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Behälter zum Transportieren von radioaktiven
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Brennelementen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Behälter
zum Transportieren von radioaktiven Brennelementen mit einem die Brennelemente aufnehmenden,
zweckmäßigerweise trockenen Aufnahmeraum und einem diesen umgebenden Behälter gehäuse.
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Radioaktive Brennelemente werden üblicherweise, wenn sie abgebrannt
sind, z. B. mit Hilfe einer Brennelement-Wechselmaschine aus dem Reaktor-Druckbehälter
unter Wasser in ein mit Wasser gefülltes Lagerbecken überführt und dort bis
zum
abtransport gelagert. Nach genügend langer Abklingzeit im Lagerbecken ist die Strahlendosis
und die abgegebene Wärmemenge auf ein solches Maß gesunken, daß die abgebrannten
Brennelemente an ihren eigentlichen Bestimmungsort, z. B. eine Wiederaufbereitungsanlage,
transportiert werden können.
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Hierzu werden die Brennelemente einzeln in den Behälter eingesetzt
und anschließend an den Transport wieder einzeln entnommen, wonach sie wiederum
in einem mit Wasser gefüllten Lagerbecken bis zu ihrer Weiterverarbeitung gelagert
werden.
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Die Lagerung der Brennelemente in den Lagerbecken erfolgt in speziellen
Lagereinæichtungen. Insbesondere aus Sicherheitsgründen werden die Brennelemente
im Behälter bevorzugt trocken transportiert, d. h. im Aufnahmeraum des Behälters
befindet sich während des Transports zweckmäßigerweise kein Wasser oder eine andere
Blüssigkeit.
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Zur Vereinfachung der Handhabung der Brennelemente beim Be-und Entladen
des Behälters ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, daß dem Aufnahmeraum ein in ihn
einsetzbarer und aus ihm entnehmbarer Aufnahmekorb für die zu transportierenden
Brennelemente zugeordnet ist, der gleichzeitig als Lagerkorb zum Lagern der Brennelemente
in einem Lagerbecken ausgebildet ist.
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Man kann also die Brennelemente, z. B. fünf oder sechs Brennelemente,
nach ihrer Entnahme aus dem Reaktor-Druckbehälter
unmittelbar in
den im Lagerbecken abgestellten Iagerkorb einsetzen und später nach genügend langem
Abklingen den die Brennelemente enthaltenden Lagerkorb in den Behälter stellen.
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Nach dem Transport zum Bestimmungsort wird ähnlich verfahren, d. h.
man entnimmt den Lagerkorb einschließlich der Brennelemente dem Behälter und stellt
die aus dem Lagerkorb und den Brennelemente bestehende Einheit in dem Lagerbecken
der Wiederaufbereitungsanlage ab. Der Lagerkorb dient sozusagen als Brennelementemagazin
sowohl im Behälter als auch in den Lagerbecken, d. h. es entfallen jeweils gesonderte
Lagereinrichtungen. Ferner wird durch die erwähnten flaßnahmen eine Zeitersparnis
erzielt, da Ja die Brennelemente aus dem Behälter gemeinsam und nicht einzeln entnommen
werden.
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Der Bufnahmeraum des Behälters muß bei eingesetzten Brennelementen
mit größtmöglicher Dichtheit verschlossen sein, um das Austreten kontaminierter
Substanzen, z. B. radioaktive Gase, mit Sicherheit zu vermeiden. Zu diesem Zwecke
ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der den Aufnahmeraum nach oben
hin abschlieBende Deckel gegen das Behältergehäuse abgedichtet ist, in dem der abzudichtende
Bereich mit einer bei Umgebungstemperatur erstarrten Vorgußmasse, z. B. ein Salz
oder Salzgemisch oder Bitumen, ausgegossen ist.
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Des weiteren ist vorgesehen, daß die Behälterwandung sandwichartig
aufgebaut ist und vorgefertigte ineinandergestellte Wandelemente, z. B. runder oder
eckiger Gestalt, besitzt, wobei die Zwischenräume zwischen den Wandelementen mit
einer Vergußmasse, z. B mit einem erstarrten ßalz oder
Salzgemisch
oder mit Bitumen od. dgl. oder mit einem Metall, z. B. liuminium, ausgegossen sind.
Ein solcher Behälter läßt sich verhältnismäßig schnell und billig herstellen, da
seriengefertigte Wandelemente wie z. B. aus Stahl bestehende Profilrohre verwendet
werden können. Der Behälter ist ferner äußerst stabil und unempfindlich gegen Stöße
und Schläge.
