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Die Erfindung betrifft ein Gewichtselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
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Beispielsweise bei der Verwendung von Sonden zur Erdwärmegewinnung müssen Rohre, meist in Form von Rohrbündeln, in Bohrlöcher eingebracht werden. In der Regel werden die Bohrlöcher mittels eines Vertikal-Bohrgerätes in das Erdreich eingebracht. Die dabei anfallende Bohrmasse wird entfernt, indem das Bohrloch permanent mit Wasser geflutet wird. Dies dient darüber hinaus der Stützung des Bohrlochs gegen Einfallen. Nach Beendigung des Bohrvorganges und Entfernen des Bohrgestänges verbleibt eine entsprechende Wassersäule im Bohrloch. Damit die Sonde mit ihren Rohren bis auf den Grund des Bohrloches abgesenkt werden kann, wird ein entsprechendes Gewicht unterhalb der Sonde befestigt.
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Entsprechende Sonden mit einem Gewicht, welches sich aus Gewichtselementen zusammensetzt, sind aus
DE 20 2010 007 525 U1 bekannt. Gemäß der Offenbarung dieses Gebrauchsmusters werden Gewichtselemente zur Beschwerung der Sonde unterhalb der Sonde befestigt. Die zum Absenken der Sonde erforderlichen Gewichtselemente müssen dabei abhängig von mehreren Parametern, wie dem Füllstand innerhalb des Rohrbündels, dem Wasserstand im Bohrkanal und der Bohrtiefe, vorab am unteren Ende der Sonde angehängt werden.
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Aus der Anordnung der Gewichtselemente unterhalb der Sonde ergeben sich mehrere Nachteile. So kann das aus Gewichtselementen beaufschlagte Gewicht der Sonde nicht mehr nachträglich nach dem Absenken der Sonde erhöht werden. Sollte sich das Gewicht als zu gering für das Arbeitsumfeld der Sonde herausstellen, muss die Sonde vollständig aus dem Bohrloch herausgezogen werden, bevor ein weiteres Gewichtselement angehängt werden kann. Darüber hinaus kann die Sonde, je mehr Gewichtselemente unterhalb der Sonde angeordnet sind, immer schlechter die vollständige Tiefe des Bohrlochs ausnutzen, wodurch die Erdwärme schlechter zur Energiegewinnung genutzt werden kann bzw. das Bohrloch vorab tiefer ausgelegt werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gewichtselement für Rohre anzugeben, dessen Verwendung, insbesondere im Zusammenhang mit Sonden, die Nachteile des Standes der Technik überwindet, so dass die volle Tiefe des Bohrlochs der Sonde selbst zur Verfügung steht und eine nachträgliche Anpassung des Gesamtgewichts ermöglicht wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Gewichtselement gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
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Anspruch 1 sieht ein Gewichtselement für Rohre zum Einbringen in Bohrlöcher mit einem vorzugsweise länglichen Körper, der eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, vor, wobei das Gewichtselement als Sattelgewicht auf seiner Innenseite einen, vorzugsweise länglichen, Aufnahmebereich aufweist, in welchen ein oder mehrere Leitungsrohre der Sonde anordnenbar sind, wobei das Gewichtselement an einem oder mehreren der Leitungsrohre innerhalb eines Rohrabschnitts befestigbar ist.
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Die Anordnung eines Gewichtselements entlang der Rohre hat den Vorteil, dass eine Sonde die vollständige Tiefe eines Bohrlochs ausnutzen kann, um Erdwärme aufzunehmen und weiterzuleiten. Außerdem können die erfindungsgemäßen Gewichtselemente jederzeit an einem sich noch oberhalb des Bohrlochs befindlichen Bereich der Rohre oder einem Bereich, welcher gerade schon im Bohrloch steckt, angebracht werden, wodurch Rohre in tiefere Bereiche des Bohrlochs absenkbar sind, ohne die Rohre vorher ganz oder größtenteils aus dem Bohrloch herauszuziehen. Letztendlich wird dadurch die Energieeffizienz einer Sonde erhöht, ein Materialverschleiß wegen zusätzlicher Bewegungsoperationen der Rohre vermieden und es werden Arbeitskosten gesenkt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Rohre als Leitungsrohre oder Verfüllrohre vorgesehen sind, wobei mindestens zwei Leitungsrohre und/oder Verfüllrohre ein Rohrbündel bilden und wobei das Gewichtselement an zwei oder mehreren Leitungsrohren und/oder Verfüllrohren befestigbar ist.
