WO1998009294A1 - Mantel zum umfassen eines reaktorkerns - Google Patents

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WO1998009294A1
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jacket
parts
tie rods
pressure vessel
reactor core
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Inventor
Jürgen Spohrer
Friedrich Leibold
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C5/00—Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator
    • G21C5/02—Details
    • G21C5/10—Means for supporting the complete structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a jacket for enclosing a reactor core.
  • Such a jacket and its use in a boiling water reactor are apparent from WO 96/09628 AI. Accordingly, it is common to surround a core of a boiling water reactor which is arranged in a pressure vessel and which should be able to be flowed through in a natural circulation process, with a jacket for guiding the flow.
  • EP 0 656 633 A1 also discloses a boiling water reactor with a core arranged in a pressure vessel and surrounded by a jacket.
  • a jacket of the type described is exposed to considerable stress during its operation. This load is partly due to the flowing coolant, which is heated to a few 100 ° C in the core.
  • the cladding is subject to significant exposure to radiation from the core.
  • the invention is based on the object of specifying a jacket for encompassing a reactor core which, if it should no longer be functional, can be upgraded in a simple and inexpensive manner with little effort.
  • the object is achieved according to the invention in that an upper and a lower casing part are connected to one another via tie rods which are connected to the upper and to the lower casing part via separate joints.
  • the jacket according to the invention is essentially made in two parts, whereby of course each of the jacket parts can in turn be divided.
  • the fact that a corresponding jacket is not equally stressed is taken into account.
  • a front one-piece jacket can be broken down into two parts, one of the parts containing and removing all the heavily used areas of the jacket, and the other part remaining in the reactor pressure vessel.
  • a replacement part for the removed part is then produced, which according to the invention is connected to the part remaining in the reactor pressure vessel to form a new jacket via tie rods and joints.
  • the tie rods are a simple and easily manipulable means of fastening the jacket parts to one another even in confined spaces.
  • the tie rods are initially loosely connected to the upper jacket part. Then the upper part is placed on the lower part. Finally, the tie rods are connected to the lower casing part and clamped to the upper casing part.
  • flanges or brackets can be provided on the jacket part. All of the above work can be carried out while the reactor pressure vessel is flooded with coolant; Any effort that would be necessary, for example, for welding at a location flooded with the coolant is avoided.
  • the tie rods which have upper and lower ends, end at least at the upper ends with threaded pieces onto which nuts are screwed. These nuts rest with parts of their surfaces that are convexly curved like a piece of a spherical surface, but in the same way but concavely curved seats.
  • each end is designed as a one-piece forging.
  • the tie rods are connected to the lower casing part, for example via joints. These joints can be ball joints, but also other joints. This has the advantage that the tie rods can be clamped without additional superimposition of bending stresses. Checks on the tie rods, e.g. with ultrasound, much easier. Existing bending stresses would disrupt an ultrasonic test.
  • intermediate parts are inserted between the shell parts, which are positively connected to the upper shell parts and have flanges on which the nuts rest.
  • the intermediate parts are welded to the upper jacket part.
  • This design of the jacket is of particular interest for retrofitting, since it allows simple, separate manufacture of the flanges and enables these flanges see only later to attach to the upper jacket part.
  • the optional provision of a welded connection is not a problem in the present case, since the upper casing part is the one that replaces a part that has become unusable, for example, as part of a retrofit. The weld can thus be carried out outside of a flooded recorder pressure vessel.
  • the lower jacket part is preferably surrounded at one end facing the upper jacket part by an edge with a conical inner surface facing the axis of the jacket.
  • the conical inner surface forms an entry slope, which makes it easier to fit the upper and lower jacket parts together.
  • the tie rods can be designed, for example, as one-piece forgings.
  • the advantage is achieved that the lower jacket part does not need to be replaced after damage to the upper jacket part.
  • a new upper jacket part can be reliably connected to the lower jacket part using tie rods which are connected to the jacket parts via joints.
