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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Bewegung kugelförmiger Elemente
und eine Vorrichtung zum Steuern der Bewegung der kugelförmigen Elemente.
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Die
Erfinder berücksichtigen
Situationen, in welchen es wünschenswert
ist, die Bewegung von Elementen von einem Ort zum anderen zu steuern.
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Eine
solche Situation betrifft ein Kernkraftwerk, welches einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor
vom Kugelhaufentyp verwendet. Kugelhaufenreaktoren verwenden kugelförmige Brennstoffelemente
und kugelförmige
Bremselemente, und es ist extrem wichtig, dass die Bewegung der
kugelförmigen
Elemente durch den Reaktor und um die Anlage herum sorgfältig gesteuert
wird.
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In
DE-A-3711974 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beladen und Entladen von
Behältern
beschrieben, die kugelförmige
Brennstoffelemente enthalten. Der Behälter ist mit bestrahlten, kugelförmigen Brennstoffelementen
gefüllt.
Ein Primärdeckel
ist auf das untere Ende geschraubt und mittels Dichtungen abgedichtet.
Ferner ist ein Verbindungskopf mit einer Dichtung auf den Behälter geschraubt. Eine
rotierende, perforierte Scheibe leitet die Kugeln in einen Kanal,
der von dem Behälter
weg führt.
Von dort rollen die Kugeln durch den Kanal und durch ein Umlenkelement
in ein Verbindungsstück,
welches mit einem flexiblen Balg verbunden ist, und zu einem an sich
bekannten Kugeltransportsystem. Die an dem Primärdeckel angebrachte perforierte
Scheibe ist mittels einer Einsteckkopplung mit einem Getriebemotor
positiv verbunden, wenn der Verbindungskopf angebracht ist.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern der Bewegung
kugelförmiger Elemente
vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte: Einführen der
kugelförmigen
Elemente in eine nach unten gerichtete Zuführungsbahn, und Drehen eines
Zuführungskopfes
in der Zuführungsbahn
zum Steuern der Bewegung der kugelförmigen Elemente durch einen
Zuführungsdurchlass,
welcher von der Zuführungsbahn
weg führt,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auch den Schritt des Regulierens
der Rate, mit der die kugelförmigen
Elemente in den Zuführungsdurchlass
gelangen, mit einem Regulierungsmittel umfasst.
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Das
Verfahren kann das Einführen
der kugelförmigen
Elemente von einem Behälter,
in dem sich die Elemente befinden, in die Zuführungsbahn umfassen. So kann
das Verfahren besonders gut für
das Ausgeben kugelförmiger
Elemente aus einem die Elemente enthaltenden Behälter geeignet sein.
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Das
Verfahren umfasst das Regulieren der Rate, mit der kugelförmige Elemente
in den Zuführungsdurchlass
gelangen.
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Das
Regulieren der Rate, mit der die kugelförmigen Elemente in den Zuführungsdurchlass
gelangen, kann umfassen, dass die kugelförmigen Elemente nur in einer
oder mehreren vorbestimmten Positionen des Zuführungskopfes in den Zuführungsdurchlass
gelangen.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Regulierungsvorrichtung
zum Regulieren der Bewegung der kugelförmigen Elemente von einem Ort
zu einem anderen vorgesehen, wobei die Vorrichtung umfasst ein Zuführungsbahn-Begrenzungsmittel,
welches eine sich nach unten erstreckende Zuführungsbahn begrenzt, in welcher
kugelförmige
Elemente aufnehmbar sind; wenigstens einen, von der Zuführungsbahn
weg führenden
Zuführungsdurchlass;
und einen Zuführungskopf,
der für die
Drehung in der Zuführungsbahn
angebracht ist, um den Fluss kugelförmiger Elemente von der Zuführungsbahn
in den Zuführungsdurchlass
zu regulieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner
ein Regulierungsmittel zum Regulieren der Rate umfasst, mit der
kugelförmige
Elemente durch den Zuführungsdurchlass
gelangen.
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Die
Erfindung findet vorwiegend in der Ausgabe von kugelförmigen Elementen
aus einem die Elemente enthaltenden Behälter Anwendung, wobei sich
die Zuführungsbahn
dann typischerweise von einem Auslass des die kugelförmigen Elemente
umfassenden Behälters
abwärts
erstreckt.
