einer Gewindespindellagerung 6 gesteuert, die mit der iiohlspindel in Eingriff steht und mittels eines I'otors i^;t in jJrehiieweiunß v-ersetzt. wird. Die Steuerhohlspindel 1 gleitet bei ihrer Verschieoebewegung in einer in der biologischen Abschirmung befestigten Hülse 2. ihre Führung ist durch Längsverschiebungen zulassende Wälzlager 3 und k sowie durch Rollen 5 gewährleistet. An dem (sich auf der Seite des Steuermechanismus befindenden) Ende der Spindel ist eine Steuerscheibe 10 befestigt. Diese Steuerscheibe 10 betätigt einen ilikrokontakt 11, der am iiubende der Einfahrbewegung das Arretieren der Spindel bewirkt.

Der Steueriiiechanisnius für die iiohlspindel 1 (s. insbes.

Fig. 3) besteht aus einer üewindespindellagerung 6, die mittels eines iieiles 12 mit einem umlaufenden Gehäuse 13 fest verbunden ist, welches in einem feststehenden Gehäuse 14 frei drehbar

ljit Hilfe einer Kupplung 15 kann ein an sich von einem Motor angetriebenes untersetzungsgetriebe 16 die Gewindespinde1-

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lagerung 6 in Drehbewegung versetzen. Das Untersetzungsgetriebe 16 ist ein solches mit nicht umsteuerbarer Schnecke, was das Gleichgewicht der Spindel in jeder beliebigen Stellung zu gewährleisten ermöglicht. Ein mittels eines Bahnrades 17 mit dem Mechanismus gekuppeltes, nicht dargestelltes Selsyn (elektrische Welle) bewirkt die Herbeiführung der liewetnmgen der im Vorstehenden beschriebenen langsamen Einheit.

Dieser Mechanismus der langsamen Einheit lasst sieh im Alarmfalle auf ürund seiner Bauweise nicht dazu verwenden, den Hilfsstab innerhalb einer Zeitspanne in der Urössenordnung von 1 Sekunde aus dem Reaktorbehälter auszuwerfen. Es muss also ein Mechanismus für das schnelle Ausfahren und, damit dieser riechanistuus wirksam arbeiten kauii, die Möglichkeit vorgesehen werden, den liilfsstai; von der langsamen Einheit gewissermassen augenblicklich zu lösen.

Der Schnellausfahrmechanismus ist an und für sich an dem Ililfsstab dauerhaft angebracht. Er besteht aus einem Steuerhebel 28, dessen Enden 32 mit zwei (zur Achse des uillsstabes symmetrisch und parallel angeordneten) verfahrbaren zylindern 31 mittels /erbindungen mit Kugelkopf 33 und i>eder ij verbunden sind, in diesen verfahrbaren zylindern gleiten feststehende Hohlkolben 39, die an ebenfalls feststehende ö!pneumatische Kraftspeicher hO angeschlossen sind.

Die vorerwähnten Verbindungen mit Kugelkopf und Feder dienen zum Beseitigen von Störkräften, die infolge einer unzu-

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reichenden Parallelität der feststehenden Kolben 59 auftreten können. Die Kolben sind mit Hilfe eines Keiles 38 an ihrem Halter 37. befestigt.

Um die Uiegebeanspruehungen in der Verlängerung des Hilfsstabes sowie den Zylindern 31 ireitestgehend zu begrenzen, sind sie ausserdem durch nicht dargestellte Hollen gestützt, die sich auf ebenfalls nicht dargestellten, unterhalb des Gerätes angeordneten, horizontalen Schienen abwälzen.

Der Hilfsstab ist ausserdem mit einer Steuerfläche 29 versehen, die zum lie tat igen eines iiikrokontaktes 3⁽⁾ (s· l'"it? > 2) dient, der die Aufgabe hat, das ilubende des schnellen Ausfahrens des llilfsstabes anzuzeigen.

Ausserdem ist noch eine Dämpfun orr i<ii1 un»: vorgesehen. Sie besteht ans zwei Dämpfern ¹I^ mit hydros (nt i schein Klasfomerdruck, die in iialt eruimeii 03 augeordnet sind. Sie fangen über einen Hub von 300 ram die restliche Energie der beweglichen Einheit am linde ihres Sclmellhubes auf. Die Dämpfer sind mit Verlängerungen h¹* versehen, die in Itollenhalterunsen bO geführt werden. Die Zylinder 31 sind in der \ähe ihrrr ieriiinduiiii mit dem Steuerhebel 2- mit Pufferringsoheibpn bk verseilen, die jetrliehe liesohädiming dei Zylinder verhindern. An den Verlänürer! iiiren ^li⁽> aiiffelTachte St euer i'lä( hen 62 betätigen Mikrokont akt e ül, welche die Aufgabe halten, den Rücklauf der Dämpfer in ihre Kuhestellung zu steuern.

