LU85120A1 - Spannbeton-oder stahlbetonbiegetraeger - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Spannbeton- oder Stahlbetonträger mit beliebigem Querschnitt, insbesondere einen Betonmast, bestehend aus mindestens zwei Abschnitten, die an einer Stoßstelle mitein- « 5 ander verbunden sind.

Die Problematik wird im folgenden am Beispiel eines runden in Spannbeton ausgeführten Betonmastes erläutert: 10 Bei derartigen Verbindungsstellen besteht das Problem, die beim Angreifen von Kräften am oberen Mastabschnitt (durch Wind od. dgl.) entstehenden Biegemomente aufzufangen, die, über den Querschnitt an der Verbindungsstelle betrachtet, auf der einen Seite zu Zugkräften, 15 auf der anderen Seite zu Druckkräften führen. Während nun Beton Druckkräfte sehr gut übertragen kann, ist er zur Übertragung von Zugkräften nicht geeignet. Zwar kann man jeweils einen einzelnen Mastabschnitt dadurch, daß man ihn in Spannbeton oder Stahlbeton ausbildet, 20 d.h. in Längsrichtung gegebenenfalls vorgespannte ^ Metallstäbe einlegt, so ausbilden, daß er Zugkräfte aushalten kann. Die Schwierigkeit, diese Zugkräfte von einem Mastabschnitt auf den anderen zu übertragen, besteht jedoch an der Verbindungsstelle weiter. Daneben 25 müssen auch Querkräfte ("Reibung") und Normalkräfte (gleichmäßiger Druck) übertragen werden.

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Eine bekannte Lösung sieht vor, daß in den Enden der einzelnen Mastabschnitte sowohl Gewindestäbe, die über die Stirnflächen herausstehen, als auch Stahlplatten verankert sind, wobei dann jeweils 5 die in einem Mastabschnitt verankerten Stäbe mit der am anderen Mastabschnitt (ebenfalls über Stäbe) . verankerten Stahl platte verschraubt sind. Diese Ver bindung hat sich in der Praxis nicht bewährt; sie ist nicht ausreichend sicher und zu aufwendig. Es 10 ist auch notwendig, den Querschnitt der Enden der Mastabschnitte so zu dimensionieren, daß entlang des Umfanges Ausnehmungen vorgesehen werden können, um die Verschraubungen der Gewindebolzen aufzunehmen.

15 Eine andere bekannte Lösung sieht vor, daß man jeweils am Ende eines Mastabschnittes die Betonkonstruktion in eine Stahlkonstruktion überführt, etwa derart, daß man diese Stahlbleche od. dgl, in den Enden der Mastabschnitte verankert und ihre hervorstehenden 20 Enden in Stahlbauweise, d.h. durch Verschrauben usw., miteinander verbindet. Auch diese Lösung ist jedoch nicht zufriedenstellend, da der Kraftfluß - sowohl bei Übertragung von Druckkräften als auch bei Übertragung von Zugkräften - zwischen dem Beton und den 25 in Stahl ausgeführten Elementen vielfach umgelenkt und dabei unterbrochen werden muß. Außerdem ist die Konstruktion mit einem Übergang von Betonkonstruktion zu Stahlkonstruktion an jedem Mastabschnitt und einer stahlbaumäßigen Verbindung der Stahlkonstruktionen 30 sehr aufwendig. Auch die Übertragung der Druckkräfte erfolgt über die Stahlkonstruktion, obwohl die über- t - 3 - tragung von Druckkräften an sich von Beton zu Beton ohne weiteres möglich wäre.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, 5 einen Betonmast der eingangs genannten Art sowie ein Herstellungsverfahren hierzu zu schaffen, bei dem der Stoß, d.h, die Verbindungsstelle zwischen den Mastabschnitten, möglichst einfach ausgebildet ist und die Übertragung von Druck- und Zugkräften 10 mit möglichst wenig Umleitungen im Kra.ftfluß erfolgt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verbindung der mit ihren Stirnflächen aneinander stoßenden Abschnitte dadurch erfolgt, daß 15 die aneinander stoßenden Enden der Abschnitte gemeinsam außen oder innen von einem Stahlrohr umfaßt werden, daß ferner die den Zwischenraum zwischen Stahlrohr und den Abschnitten begrenzenden und einander zugewandten Oberflächen der Mastabschnitte bzw, des Stahl-20 rohres aufgerauht sind, und daß ferner die Zwischenräume mit Mörtel ausgefü 1 -11 sind.