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Die Erfindung sowie weitere zweckmäßige Maßnahmen werden nun anhand
der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt eines Behälters in
schematischer Darstellung, Fig. 2 die Schrägansicht eines Aufnahme- oder Lagerkorbes,
Fig. 3a jeweils die Draufsicht eines anderen Aufnahme- oder bis 3c Lagerkorbes in
schematischer Darstellung, Fig. 4 mögliche Wandelemente des Behälters in Schrägansicht
bis 6 bzw. Seitenansicht bzw. im Längsschnitt, Fig. 7 ein weiteres Wandelement in
Draufsicht, Fig. 8 eine Einzelheit des Behälters im Querschnitt und Fig. 9 eine
andere iusführungsform des Behälters im Längsschnitt in Teildarstellung.
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Der in Fig. 1 dargestellte Behälter 1 dient zum Transportieren von
radioaktiven Brennelementen, die der tbersichtlichkeit wegen nicht eingezeichnet
sind. In seinem Inneren enthält der Behälter 1 einen die Brennelemente aufnehmenden
Aufnahmeraum
2, der vom Behältergehäuse 5 umgeben ist. Dem Aufnahmeraum
2 ist ein in ihn einsetzbarer und aus ihm entnehmbarer ufnahmekorb für die zu transportierenden
Brennelemente zugeordnet, der gleichzeitig als Lagerkorb zum Lagern der Brennelemente
in einem z. B. mit Wasser gefüllten Lagerbecken ausgebildet ist, wie es beispielsweise
in Kernkraftwerken und Wiederaufbereitungsanlagen vorhanden ist. Ein solcher Korb
4, der in Fig. 1 nur angedeutet ist, ist in Fig. 2 gesondert dargestellt. Wie Fig.
2 zu entnehmen ist, besteht der Korb 4 aus flüssigkeitsdurchlässigem Material, z.
B. aus einem Geflecht aus Stahl. Dieser Korb 4 ist ferner in mehrere Aufnahmebereiche
5, 6, 7, 8 unterteilt, die jeweils für ein Brennelement bestimmt sind. Die einzelnen
Aufnahmebereiche 5 bis 8 sind im Querschnitt also an den Querschnitt eines Brennelementes
angepaßt und besitzen eine solche Länge, daß die Brennelemente vollständig in sie
eingebracht werden können.
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Die Gestalt des Korbes und die Anzahl der Aufnahmebereiche können
den Erfordernissen entsprechend variiert werden. Der Korb 4, dessen Draufsicht in
Fig. 3a gezeigt ist, besitzt einen quadratischen Querschnitt und weist, wie bereits
angedeutet, vier Aufnahmebereiche auf, in die jeweils ein Brennelement, z. B. das
Brennelement 8a, eingestellt werden kann. Aus Fig. 3b ist ersichtlich, daß auch
ein runder Korb 9 verwendet werden kann, der beispielsweise fünf Aufnahmebereiche
10 bis 14 für jeweils ein Brennelement besitzt, wobei diese Aufnahmebereiche 10
bis 14 in zwei kreuzweise verlaufenden
Reihen angeordnet sind.
Eine weitere Möglichkeit zeigt Fig. 3c. Dieser Korb 15 besitzt einen rechteckigen
Querschnitt und enthält sechs Aufnahmebereiche 16 für eine entsprechende Anzahl
von Brennelementen 16a. Die Gestalt des Aufnahmeraums des Behälters richtet sich
selbstverständlich nach der Gestalt des jeweils Verwendung findenden Aufnahme-und
Lagerkorbes.
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Fig. 1 zeigt den Behälter bei eingesetztem Korb 4, der die zu transportierenden
Elemente (nicht dargestellt) enthält.
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Dabei ist der Korb 4 im Aufnahmeraum 2 lagefixiert. Hierzu liegt auf
dem Korb 4 von oben her eine Niederhalteeinrichtung auf, die bei dem dargestellten
Außführungsbeispiel eine federbelastete Druckplatte 18 enthält, die von den Druckfedern
19 nach unten zum Korb hin gedrückt wird und diesen festhält.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel füllt die Druckplatte 18 dem
Querschnitt des Korbs 4 entsprechend den gesamten Querschnitt des Aufnahmeraums
2 aus.
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Die Niederhalteeinrichtung in Gestalt der Druckplatte 18 ist Bestandteil
des den Aufnahmeraum 2 nach oben hin abschließenden Deckels 20. Die Druckplatte
18 und der Deckel 20 können selbstverständlich auch gesonderte Teile sein.