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Da der ililfsstab während seiner Verstellungen jederzeit gekühlt werden muss, setzt sich seine Verlängerung 19 aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Zylindern 23 und 2h (s. Fig. 3) zusammen, die in zwei an die Kühlmittelspeisung 56 (s. Fig. 2) angeschlossenen, feststehenden Rohrleitungen 25 und 26 verschiebbar sind.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, netzt das Einiahren des ililfsstabes mit Hilfe des langsamen Systems die ölpneiimatischen Kraftspeicher hO des schnellen Systems unter Druck. Es leuchtet ein, dass das Auskuppeln des ililfsstabes aus dem langsamen Mechanismus, und zwar ohne Rücksicht auf seine derzeitige Lage, das Auswerfen des Hilfsstabes aus dem Reaktorkern automatisch herbeiführt.

Im .nachstehenden ist nunmehr da» v'Tbindungssys* ei< < zwischen der langsanen Einheit 1 nd den ni 1 '"«κ t ab beschrieben.

in erster Linie ist zu bemerken, dass sich der llilfsslab 18 und seine Verlängerung 19 im Falle des Auskuppeins in der üohlspindel 1 mittels Läugsversehiebungen zulassender Wälzlager 20, 21 und 22 verstellen. Das eigentliche Einkuppeln (s. Fig. h) erfolgt mittels eines eine Rolle k2 tragenden Hebels 41, der um eine Achse k'} schwenkbar ist, die mit einem mit der ilohlspindel 1 fest verbundenen leil 7 fest, in i,\\- sammenhang stellt. Eine Feder kh ist ständig bestrebt, die Rolle k2 in ihrer oberen Stellung zu halten. Zwei an einem Halter h" befestigte Elektromagnet^ V> und hb üben in

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stromführendem Zustand eine Kraft aus, die stärker ist als die durch die Feder k^lt ausgeübte Kraft, und halten somit die Rolle h2 in ihrer unteren Stellung. Die Rolle legt sich gegen den doppeltwirkenden flocken hH¹ einer zylindrisoneii Steuerbuchse 27 an, die in der i.ähe des Endes der Verlängerung I9 des iiilfsstabes befestigt ist.

üer Druck in den Kraftspeiohern Ί0 ist stets bestrebt, den Ililisstab aus dew Reaktor auszufahren, also die Berührung zwischen der Rolle h2 und der Steuerbuchse 27 aufrechtzuerhalten.

zu bemerken ist, dass zur Erhöhung der betriebssicherheit die Elektroiiiagiiete 45 und h6 ausreichend leistungsstark gewählt worden .sind, damit jeder von ihnen allein die Rolle h2 entgegen der Einwirkung.der i-'eder kk in ihrer unteren Stellung halten kann.

Üer Verbindungsinechaiiismus zwischen der langsamen Einheit und dem ilil i'ss tab wird von der Verlängerung 7 der ilohlspindel 1 getragen. Dieses Teil 7 tragt ausserdem an dem vom Reaktor entfernt gelegenen JSnde ηο,-h einen durch die Steuerbuchse 27 betätigten Hikrokontakt 8 (s. F ig. J>), der die Verbindung zwischen der langsamen Einheit und dem liilfsstab steuert und ani gleichen Ende einen ebenfalls von der Steuerbuchse 27, allerdings durch ihren unteren Teil betätigten l-iikrokoiitakt 9, der das Arre i. i (>r<>n der langsamen Einheit am Ende des Aus

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fahrhubes bewirkt.

