DE1589761A1

DE1589761A1 - Standrohr fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1589761A1
Application number: DE19671589761
Authority: DE
Inventors: Rawson Peter John; Everett Long
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1966-12-09
Filing date: 1967-12-08
Publication date: 1970-04-09
Also published as: US3536584A; GB1203220A

Description

PATENTANWALT

DIPL.-ING. GONTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, f 8. DθZ. 1967

UNSER ZEICHEN: 11 057

THE ENGLISH ELECTRIO COMPANY LIMITED, London f.C.2, England

Standrohr für Kernreaktoren

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen, mittels deren ein Kernreaktor zugänglich gemacht werden kann, und sie betrifft insbesondere Anordnungen, die mindestens ein Standrohr umfassen, das so eingerichtet ist, daß es in die aus Beton bestehende biologische Abschirmung eines Kernreaktors eingebaut werden kann, um durch eine Wand der Abschirmung hindurch den den Brennstoff enthaltenden Core des Reaktors innerhalb der Abschirmung zugänglich zu machen, wobei jedem solchen Standrohr ein herausnehmbarer Stopfen zugeordnet ist. Berner umfaßt die Erfindung Standtohre und Stopfen, die Bestandteile solcher Anordnungen bilden.

Der Ausdruck "biologische Abschirmung" bezeichnet z.B. eine Kombination, die eine biologische Abschirmung und ein Druckgefäß aus Spannbeton umfaßt. Standrohre, die sich durch eine v/and oder eine Abdeckung einer solchen Abschirmung erstrecken, müssen sowohl einem in dem Druckgefäß herrschenden Innendruck als auch einem durch den Spannbeton hervorgerufenen äußeren Druck standhalten. Das letztere ist insbesondere dann

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der Pall, wenn der Innendruck verringert oder beseitigt wird, so daß der Außendruck bestrebt ist, das Standrohr zusammenzudrücken.

Ferner ist es erforderlich, zu verhindern, daß die Standrohre als Wärmeleiter zur V/irkung kommen, so daß sich die Temperatur des Betons über einen noch gefahrlosen ««ert hinaus erhöhen könnte. Daher müssen die Standrohre auf geeignete Yieise isoliert und/oder gekühlt werden, und zwar mindestens während des J Betriebs des Reaktors.

Bine weitere zu erfüllende Forderung besteht darin, daß die radiale Dicke der ./and des Standrohrs möglichst gering sein soll, damit man möglichst kleine Abstände zwischen benachbarten Standrohren vorsehen kann· Dies ist deshalb von besonderer Bedeutung, da die Reaktorcores bei einer gegebenen Leistungsabgabe ständig kleiner werden; da bei einem Reaktor gewähnlich eine große Zahl von ütandrohren vorhanden ist, kann schon eine Verringerung des Abstandes zwischen benachbarten Standrohren P um nur etwa 10 bis 15 mm einer erheblichen Haumersparnis führen.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Standrohr für einen Kernreaktor, da§ dazu bestimmt ist, in die aus Beton bestehende biologische Abschirmung des Reaktors eingebaut zu werden, um durch eine Öffnung in der »7and der Abschirmung den innerhalb der Abschirmung angeordneten, den Brennstoff enthaltenden Core zugänglich zu machen, ein äußeres Rohr, das gleichachsig mit einem inneren Rohr und in einem Abstand von letzterem angeordnet ist, so daß die beiden Rohre einen Ringraum abgrenzen, wobei die Rohre durch mehrere Stangen oder Stäbe in einem

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Abstand voneinander gehalten werden, wobei diese Stäbe in inniger Berührung mit den beiden Rohren stehen, so daß die Stangen oder Stäbe und die Rohre zusammen eine belastbare Konstruktion bilden und wobei der ringförmige Raun an beiden Enden geschlossen ist.