  • FIG. 1 shows a partial view of a reactor pressure vessel with an embedded jacket
  • FIG. 2 and 3 enlarged sections from FIG. 1, FIG. 2 being supplemented by a feature compared to FIG. 1.
  • FIG. 1 is a section of a longitudinal section taken along the axis 1 through a reactor pressure vessel 2, m which a jacket, consisting of an upper jacket part 3 and a lower jacket part 4, is arranged.
  • the jacket surrounds a core (not shown) in which fissile material, for example uranium-235, is accumulated.
  • the jacket parts 3 and 4 are connected to one another by means of tie rods 5, only one of which is shown.
  • Each tie rod 5 has joints at its two ends, by means of which the tie rods 5 can be connected to the upper jacket part 3 or to the lower jacket part 4.
  • the upper jacket part 3 is, for example, a (initially non-radioactive) spare part which partially replaces an old jacket which was previously in the pressure vessel 2.
  • the lower jacket part 4 is, for example, a remnant of this old jacket, more or less radioactive due to the radiation exposure to radiation from the reactor core, but is suitable in every respect to withstand the expected operational loads sufficiently. A complete exchange of the entire jacket can be avoided; in addition, it is not necessary to weld in the reactor pressure vessel 2 when assembling the jacket parts 3 and 4 or to produce positive connections in some other way.
  • the upper casing part 3 can be assembled entirely outside the reactor pressure vessel 2 and lowered into the reactor pressure vessel 2 with preassembled pull rods 5. To assemble the jacket parts 3 and 4, it is then only necessary to engage and brace the tie rods 5 via the joints with the jacket parts 3 and 4.
  • FIG. 2 shows an enlargement of the areas encircled by the circle II Figure 1
  • Figure 3 shows an enlargement of the areas encircled in Figure 1 with the circle III Figure 2 has been supplemented by certain features, these features being omitted in Figure 1 for the sake of clarity.
  • Figure 2 shows how the tie rod 5 is anchored to the upper jacket part 3.
  • the tie rod 5 is anchored to the outer jacket part 3 in such a way that a nut 7 screwed onto an upper threaded piece 6 of the tie rod 5 engages the upper jacket part 3 via a flange 8.
  • Flange 8 is positively connected to the upper casing part 3 via an intermediate part 11, namely welded.
  • the intermediate part 11 is connected to the upper jacket part 3 outside the reactor pressure vessel 2, so that special precautions against a coolant which may be present in the reactor pressure vessel 2 are not necessary.
  • the intermediate part 11 rests on the lower casing part 4.
  • An edge 12 surrounds the lower casing part 4, and this edge 12 has a conical inner surface 13 facing the lower casing part 4. This forms an opening for opening the upper casing part 3 and to facilitate the intermediate part 11 on the lower jacket part 4.
  • the edge 12 and the conical inner surface 13 are not shown in FIG. 1.
  • the nut 7 has a seat surface 14 which is curved like part of a spherical surface and rests with it on a seat 15 of the flange 8 which is bent in the opposite shape.
  • the pull rod 5 can thus be tilted within a certain angular range without the contact between the nut 7 and the flange 8 being impaired.
  • Figure 3 shows how the tie rod 5 is anchored to the lower jacket part 4 via a joint.
  • a molded piece 9 is formed on the lower end of the lower casing part 4, which has a recess for receiving a hinge pin 10, which is connected to the pull rod 5, and can be part of a simple hook.
  • the pull rod 5 is then also movably mounted at its lower end.
  • a ball joint can also be present.
  • a recess for receiving the pivot pin 10 can also be arranged directly in the lower region of the lower jacket part 4.
  • Flanscn 8 tightened and, if necessary, secured against unintentional loosening.
