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Die
Erfindung betrifft einen erdbebensicheren Stützfuß und eine Abstützungsvorrichtung
einer Struktur, insbesondere einer vertikalen Struktur von großer Höhe, die
in einer Industrieanlage umgesetzt und installiert werden kann,
vor allem in einem Kernkraftwerk.
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Die
Kernkraftwerke umfassen einen oder mehrere Reaktoren, in denen man
Brennelemente verwendet, und sie umfassen ein oder mehrere einem
Reaktorgebäude
zugeordnete Brennstoffgebäude,
in denen Entsorgungs-, Untersuchungs- und Reparaturoperationen gebrauchter
Brennelemente sowie Vorbereitungen zum Beladen von Reaktoren mit neuen
oder wiederhergestellten Brennelementen stattfinden. Das Brennstoffgebäude umfasst
generell ein Lagerbecken für
abgebrannte Brennelemente, das mit einem Becken des Kernreaktors
verbunden werden kann. Im Innern des Brennelementlagerbeckens müssen an
den Brennelementen generell komplexe Untersuchungs- und Messoperationen
und eventuell auch Reparatur- und Wiederherstellungsoperationen
durchgeführt
werden.
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Die
Brennelemente von wassergekühlten Reaktoren
und insbesondere die Brennelemente von druckwassergekühlten Reaktoren,
deren Form einem geraden Prisma entspricht und die im Spaltraum des
Reaktors senkrecht angeordnet sind, sind sehr lang und haben einen
kleinen Querschnitt. Ihre Länge
kann 4 m und mehr betragen und dabei beträgt die Seitenlänge ihres
quadratischen Querschnitts ungefähr
0,20 m. Die Brennstäbe
werden in die Brennelementträgerstruktur
eingeführt
und bilden ein Bündel, das
den größten Teil
der Länge
des Brennelements einnimmt.
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Um
die Kontroll-, Sichtuntersuchungs- oder Messoperationen an den Brennelementen
durchzuführen
zu können,
muss man über
eine Struktur von großer
Höhe verfügen (zum
Beispiel in der Größenordnung
von 5 m), in der man nacheinander jedes der zu kontrollierenden
Brennelemente in vertikaler Stellung anbringt, wobei die Trägerstruktur
Führungs- und
Verschiebungseinrichtungen für
Untersuchungs-, Kontroll- oder Messgeräte insbesondere in vertikaler
Richtung umfasst.
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Die
Kontrollinstallation für
Brennelemente umfasst eine Struktur von großer Höhe, die im Innern des Brennelementlagerbeckens
angeordnet wird, wobei sie in einer vorgesehenen Zone des Beckens auf
dem Boden des Beckens ruht, um die Kontrollen und Untersuchungen
der Brennelemente durchzuführen.
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Es
ist generell vorteilhaft, die Kontroll- und Untersuchungsinstallation
für Brennelemente
so zu realisieren, dass sie von einem Brennstoffgebäude in ein
anderes transportiert werden kann, und dies in ein und derselben
Anlage oder in verschiedenen Kernkraftwerken. Man verbessert dadurch
die Wirtschaftlichkeit dieser Installationen, die im Laufe des Betriebs
eines Kernkraftwerks nur von Zeit zu Zeit gebraucht werden, zum
Beispiel bei den Belade- und Nachladeoperationen des Spaltraums
eines Kernreaktors mit Brennelementen.
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Es
ist auch wünschenswert,
die Untersuchungs- und Kontrollinstallation in einer Zone des Brennelementlagerbeckens
zu platzieren, die man in Abhängigkeit
von der Position der Lagerregale für abgebrannte Brennelemente
in dem Lagerbecken auswählt.
Man muss also, um die Struktur im Becken zu installieren, über Abstützungseinrichtungen
der Struktur verfügen,
die vollkommen stabil sind, ein Richten der Vertikalität der Struktur
ermöglichen
und Einrichtungen zur Abstützung
auf dem Boden des Beckens umfassen, die leicht auf dem Boden des
Beckens sowohl angebracht und eingestellt als auch wieder von diesem
getrennt werden können.
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Der
Boden des Brennelementlagerbeckens wird generell durch eine Betonplatte
gebildet, die von einer Platte aus nichtrostendem Stahl bedeckt
ist, welche die Auflagefläche
der Struktur bildet. Diese Auflagefläche kann gewisse Ebenheits-
und Horizontalitätsmängel aufweisen,
so dass man vor dem Beginn der Arbeiten die Vertikalität der Struktur
der Untersuchungs- und Kontrollinstallation herstellen muss, was
notwendig ist, um eine zufriedenstellende Verschiebung und Einstellung
der Untersuchungs- und Kontrolleinrichtungen zu gewährleisten.
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Außerdem kann
es notwendig sein, wenigstens an bestimmten Kernkraftwerkstandorten
eine erdbebensichere Unterstützung
der Struktur der Untersuchungs- und
Kontrollinstallation vorzusehen, um jedes Risiko des Umkippens oder
der Zerstörung
der Kontrollstruktur oder der Beschädigung des geprüften Brennelements
zu vermeiden, auch im Falle eines stärkeren Erdbebens.
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Man
kennt unterschiedliche Typen von erdbebensicheren Abstützungsvorrichtungen
oder Stützfüßen zum
Schutz von bestimmten Gebäuden, insbesondere
Wohnhäusern
oder Industriebauwerken wie zum Beispiel die Gebäude von Kernkraftwerken oder
Tiefbauwerke wie Brücken.
Derartige Abstützungsvorrichtungen
umfassen einen Stützsockel, der
dauerhaft befestigt wird auf einer Auflagefläche, zum Beispiel dem Boden,
einem Fundament oder einem Tiefbaustützelement, einer fest mit der
zu tragenden Struktur verbundenen Trag- und Stützplatte sowie Gleit- oder
Rollmitteln, eingefügt
zwischen der Tragplatte und dem Stützsockel.