Gemäß einen bevorzugten Merkmal der Erfindung werden die Stäbe so angeordnet, daß sie einen Strömungsweg für ein Strömung seit t el abgrenzen·

Vorzugsweise wird jeder Stab zwischen den beiden Rohren duroh eine Druckbeanepruchung in inniger Berührung mit den Rohren gehalten.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Srfindung ist eine dünnwandige Metallhülse, deren Wandstärke erheblich kleiner ist als diejenige des inneren Rohrs gleichachsig mit dem inneren Rohr und mindestens über einen Teil der Länge des inneren Rohrs in einem Abstand davon angeordnet, um den Wärmedurchgang quer zur Achse des Standrohrs zu verringern.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung . ist das untere finde- des Standrohrs an einer sich in einer axialen Richtung erstreckenden Standrohrverlängerung befestigt, die sich in Richtung auf den Reaktorcore erstreckt, und zwar mit Hilfe einer Verbindungsbuchse, die gleichacnsig mit der Standrohrverlängerung und dem Standrohr angeordnet ist und gegen axiale Bewegungen gegenüber diesen Teilen gesichert ist, so daß sie als durch Zugkräfte beanspruchbares Lastaufnahmeglied zur Wirkung kommt.

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Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung wird ein Standrohrstopfen vorgesehen, der in das Ende eines erfindungsgemäßen Standrohrs eingebaut werden kann und mit einem eine Wärmekonvektion in der Umfangsrichtung verhindernden Ring versenen ist, der ein sich in der Umfangsrichtung erstreckendes Kanalteil umfaßt, sowie ein weiteres Kanalteil, welches das erwähnte, sich in der Umfangsrichtung erstreckende Kanalteil locker umgibt, wobei das an zweiter Stelle genannte Kanalteil so angeordnet ist, daß seine Rückseite nach außen gerichtet ist, damit sich dieses zweite Kanalteil an der Innenwand des otandrohrs abstützt.

ύeitere einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Besenreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt in einem verkürzten senkrechten Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfinduhgsgemäßen Standrohrs.

Fig. 2 ist ein in eine Ebene abgewickelter Schnitt längs ' der Linie II-II in Fig. 1 und läßt die Anordnung der Abstandsstäbe des Standrohrs nach J'ig. 1 deutlicher erkennen, wobei xig. 1 als Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 2 gezeichnet ist.

Fig. 3 ist ein vergrößerter Teilschnitt, der einen die .,ärmekonvektion verhindernden Hing in Verbindung mit einem otandronrstopfen in einem erfindungsgemäßen Standrohr zeigt.

Fig. 4 zeigt in einem verkürzten Teilschnitt eine Abwandlung der Anordnung nach ?ig. 1.

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Gemäß Mg. 1 umfaßt ein Standrohr, das sich durch die aus Spannbeton bestehende Abdeckung oder Decke 10 einer Kombination erstreckt, die das Druckgefäß und die biologische Abschirmung eines Kernreaktors umfaßt, setzt sich im wesentlichen aus einem äußeren zylindrischen Bohr 11 und einem inneren zylindrischen Bohr 12 zusammen. Das äußere Bohr 11 hat vorzugsweise eine höhere Festigkeit als das innere Bohr 12, und es hat zu diesem Zweck eine größere Wandstärke als das innere Bohr, und/ oder es besteht aus einem Material mit einer höheren Streckgrenze; es hat in erster Linie die Aufgabe, den durch den Beton von außen her aufgebrachten Kräften standzuhalten. Das innere Bohr 12 nimmt in erster Linie Kräfte auf, die durch den ^ruck des Beaktorkühlgases aufgebracht werden, das von dem hier nicht gezeigten Beaktocore aus zugeführt wird, welcher unterhalb des Standrohrs angeordnet ist und mit dem Standrohr durch ein Standrohrverlängerungsrohr 13 verbunden ist, das sich nach unten zu dem Core erstreckt.