  • the upper and lower jacket parts 3, 4 are then connected to one another, but no disturbing bending stresses can occur due to the mounting of the tie rods 5 in joints in the tie rods 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mantel zum Umfassen eines Reaktorkerns. Es ist vorgesehen, daß ein oberes und ein unteres Mantelteil (3, 4) über Zugstangen (5) miteinander verbunden sind. Diese stehen dazu über separate Gelenke mit dem oberen und mit dem unteren Mantelteil (3, 4) in Verbindung.

Description

Beschreibung
Mantel zum Umfassen eines Reaktorkerns
Die Erfindung betrifft einen Mantel zum Umfassen eines Reaktorkerns .
Ein solcher Mantel sowie seine Verwendung in einem Siedewasserreaktor gehen hervor aus der WO 96/09628 AI. Demnach ist es geläufig, einen in einem Druckbehälter angeordneten Kern eines Siedewasserreaktors, welcher im Naturumlaufverfahren durchströmbar sein soll, mit einem Mantel zur Leitung der Strömung zu umgeben.
Auch aus der EP 0 656 633 AI geht ein Siedewasserreaktor mit einem in einem Druckbehalter angeordneten und von einem Mantel umgebenen Kern hervor.
Ein Mantel der beschriebenen Art ist wahrend seines Betriebs einer erheblichen Belastung ausgesetzt. Diese Belastung ist teilweise bedingt durch das stromende Kühlmittel, welches in dem Kern auf einige 100°C aufgeheizt wird. Zusätzlich unterliegt der Mantel einer erheblichen Belastung durch Strahlen, die von dem Kern ausgehen.
Daher kann es von Zeit zu Zeit erforderlich sein, den Mantel auszutauschen. Dies erfordert im Sinne der herkömmlichen Praxis allerdings einen erheblichen Aufwand, da ein solcher Austausch nur unter im wesentlichen vollständiger Demontage der gesamten Anordnung im Reaktordruckbehälter möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mantel zum Umfassen eines Reaktorkerns anzugeben, der, wenn er nicht mehr funktionsfähig sein sollte, in einfacher und kostengün- stiger Weise mit geringem Aufwand ertüchtigt werden kann. Die Aufgabe wird gem ß der Erfindung dadurch gelost, daß ein oberes und ein unteres Mantelteil über Zugstangen miteinander verbunden sind, die dazu über separate Gelenke mit dem oberen und mit dem unteren Mantelteil in Verbindung stehen.
Der Mantel nach der Erfindung ist im wesentlichen zweiteilig ausgeführt, wobei selbstverständlich jedes der Mantelteile seinerseits unterteilt sein kann. Dabei w rd die Tatsache berücksichtigt, daß ein entsprechender Mantel nicht gleichmaßig beansprucht wird. Vorteilhafterweise ist es möglich, nur das am stärksten beanspruchte Teil des Mantels zu ersetzen. Analog kann ein vornandener einteiliger Mantel in zwei Teile zerlegt werden, wobei eines der Teile alle stark beanspruchten Bereiche des Mantels enthalt und entfernt wird, und wobei das andere Teil im Reaktordruckbehalter verbleiben kann. Es wird dann ein Ersatzteil für das entfernte Teil gefertigt, welches nach der Erfindung über Zugstangen und Gelenke mit dem in dem Reaktordruckbehalter verbliebenen Teil zu einem neuen Mantel verbunden wird.