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Die
Zuführungsbahn
kann größenmäßig so bemessen
sein, dass sie die Passage kugelförmiger Elemente in einer einzelnen
Reihe dort hindurch erlaubt.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung kann die Zuführungsbahn
ein oberes Ende umfassen, welches sich nach oben aus dem Zuführungskopf
heraus öffnet.
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Der
Zuführungskopf
kann eine obere Fläche aufweisen,
welche so geneigt ist, dass sie die kugelförmigen Elemente in die Zuführungsbahn
zu dem oberen Ende des Zuführungsdurchlasses
leitet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann
sich die obere Fläche
des Zuführungskopfes von
einem radial äußeren Rand
daran nach oben und innen verjüngen,
wobei sich das obere Ende des Zuführungsdurchlasses an einem
radial äußeren Randbereich
daran aus dem Zuführungskopf
heraus öffnet.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass bei der oben beschriebenen Anordnung
die kugelförmigen Elemente
nacheinander durch die Zuführungsbahn gelangen
können,
wodurch ein Grad der Steuerung der Ausgabe der Elemente aus dem
Behälter
erreicht wird. Es kann jedoch wünschenswert
sein, die Rate, mit der die kugelförmigen Elemente ausgegeben werden,
genauer zu regulieren.
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Zu
diesem Zweck umfasst die Regulierungsvorrichtung Regulierungsmittel
zum Regulieren der Rate, mit der kugelförmige Elemente durch den Zuführungsdurchlass
gelangen. Dies kann erreicht werden, indem die Rate, mit der die
kugelförmigen
Elemente in den Zuführungsdurchlass
gelangen, gesteuert wird.
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So
kann das Verfahren umfassen, dass die kugelförmigen Elemente nur bei einer
oder mehreren vorbestimmten Stellungen des Zuführungskopfes in den Zuführungsdurchlass
gelangen. Auf diese Weise kann die Anzahl von kugelförmigen Elementen,
die pro Umdrehung des Zuführungskopfes
in den Zuführungsdurchlass
gelangen, genau gesteuert werden.
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Die
Regulierungsmittel können
eine unterbrochene Sperre umfassen, welche das obere Ende des Zuführungsdurchlasses
bedeckt und verhindert, dass während
eines Teils der Drehung des Zuführungskopfes
kugelförmige
Elemente in den Zuführungsdurchlass
gelangen.
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Die
Sperre kann durch eine umfangmäßige Schulter
gebildet sein, welche benachbart zu der oberen Fläche des
radial äußeren Randbereichs
des Zuführungskopfes
positioniert ist, wobei die Schulter wenigstens eine sich radial
nach innen und unten öffnende
Aussparung umfasst, wobei in der Aussparung ein kugelförmiges Element
aufnehmbar ist. So gelangt unter dem Einfluss der Schwerkraft ein
kugelförmiges
Element in die Aussparung. Wenn sich der Zuführungskopf dreht, kommt jedes
Mal das obere Ende des Zuführungsdurchlasses
in Übereinstimmung
mit der Aussparung und ein kugelförmiges Element gelangt in den
Durchlass. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl umfangmäßig beabstandeter
Aussparungen in der Schulter vorgesehen. So entspricht die Anzahl
der kugelförmigen
Elemente, die pro Umdrehung des Zuführungskopfes freigegeben werden,
der Anzahl der Aussparungen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Zuführungsdurchlass
ein oberes Ende, welches sich nach oben in die Zuführungsbahn öffnet, ein
unteres Ende, welches zu dem oberen Ende winkelversetzt ist, und
einen Zwischenabschnitt, der sich zwischen dem oberen und dem unteren
Ende erstreckt.
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Der
Zwischenabschnitt kann sich wenigstens über einen Teil seiner Länge umfangmäßig benachbart
zu einer radial äußeren Fläche des
Zuführungskopfes
erstrecken. So kann das untere Ende zu dem oberen Ende in Richtung
der Drehung des Zuführungskopfes
winklig versetzt sein.
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Es
kann eine Mehrzahl umfangmäßig beabstandeter
Zuführungsdurchlässe vorgesehen
sein.
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Die
Erfindung gehört
zu einem Kernkraftwerk, welches ein System zur Handhabung kugelförmiger Elemente
aufweist und wenigstens eine Regulierungsvorrichtung des oben beschriebenen
Typs umfasst.