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Wie
zum Beispiel in US-5,599,106 und in WO-01/42593 beschrieben, kann
man Roll- bzw. Lagerelemente wie etwa Kugeln oder Rollen verwenden,
eingefügt
zwischen Stützplatten
mit Lagerflächen
für die
Lager- bzw. Rollelemente. Eine untere Stützplatte der Abstützungsvorrichtung
wird dauerhaft auf dem Boden oder einem Tiefbauelement befestigt.
Im Falle eines Erdbebens mit seismischen Kräften verschiedener Richtungen
ist für
wenigstens eine auf den Lager- bzw. Rollelementen ruhende obere
Stützplatte
eine begrenzte Verschiebung in Bezug auf den Stützsockel vorgesehen.
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Derartige
Vorrichtungen, die dauerhaft im Boden oder einem Tiefbauelement
verankert sind, können
nicht als Stützeinrichtungen
für eine
transportable Struktur verwendet werden, die vorzugsweise zusammen
mit ihren erdbebensicheren Stützfüßen installiert
wird und Einstelleinrichtungen insbesondere zum Richten der Vertikalität umfassen
sollte.
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Bekannt
sind außerdem
Handlingkugeln (billes de manutention) genannte Lagereinrichtungen, die
ermöglichen,
schwere Objekte in irgendeiner Richtung auf einer Auflagefläche oder
längs einer Führungsfläche zu bewegen.
Derartige Handlingkugeln (billes de manutention) umfassen ein kugelförmiges Rollelement,
frei drehbar in ein Kugellager montiert, das fest mit einem Stützsockel
der Handlingkugel (bille de manutention) auf der Auflage- oder Führungsfläche verbunden
ist. Solche Handlingkugeln (billes de manutention) mit sehr geringer
Reibung und einem Kugelrotationszentrum bzw. Kugeldrehpunkt, die
Verschiebungen in beliebigen Richtungen ermöglichen, können im Falle von erdbebensicheren
Abstützungsvorrichtungen
sehr vorteilhaft sein. Bisher waren solche Vorrichtungen auf das
Gebiet des Handling beschränkt.
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US-A-4
917 211 beschreibt einen Stützschuh mit
den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht also darin, einen Stützfuß mit einem
Stütz-
und Haltesockel dieses Stützfußes auf
einer Auflagefläche,
mindestens ein kugelförmiges
Rollelement, frei um einen Drehpunkt drehbar in ein fest mit dem
Stützsockel verbundenes
Lager montiert, sowie eine Tragplatte vorzuschlagen, die auf dem
kugelförmigen
Rollelement ruht, wobei dieser Stützfuß zur Abstützung einer transportablen
Struktur dient, dabei keine Vorbereitung seiner Auflagefläche benötigt und
ermöglicht, die
Vertikalität
der Struktur, die er abstützt,
zu richten.
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Zu
diesem Zweck umfasst der Stützsockel eine
mit einem Lager fest verbundene Stützsohle, die so realisiert
ist, dass sie frei auf der Auflagefläche ruht und den Stützfuß ohne Befestigungsmittel
auf der Auflagefläche
in Stellung hält,
und der Stützfuß umfasst
wenigstens drei Einrichtungen zur Aufhängung des Stützsockels
an der Tragplatte und zur elastischen Rückstellung in radialen Richtungen
um eine im Wesentlichen zu der Stützsohle senkrechte Achse der
Tragplatte herum, die einerseits mit der Tragplatte und andererseits
mit dem die Stützsohle und
das Lager umfassenden Stützsockel
verbunden sind.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Abstützung eine
Struktur und insbesondere einer hochaufragenden Struktur, deren
Vertikalität
gerichtet werden muss.
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Nach
speziellen Modalitäten,
einzeln oder kombiniert realisiert:
- – ist die
konkave Stützfläche der
Tragplatte auf dem kugelförmigen
Rollelement eine Rotationsfläche
mit einer der folgenden Formen: sphärisch, konisch, paraboloidisch,
ellipsoidisch;
- – umfasst
der Stützfuß ein einziges,
in einem Kugellager drehbares kugelförmiges Rollelement, dessen
Drehpunkt in der Achse der Tragplatte liegt;
- – umfasst
der Stützfuß eine Vielzahl
kugelförmiger
Rollelemente, jedes angeordnet in einem Lager, wobei die Drehpunkte
der Lager auf wenigstens einem auf die Achse der Tragplatte zentrierten
Kreis liegen;
- – weist
eines der Lager, nämlich
das zentrale, einen Drehpunkt entsprechend der Achse der Platte auf,
und die anderen Lager aus der Vielzahl von Lagern sind so um die
Achse herum angeordnet sind, dass die Drehpunkte der kugelförmigen Rollelemente
der anderen Lager aus der Vielzahl von Lagern auf einem Kreis angeordnet
sind, dessen Mittelpunkt der Drehpunkt des zentralen Lagers ist;
- – werden
die elastischen Aufhäng-
und Rückstelleinrichtungen
durch wenigstens drei Spiralfedern gebildet, von denen jede mit
einem ersten Längsende
mit einem peripheren Teil der Tragplatte verbunden ist, und mit
einem zweiten Längsende
mit der Außenseite
des Stützsockels
verbunden ist, der sich innerhalb des peripheren Teils der Platte befindet,
wobei jede der Federn in Bezug auf die Platte eine im Wesentlichen
radiale Längsrichtung hat
und von der Außenseite
des Stützsockels
in Richtung peripherer Teil der Platte nach oben geneigt ist, wobei
die Federn vorgespannt sind auf Zug, um den Stützsockel des Lagers und des
kugelförmigen
Rollelements zurückzustellen
in die auf die Achse zentrierte Position der Platte, und um das
kugelförmige
Rollelement mit einer inneren Stützfläche der
Platte in Kontakt zu halten, wenn die Sohle keinen Kontakt mit einer
Auflagefläche
hat und der Stützsockel
durch die Federn frei aufgehängt
ist an der Platte;
- – umfasst
die Tragplatte einen buchsenförmigen Oberteil
mit – als
Achse – der
Achse der Tragplatte, der über
wenigstens einen Teil seiner Länge ein
Innengewinde sowie auf seiner Außenseite eine Führungsnut
mit der Richtung der Achse der Tragplatte aufweist, und der erdbebensichere Stützfuß umfasst
zudem eine Betätigungsspindel mit
einem in der Richtung der Achse der Platte in das Innengewinde der
Buchse der Platte geschraubten Gewindeteil sowie wenigstens ein Einführungs-
und Führungsteil,
in das die Spindel montiert ist, drehbar um die Achse der Tragplatte und
parallelverschiebungsfest verbunden mit wenigstens einem Führungsteil,
das ein Führungselement
mit einem Führungsstift
umfasst, der in der Nut der Buchse der Platte sitzt und ihre axiale
Parallelverschiebung führt,
wobei eine Drehung der mit wenigstens einem Einführungs- und Führungsteil
parallelverschiebungsfest verbundenen Spindel in der Hinein- oder
Herausschraubrichtung in Bezug auf das Innengewinde der Buchse der
Platte eine Parallelverschiebung des Einführungs- und Führungsteils
in der Richtung der Achse der Platte in Bezug auf die Platte zur
Folge hat.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Abstützung einer
transportablen Struktur, die auf einer Auflagefläche in Stellung gebracht werden kann
und die wenigstens drei wie oben beschriebene erfindungsgemäße erdbebensichere
Stützfüße und einen
steifen Rahmen umfasst, der auf den Tragplatten der erdbebensicheren
Stützfüße ruht.