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Um den Deckel 20 auf möglichst einfache und schnelle Weise schließen
bzw. öffnen zu können, ist der Deckel 20 mit der ihm gegenüberliegenden Gehäusepartie
21 über einen bajonettartigen Verschluß verbunden. Da der Aufbau eines Bajonettverschlusses
allgemein bekannt ist, ist er in der Zeichnung
lediglich schematisch
durch die nach innen hin vorspringenden Bajonettvorsprünge 22 an der Gehäusepartie
21 charakterisiert, die im eingesetzten Zustand über den Deckel greifen. Zum Befestigen
bzw. Lösen des Deckels 20 bedarf es also lediglich einer kurzen Drehung des Deckels,
bis dieser von den Bajonettvorsprüngen 22 freikommt, wobei der Deckel 20 beispielsweise
den Bajonettvorsprüngen 22 entsprechende Ausnehmungen am Umfang besitzen kann.
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Der ufnahmeraum 2 muß gegen die Außenatmosphäre gut abgedichtet sein,
um das Austreten von kontaminierten Substanzen zu vermeiden. Aus diesem Grunde ist
der den iufnahmeraum nach oben hin abschließende Deckel 20 gegen das Behältergehäuse
abgedichtet, in dem der abzudichtende Bereich mit einer bei Umgebungstemperatur
erstarrten Vergußmasse 23 ausgegossen ist. Dabei ist der Deckel 20 in das Behältergehäuse
3 vertieft, in dem die Wandung 24 des Aufnahmeraumes 2 über den Deckel 20 hinaus
hochgezogen ist. Im Inneren dieses hochgezogenen Wandungsbereichs bildet die Vergußmasse
22 einen den Deckel 20 abdeckenden Vergußkörper 25.
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Auf diese Weise erhält man selbst dann keine Dichtheitsprobleme, wenn
im Aufmabmeraum 2 ein Unterdruck bzw. ein Vakuum herrscht. Selbstverständlich kann
zusätzlich auch eine Metalldichtung oder dergleichen zwischen Deckel und Wandung
24 angeordnet sein.
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Der Vergußkörper 25 wird von einem Kopf 26 des Deckels 20 durchdrungen,
der zum Ergreifen des Deckels bei Befestigen oder Lösen dient. Die an den Vergußkörper
angrenzende Partie
27 der Wandung 24 des Aufnahmeraums ist ferner
schräg nach außen oben geneigt, damit sich der Vergußkörper beim Öffnen des Deckels
20 besser abheben läßt.
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Auf dem Vergußkörper 25 lastet eine federbelastete Druckplatte 28,
die sich über die Druckfedern 29 an dem Außendeckel 30 des Behälters abstützt, der
mit der Wandung 24 verschraubt ist. Die Druckplatte 28 bildet zusammen mit dem Außendeckel
30 eine obere abschlußplatte des Behälters.
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Die Vergußmasse 23 kann ein Salz oder Salzgemisch mit einem verhältnismäßig
hohen Schmelzpunkt, beispielsweise von 1 2000 C, sein. Auch Bitumen oder dergleichen
kann als Vergußmasse verwendet werden. Ferner ist es auch möglich, daß der Vergußkörper
25 mehrschichtig ist und z. B. eine untere Schicht aus einem Salz oder Salzgemisch
und eine obere Schicht aus Bitumen od. dgl. besitzt.
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Bei der Anwendung des Behälters wird folgendermaßen vorgeganges Sind
die Brennelemente eines Kernkraftwerkes abgebrannt, d. h. verbraucht, werden sie
aus dem eigentlichen Reaktor-Druckbehälter in ein mit Wasser gefülltes Lager-oder
Abklingbecken überführt. Hier werden sie unmittelbar in den Korb 4 gestellt, der
sozusagen als Lagereinrichtung oder Brennelementmagazin dient. Nach genügend langer
Abklingzeit wird ein leerer Behälter in das Lager-becken abgelassen
und
der bereits gefüllte Korb in den Behälter gestellt. Sodann hebt man den Behälter
mit dem Korb aus dem Lagerbecken, läßt das im Aufnahmeraum 2 noch vorhandene Wasser
ins Lagerbecken ab (Leitung 31) und schließt den Aufnahmeraum 2 anschließend über
eine weitere Leitung 32 zur vollständigen Trocknung und zum Herstellen eines Unterdrucks
an eine Vakuumpumpe an. Anschließend an das Aufsetzen des Deckels 20 wird die Vergußmasse
23 eingegossen en und der Außendeckel aufgebracht. Die Leitung/31, 32 werden nach
dem Ablaufen des Wassers bzw. nach dem Herstellen eines Unterdrucks selbstverständlich
verschlossen. Nach dem Transport wird der Außendeckel 30 wieder abgenommen und der
Kopf 26 des inneren Deckels 20 mit Hilfe einer geeigneten Einrichtung zur Lösung
des Bajonettverschlusses gedreht. Daraufhin zieht man den Deckel zusammen mit dem
Vergußkörper 25 hoch, so daß der Aufnahmekorb 4 frei liegt.