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Die
Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug zu den beiliegenden schematischen
Zeichnungen beschrieben.
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Für die Zeichnungen
gilt:
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1 zeigt
einen schematischen Schnitt einer Regulierungsvorrichtung, welche
nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist;
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2 zeigt ähnlich wie 1 einen
schematischen Schnitt einer Regulierungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
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3 zeigt
einen Seitenriss entlang III-III in 2;
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4 zeigt ähnlich wie
die 1 und 2 einen schematischen Schnitt
einer weiteren erfindungsgemäßen Regulierungsvorrichtung;
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5 zeigt
einen Schnitt der Vorrichtung aus 4 in 90° zu dem Schnitt
in 4;
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6 zeigt
eine Draufsicht der Vorrichtung der 4 und 5;
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7 zeigt
eine dreidimensionale fragmentarische Ansicht der Vorrichtung der 4 bis 6; und
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8 zeigt ähnlich wie 6 eine
Draufsicht einer weiteren Regulierungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
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In 1 der
Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 10 im Allgemeinen
eine grundlegende Regulierungsvorrichtung, welche nicht Teil der
beanspruchten Erfindung ist.
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Die
Regulierungsvorrichtung 10 ist für die Ausgabe kugelförmiger Elemente 12 gedacht,
insbesondere für
Brennstoffelemente und/oder Bremskugelelemente aus einem Behälter 14,
in welchem die kugelförmigen
Elemente 12 enthalten sind. Der Behälter 14 umfasst einen
nach unten gerichteten Auslass 16, welcher sich aus einem
Boden des Behälters 14 heraus öffnet. Der
Boden des Behälters 14 ist nach
unten zum Auslass 16 hin geneigt, um die darin enthaltenen
kugelförmigen
Elemente 12 zum Auslass 16 hin zu leiten.
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Die
Regulierungsvorrichtung 10 umfasst ein zylindrisches röhrenförmiges Element 18,
das sich von dem Auslass 16 des Behälters 14 abwärts erstreckt.
Ein Zuführungskopf 20 ist
in dem röhrenförmigen Element 18 derart
angebracht, dass es zu ihm um eine Drehachse 22 drehbar
ist. Der Zuführungskopf 20 ist
derart dimensioniert, dass der Abstand zwischen dem Zuführungskopf 20 und
der Innenfläche
des röhrenförmigen Elements 18 zu
klein ist, um ein kugelförmiges
Element 12 dazwischen aufzunehmen.
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Der
Zuführungskopf 20 umfasst
einen kreisförmigen
zylindrischen Mittelabschnitt 24, einen im Allgemeinen
konischen oberen Abschnitt 26 und einen röhrenförmigen Stamm 28,
wobei der obere Abschnitt und der Stamm 28 an gegenüber liegenden Seiten
des Mittelabschnitts 24 vorgesehen sind. Der Stamm 28 funktioniert
typischerweise als ein Antriebsschaft.
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Der
obere Teil 26 umfasst eine obere Fläche oder Krone 30,
welche sich von deren Mitte abwärts nach
außen
zu deren radialer Außenkante
neigt.
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Ein
Zuführungsdurchlass 32 erstreckt
sich abwärts
durch den Zuführungskopf 20.
Insbesondere umfasst der Zuführungsdurchlass 32 ein
oberes Ende 32.1, welches sich nach oben aus der Krone 30 heraus
in einen radialen Außenrandabschnitt
daran erstreckt. Anfangs erstreckt sich der Zuführungsdurchlass 32 von
seinem oberen Ende 32.1 vertikal abwärts, wonach er sich nach unten
und radial nach innen zu der Mitte des Zuführungskopfes 20 und dann
nach unten durch den Stamm oder Antriebsschaft 28 erstreckt.
Ein Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) ist typischerweise antreibend
mit dem Antriebsschaft 28 verbunden, wodurch der Schaft
und damit der Zuführungskopf 20 um
die Achse 22 drehbar ist.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
begrenzt das röhrenförmige Element 18 eine Zuführungsbahn 34.
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Bei
der Anwendung werden die kugelförmigen
Elemente 12 unter dem Einfluss der Schwerkraft durch den
Auslass 16 und die Zuführungsbahn 34 hinunter
geführt,
wo sie sich auf dem Zuführungskopf 20 ansammeln.