Die Bohre 11 und 12 werden durch mehrere Längsstäbe 14 und einige sich jeweils über einen Teil des Umfangs erstreckende Stäbe 15 in einem Abstand voneinander gehalten. Eine typische Anordnung solcher Stäbe 14 und 15 ist deutlicher aus Pig. 2 ersichtlich, wo das innere Bohr 12 teilweise in einer Abwicklung dargestellt ist; hierDei repräsentiert aer ADstand zwischen den Linien I-I und A-A einem Viertel des Umfangs bzw. einem »Vinkel von 90° an der Achse des Standrohrs. Die Stöbe 14 und unterteilen den ringförmigen Baum 16 zwisohen den Bohren 11 und in mehrere Strömungswege für Kühlwasser, das dem Baum 16A über eine Bohrleitung 17 nahe dem oberen Ende des Standrohrs

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zugeführt wird, um mit Hilfe eines hier nicht gezeigten ähnlichen Rohrs abgeführt zu werden, das ebenfalls nahe dem oberen Ende des Standrohrs angeordnet ist. Der obere Teil 16A des Ringraums 16 oberhalb der Stäbe 14 bildet einen Verteilerraum für das zugeführte Kühlwasser.

Am oberen und unteren Ende des Standrohrs sind die Rohre 11 und 12 mit ringförmigen Abschlußstücken 18 bzw. 19 verschweißt, durch welche auch das obere und das untere Ende des Ringraums ' abgeschlossen wird. Das untere Abschlußstück 19 ist mit einer druckdichten Stahlauskleidung 20 des Druckgefäßes verbunden.

Eine dicke Schicht 21 aus einem wärmeisolierenden Material ,liegt an der Innenseite der Auskleidung 20 an und v/ird durch die Enden der Standrohrverlängerungen 13 sowie durch Buchsen oder Hülsen 22 in ihrer Lage gehalten; jede der Hülsen 22 ist mit dem zugehörigen unteren Abschlußstück 19 und dem Standrohrverlängerungsrohr 13 durch Umbördeln oder auf andere geeignete f/eise fest verbunden. Das obere Ende jeder Hülse 22 kann sich f um einen begrenzten Betrag ungehindert nach oben bewegen, wenn sich die Hülse bei ihrer Erwärmung ausdehnt.

Eine dünnwandige Auskleidung 23 aus nichtrostendem Stahl is1 an ihrem unteren Ende fest in das Standrohrverlängerungsrohr 13 so eingebaut, daß sie sich innerhalb des inneren Rohrs 12 des Standrohrs und gleichachsig mit diesem nach oben erstreckt, wobei ein Abstand zwischen der Auskleidung 23 und dem inneren Rohr 12 durch Vorsprünge 23A der Auskleidung 23 oder durch andere geeignete Mittel aufrechterhalten wird, so daß sich die Auskleidung 23 gegenüber dem inneren Rohr 12 bei lemperaturänderun-

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- 7 gen ausdehnen und zusammenziehen kann.

Normalerweise wird das obere Ende des Standrohrs durch einen in Pig. 1 nicht dargestellten Standrohrstopfen abgeschlossen, der mit Hilfe einer Brennstoffbeschickungsmaschine bzw. einer Bedienungsvorrichtung entfernt werden kann, wenn der Reaktorcore über das Standrohr zugänglich gemacht werden soll. Wird eine solche Maschine oder Vorrichtung über dem Standrohr angeordnet, um heiße bzw. Strahlungsgefährliche Brennstoffelemente aus dem Reaktor zu entfernen, ist es erforderlich, für eine zusätzliche Kühlung des Standrohrs zu sorgen. Dies geschieht dadurch, daß man zusätzliches Kühlwasser durch eine Rohrleitung 24 pumpt, die normalerweise durch hier nicht gezeigte Verschlußmittel geschlossen gehalten wird, wobei dieses Kühlwasser von der erwähnten wlaschine oder einer anderen Quelle aus zugeführt wird. Bei der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform mündet das Hohr 17 in dem Rohr 24 zwischen dessen Austrittsende und den erwähnten Verschlußmitteln.