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An zwei oder mehr Rohren lässt sich das Gewichtselement am einfachsten stabil befestigen, insbesondere ist diese Befestigung stabil gegen willkürliches Drehen des Gewichtselements auf den Rohren, wodurch sich auch die Leitungsrohre verdrillen könnten.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Innenfläche des Gewichtselements für die Aufnahme einer bestimmten Anzahl an Rohren entsprechend vorgeformt ist.
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Durch das Anpassen des Aufnahmebereichs des Gewichtselements werden runde Einbuchtungen auf der Innenseite des Gewichtselements eingebracht, welche die runden Leitungsrohre gut aufnehmen können. Dadurch wird ein Verdrehen des Gewichtselements an den Leitungsrohren verhindert und eine platzsparende Anordnung ermöglicht.
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Noch eine vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass der Aufnahmebereich für die Aufnahme von zwei Leitungsrohren der Sonde vorgeformt ist.
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Mit Ausnehmungen innerhalb des Aufnahmebereichs wird auf einfachste Weise ein Verdrehen des Gewichtselements verhindert.
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Vorteilhaft ist, dass die Außenseite des Gewichtselements an die Innenseite des Bohrkanals angepasst ist.
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Eine Anpassung der Außenseite des Gewichtselements an die Innenseite des Bohrkanals führt zu einer platzsparenden Unterbringung des Gewichtselements innerhalb des Bohrkanals.
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Vorteilhaft ist auch, dass die Außenseite des Gewichtselements zylindrisch ist und in der Horizontalen mindestens einen Krümmungsradius aufweist.
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Eine derartige abgerundete Außenseite des Gewichtselements ermöglicht eine noch effizientere Unterbringung des Gewichtselements innerhalb des Bohrkanals.
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Vorteilhaft ist weiter, dass der Krümmungsradius der Außenseite des Gewichtselements kleiner oder gleich zum Krümmungsradius der Innenseite des Bohrkanals ist.
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Besonders aufgrund einer Wahl eines geeigneten Krümmungsradius der Außenseite des Gewichtselements kann die effizienteste Anordnung des Gewichtselements im Inneren des Bohrkanals erzielt werden.
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Vorteilhaft ist außerdem, dass das Gewichtselement mit Befestigungsmitteln wie Spanngurten, Kabelbindern, Seilen oder Klebemitteln an einem oder einer Mehrzahl Rohre befestigbar ist.
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Durch die genannten Befestigungsmittel wird eine sichere Befestigung des Gewichtselements erreicht, wobei insbesondere der Klemmeffekt des Gewichtselements an den Rohren unterstützt wird.
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Vorteilhaft ist weiterhin, dass das Gewichtselement an einem oder mehreren Rohren der Sonde aufhängbar, anklemmbar, anbindbar und/oder anklebbar ist.
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Die aufgeführten Befestigungsarten ermöglichen eine einfache und dennoch sichere Befestigung des Gewichtselements an den Rohren, die ein Abfallen des Gewichtselements verhindert.
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Besonders vorteilhaft ist, dass das Gewichtselement eine Isolierung aufweist.
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Die Isolierung schützt den Kern des Gewichtselements vor möglichen Einflüssen der Umgebung im Bohrloch, gleichzeitig kommt der Boden im Bereich des Bohrlochs nicht mit dem Kern des Gewichtselements in Kontakt.
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Besonders vorteilhaft ist auch, dass die Isolierung des Gewichtselements eine vulkanisierte Schicht aufweist.