Ferner werden die kugelförmigen Elemente 12 durch
die Neigung der Krone 30 radial nach außen und nach unten gedrängt. Wenn
sich der Zuführungskopf 20 um
die Achse 22 dreht, werden die kugelförmigen Elemente in einer kreisförmigen Reihe
kreisförmiger
Elemente entlang dem radial äußeren Randabschnitt
der Krone 30 angeordnet. Wenn sich die kugelförmigen Elemente 12 mit
dem oberen Ende 32.1 des Zuführungsdurchlasses 32 aufreihen,
fallen sie unter dem Einfluss der Schwerkraft abwärts in den
Zuführungsdurchlass.
Auf diese Weise kann die Ausgabe der kugelförmigen Elemente gesteuert werden.
Es besteht jedoch die Möglichkeit,
dass Ansammlungen von kugelförmigen
Elementen freigegeben werden und es kann wünschenswert sein, die Geschwindigkeit,
mit der die kugelförmigen
Elemente freigegeben werden, genauer zu steuern.
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Bei
der in den 2 und 3 der Zeichnungen
gezeigten Ausführungsform
der Erfindung, bei welchen, wenn nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
verwendet werden, um ähnliche
Teile zu bezeichnen, wird ein röhrenförmiger Einschub 40 in
dem Element 18 positioniert.
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Typischerweise
ist die Wanddicke des Einschubs 40 geringfügig größer als
der Durchmesser eines kugelförmigen
Elements 12. Eine Mehrzahl sich nach innen und nach unten öffnender
Aussparungen 42 ist an einem unteren Rand des Einschubs 40 vorgesehen,
wobei die Aussparungen 42 durch sich umfangmäßig erstreckende
Bereiche 44 getrennt sind. Jede Aussparung 42 ist
typischerweise derart bemessen, dass ein einzelnes kugelförmiges Element 12 darin
aufgenommen ist.
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So
werden bei der Anwendung dieser Ausführungsform der Erfindung die
kugelförmigen
Elemente 12 unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten
gedrängt,
so dass ein kugelförmiges
Element 12 in jede der Aussparungen 42 gelangt.
Wenn sich das obere Ende 32.1 des Zuführungsdurchlasses 32 in Übereinstimmung
mit einem der Bereiche 44 befindet, ist die Zuführungsbahn 34 im
Wesentlichen blockiert und verhindert den Einlass eines kugelförmigen Elements.
Wenn sich dann das obere Ende 32.1 in Übereinstimmung mit einer der
Aussparungen 42 befindet, fällt das in der Aussparung befindliche
kugelförmige
Element in die Zuführungsbahn 34 und kann
an einer gewünschten
Stelle auf die übliche Weise
freigegeben werden. Auf diese Weise kann die Anzahl der pro Umdrehung
des Zuführungskopfes 20 freigegebenen
Elemente genau gesteuert werden.
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Natürlich können die
Abmessungen der Komponenten der Regulierungsvorrichtung variieren. Jedoch
gehen die Erfinder davon aus, dass die Zuführungsbahn 34 typischerweise
eine Innendurchmesser aufweist, welcher wenigstens dem Sechsfachen
des Durchmessers der kugelförmigen
Elemente entspricht, mit welchen die Regulierungsvorrichtung verwendet
werden soll.
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Die
Erfinder gehen davon aus, dass die Regulierungsvorrichtung gemäß der Erfindung
eine gesteuerte Freigabe der kugelförmigen Elemente ermöglicht.
Ferner gehen die Erfinder davon aus, dass die Vorrichtung die Bildung
von Blockaden als ein Ergebnis von Brückenbildungen verhindert. Ferner
ermöglicht
die Vorrichtung, das Freigeben von kugelförmigen Elementen zu unterbrechen,
zum Beispiel indem der Zuführungskopf
in einer Stellung arretiert wird, in der sich das obere Ende 32.1 des
Zuführungsdurchlasses 32 in Übereinstimmung
mit einem der Bereiche 44 befindet. Die Vorrichtung erlaubt
ferner die Freigabe von kugelförmigen
Elementen auf eine Weise, welche das Risiko einer Beschädigung der
kugelförmigen
Elemente verringert. Ferner gehen die Erfinder davon aus, dass die
Vorrichtung aufgrund ihrer relativen Einfachheit im Betrieb zuverlässig ist.