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Dieser wird dann zusammen mit den in ihm enthaltenen Brennin elementen/das
Lagerbecken zum Beispiel der Wiederaufbereitungsanlage gestellt, d. h. auch in der
Wjecieraufbereitungsanlage dient der Korb unmittelbar als Lager-einrichtung oder
Brennelementmagazin. Gesonderte Lagereinrichtungen entfallen somit in den Lagerbecken,
ebenso wie sich das einzelne Einsetzen bzw. Entnehmen der Brennelemente in den Behälter
bzw. aus dem Behälter erübrigt.
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Dichtigkeitsprobleme treten selbst bei großem Unterdruck im Aufnahmeraum
2 nicht auf, da die Vergußmasse 23 salundurchlässig ist und an der Partie 27 der
Wandung 24 dicht anhaftet.
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Wie aus Fig. 1 ferner ersichtlich ist, ist die Behälterwandung 3 sandwichartig
aufgebaut und besitzt vorgefertigte, ineinandergestellte Wandelemente, z. B. die
Wandung 24 des Aufnahmeraumes oder die z. 3. aus Stahl bestehenden Profilrohre 33,
34. Die Wandelemente können je nach der Gestalt des Aufnahme- und Lagerkorbes oder
den Außenabmessungen des Behälters rund oder eckig sein. Diese Wandelemente bilden
umlauf ende Zwischenräume 35, 36, die mit einer Vergußmasse ausgegossen sind. Diese
Vergußmasse kann aus dem gleichen Material wie die Vergußmasse 27 bestehen, also
z. B. aus einem erstarrten Salz oder Salzgemisch oder auch aus Bitumen oder dergleichen
oder aus einem Metall, z. B. Aluminium.
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Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Vergußmasse kann diese zusätzlich
beispielsweise Metallpartikel in Gestalt von Metallspänen enthalten. Auch können
zwischen den einzelnen Wandelementen Versteifungs- und Wärmeleitstreben vorhanden
sein. Dieser Aufbau der Behälterwandung bringt eine billige und schnelle Herstellung
mit sich, da Serienteile, z. B.
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die Profilrohre 33, 34, verwendbar sind. Gegen Stoßeinwirkung von
außen her ist eine große Sicherheit gegeben, da zusätzlich zu den Wandelementen
die Vergußmasse in den Zwischenräumen 35, 36 sehr hart ist.
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Fig. 4 zeigt in Teildarstellung ein spezielles Wandelement.
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Dieses Wandelement 37 besteht aus einzelnen konzentrisch übereinander
angeordneten und z. B. gegenseitig mit Zentriereinrichtungen wie Zentriernasen 38
zentrierten Wandsegmenten
39, 40, 41 z. B. aus Gußiatenal zur
der γ-8trshlung. Diese Wandsegmente eignen sich also besonders gut zur Herstellung
eines verhältnismäßig diakwandigen Wandelementes, wobei sich die einzelnen Wandsegment.
bedeutend einfacher herstellen lassen als ein einstückiges Wandeleient.
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Fig. 5 zeigt ein dem Wandelement gemäß Fig. 4 ähnliches Wandelement
51 aus Wandsegmenten 48, die ebenfalls bevorzugt aus Gußmaterial bestehen und aufeinander
gestellt sind. Diese Wandsegmente 48 sind in Längsrichtung gegeneinander verspannt,
z. B. indem sie von durchgehenden Bolzen 49 durchdrungen werden, auf die endseitig
Muttern 50 aufgeschraubt sind, so daß die Wandsegmente gegeneinander gehalten werden.
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Dies ergibt einen festen Zusammenhalt der Wandsegmente.
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Um eine gute Wärmeleitung zu erzielen, können die Wandiegmente auch
mit einer Schicht aus wärmeleitendem Material, z. B. Kupfer oder Aluminium, beschichtet
sein. Diese Beschichtung kann an allen Oberflächen vorgesehen sein, sie sollte jedoch
mindestens an den aufeinander zu gerichteten Stirnseiten der Wandsegmente vorhanden
sein. Um eine gute Haftung der Schicht an den Gußsegmenten zu erreichen, können
an deren Oberflächen Sufrauhungen, Vorsprünge oder Vertiefungen angeformt sein.