Im Nachstehenden ist die Arbeitsweise des Mechanismus des llilfsstabes nach der Erfindung beschrieben. Da im Totpunkt der Mindestschub der Dämpfer 48 starker ist als der Schub (ebenfalls Mindestschub) der b'lpneumatischen Kraftspeicher, bleibt der Hilfsstab in Stellung, Diese Stellung wird durch die Kontakte

30 und 61 überwacht,,

Die langsame Einheit befindet sich ebenfalls in ihrer hinteren Stellung, jedoch in einem bestimmten Abstand in der Grbssenordnung von 8 mm über den Hilfsstab hinaus, so dass die Rolle 42 auf die Steuerbuchse 27 trifft. Am Ende dieser Periode wird der Mikrokontakt 9 ausgeschaltet, während der Mikrokontakt 8 eingeschaltet bleibt und im Verlaufe.der gesamten Vorlaufbewegung überwacht, ob der Hilfsstab auch wirklich durch die langsame Einheit angetrieben wird. Während dieses Hubes treiben die von dem Steuerhebel 28 mitgenommenen Zylinder

31 Öl in die Kraftspeicher 40 hinein» Der durch die Kurvenscheibe 10 eingeschaltete Mikrokontakt 11 gibt das Hubendsignal. Sowohl in Hubendstellung als auch in jeder beliebigen Zwischenstellung gewährleistet das nicht umsteuerbare Untersetzungsgetriebe, dass der Hilfsstab in seiner richtigen Lage gehalten wird.

Die langsame Ausfahrbewegung des llilfsstabes erfolgt in entgegengesetzter Richtung und wird durch das Selsyn herbeigeführt,

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Am IIulKMide wird der Ililfsstab durch die Dämpfer arretiert. Der Mikrokontakt 30 überwacht die Stellung des Hilfsstabes. Die langsame Einheit läuft noch mn s üim weiter zurück bis zu dem durch den Kontakt gegebenen JJubendsignal. '/,iuu schnellen Ausfahren des üilfsstabes ohne Rücksicht auf seine derzeitige Lage führt das Unterbrechen des Speisestromes für die Elektro-

magnete hj und.Ub zum Entspannen der Feder kk und zur Freigabe der liolle h2 ausserhalb der Steuerbuchse 27. Die während des Einführungshubes in den ölpneumatischen Kraft speichern angesammelte Energie wird freigegeben.

Das in die Kolben 39 zurück!liessende Öl stb'sst den liilfsstab mit Hilfe der Zylinder 31 zurück. Der Kontakt '.< überwacht den Abgang des Hilfsstabes, während der Kontakt 30 sein Ankommen an seinem Hubende überwacht.

Nach dem Dämpfungshub führen die Dämpfer den liilfsstab in seine durch die Kontakte 01 überwachte Ruhestellung zurück. Darauf wird der llücklauf der langsamen Einheit Dewirkt, die in ihrer Ruhestellung automatisch stehenbleibt, wenn die Steuerbuchse 27 den Kontakt 0 auslöst. Sobald die Elektromagnet^ unter Spannung eesetzt werden, wird die liolle ^Ji2 in ihre Sperrstellung zurückgeführt. Da das Selsyn stets mit der langsamen Einheit gekuppelt ist, ist keine Rückführung in die ..ullstellung notwendig, was bei einen aus /,ahnrad und zahnstange bestehenden System nicht der Fall wäre. /Λΐ bemerken ist noch, dass, da die Schubkraft der blpneumatischen Kraftspeicher ständiii auf den liilfsstab ausgeübt wird, die Ansprechzeit

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gleich iMull ist. Die Schubkraft ist aussehliesslieh von den ölpneumatiisehen Kraftspeichern abhängig, lian darf annehmen, dass diese iiauart sich in Sicherheitsanlagen für Kernreaktoren vielfach bewährt hat.

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat noch einige wichtige Vorteile. Zunächst ist zu erwähnen, dass keine zusätzliche Energiequelle iiotwemlig ist, um fixe schnelle Ausfahrvorrichtung in Gang zu sdzen, Ferner ist die durch die ölpneunal i sehen Kraftspeicher erzeugt*: Schubkraft am Anfang des Hubes maximal, um dann abzunehmen, was zu einer sehr kurzen Ausfahrzeit führt, während der Wert der durch die Dämpfer aufzunehmenden Energie trotzdem innerhalb vernünftiger Grenzen gehalten wird.

Zu erwähnen ist noch, dass sich der gesamte Mechanismus von der Aussenseite der Abschirmung her vollständig anbringen oder abnehmen lässt.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern schliesst seine sämtlichen Varianten ein. So ist beispielsweise die Anzahl der ölpneuiiiatischen Kraftspeicher nicht unbedingt auf zwei festgesetzt. Statt und anstelle der Kraftspeicher kann jede beliebige bekannte Vorrichtung verwendet werden, die in der Lage ist, im Verlaufe des langsamen Einfahrhubes des iiilfsstabes Energie zu speichern und sie darauf plötzlich abzuaebeu zur iierbeiführung des schnellen Ausfahrens des Stabes ir.i Alarmfalle „ Die Erfindung ist, wie bereits erörtert,

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auch nicht auf einen ililfsstab beschränkt, sondern lässt sich auch für einen^ Sicherheitsstab verwenden. Dazu genügt es, lediglich die Arbeitsrichtung der ölpneimatischen Kraftspeicher umzukehren, um i.ii Alarmfalle ein schnelles Einfahren des Sicherheitsstabes in den Reaktorkern herbeizuführen.