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Es
wird nun auf die 4 bis 7 der Zeichnungen
Bezug genommen, in welchen sich das Bezugszeichen 50 im
Allgemeinen auf einen Teil einer anderen Regulierungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
bezieht, und wobei, wenn nicht anders angegeben, die oben genannten
Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Teile zu bezeichnen.
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Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung erstreckt sich der Zuführungsdurchlass 32 nicht durch
den Antriebsschaft 28. Entsprechend muss die Antriebswelle
nicht unbedingt hohl sein, wobei diese Möglichkeit nicht ausgeschlossen
ist.
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Ferner
umfasst das röhrenförmige Element 18 einen
Teil mit im Allgemeinen verstärkter
Wanddicke, welcher im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 52 gekennzeichnet
ist. Die Wanddicke nimmt nach unten hin zu, so dass sich ein Teil 18.1 einer
radialen Innenfläche
des röhrenförmigen Elements 18 nach
innen und unten hin verjüngt.
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Der
Zuführungsdurchlass 32 weist
ein oberes Ende 54 auf, welches sich nach oben aus der
Fläche 18.1 hinaus öffnet. Der
Zuführungsdurchlass 32 umfasst
ferner ein unteres Ende 56, welches nach unten geneigt
ist und winklig zu dem oberen Ende 54 beabstandet ist,
sowie einen Zwischenabschnitt 58, der sich zwischen dem
oberen Endabschnitt 54 und dem unteren Endabschnitt 56 erstreckt.
Der obere Endabschnitt 54 und der Zwischenabschnitt 58 sind durch
eine Aussparung in dem röhrenförmigen Element 18 und
eine Fläche
des Zuführungskopfes 20 begrenzt.
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Die
Abmessungen des Zuführungsdurchlasses 34 sind
derart gewählt,
dass die kugelförmigen Elemente 12 eines
nach dem anderen in den Zuführungsdurchlass 32 hinein
und durch ihn hindurch gelangen können.
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Bei
der Anwendung wird der Zuführungskopf 20 in
Richtung des Pfeils 60 gedreht. Dies dient dazu, die kugelförmigen Elemente 12 in
dem röhrenförmigen Element 18 zu
bewegen, so dass sie mit dem oberen Ende 54 des Zuführungsdurchlasses 32 ausgerichtet
werden und hinein gelangen. Die kugelförmigen Elemente bewegen sich
unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten in den Zwischenabschnitt 58 des
Zuführungsdurchlasses 32 und
werden als Ergebnis der Drehung des Kopfes 20 dort entlang
transportiert. Die kugelförmigen
Elemente 12 gelangen dann in Übereinstimmung mit dem unteren Ende 56 des
Zuführungsdurchlasses 32 und
werden unter dem Einfluss der Schwerkraft dort hindurch freigegeben.
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Es
wird jetzt auf 8 der Zeichnungen Bezug genommen,
in welcher sich das Bezugszeichen 70 im Allgemeinen auf
einen Teil einer weiteren Regulierungsvorrichtung gemäß der Erfindung
bezieht, wobei, wenn nicht anders angegeben, die gleichen Bezugszeichen
wie oben genannt verwendet werden, um gleiche Teile zu bezeichnen.
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Der
Hauptunterschied zwischen der Vorrichtung 70 und der Vorrichtung 50 besteht
darin, dass, während
bei der Vorrichtung 50 ein einziger Zuführungsdurchlass 32 vorgesehen
ist, bei der Vorrichtung 70 zwei winklig beabstandete Zuführungsdurchlässe 32 vorgesehen
sind. Natürlich
könnte
eine beliebige Anzahl von Zuführungsdurchlässen vorgesehen
sein.
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Ein
Hohlraum 80 (5) ist unterhalb des Zuführungskopfes 20 vorgesehen,
in welchem Staub und Abriebprodukte aufgenommen werden können, ohne
den Betrieb der Vorrichtung zu beeinflussen.
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Die
Erfinder gehen davon aus, dass, indem der Zuführungsdurchlass nicht durch
den Antriebsschaft 28 geführt wird, die Antriebsanordnung
einfacher gestaltet werden kann. Dies führt ferner zu einer Verringerung
des Strahlungsrisikos für
Wartungs- und Betriebspersonal.
Die Erfinder gehen ferner davon aus, dass die in den 4 und 8 der
Zeichnungen gezeigte Vorrichtung das Risiko einer Beschädigung der
kugelförmigen
Elemente verringert.