Die Zugstangen stellen ein einfaches und problemlos selbst unter beengten Raumverhältnissen manipulierbares Mittel zur Befestigung der Mantelteile aneinander dar. Die Zugstangen stehen z.B. zun chst lose mit dem oberen Mantelteil in Ver- bmdung. Dann wird das obere auf das untere Mantelteil aufgesetzt. Schließlich werden die Zugstangen mit dem unteren Mantelteil verbunden und am oberen Mantelteil festgespannt. Zum Verbinden der Zugstangen mit einem Mantelteil können am Mantelteil Flansche oder Konsolen vorgesehen sein. Alle diese genannten Arbeiten können ausgeführt werden, während der Reaktordruckbehalter mit Kuhlmittel geflutet ist; jedweder Aufwand, der beispielsweise für eine Schweißung an einer von dem Kühlmittel überfluteten Stelle getrieben werden müßte, ist vermieden . Die Zugstangen, die obere und untere Enden haben, enden zumindest an den oberen Enden mit Gewindestücken, auf die Muttern aufgeschraubt sind. Diese Muttern liegen mit Teilen ihrer Oberflächen, die wie ein Stück einer Kugeloberflache kon- vex gebogen sind, auf in gleicher Weise aber konkav gebogenen Sitzen auf.
Diese Ausgestaltung berücksichtigt, daß es in manchen Fallen erforderlich sein wird, die Zugstangen bezuglich einer Verti- kalen leicht schräg auszurichten. Dann ist die Wahl einer kugelförmigen Kontaktflache zwischen einer Mutter und ihrem zugehörigen Sitz von großem Vorteil, da eine solche Wahl eine Verkippung der Zugstange gestattet, ohne daß dabei das Aufsitzen der Mutter auf dem Sitz m Frage gestellt wird. Beson- ders bevorzugt ist es, daß ede Zustange als einteiliges Schmiedestuck ausgebildet ist .
An ihren unteren Enden sind die Zugstangen beispielsweise über Gelenke mit dem unteren Mantelteil verbunden. Diese Ge- lenke können Kugelgelenke, aber auch andere Gelenke sein. Damit wird der Vorteil erzielt, daß die Zugstangen ohne eine zusätzliche Überlagerung von Biegespannungen verspannt werden können. Dadurch werden Überprüfungen der Zugstangen, z.B. mit Ultraschall, wesentlich erleichtert. Vorhandene Biegespannun- gen würden nämlich eine Ultraschallprüfung stören.
Beispielsweise sind zwischen den Mantelteilen Zwischenteile eingefügt, die mit den oberen Mantelteilen formschlüssig verbunden sind und Flansche tragen, auf denen die Muttern auf- liegen. Insbesondere sind die Zwischenteile mit dem oberen Mantelteil verschweißt.
Diese Ausgestaltung des Mantels ist insbesondere von Interesse für eine Nachrüstung, da sie ein einfaches, gesondertes Fertigen der Flansche erlaubt und es ermöglicht, diese Flan- sehe erst nachträglich an dem oberen Mantelteil anzubringen. Das wahlweise Vorsehen einer Schweißverbindung ist vorliegend kein Problem, da das obere Mantelteil dasjenige ist, welches beispielsweise im Rahmen einer Nachrüstung ein unbrauchbar gewordenes Teil ersetzt. Die Schweißung kann somit außerhalb eines gefluteten Rekatordruckbehalters durchgeführt werden.
Außerdem ist vorzugsweise das untere Mantelteil an einem dem oberen Mantelteil zugewandten Ende von einem Rand mit einer der Achse des Mantels zugewandten konischen Innenflache umgeben. Die konische Innenfläche bildet dabei eine Einfuhr- schrage, welche das Zusammenpassen des oberen und des unteren Mantelteils erleichtert.
Die Zugstangen können beispielsweise als einteilige Schmiedestucke ausgebildet sein.
Mit dem Mantel nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß das untere Mantelteil nach einer Beschädigung des oberen Mantelteils nicht ausgetauscht zu werden braucht. Ein neues oberes Mantelteil kann mit Zugstangen, die über Gelenke mit den Mantelteilen verbunden sind, zuverlässig mit dem unteren Mantelteil verbunden werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
FIG 1 eine Teilansicht eines Reaktordruckbehälters mit eingelassenem Mantel;
FIG 2 und 3 vergrößerte Ausschnitte aus Figur 1, wobei Figur 2 gegenüber Figur 1 um ein Merkmal ergänzt ist.