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Eine vulkanisierte Schicht der Isolierung ist ein kostengünstiger und sehr beständiger Schutz für das Gewichtselement vor den Einflüssen im Bohrloch und den, im Fall einer Erdwärmesonde wärmetauschenden, Substanzen in den Rohren.
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Besonders vorteilhaft ist weiter, dass das Gewichtselement hintereinander mit weiteren Gewichtselementen an benachbarten Abschnitten der Leitungsrohre anordnenbar ist.
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Durch eine Anordnung der Gewichtselemente hintereinander kann einerseits auch ein größeres Gewicht auf die Rohre beaufschlagt werden, andererseits ist es auf diese Art auch nur erforderlich, Gewichte eines Typs zu bevorraten, da erforderliche Gesamtgewichte für die Rohre durch die Anzahl der Gewichtselemente an den Rohren eingestellt werden, wobei die Masse der einzelnen Gewichtselemente in der Regel einheitlich ist.
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Besonders vorteilhaft ist darüber hinaus, dass das Gewichtselement als Abstandshalter vorgesehen ist.
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Durch die zusätzliche Funktion der Gewichtselemente als Abstandshalter wird ein reibungsloses Einführen der Rohre in das Bohrloch ermöglicht, insbesondere wird so vermieden, dass die Rohre sich in dem Bohrloch verdrehen. Zusätzlich werden die Rohre auch mechanisch nach außen stabilisiert.
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Besonders vorteilhaft ist außerdem, dass das Gewichtselement mit einem weiteren Gewichtselement spiegelsymmetrisch zueinander an einem Abschnitt der Rohre anordnenbar ist.
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Eine Anordnung der Gewichtselemente nebeneinander ermöglicht auch, größere Gewichte in einem vorgegebenen Abschnitt der Rohre anzuordnen, dies kann besonders dann von Bedeutung sein, falls sich die Dichte der im Bohrloch zu verdrängenden Flüssigkeit, beispielsweise durch Änderung des Salzgehalts oder der Temperatur der Flüssigkeit im Bohrloch oder durch sonstige in der Flüssigkeit verteilte Inhaltsstoffe, wie beispielsweise Ton erhöht.
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Besonders vorteilhaft ist ferner, dass das Gewichtselement mit mindestens einem weiteren Gewichtselement rotationssymmetrisch jeweils um den Anteil eines Vollkreises, welcher dem Kehrwert der Gesamtzahl der nebeneinander anzuordnenden Gewichtselemente entspricht, radial versetzt zueinander an einem Abschnitt der Leitungsrohre der Sonde anordnenbar ist.
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Eine Anordnung von mehr als zwei Gewichtselementen nebeneinander bietet noch mehr Anordnungsmöglichkeiten, auf einem kleinen Abschnitt der Rohre viel Gewicht beaufschlagen zu können und gleichzeitig platzsparend unterzubringen.
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Darüber hinaus ist vorteilhaft, dass das Gewichtselement die gleiche Masse aufweist wie die nebeneinander oder hintereinander benachbarten Gewichtselemente.
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Eine einheitliche Masse der Gewichtselemente gewährleistet eine einfache Logistik und beugt Verwechslungen der Gewichtselemente von vorn herein vor.
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Weiterhin kann das Gewichtselement vorteilhafterweise Nuten zur Aufnahme von Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Spanngurten, Kabelbindern oder Seilen aufweisen. Derartige Nuten ermöglichen es, die Befestigungsmittel in den Nuten zu verlegen, so dass die Befestigungsmittel beim Einführen des Gewichtselements in den Bohrkanal zum einen durch die Nuten vor Beschädigung geschützt sind und zum anderen die Befestigungsmittel den Einführvorgang nicht behindern. Die Nuten können beispielsweise in den Körper des Gewichtselements eingegossen sein.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Gewichtselement an mindestens einem seiner Enden in Längserstreckungsrichtung eine Verjüngung des Gewichtselements zu seinem Ende hin aufweist.