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Die
Abstützungsvorrichtung
kann so realisiert werden, dass sie das Richten der Vertikalität einer
mit der Abstützungsvorrichtung
fest verbundenen hochaufragenden Struktur einer Installation ermöglicht.
In diesem Fall umfasst sie wenigstens einen wie oben beschriebenen
verstellbaren erdbebensicheren Stützfuß, dessen Einführungs-
und Führungsteil
fest mit dem steifen Rahmen der Abstützungsvorrichtung verbunden
ist und in der Richtung der Achse der Tragplatte des erdbebensicheren
Stützschuhs
parallelverschiebbar ist, indem man die Betätigungsachse in Rotation versetzt.
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Die
Abstützungsvorrichtung
kann einen Rahmen von generell quadratischer oder rechteckiger Form
und vier verstellbare erdbebensichere Stützfüße umfassen, von denen jeder
durch das jeweilige Einführungs-
und Führungsteil
mit einem Winkelteil des Rahmens verbunden ist.
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Die
Erfindung betrifft auch die Nutzanwendung einer erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung zur
Abstützung
einer Installation zur Untersuchung und Kontrolle von Brennelementen
in einem Becken eines Kernkraftwerks, wobei die Installation total
autonom bzw. selbstständig
ist und ohne Umbau bzw. Anpassung in dem Becken des Kernkraftwerks
installiert werden kann, da sie mittels Sohlen der Abstützungsvorrichtung
auf dem Boden des Beckens ruht und für das Handling der Brennelemente
eigene Einrichtungen umfasst, die ermöglichen, sich frei zu machen
von allen Brennelementhandlingseinrichtung des Kernkraftwerks.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung werden in der Folge als Beispiel und mit Bezug auf die
beigefügten
Figuren eine Struktur einer Untersuchungs- und Kontrollinstallation
von Brennelementen sowie ihre Trag- bzw. Stützeinrichtungen auf dem Beckenboden
beschrieben, die erfindungsgemäße erdbebensichere
Stützfüße umfassen.
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Die 1 zeigt
einen Aufriss einer Brennelementuntersuchungs- und -kontrollinstallation,
die auf dem Boden eines Beckens eines Kernkraftwerks ruht.
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Die 2 ist
eine Draufsicht der in der 1 dargestellten
Installation.
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Die 3 ist
eine Vertikalschnitt-Teilansicht eines erdbebensicheren Stützfußes der
in den 1 und 2 dargestellten Installation.
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Die 4 ist
eine Draufsicht des in der 3 dargestellten
erdbebensicheren Stützfußes.
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Die 5 ist
eine der Ansicht der 3 analoge Vertikalschnitt-Teilansicht
eines erdbebensicheren Stützfußes nach
einer Realisierungsvariante.
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Die 6 ist
eine Draufsicht des in der 5 dargestellten
erdbebensicheren Stützfußes.
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In
der 1 sieht man eine Brennelementuntersuchungs- und
-kontrollinstallation 2 im Innern eines Beckens.
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Das
Becken 1 hat einen horizontalen Boden 1a und eine
vertikale Wand 1b, gebildet durch eine mit rostfreiem Stahlblech
verkleidete Betonwand.
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Die
Brennelementuntersuchungs- und -kontrollinstallation 2 umfasst
eine hochaufragende vertikale Struktur 2a, also mit einer
Höhe, die
sehr viel größer ist
als die Querabmessungen, so dass sie Brennelemente in vertikaler
Stellung aufnehmen kann. Längs
der Höhe
der vertikalen Struktur 2a sind insbesondere Führungs-
und Verschiebungseinrichtungen 2b einer Einheit 3 vorgesehen,
die Einrichtungen zur Untersuchung, Kontrolle und/oder Messung von
Brennelementen umfasst, die von oben in die Struktur 2a eingeführt werden.
Die Installation kann auch eigene Brennelementhandlingeinrichtungen umfassen,
so dass sie selbständig
und von Handlingeinrichtungen des Kernkraftwerks unabhängig ist.
In diesem Fall ermöglicht
die Installation, sich für
die Untersuchung von Brennelementen frei zu machen von allen Brennelementhandlingeinrichtungen
des Kernkraftwerks (zum Beispiel Brücken- bzw. Laufkränen). Dieser
Schritt ist dann nicht mehr auf dem kritischen Weg bzw. Pfad der
bei einer Teilabschaltung (arrêt
de tranche) des Kernkraftwerks durchgeführten Operationen.