Figur 1 ist ein Ausschnitt aus einem entlang der Achse 1 ge- legten Längsschnitt durch einen Reaktordruckbeh lter 2, m welchem ein Mantel, bestehend aus einem oberen Mantelteil 3 und einem unteren Mantelteil 4, angeordnet ist. Der Mantel umgibt einen (nicht dargestellten) Kern, in welchem spaltbares Material, beispielsweise Uran-235, angesammelt ist.
Die Mantelteile 3 und 4 sind mittels Zugstangen 5, von denen nur eine dargestellt ist, miteinander verbunden. Jede Zugstange 5 weist an ihren beiden Enden Gelenke auf, über die die Zugstangen 5 mit dem oberen Mantelteil 3 bzw. mit dem un- teren Mantelteil 4 in Verbindung zu bringen sind.
Im Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 1 ist das obere Mantelteil 3 beispielsweise ein (anfangs nicht radioaktives) Ersatzteil, welches einen vorher m dem Reaktordruckbehalter 2 befmdli- chen alten Mantel teilweise ersetzt. Das untere Mantelteil 4 ist beispielsweise ein Überbleibsel dieses alten Mantels, zwar mehr oder weniger radioaktiv aufgrund der Strahlenbelastung durch Strahlung aus dem Rektorkern, aber in jeder Hinsicht geeignet, den zu erwartenden betrieblichen Belastungen ausreichend zu widerstehen. Ein vollständiger Austausch des gesamten Mantels kann vermieden werden; außerdem ist es nicht erforderlich, beim Zusammensetzen der Mantelteile 3 und 4 in dem Rektordruckbehälter 2 zu schweißen oder auf andere Weise Formschlußverbindungen herzustellen. Das obere Mantelteil 3 kann vollständig außerhalb des Reaktordruckbehälters 2 zusammengesetzt und mit vormontierten Zugstangen 5 in den Reaktordruckbeh lter 2 abgesenkt werden. Zum Zusammenbau der Mantelteile 3 und 4 ist es dann nur noch erforderlich, d e Zugstangen 5 über die Gelenke mit den Mantelteilen 3 und 4 in Eingriff zu bringen und zu verspannen.
Einzelheiten zur Verankerung der Zugstangen 5 am oberen Mantelteil 3 und am unteren Mantelteil 4 werden nunmehr erläutert anhand der Figuren 2 und 3. Dabei zeigt Figur 2 eine Vergrößerung der mit dem Kreis II eingekreisten Bereiche von Figur 1, und Figur 3 zeigt eine Vergrößerung der in Figur 1 mit dem Kreis III eingekreisten Bereiche Figur 2 ist dabei um bestimmte Merkmale ergänzt, wobei diese Merkmale in Figur 1 der Übersicht halber weggelassen sind.
Figur 2 zeigt, wie die Zugstange 5 am oberen Mantelteil 3 verankert ist. Die Verankerung der Zugstange 5 mit dem ooeren Mantelteil 3 erfolgt dabei derart, daß eine auf ein oberes Gewindestuck 6 der Zugstange 5 aufgeschraubte Mutter 7 an dem oberen Mantelteil 3 über einen Flansch 8 angreift. Dieser
Flansch 8 st mit dem oberen Mantelteil 3 über ein Zwischenteil 11 formschlussig verbunden, nämlich verschweißt. Das Zwischenteil 11 wird mit dem oberen Mantelteil 3 außerhalb des Reaktordruckbehälters 2 verbunden, so daß besondere Vor- kehrungen gegen ein in dem Reaktordruckbehalter 2 eventuell befindliches Kuhlmittel nicht erforderlich sind. Das Zwischenteil 11 setzt auf dem unteren Mantelteil 4 auf Dabei umgibt ein Rand 12 das untere Mantelteil 4, und dieser Rand 12 hat eine dem unteren Mantelteil 4 zugewandte konische In- nenflache 13. Diese bildet eine Emfuhroffnung, um das Aufsetzen des oberen Mantelteils 3 und des Zwischenteils 11 auf das untere Mantelteil 4 zu erleichtern. Der Rand 12 und die konische Innenfläche 13 sind der Übersicht halber n Figur 1 nicht dargestellt.
Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß die Mutter 7 eine wie ein Teil einer Kugeloberfläche gebogene Sitzfläche 14 aufweist und mit dieser auf einem gegenförmig gebogenen Sitz 15 des Flansches 8 aufliegt. Damit kann die Zugstange 5 nner- halb eines gewissen Winkelbereiches verkippt werden, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung des Kontaktes zwischen der Mutter 7 und dem Flansch 8 kommen kann. Dies ist von besonderem Interesse, da, siehe Figur 1, unter Umstanden eine leicht schräge Montage der Zugstange 5 erforderlich ist Figur 3 zeigt wie die Zugstange 5 am unteren Mantelteil 4 über ein Gelenk verankert ist . Dazu ist am unteren Ende des unteren Mantelteiles 4 e n Formstuck 9 angeformt, das eine Ausnehmung aufweist zur Aufnahme eines Gelenkzapfens 10, der mit der Zugstange 5 verbunden ist, und ein Teil eines einfachen Hakens sein kann. Die Zugstange 5 ist dann auch an ihrem unteren Ende beweglich gelagert. Statt des dargestellten Gelenkes kann auch ein Kugelgelenk vorhanden sein.
Eine Ausnehmung zur Aufnahme des Gelenkzapfens 10 kann auch direkt im unteren Bereich des unteren Mantelteils 4 angeordnet sein.
Zum Montieren des oberen Mantelteiles 3 wird dieses unter Zu- h lfenahme des Zwischenteiles 11 auf das untere Mantelteil 4 aufgesetzt. Dann wird der Gelenkzapfen 10 mit dem Formstück 9 in Eingriff gebracht. Am oberen Mantelteil 3 ist beim Montieren die Zugstange 5 bereits lose im Flansch 8 über die Mutter 7 gehalten. Nachdem der Gelenkzapfen 10 in das Formstück 9 am unteren Mantelteil 4 eingefugt ist, wird die Mutter 6 am
Flanscn 8 angezogen und falls erforderlich, gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert.
Das obere und das untere Mantelteil 3, 4 sind dann mite an- der verbunden, wobei jedoch durch die Lagerung der Zugstangen 5 in Gelenken in den Zugstangen 5 keine störenden Biegespannungen auftreten können.

Claims

Patentansprüche
1. Mantel zum Umfassen eines Reaktorkerns, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein oberes und ein unteres Mantelteil (3, 4) über Zugstangen (5) miteinander verbunden sind, die dazu über separate Gelenke mit dem oberen und mit dem unteren Mantelteil (3, 4) Verbindung stehen .
2. Mantel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zugstangen (5), die obere und untere Enden haben, zumindest an den oberen Enden mit Gewindestucken enden, auf die Muttern
(6) aufgeschraubt sind, die mit Teilen ihrer Oberflachen, die wie ein Stück einer Kugeloberfläche konvex gebogen sind, auf in gleicher Weise aber konkav gebogenen Sitzen (15) aufliegen .
3. Mantel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Mantelteilen (3, 4) Zwischenteile (11) eingefügt sind, die mit den oberen Mantelteilen (3) formschlüssig verbunden sind und Flansche (8) tragen, auf denen die Muttern
(7) aufliegen.
4. Mantel nach einem der Ansprüche 1 b s 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das untere Mantelteil (4) an einem dem oberen Mantelteil (3) zugewandten Ende von einem Rand (12) mit einer der Achse (1) des Mantels (3) zugewandten konischen Innenfläche (13) umge¬
5. Mantel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Zugstangen (5) als einteilige Schmiedestücke ausgebildet sind.
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