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Eine derartige Verjüngung erleichtert das Einführen des Gewichtselements in den Bohrkanal. Die Verjüngung kann dabei beispielsweise als konischer Abschnitt des Gewichtselements realisiert sein.
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Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Im Einzelnen zeigt
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1 – eine schematische Darstellung des Querschnitts eine beispielhaften an Rohren angeklemmten Gewichtselements,
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2 – einen Längsschnitt entlang eines Rohrbündels mit Gewichtselementen entlang der Schnittlinie A-A der 1,
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3 – eine perspektivische Darstellung eines Gewichtselements,
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4 – eine Darstellung des Querschnitts eines Rohrbündels mit zwei gegenüberliegenden Gewichtselementen,
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5 – die schematische Darstellung der Anwendung erfindungsgemäßer Gewichtselemente.
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Die Erfindung ist beispielhaft anhand einer Erdwärmesonde dargestellt. Die beispielhafte Sonde verläuft in dem Bohrkanal 2 und weist vier Leitungsrohre 4 sowie ein weiteres Rohr 4a für die Zufuhr von Stoffen in das Bohrloch auf. In den Leitungsrohren 4 wird ein Medium für den Wärmeaustausch transportiert, wobei jeweils zwei Leitungsrohre 4 das Medium in das Bohrloch zuführen und zwei weitere Leitungsrohre 4 das Medium aus dem Bohrloch abführen. Als wärmetauschendes Medium wird beispielsweise eine Salzlake mit einer Temperatur von etwa 7°C zugeführt und einer Temperatur von etwa 10°C wieder aus dem Bohrloch abgeführt. Die Rohre 4, 4a können beispielsweise aus Polyethylen bestehen, grundsätzlich sind aber auch andere Polymere oder Copolymere oder andere Werkstoffe denkbar, die einerseits eine ausreichende Dichtigkeit und andererseits eine für das Bohrloch ausreichende mechanische Stabilität nach außen aufweisen.
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Das Gewichtselement 1 besteht in der Regel aus einem Metall oder einer Legierung, wie Gusseisen, Stahl, Messing oder Blei. Geeignet sind grundsätzlich alle Werkstoffe die geeignet sind, den Rohren Abtrieb zu verleihen, also alle Werkstoffe, deren Dichte größer ist als eine im Bohrkanal 2 von den Gewichten zu verdrängende Flüssigkeit, bei der es sich in der Regel im Wesentlichen um Wasser handelt.
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Das Gewichtselement 1 weist eine Isolierung 9 auf, die wiederum bei der dargestellten Ausführungsform aus einer vulkanisierten Schicht besteht. Die Außenfläche 10 des Gewichtselements 1 ist rund geformt und weist vorzugsweise einen kleineren oder den gleichen Krümmungsradius wie das Außenrohr 3 auf. Die Innenfläche 6 des Gewichtselements 1 bildet hingegen eine grundsätzlich konkave Innenfläche 6. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist im mittleren Bereich 7 der Innenfläche 6 des Gewichtselements 1 ein zum Zentrum des Bohrkanals 2 hin weisender konvexer Bereich 7 vorgesehen, um die Innenfläche 6 des Gewichtselements 1 an die im gezeigten Beispiel vorliegende, für Erdwärmesonden häufig verwendete Anzahl von fünf Rohren 4, 4a im Rohrbündel anzupassen. Insgesamt lässt sich die Form der Innenseite 6 des Gewichtselements 1 als je nach Blickrichtung die Ziffer „3” bzw. den Buchstaben „E” in Schreibschrift beschreibend betrachten, sie kann auch als abgerundete und abgeflachte W-Form beschrieben werden. Bei der gezeigten Ausführungsform weist die Innenfläche 6 aufgrund des mittleren konvexen Bereichs 7 zwei konkave Wölbungen auf, die jeweils für die Aufnahme eines Rohres 4 vorgesehen sind. Durch den konvexen Bereich 7 werden die Rohre in der beispielhaft gezeigten Anordnung von fünf Rohren in ihrer räumlichen Anordnung fixiert, der konvexe Bereich 7 dient dabei gewissermaßen als Abstandshalter zwischen zwei Rohren.