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In
der 1 ist die verschiebbare Untersuchungsvorrichtung 3 in
ihrer oberen Position 3 und in ihrer unteren Position 3' in der Nähe des Beckenbodens
dargestellt. Die Verschiebung der Untersuchungsvorrichtung 3 zwischen
ihren Positionen 3 und 3' ermöglicht, Kontrollen, Untersuchungen
oder Messungen an allen Teilen des in die vertikale Struktur 2a eingeführten Brennelements
durchzuführen.
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An
ihrem oberen Teil umfasst die Struktur 2a Einrichtungen 4 und 4' zur Führung von
Eingriffwerkzeugen im Innern des Beckens und zur Einführung eines
Brennelements in die Struktur 2a der Installation 2.
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In
der 2 sieht man ein gerad-prismatisches Brennelement 6 mit
quadratischem Querschnitt in einer Kontroll- und Untersuchungsposition in
der vertikalen Struktur 2a der Installation 2,
die eine generell zylindrische Form und einen quadratischen Querschnitt
aufweist. Das Brennelement ruht auf einem um eine vertikale Achse
drehbaren Sockel 2c im unteren Teil der vertikalen Struktur 2a.
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Die
Installation 2 umfasst zudem eine Abstützvorrichtung 5 der
vertikalen Struktur 2a, die mittels erdbebensicheren Stützfüßen 8 auf
der horizontalen Oberfläche
des Bodens 1a des Beckens 1 ruht.
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Wie
insbesondere in der 2 zu sehen, umfasst die Abstützvorrichtung
ein Gestell bzw. einen Rahmen aus Rohren (oder irgendwelchen anderen
Profilen), die horizontal angeordnet sind und auf Stützfüßen 8 ruhen.
Der Rahmen der Abstützvorrichtung 5 umfasst
insbesondere rohrförmige
Elemente 7, die mit ihren Enden mit Buchsen 9 zur
Befestigung des Rahmens der Abstützvorrichtung 5 an
den erdbebensicheren Stützfüßen 8 verbunden
sind. Die rohrförmigen
Elemente 7 sind an ihren Enden jeweils paarig mit einer
Befestigungsbuchse eines Stützfußes 8 verbunden,
so dass die Struktur an jedem der Winkel bzw. Ecken des quadratischen
mit 10 bezeichneten Rahmens mittels eines erdbebensicheren Stützfußes 8 auf
dem Boden des Beckens ruht.
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Eines
der rohrförmigen
Elemente 7 des steifen quadratischen Rahmens 10 ist
in seinem Mittelteil unterbrochen und umfasst nur zwei Endteile,
die mit einem rechteckigen Rahmen 10' verbunden sind, der fest mit dem
Rahmen 10 verbunden ist und zusammen mit dem Rahmen 10 die
Stützung
der Struktur 2a gewährleistet.
Trägerwinkel 11 ruhen
beiderseits der vertikalen Struktur 2a mit einem horizontalen
Teil auf den Rahmen 10 und 10' und umfassen vertikale Schenkel 11', in denen die
vertikale Struktur 2a mit ihrem unteren Teil mittels horizontaler
Lagerzapfen ruht, die in den vertikalen Schenkeln 11' stecken.
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Die
Abstützvorrichtung 5 umfasst
auch vier schräge
Abstützstangen 12,
zum Beispiel rohrförmig, die
mit einem ihrer Enden mit einem Stützfuß 8 verbunden sind
und mit dem anderen Ende mit einem horizontalen Lagerzapfen der
vertikalen Struktur 2a. Jeder horizontale Lagerzapfen der
vertikalen Struktur 2a steckt in Endstücken von zwei schrägen Abstützstangen 12,
wobei das jeweils andere Endstück
mit einem der Stützfüße 8 verbunden
ist. Die Lagerzapfen, an denen die schrägen Stangen 12 befestigt sind,
sind an der vertikalen Struktur 2a unterhalb einer der
halben Höhe
der Struktur entsprechenden Höhe
befestigt, zum Beispiel auf einer Höhe zwischen einem Drittel und
der Hälfte
der Gesamthöhe der
Struktur 2a. So realisiert man eine stabile Befestigung
der hochaufragenden vertikalen Struktur 2a in der Stützvorrichtung 5 der
Kontrollinstallation 2.
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Wie
dargestellt in der 2, umfasst die vertikale Struktur 2a einen
zentralen zylindrischen Teil mit kreisrundem Querschnitt, in dem
sich das zu kontrollierende Brennelement 6 befindet, dessen
Achse vertikal ist. Im Innern dieses zylindrischen Teils der vertikalen
Struktur 2a ist das Brennelement drehbar um seine vertikale
Achse auf dem durch die Stützvorrichtung 5 getragenen
drehbaren Sockel 2c gelagert. Ein motorisiertes System 13 ermöglicht,
den drehbaren Sockel in Rotation um eine vertikale Achse zu versetzen,
so dass man sukzessive jede der Seiten des Brennelements gegenüberstellen
kann.
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Auf
zwei der rohrförmigen
Elemente 7 des Rahmens 10 sind in lateralen Anordnungen
Stützanschläge 14 und 14' der Untersuchungs-
und Kontrollinstallation 2 gegenüber zwei Beckenwänden wie etwa
den Wänden 1b,
die zusammen einen Winkel von 90° bilden,
angebracht. Die Untersuchungs- und Kontrollinstallation 2 kann
an irgendeiner beliebigen Stelle des Bodens 1a des Beckens
positioniert werden und insbesondere in der Nähe einer vertikalen Wand 1b,
mit oder ohne Anschlag der Anschläge 14 gegen die vertikale
Wand.
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In
den 3 und 4 ist ein erdbebensicherer Stützfuß der Abstützvorrichtung
der Installation 2 dargestellt, jeweils in einer Vertikalschnitt-Teilansicht
und in einer Draufsicht.
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Der
erdbebensichere Stützfuß 8 umfasst
insbesondere einen auf dem Boden 1a des Beckens ruhender
Stützsockel 15,
ein kugelförmiges
Rollelement 16, frei drehbar um einen Kugeldrehpunkt im
Innern eines Kugellagers 17, das fest mit dem Sockel 15 und
einer Tragplatte 18 verbunden ist, die mit einer kalottenförmigen konkaven
inneren Abstützfläche 18a mit
einem großen
Krümmungsradius
auf dem Rollelement 16 ruht.