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In Fig. 6 ist eine Variante der Wandeleiente gesäß den Fig. 4 und
5 dargestellt. In dieses Palle ist zwischen
Jeweils zwei Wandsegmente
52, 53 eine aus Metall, z. B.
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Kupfer oder Aluminium, bestehende Metallplatte 54 zwischengeschaltet,
die in radialer Richtung über die Wandsegiente 52, 53 übersteht und bis zu den benachbarten
Wandelementen 55, 56 reicht. Hierdurch erhält man neben einer Erhöhung der Stabilität
des Behälters vor allem eine gute Wärmeabfuhr durch das aus den Wandsegmenten 52,
53 bestehende Wandelement hindurch.
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Eine weitere Einzelheit ist aus Fig. 7 schematisch ersichtlich. Hier
ist ein Wandalement 42 gezeigt, das aus einem gebogenen Blech hergestellt ist. Die
Endpartien 43, 44 des Bleches, die in Behälterlängsrichtung verlaufen, sind miteinander
verschweißt' z. B. an der Btelle 45 oder an der Stelle 46. Zusätzlich zu der Verschweißung
sind die beiden Endpartien nun noch miteinander vernietet oder verschraubt, wie
bei 47 schematisch dargestellt ist. Diese Niet- oder Schraubverbindung nint die
auftretenden mechanischen Kräfte auf, so daß die Schweißnähte nur gering belastet
sind und die Gefahr eines Undichtwerdens der Schweißnähte verringert wird.
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Wie bereits bei der Beschreibung der Fig. 1 angedeutet, können die
WandeIemente,wenn sie z. B. aus Stahlblech od. dgl. bestehen, über Versteifung-
und Wärmeleitstreben siteinander verbunden sein. Fig. 8 zeigt eine derartige Strebe
55, wobei es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um
ein in den
Zwischenraum 56 zwischen den Wandelementen 57, 58 eingeschobenes und mit diesen
z. B. punktverschweißtes U-Eisen handelt. Die Strebe 55 weist ferner Durchbrüche
59 auf, die von der Vergußmasse 60 durchdrungen werden.
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Schließlich wird im folgenden noch der in Fig. 9 im Längsschnitt und
in Teildarstellung gezeigte Behälter 61 beschrieben. Bei diesem Behälter wird die
Wandung des Aufnahmeraums 61, der den Aufnahme- und Lagerkorb 62 für die Brennelemente
aufnimmt, von einem aus einem runden oder eckigen Profilrohr bestehenden innersten
Wandelement 63 gebildet, das bodenastig durch einen Boden 64 abgeschlossen ist.
An dieses Wandelement schließt sich nach außen hin ein den Wandelementen gemäß den
Fig. 4 und 5 entsprechendes und aus einzelnen Wandsegmenten, die wie strichpunktiert
angedeutet über in Längsrichtung durchgehende Bolzen miteinander verbunden sind,
bestehendes Wandelement 65 an. Das unterste dieser Wandsegmente sitzt auf einer
z. B. aus Stahl bestehenden Platte 66, auf deren zentralen Bereich der Boden 64
des Wandelementes 63 aufliegt. 80dann folgt wiederum ein aus einem Profilrohr mit
eineM Boden 67 bestehendes Wandelement 68, so daß das aus den Wandsegmenten hergestellte
Wandelement 65 zwischen den beiden von einel Profilrohr gebildeten Wandelementen
63, 68 angeordnet ist.
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Der Boden 67 des Wandelememtes 68 bildet die Unterlage für die Platte
66. An das Wandelement 68 schließt sich nach außen hin schließlich mit Abstand das
Wandelement 69 m, das wiederum aus eine Profilrohr mit einem Boden 70 besteht,
der
von unten her an dem Boden 67 anliegt.
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Bei diesem Busfuhrungsbeispiel sind also die die Wandelemente 63,
68 und 69 bildenden Profilrohre bodenseitig jeweils durch einen Boden 64, 67, 70
abgeschlossen, wobei die Profilrohre mit ihren Böden aufeinander bzw. ineinander
gestellt sind.
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Die so aufeinandergestellten Böden bilden zusammen mit der Platte
66 einen Behälterboden, der einfachst hergestellt und außerdem äußerst stabil ist.
Die Zwischenräume zwischen den verschiedenen Wandelementen sind, wie bei den übrigen
Ausführungsbeispielen, mit einer Vergußmasse ausgegossen.