Ausserdem lässt sieh die Vorrichtung nach der Erfindung in jeder beliebigen Lage, d.h„ sowohl in Schräglage als auch in senkrechter oder waagerechter Lage verwenden.

Patentansprüche:

Hou/fyi - 20 220/21

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zum Ein- und Ausiahren eines Stabes (Hili's- oder Sicherheitsstabes) in den bzw. aus dem Behälter eines Kernreaktors, gekennzeichnet durch die Kombination von zwei Mechanismen, von welchen der eine zum langsamen Ein- und Ausfahren des Stabes aus einer Steuerhohlspiiidel (l) besteht, die den Stab (18) umgibt, der nornalerweise mittels einer Kupplungsvorrichtung mit ihr fest verbunden, jedoch bei einem die Kupplungsvorrichtung ausrückenden Alarmsignal auf eine Längsverschiebung zulassenden Wälzlagern in ihr verschiebbar ist, wobei die Hohlspindel an sich drehfest und mittels eine Längsverschiebung zulassender Wälzlager (3, ^) sowie Rollen (5) in einer die biologische und die Wärmeabschirmung (51 > 52) durchragenden Hülse (2) axial verschiebbar ist, indem die axiale Bewegung durch ein Gewindespindellager (6) gesteuert wird, das seinen

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   Drehantrieb aus einer nicht umsteuerbaren Vorrichtung (16) erhält, die das Gleichgewicht der Hohlspiudel (±) in jeder "beliebigen Stellung gewährleistet, während der andere Mechanismus zum schnellen Sicherheits-Aus- oder -Einfahren des Stabes aus zwei an dem Stab befestigten, axial verschiebbaren Zylindern (jl) besteht, die zur, Achse des Stabes (18) symmetrisch und parallel angeordnet sind und je einen feststehenden Hohlkolben (39) unigeben, der an eine.n ölpiieumatischen Kraftspeicher (40) angeschlossen ist, der bei dem von dem langsamen Mechanismus gesteuerten Einfahr— oder Ausfahrhub Energie speichert.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung aus einem eine Rolle (42) (Fig. 4) tragenden Hebel (41) besteht, der um eine an einem mit der Hohlspindel φ fest verbundenen Gestell (7) befestigte Achse (43) schwenkbar ist, wobei zwei an diesem Gestell (7) befestigte Elektromagnete (45, 46) die Holle (42)

   entgegen der Einwirkung einer ebenfalls an dem Gestell befestigten Feder (44) gegen den Nocken (48·) einer mit dem Stab (IS) fest verbundenen Steuerbuchse (27) angelegt halten, während das beispielsweise durch ein Alarmsignal gesteuerte Unterbrechen des Stromkreises für die Elektromagnete den Hebel (41) unter Einwirkung der Feder freigibt.

   3β Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus zum langsamen Einfahren und Ausfahren

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   des Stabes einem Selsyn (elektrische Welle) zugeordnet ist, das mittels eines mit dem Gewindespindellager (6) umlaufenden Zahnrades (17) mit dem Mechanismus gekuppelt ist.

   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, dass die das Gewindespindellager (6) antreibende, nicht umsteuerbare Vorrichtung (16) eine Schnecke ist.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Zylinder (31) über einen Steuerhebel (28) an dem Ililfsstab (IB) befestigt sind, wobei die Befestigung jedes Zylinders (31) an dem Steuerhebel mittels eines Kugelkopfes erfolgt, um die sich aus einer etwaigen schlechten Parallelität mit der Achse des Ilili'sstabes ergebenden Verdriesslichkeiten zu vermeiden.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ^r5, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Ende des Stabes und die beweglichen Zylinder der ö'lpneumatischen Kraftspeicher (40) wahrend ihres gesamten Hubes durch sich auf einer Führungsbahn abwälzende Rollen gestützt werden.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Ijis G, dadurch gekennzeichnet, dass zwei am Ende der liewegungsbahn der beweglichen Zylinder (31) für das schnelle Ausfahren des Stabes angeordnete Dumpfer (4ί) die restliehe Energie der beweglichen Einheit auffangen.

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