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Die
innere Abstützfläche 18a der
Tragplatte 18 kann andere Formen als die sphärische aufweisen;
sie kann zum Beispiel konisch, ellipsoidal oder paraboloidal sein.
Es können
alle symmetrischen konkaven Symmetrieflächen vorgesehen werden. Eine
derartige Form der Abstützfläche 18a muss
bei fehlender seitlicher Belastung bzw. nach einer seitlichen Belastung
eine Rückstellung
der Tragplatte in eine Position ermöglichen, in der die Rotationsachse der
Abstützungsfläche mit
der Vertikalachse des Stützfußes zusammenfällt.
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Nach
der Erfindung umfasst der Stützsockel 15 insbesondere
eine Stützsohle 20,
die dazu bestimmt ist, ohne Befestigungsmittel frei auf dem Boden 1a des
Beckens zu liegen und den erdbebensicheren Stützfuß 8 in Stellung zu
halten, der die Untersuchungs- und Kontrollinstallation 2 trägt. Die Stützsohle 20 ist
aus einem Material, das auf einer Fläche wie derjenigen des Beckbodens 1a,
generell ein nichtrostendes Stahlblech, einen hohen Reibungskoeffizienten
hat. Zum Beispiel kann die Stützsohle 20 aus
einem Polymer sein, dessen Reibungskoeffizient auf einer Oberfläche aus
nichtrostendem Stahl ungefähr
0,5 beträgt.
In diesem Fall – bei
einem Gewicht der Struktur in Wasser von ungefähr 1300 daN – beträgt der Gleitwiderstand
aller Stützfüße mit Bodenkontakt
zusammen ungefähr
650 daN.
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Auf
der Sohle 20 ist ein Träger 19 für das Kugellager 17 befestigt,
in dem sich die Kugel 16 frei um ihren Drehpunkt drehen
kann. Der Stützsockel 15 umfasst
das aus Sohle 20, Träger 19 und
Kugellager 17 bestehende, fest und starr verbundene Ganze.
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Das
Kugellager 17 umfasst eine im Wesentlichen halbkugelförmige Schale,
in der Reihen von Kugellagerkugeln 21 angeordnet sind,
die durch Kugellagerkäfigelemente
voneinander getrennt sind, entsprechend Sektoren der Halbkugelfläche. Das Rollelement 16,
gebildet durch einen steifen und widerstandsfähigen kugelförmigen Körper aus
Stahl, ruht auf den Kugeln 21, wobei der halbkugelförmige Hohlraum
des Lagers 17 einen Radius hat, der um eine Länge, die
im Wesentlichen dem Durchmesser der Kugeln 21 entspricht,
größer ist
als der Radius des kugelförmigen
Elements 16, so dass der Mittelpunkt des kugelförmigen Elements 16 und
derjenige des halbkugelförmigen
Hohlraums des Lagers 17 zusammenfallen und den freien Rotationspunkt
des kugelförmigen
Elements 16 in dem Kugellager 17 bilden. Die Achse 22 des
erdbebensicheren Stützfußes 8 ist
auch die Achse des Lagers 17, die durch den Mittelpunkt
des halbkugelförmigen
Hohlraums verläuft,
senkrecht zu Abstützfläche der
Sohle 20 auf dem Boden 1a. Diese Achse ist vertikal,
wenn die Oberfläche
des Bodens 1a vollständig
eben ist, wie dargestellt in der 3.
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Anstatt
eines Kugellagers mit halbkugelförmiger
Schale kann man jede konkave Fläche
vorsehen, in der das kugelförmige
Element sich im Kontakt mit den Rolleinrichtungen von einem oder
mehreren Lagern oder im direkten Kontakt mit der konkaven Fläche des
Lagers bewegen kann. Eine solche Kontaktfläche kann zum Beispiel von konischer,
elipsoidaler oder paraboloidaler Form sein. In allen Fällen gewährleistet
die Lagerfläche
einen Halt für
das kugelförmige
Rollelement, mit seinem Mittelpunkt auf der Achse des Lagers, oder
eine Rückstellung
des Rollelements, so dass sein Mittelpunkt sich in der Achse der
konkaven Fläche
befindet, wenn keine seitliche Belastung wirkt. Die transversalen
Abmessungen der konkaven Fläche
des Lagers müssen
für den
Fall, in dem das kugelförmige
Element sich frei auf dieser konkaven Fläche des Lagers bewegt, ausreichend
groß sein,
um dem kugelförmigen
Element auch für
die stärksten
vorhersehbaren Erdbeben genügend
Halt zu bieten.
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Die
Tragplatte 18 umfasst einen scheibenförmigen Teil, der die eigentliche
Platte bildet und dessen kalottenförmige Innenoberfläche 18a Kontakt
hat mit dem frei drehbaren kugelförmigen Element 16, auf
dem die Platte 18 ruht. An der Peripherie ihres scheibenförmigen Teils
umfasst die Platte 18 einen zylindrischen Rand 18b,
dessen Achse ebenfalls die Achse 22' der Platte 18 ist, die
in der 3 mit der vertikalen Achse 22 des Stützfußes 8 zusammenfällt, das
heißt
mit der Achse des Kugellagers 17, die senkrecht ist zu
der Auflagefläche 1a.
In seinem unteren Teil umfasst der Rand 18b Löcher 23 für die Befestigung
eines ersten Endes von Spiralfedern 24, deren zweites Ende
in eine Lasche 25 eingehängt ist, die aus dem Außenumfang
des Fixierungselements 19 des mit der Sohle 20 verbundenen
Lagers 17 hervorsteht.
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Wie
in der 4 zu sehen, sind sechs Federn 24 in radialen
Richtungen um die Achse 22 des erdbebensicheren Stützfußes 8 herum
angeordnet, derartig, dass die Längszugrichtungen
von zwei sukzessiven Federn 24 zusammen einen Winkel von
ungefähr
60° bilden.