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Das Gewichtselement 1 ist mit Befestigungsmitteln 5 an den Leitungsrohren 4, für die die Innenfläche 6 des Gewichtselements 1 entsprechend vorgeformt ist, befestigt. Bei der dargestellten beispielhaften Ausführungsform des Gewichtselements 1 umfasst das Befestigungsmittel 5 zusätzlich auch ein weiteres Rohr 4a, welches für die Zufuhr von Stoffen, insbesondere für die Zufuhr von Verfüllmasse, in das Bohrloch vorgesehen ist, wobei eine Befestigung des Gewichtselements zusätzlich zur Befestigung an den Leitungsrohren 4 auch am Rohr 4a erfolgen kann. Als Befestigungsmittel 5 kommen neben dem gezeigten Haltegurt auch andere Befestigungsmittel 5 wie Spanngurte, Kabelbinder oder Seile in Betracht, wobei die Befestigungsmittel 5 auch gefedert sein können. Als Befestigungsmethoden für Gewichtselemente 1 bieten sich prinzipiell alle erdenklichen Methoden zum Befestigen wie Aufhängen, Anklemmen, Anbinden oder Ankleben an.
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Neben einem ersten Gewichtselement 1 kann bei der gezeigten Ausführungsform ein weiteres Gewichtselement 1 dem ersten Gewichtselement gegenüberliegend angeordnet werden, wobei die Befestigungsmittel 5 sowohl beide Gewichtselemente 1 gleichzeitig umspannen können als auch jedes Gewichtselement 1 separat. Bei einer separaten Befestigungsmethode kann das erste Gewichtselement wie gezeigt befestigt werden, das zweite Gewichtselement 1 kann dann entweder um das erste Gewichtselement 1 herum oder um die Rohre 4, 4a befestigt werden. In beiden Fällen ist eine Nachrüstung durch das nachträgliche Befestigen des zweiten Gewichtselements 1 möglich.
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Im Längsschnitt eines Rohrabschnitts, der mit einem beispielhaften Gewichtselement 1 versehen ist, werden die als Befestigungsmittel 5 angebrachten Haltegurte 5 deutlich. Die äußeren Bereiche des Längsschnitts zeigen die Gewichtselemente 1, die weiter innen liegenden Bereiche zeigen die Rohre 4, die beispielsweise für den Zulauf bzw. Ablauf eines wärmetauschenden Mediums genutzt werden können. Ganz im Inneren ist ein weiteres Leitungsrohr 4a zu erkennen, in dem beispielsweise Stoffe in das Bohrloch zugeführt werden können.
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In der perspektivischen Darstellung der beispielhaften Ausführungsform werden die für zwei Rohre 4 ausgeformten Bereiche des Aufnahmebereichs der Innenfläche 6 des Gewichtselements 1 deutlich. Im Bereich 7 der Innenfläche 6 ist das Gewichtselement 1 deutlich dicker. Die Außenfläche 10 des Gewichtselements 1 ist rund und weist einen Krümmungsradius auf, der vorzugsweise kleiner oder gleich dem Krümmungsradius des Bohrkanals 2 oder eines Außenrohrs 3 zur Auskleidung das Bohrkanals 2 ist.
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4 illustriert schematisch den Querschnitt eines Rohbündels mit fünf Rohren 4, 4a und zwei angeklemmten Gewichtselementen 1. Beide Gewichtselemente 1 sind gemeinsam durch Befestigungsmittel 5 an die Rohre 4 angedrückt. Die Rohre 4 werden in den an den Gewichtselementen 1 jeweils vorgeformten Bereichen der Innenfläche 6 aufgenommen, während im mittleren Bereich 7 der Innenflächen 6 beider Gewichtselemente 1 jeweils eine stärkere Wölbung der Gewichtselemente 1 nach innen hin vorliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010007525 U1 [0003]