Pig. 3 zeigt einen Teil eines Standrohrstopfens 30, der in einem Standrohr angeordnet ist. Um eine Konvektion des zur Kühlung dienenden ixases in dem Standrohr zu verhindern, ist der Stopfen 30 mit einem oder mehreren Ringen 31 ausgerüstet, von denen jeder ein sich in der Umfangsrichtung erstreckendes kanalförmiges Bauteil 32 umfaßt, das an einer dünnwandigen äußeren Hülse 35 des Stopfens 30 befestigt ist, sowie ein zweites kanalförmiges Bauteil 34, welches das Bauteil 32 locker umgreift, und das durch seine eigene Elastizität so nach außen gedrückt wird, daß seine Rückenfläche an der Innenfläche des Standrohrs

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bzw. im vorliegenden Fall an der Innenfläche der Auskleidung anliegt. Es hat sich gezeigt, daß ein solcher Ring die Innenwand des Standrohrs erheblich weniger in radialer. Richtung beansprucht als z.B. ein starrer oder unter Federspannung stehender Kolbenring! allerdings könnte man solche Ringe in Fällen verwenden, in denen dieser Gesichtspunkt keine Rolle spielt; ferner setzt ein Ring der soeben beschriebenen Art einer axialen ■Bewegung des Stopfens 30 gegenüber dem Standrohr einen geringeren Reibungswiderstand entgegen.

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform einer Verbindung zwischen dem Standrohr und dem otandrohrverlängerungsrohr. In diesem Fall ist das mit 40 bezeichnete Standrohrverlängerungsrohr mit dem unteren Abschlußstück 19 des Standrohrs durch einen radialen Bolzen 41 verbunden, der bei gleichzeitiger Verformung unter Kraftaufwand in eine Ringnut 4OA der Wand des Verlängerungsrohrs hineingedrückt wird, so daß der Bolzen in seiner Lage gehalten wird. Der Bolzen 41 greift in eine Öffnung 19A des unteren Abschlußstgcks 19 ein. Die Zugbeanspruchungen werden durch eine Hülse 42 aufgenommen, die das obere Ende des Verlängerun_ö-srohrs 40 nahe der isolierenden Schicht 21 eng umschließt, unterhalb deren die Hülse 42 so verformt ist, daß sie mit einer Schulter 4OB des xiohrs 40 zusammenarbeitet. Das obere Ende der .iülse 42 wird durch den Bolzen 41 in seiner lage gehalten.

Die Isolierung 21 kann z.i,. mehrere ,Schichten 43 aus nichtrostendem Stahl umfassen, die an ihren der otandrohrverlängerung benachbarten Rändern so nach unten umgebogen sind, daß die*verschiedenen .schichten in der aus Fig.. 4 ersichtlichen

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- 9 Weise in ihrer lage gehalten werden.

Gemäß Mg, 1 besitzt das Kühlwasserzuführungsrohr 17 eine ·. sich erweiternde Mündung, die so angeordnet ist, daß zwischen ihr und dem Rohr 24 ein enger ringförmiger Spalt 25 verbleibt, um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit an dieser Stelle zu gewährleisten, so daß eine zusätzliche Kühlung bewirkt wird, wenn in der weiter oben beschriebenen Weise ein .Brennstoffbeschickungsvorgang durchgeführt wird. Diese Anordnung dient auch dazu, eine gute Druckrückgewinnung zu gewährleisten, wenn das Kühlmittel in den Ringraum 16 eintritt, und ferner verringert oder beseitigt diese Anordnung die Gefahr, daß Kühlwasser in der Gegenrichtung in die Kühlwasserzuführungsleitung 17 eintritt.

Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Standrohrs werden die Stäbe 14 und 15 in der Mitte zwischen ihren Enden durch Heftschweißungen mit der Außenfläche des inneren Rohrs 12 verbunden, das dann in das äußere Rohr 11 eingeführt wird, um dann mit Hilfe eines Druckmittels aufgeweitet zu werden, bis die Stäbe 14 und 15 auf Druck beansprucht und in inniger lastaufnahmeberührung mit den beiden äohreh 11 und 12 gehalten werden, d.h. bis die elastische Rückfederung des äußeren Rohrs 11 beim Y/egnehmen des Drucks diejenige des inneren Rohrs 12 überschreitet. Eine Unterstützung des inneren Rohrs 12 während dieses Aufweitungsvorgangs in dem dem Verteilerraum 16A benachbarten Teil kann z.B. durch Stäbe aus einem schmelzbaren Material bewirkt werden, ferner mit Hilfe eines Druckmittels oder durch lose eingebaute Materialstücke, die später unter Kraftaufwand wieder entfernt werden

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können. Alternativ könnte man die Rohre auf mechanischem Wege mit Hilfe eines aufapreizbaren Doms aufweiten, oder man könnte eine Verformung mit Hilfe von Sprengstoff durchführen oder andere geeignete Mittel anwenden.

Die Stäbe H und 15 können so angeordnet werden, daß der durch sie abgegrenzte Kühlwasser-Strömungsweg einen einzigen Strömungsweg bildet, wobei das kühlwasser am unteren Ende über eine Rohrleitung abgeführt wird; alternativ könnte man wie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Strömung in entgegengesetzten Ricntungen derart vorsehen, daß das Kühlwasser am oberen Ende des Ringraums 16A abgeführt wird. Die Hauptrichtung des Strömungsweges braucht nicht der Längsachse des Standrohrs zu folgen. Beispielsweise könnte man einige Stäbe oder alle Stäbe schraubenlinienförmig oder teilweise schraubenlinienförmig anordnen. Durch eine geeignete Anordnung und Gestaltung verschiedener Stäbe bzw. Streifen oder Leisten ist es möglich, dem otrömungsweg jede gewünschte Gestalt zu verleihen.

Patentansprüche:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Standrohr für einen Kernreaktor, das zum Einbauen in die aus Beton bestehende biologische Abschirmung des Reaktors bestimmt ist und dazu dient, durch eine n'and der Abschirmung hinduroh einen innerhalb der Abschirmung angeordneten, Brennstoff enthaltenden Reaktorcore zugänglich zu machen, gekennzeichnet durch ein äußeres Rohr (11), das gleichachsig mit einem inneren Rohr (12) und in einem Abstand von letzterem so angeordnet ist, daß die beiden Rohre zwischen sich einen ringförmigen Raum (16) abgrenzen, sowie durch mehrere Stangen oder Stäbe (14, 15), die in inniger Berührung mit den beiden Rohren stehen, so daß die Stäbe und die Rohre insgesamt eine zusammengesetzte belastbare konstruktion bilden, wobei der ringförmige Raum an beiden .rinden abgeschlossen ist.

2. Standrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stangen oder Stäbe (14, 15) so angeordnet sind, daß sie einen Strömungsweg für ein Kühlmittel abgrenzen.

3. Standrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Stäbe (14, 15) zwiscnen den Rohren (11, 12) unter Druckbeanspruchung in inniger Lastaufnahmeberührung festgehalten wird.

4. Standrohr nach Anspruch 1 bis 3» gekennzeichnet durch erste Sinlaßmittel (17) und Auslaßmittel

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für das Kühlmittel, wooei diese Mittel nahe dem außerhalb der biologiscnen Abschirmung (10) angeordneten £nde des otandrohrs mit dem ringförmigen Raum (16) in Verbindung stehen.

5. btandrohr nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einlaßmittel (17) ein Rohr mit einem sica erweiternden Austrittsende umfassen.

6.) standrohr nach Anspruch 4 oder 5, gekenn-

zeichnet durch weitere Mnlaßmit uel (24) zum Zuführen zusätzlicher LählmiVielmengen zu dem ringförmigen Raum (16).