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Die
Löcher 23 zur
Befestigung des ersten Endes der Federn 24 am Rand der
Platte 18 haben konstante Abstände gemäß der Peripherie der Platte 18,
ebenso wie die Einhänglaschen 25 der
zweiten Enden der Federn 24 auf der Peripherie des Fixierungsteils 19 des
mit der Sohle 20 verbundenen Lagers 17 gleichmäßige Abstände aufweisen.
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Die
Federn 24, die bei der Montage auf Zug vorgespannt werden,
gewährleisten
eine Rückstellung
des Stützsockels 15,
des Kugellagers 17 und des kugelförmigen Rollelements in Richtung
Achse 22' der
Tragplatte 18, wenn die Sohle 20 keinen Kontakt
hat mit einer Auflagefläche 1a,
wobei das den Stützsockel 15,
das Lager 17 und das kugelförmige Element 16 umfassende
Ganze dann unter der Tragplatte 18 aufgehängt ist.
Vorzugsweise sind die Federn 24 leicht geneigt in Bezug
auf die Horizontale, so dass die Längszugrichtung der Federn 24 nach außen und
etwas nach oben gerichtet ist, in Richtung Rand 18b der
Platte 18.
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Wenn
die Stützsohle 20 keinen
Kontakt mit einer Auflagefläche
hat, zum Beispiel während
des Transports und des Handlings der Untersuchungs- und Kontrollinstallation 2 in
vertikaler Position vor dem Abstellen auf dem Boden des Beckens,
wird das den Stützsockel 15,
das Lager 17 und das kugelförmige Element 16 umfassende
Ganze durch die Federn 24 in eine derartige Position zurückgestellt,
dass der Sockel 15 und das Lager 17 eine der Achse 22' des Tragplatte 18 entsprechende
vertikale Achse aufweisen, wobei der Mittelpunkt des kugelförmigen Elements 16 sich
in dieser Achse 22 befindet und dieses mit der Abstützfläche 18a der
Platte 18 in Kontakt gehalten wird, entsprechend der Achse 22'. Die Abstützfläche der
Stützsohle 20 ist
dann senkrecht zu der Achse 22' der Platte 18.
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Bei
einem Erdbeben verschiebt sich die Tragplatte 18 in Bezug
auf den Sockel 15 (bzw. verschiebt sich der Sockel 15 in
Bezug auf die Tragplatte 18) unter der Wirkung von seitlichen
Belastungen. Der Durchmesser oder, allgemeiner ausgedrückt, die Querabmessungen
der Innen- oder Abstützfläche der
Tragplatte sind so, dass bei einer Verschiebung der Tragplatte 18 in
Bezug auf den Sockel 15 (bzw. Verschiebung des Sockels 15 in
Bezug auf die Tragplatte 18) unter der Wirkung eines Erdbebens,
die Abstützfläche der
Platte in Kontakt bleibt mit dem kugelförmigen Element. Der Rand 18b der
Platte kann im Falle eines Erdbebens von sehr großer Stärke als Anschlag
für den
Sockel 15 dienen.
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Die
Platte 18 umfasst einen buchsenförmigen Oberteil, dessen Achse
die Achse 22' der
Platte ist und der den zentralen oberen Teil der Platte in der Richtung
der Achse 22' über eine
gewisse Höhe
verlängert.
Die Buchse 18c umfasst einen Innengewindeteil 18'c, der sich
praktisch über
ihre gesamte Länge
erstreckt, und eine seitliche Nut 18d, parallel zu der
Achse 22, die sich über
einen Teil der Länge
der Buchse 18c erstreckt.
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Eine
Spindel 26 mit einem unteren Gewindeteil 26a,
dessen Außengewinde
komplementär
ist zu dem Innengewinde 18'c der
Buchse 18c, ist in das Innengewinde 18'c der Buchse 18c der
Platte 18 geschraubt. An dem ihrem gewindeten Teil 26a entgegengesetzten
Ende umfasst die Spindel 26 einen profilierten Teil 26b mit
zum Beispiel einem sechskantigen Querschnitt. Die Achse der Spindel 26 fällt mit
der Achse 22' der
Platte 18 zusammen, wenn die Spindel 26 mit ihrem
Gewindeteil 26a in die gewindete Bohrung 18'c der Buchse 18c geschraubt
wird.
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In
ihrem Mittelteil, zwischen ihrem gewindeten Teil und ihrem profilierten
Teil, umfasst die Spindel 26 zwei diametral verbreiterte
zylindrische Teile 26c und 26d, wobei der Teil 26c in
einem Gleitlager 27 sitzt, axial arretiert durch den verbreiterten
Teil 26d. Das Gleitlager 27 an der Peripherie
des Teils 26c der Spindel 26 sitzt in einem Teil
der Bohrung eines röhrenförmigen Einführungsteils 28,
starr verbunden mit einem röhrenförmigen Halte- und Führungsteil 29,
wobei die Teile 28 und 29 durch das Gleitlager 27 und
ein weiteres Lager 27' so
auf der Spindel 26 gelagert sind, dass ihre Achsen mit
der Achse der Spindel 26 zusammenfallen, die ihrerseits koaxial
in der gewindeten Bohrung 18c' der Platte 18 sitzt.
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Das
Führungsteil 29 umfasst
ein radial angeordnetes Führungselement 30,
das einen Führungsstift
umfasst, der gleitend in der Nut 18d der Buchse 18c der
Platte 18 sitzt.
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Ein
Schrauben- und Unterlegscheibensatz 31, in der Nähe des profilierten
Teils 26b auf die Spindel geschraubt, presst einen Endteil
des zweiten Gleitlagers 27' gegen
das Teil 28, und der verbreiterte Teil 26d der
Spindel 26 presst einen Endteil des Lagers 27 gegen
die Unterseite des Teils 28. Die Spindel 26 ist
also in der Richtung der Achse 22 parallelverschiebungsfest
mit den Teilen 28 und 29 verbunden und dank der
Gleitlager 27 und 27' frei drehbar in Bezug auf das
Teil 28.
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Um
die Spindel 26 zu drehen, bringt man ein am Ende einer
Stange befestigtes Werkzeug in Eingriff mit dem profilierten Element 26b und
schraubt je nach Drehrichtung der Spindel 26 den Gewindeteil 26a der
Spindel 26 in die gewindete Bohrung 18'c der Platte 18 hinein
oder aus ihr heraus. Das Führungsteil 29,
fest verbunden mit dem Teil 28, seinerseits parallelverschiebungsfest
mit der Spindel 26 verbunden, kann sich nicht drehen und
die Platte 18 ist rotationsblockiert, da der Führungsstift 20 in
der Nut 18d sitzt.
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Das
durch die Teile 28 und 29 gebildete Ganze verschiebt
sich also parallel in der Richtung der Achse 22.
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In
den 3 und 4 sind die rohrförmigen Elemente 7 und
die Verbindungsmanschette 9 des Rahmens 10 einer
Abstützvorrichtung 5 einer
wie in den 1 und 2 dargestellten
Untersuchungs- und Kontrollinstallation strichpunktiert dargestellt.
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Der
Rahmen 10 der Abstützvorrichtung 5 der Installation
ist an jedem seiner Winkel mittels einer Manschette 9 durch
das Führungsteil 29 und
das Einführungsteil 28 mit
der Spindel 26 eines erdbebensicheren Stützfußes 8 verbunden.
Wenn also der Stützfuß 8 mittels
seiner Sohle 20 auf einer Auflagefläche 1a ruht, kann
man, indem man die Spindel 26 in der einen oder der anderen
Richtung dreht, einen Winkelteil der Abstützvorrichtung 5 in
vertikaler Richtung verschieben, entweder nach oben oder nach unten.
Derart kann man die Neigung des Rahmens 10 der Abstützvorrichtung 5 und
folglich die Neigung der vertikalen Struktur 2a der Installation 2 regulieren. Die
Achse 22' der
Teile 28 und 29 des erdbebensicheren Stützfußes 8 neigen
sich in Bezug auf die Richtung der Achse 22 des Sockels 15 und
des Lagers 17, die generell vertikal ist. Die Buchse 18c der Platte 18 des
erdbebensicheren Stützfußes 8,
die mit einem sehr geringen Spiel in dem Führungsteil 29 steckt
und in deren Nut 18d der Stift des Führungselements 30 des
Teils 29 eingreift, muss mit dem Teil 29 schwenken
in Bezug auf die Achse des Stützsockels 15,
die senkrecht ist zu der Auflagefläche der Sohle 20 und
des Lagers 17, was möglich
ist, da die Platte mit dem Stützsockel 15 nur
durch die Federn 24 verbunden ist und (schwebend) auf dem
kugelförmigen
Rollelement 16 ruht.
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In
dem Fall, wo die Auflagefläche 1a nicht vollkommen
horizontal ist oder geneigte Abschnitte in Bezug auf die Horizontale
aufweist, könnte
sich die Sohle 20 eines Stützfußes oder von Stützfüßen in einer
nicht vollkommen horizontalen Position befinden, so dass die Achse 22 des
Sockels 15 und des Lagers 17 nicht ganz vertikal
wäre. In
einem solchen Fall käme
es zu einer Unflucht zwischen der Achse 22' der Platte(n) 18 des
(der) erdbebensicheren Stützfuße (Stützfüße) 8 der
Untersuchungs- und Kontrollinstallation 2 in Bezug auf
die zu der Sohle des entsprechenden Stützfußes senkrechten Achse 22 des Kugellagers 17 des
entsprechenden Stützfußes 8. Diese
Achsenversatz beim Installieren der die erdbebensicheren Stützfüße umfassenden
Installation ist möglich
dank der Schwebemontage der Platte 18 auf dem Rollelement 16 und
der Verbindung mit dem Stützsockel 15 nur
durch Federn.
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Um
die Installation 2 wie dargestellt in den 1 und 2 auf
dem Boden 1a des Beckens des Kernkraftwerks zu installieren,
benutzt man eine Transport- und Handlingeinrichtung, die über die Stelle
des Beckens 1 verschoben wird auf der man die Untersuchungs-
und Kontrollinstallation abstellen muss. Mit der Handlingeinrichtung
senkt man die Installation horizontal ab, bis die Sohlen 20 der
Stützfüße 8 die
Auflagefläche 1a des
Beckenbodens berühren.
Wenn die Auflagefläche 1a des
Beckenbodens uneben ist, wie oben erläutert, können die Stützfüße 8 diese Horizontalitätsmängel dank
der Schwebemontage der Platten 18 auf den von den Sockeln 15 getragenen
Rollelementen 16 leicht kompensieren.
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Die
Sohlen 20 der vier erdbebensicheren Stützfüße 8 ruhen also perfekt
auf der Auflagefläche 1a des
Beckens 1.
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Während des
Transports der an der Handlingeinrichtung befestigten Installation 2 sind
die Sockel 15 der Stützfüße 8 an
den Platten 18 dieser Stützfüße mittels Federn 24 aufgehängt, die
eine Rückstellung
des Sockels und Kugellagers in eine zentrierte Position gewährleisten,
so dass für
jeden der Stützfüße 8 die
zu der Sohle 20 senkrechte Achse 22 des Kugellagers
mit der Achse 22' der
Platte 18 zusammenfällt,
wobei außerdem
der Kontakt des Rollelements 16 mit der Unterseite der
Platte 18 aufrechtgehalten wird. So realisiert man das
Abstellen der Installation mit ideal ausgerichteten Stützfüßen, bezogen
auf die Abstützvorrichtung.
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Wenn
die Installation 2 mit ihren Stützfüßen 8 auf dem Boden
des Beckens steht, kontrolliert man die Vertikalität der Struktur 2a zum
Beispiel mit Hilfe eines Neigungsmessgeräts und richtet bzw. annulliert
die Neigung der vertikalen Struktur, sodass ihre Achse perfekt vertikal
ist, indem man die Neigung der Abstützvorrichtung 5 richtet.