7. .Standrohr nacn ^na^ruch 6, dadurch g e k e η η zeicnnet , daß üie v/eiteren j^inlaßmittel (24) ein Rohr umfassen, dessen Austrittsende mit dem ringförmigen xitum (16) nahe dem erwähnten inde des otancrohrs in Verbindung steht, und daß das Au^trittsende der ersten ^inlaumit-^el (17) innerhalb des Au^trittsenaes des erwähnten Rohrs angeordnet ist.

8. ^tundronr noch Anspruch 1 bis 7, g e k e η η zeicnnet durch eine ;.ülse (23) aus . etall, die eine er^eblicn kleinere .-iidstäri.^ xiat ^Is da3 innere Rohr (12), v.'obei die r.ülse gleichachsig mit aem inneren Rohr innerhalb desselben und winces tens üher einer, i'eil ihrer länge in einem Abstand von ueia inneren .>.0:'.r angeordnet ist, um den türmedurchgang .in der «uerric^tung zu verringern.

9. otandrohr nacr. ^.nsr.rucn o, dadurch gekennzeichnet , daü; die Hülse (23) so angeordnet ist, daß sie sich in dem inneren -.ohr (12) axial bev.e_een kann, wenn sie sich infolge einer -eiriperbturänderung ousdennt oäer zuGammen-

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10. Standrohr nach Anspruch 1 bis y, bei dem das untere Ende des Standrohrs an einer sich in axialer dichtung erstreckenden Standrohrfrerlängerung befestigt ist, die sich in Ricütung auf den Eeaktorcore erstreckt, gekennzeichnet durch eine Verbindungshülse (22), die gleichachsig mit der Verlängerung (13) und dem otandronr angeordnet und sowohl an der Verlängerung als auch an dem Standrohr befestigt ist und gegen axiale Bewegungen gegenüber der Verlängerung gesichert ist, so daß sie als belastbares, auf Zug beanspruchtes Bauteil wirict. (

11. standroar nacn Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hülse (23) aus Metall über das Standrohr hinaus und innerhalb der Verbindungshülse (22) erstreckt, wobei ein Ende der Hülse aus Metall an der Standrohrverlängerung (13) befestigt ist,

12. Anordnung, mittels deren ein Äeaktorcore zugänglich gemacht werden kann, wobei die Anordnung mindestens ein Standronr nach Anspruch 1 bis 11 und einen herausnehmbaren Standrohrstopfen umfaßt, der in das bzw. jedes Standrohr über das aus der biologischen Abschirmung hinausragende Ende des Standrohrs eingeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Stmpfen einen sich in der Umfangsrichtung erstreckenden, eine Konvektion verhindernden Hing (31) umfaßt, wobei dieser Hing ein sich in der Umfangsrichtung erstreckendes kanalfö'rxiiiges Bauteil (32) umfaßt, das den Stopfen (30) fest umschließt, sowie ein weiteres kanalfö'rmiges Bauteil (34), welches das sich in der Umfangsrichtung erstreckende kanalförmige Bauteil (32) locker umschließt, wobei

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das zweite kanalförmige Bauteil (34) so angeordnet ist, daß seine Rasenfläche nach außen gerichtet ist, um sich an der Innenwand des dtandrohrs abzustützen.

13. Standrohrstopfen zum einführen in ein finde eines Standrohrs nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen sich in der Umfangsrichtung erstreckenden, eine Konvektion verhindernden Ring (31), der ein sich in der Umfangsrichtung erstreckendes kanalförmiges üauteil (32) umfaßt, das den Stopfen (30) fest umschließt, sowie ein weiteres kanalförmiges Bauteil (34), welches das sich in der Umfangsrichtung erstreckende kanalförmige Bauteil locker übergreift, wobei das zweite kanalförmige Bauteil (34) so angeordnet ist, daß seine Rasenfläche nach außen gerichtet ist, um sich an der Innenfläche des Standrohrs abzustützen.

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