Dieses Richten erfolgt durch Höheneinstellung
der Stützfüße 8,
wie weiter oben beschrieben. Derart realisiert man eine perfekte Installierung
und eine perfekte Vertikalität
der Untersuchungs- und Kontrollinstallation 2.
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Bei
einem Erdbeben wirken laterale Belastungen bzw. Kräfte auf
die Struktur 2a der auf den erdbebensicheren Stützfüßen 8 ruhenden
Installation. Die Tragplatten 18 der Stützfüße 8 verschieben sich
in Bezug auf die entsprechenden Sockel durch Rollen auf dem jeweiligen
kugelförmigen
Element 16 und kehren dann durch Schwerkraft in die Gleichgewichtsposition
zurück.
Auf diese Weise hält
die Struktur der Installation die lateralen Belastungen ohne Beschädigungen
aus, und dies zum Beispiel bis zu Beschleunigungen, wie sie im Falle
der französischen
Kernkraftwerke berücksichtigt
werden müssen.
In diesem Fall nimmt man an, dass das Bodenspektrum (auf dem Niveau
des Bodens des Brennelementlagerbeckens) der Beschleunigungen im
Falle eines Erdbebens Beschleunigungen des Typs ZAP ("Zero Period Acceleration", das heißt mit unbegrenzter
bzw. unendlicher Frequenz) zwischen 0,2 und 0,4 g aufweist (g: Gravitationsbeschleunigung),
wobei diese Werte aus einem Spektrum auf dem Niveau des Bodens mit
zwischen 0,1 und 0,3 g enthaltenen ZAP-Beschleunigungen resultiert.
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In
den 5 und 6 ist eine Realisierungsvariante
eines erfindungsgemäßen erdbebensicheren
Stützfußes dargestellt,
der zur Abstützung und
zur Einstellung der Vertikalität
einer hochaufragenden Struktur wie einer Brennelementuntersuchungs-
und -kontrollinstallation verwendet werden kann.
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Die
sich entsprechenden Elemente der 5 und 6 und
der 3 und 4 tragen dieselben Bezugszeichen.
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Die
Vorrichtung gemäß der in
den 5 und 6 dargestellten Variante unterscheidet
sich von der in den 3 und 4 dargestellten,
oben beschriebenen Vorrichtung nur durch die Tatsache, dass die
Platte 18 auf eine Vielzahl kugelförmiger Rollelemente 16 ruht
anstatt auf einem einzigen Rollelement 16.
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In
den 5 und 6 sieht man eine Realisierungsart,
bei der die Sohle 20 des Stützsockels 15 fest
mit einem Träger 19 verbunden
ist, der die Montage von sieben Kugellagern 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f und 17g ermöglicht,
die die entsprechenden kugelförmigen
Rollelemente 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f und 16g umfassen,
auf denen die Platte 18 mit ihrer konkav-sphärischen
Unterseite 18a ruht.
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Das
Kugellager 17a ist im zentralen Teil des Trägers 19 angeordnet,
mit ihrem Rotationsmittelpunkt in der Achse 22 des erdbebensicheren
Stützfußes, und
den sechs anderen Kugellagern in jeweils um 60° versetzten Anordnungen um die
Achse 22 des Stützfußes und
um das zentrale Kugellager 17a herum. Die jeweiligen kugelförmigen Rollelemente 16a bis 16g sind
frei drehbar in das zentrale Lager 17a und in die peripheren
Lager montiert, deren Mittelpunkte jeweils auf einem auf den Mittelpunkt
des zentralen Lagers 17a und folglich auf die Achse 22 der
Tragplatte zentrierten Kreis liegen.
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Die
Funktionsweise der in den 5 und 6 dargestellten
Vorrichtung entspricht der einer Vorrichtung mit einem einzigen
Stützfuß und einem einzigen
Rollelement, wie oben beschrieben.
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Die
Erfindung ist nicht strikt auf die oben beschriebenen Realisierungsarten
beschränkt.
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So
kann man erdbebensichere Stützfüße vorsehen,
bei denen die Anzahl der Lager und kugelförmigen Rollelemente von 1 oder
7 abweicht und zum Beispiel 4 beträgt, wobei eines der Lager und sein
Rollelement entsprechend der Achse des Stützfußes angeordnet ist und die
drei anderen Rollelementlager um dieses zentrale Rollelementlager
herum angeordnet sind, jeweils um 120° versetzt. In allen Fällen sind
die Rotationsmittelpunkte der Rolllager auf wenigstens einem auf
die Achse des Stützfußes oder
auf die Achse selbst zentrierten Kreis (Nullradiuskreis (cercle
de rayon nul)) angeordnet.
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Anstelle
von elastischen Aufhängungs-
und Rückstellungsspiralfedern
kann man andere Einrichtungen mit denselben Funktionen verwenden.
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Der
erfindungsgemäße erdbebensichere Stützfuß kann zur
Abstützung
von anderen als vertikalen Strukturen, deren Vertikalität gerichtet
werden muss, verwendet werden. In diesem Fall umfassen die erdbebensicheren
Stützfüße keine
Höhenverstellungseinrichtung.
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Jeder
erdbebensichere Stützfuß umfasst
wenigstens drei um die Achse der Tragplatte herum verteilte Rückstelleinrichtungen,
und die Abstützvorrichtung
umfasst wenigstens drei nicht fluchtende bzw. nicht aneinandergereihte
Stützfüße. Im Falle
einer Abstützung
einer Struktur, deren Vertikalität
man richten kann, umfasst wenigstens einer der erdbebensicheren
Stützfüße einen
Teil, der in der Richtung der Achse der Tragplatte höhenverstellbar
ist.
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Der
erfindungsgemäße Stützfuß kann zur Abstützung von
transportablen Strukturen in verschiedenen Bereichen der Nuklearindustrie
und zum Beispiel im Hoch- und Tiefbau verwendet werden.