Die Erfindung betrifft ferner verschiedene vorteil-<· hafte Weiterbildungen, wie sie in den Unteransprüchen 25 definiert sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Betonmastes.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion werden die in vertikaler Richtung wirksamen Druckkräfte von 30 einem Mastabschnitt auf den anderen ohne weiteres direkt von der Stirnfläche eines Mastabschnittes auf 1 1 -4--.

die Stirnfläche des anderen Mastabschnittes übertragen. Irgend eine Umleitung erfolgt nicht und ist nicht erforderlich. Die auftretenden Zugkräfte werden» als Folge der Aufrauhung der einander gegenüberliegenden 5 Oberflächen der Enden der Mastabschnitte einerseits und des - außen oder innen - übergreifenden Stahlrohres e andererseits, über schräg verlaufende Kraftbrücken in dem den Zwischenraum ausfüllenden Mörtel übertragen. Im Mörtel entstehen dabei ebenfalls lediglich Druck-10 kräfte. Sofern das Stahlrohr außen übergreifend angeordnet ist, entstehen in diesem dabei sowohl in radialer Richtung (Ringrichtung) als auch in vertikaler Richtung Zugkräfte (vgl. Fig. 7). Zur Übertragung dieser Zugkräfte ist das Stahlrohr - im Gegensatz zum 15 Beton - bestens geeignet. Sofern das Stahlrohr innerhalb des Betonmastes angeordnet ist, ist es in Ringrichtung auch Druckkräften ausgesetzt; um diese aufzunehmen, sind in diesem Fall in das Stahlrohr gegebenenfalls Verstärkungsringe eingesetzt. Die äußere Anord-20 nung des Stahlrohres bietet also von der Statik her Vorteile, während die innere Anordnung unter Umständen dann gewählt wird, wenn der im Inneren des Mastes gegebene Korrosionsschutz oder die Tatsache, daß von außen dann nichts zu sehen ist, wichtig sind.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es stellen dar: Γ ι - 5 -

Figur la eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels;

Figur 1b eine schmeatisehe Darstellung zur 5 Erläuterung der Aufgabenstellung nach Fig. la;

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung der Verbindungsstelle nach Fig. la; 10

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches III in Fig. 2;

Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des 15 Bereiches IV in Fig. 4;

Figur 5 eine vergrößerte Darstellung des

Bereiches V in Fig. 2; 20 Figur 6 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches III nach Fig. 2, jedoch - in Abweichung von Fig. 3 - nach dem Ausfugen des Raumes, der zunächst ; bei der Herstellung von dem Dichtungs- 25 schlauch 11 eingenommen wurde;

Figur 7 eine vergrößerte Darstellung des

Bereiches VII in Fig. 2 zur Erläuterung der Kraftübertragung zwischen 30 dem Ende eines Mastabschnittes 2 und dem Stahlrohr 4; -.6-.

Figur. 8 die schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Figur 9 die vergrößerte Darstellung der 5 Verb.i ndungsstel le 3 nach Fig. 8.

Fig. la zeigt schematisch, wie ein erster Mastabschnitt 1 und ein zweiter Mastabschnitt 2 durch 10 eine Verbindungsstelle, die schematisch mit 3 bezeichnet ist, miteinander verbunden sind.

In Fig. 1b ist schematisch dargest.el.lt, daß bei Belastung des oberen Mastabschnittes 2 in Richtung 15 des eingezeichneten Pfeiles, etwa durch Wind, ein

Biegemoment M, eine Querkraft Q und durch die Eigenlast des Mastes eine Normal kraft N entstehen. Das Biegemoment führt, wenn es, wie bei M eingezeichnet, wirksam wird, auf der einen Seite (rechts in Fig. 1b) zu 20 einer Zugkraft, auf der anderen Seite (links in Fig.lb) zu einer Druckkraft.

Nun ist es eine bekannte Eigenschaft des Betons, daß er Druckkräfte gut aufnehmen kann, daß er andererseits 25 Zugkräfte nicht aufnehmen kann. Um auch Zugkräfte übertragen zu können, verwendet man Spannbeton, d.h. Beton, in den in Zugrichtung vorgespannte Stahlstäbe eingelegt sind; sie stehen unter einer starken Zugspannung, die auf den umgebenden Beton starken Druck ausübt.

30 Wird nun der Spannbeton auf Zug belastet, so wird er - in Folge dieser Vorspannung - im eigentlichen Sinne - 7 - nicht einer Zugkraft ausgesetzt, sondern druckentlastet. Die Herstellung von Mastabschnitten 1, 2, die derart erfolgt, geschieht in Schleuderbetonbauweise (die Erfindung istaber nicht nur bei Spannbeton anwendbar.

5 Bei Stahlbeton sind die in den Beton eingelegten Stahlstäbe nicht vorgespannt).

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 7 ist die Verbindungsstelle 3 über einen gewissen vertikalen 10 Abstand h hinweg mit einem Stahlrohr 4 umgeben. Dabei übergreift das Stahlrohr 4 etwa mit der Hälfte seiner Länge h jedes der beiden Enden der Mastabschnitte 1, 2. Wie im einzelnen aus Fig. 3 bis 5 ersichtlich, ist entlang jeder der beiden Längen h/2 die äußere Ober-15 fläche der beiden Mastabschnitte 1, 2 sowie innen über die Länge h das Stahlrohr 4 mit Unebenheiten versehen. Der Zwischenraum 5 zwischen den Mastabschnitten 1, 2 und dem umgebenden Stahlrohr 4 ist mit Mörtel ausge-fü111. Im einzelnen ergibt sich die Ausbildung aus 20 Fig. 3 bis 5. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der Mastabschnitt 1 und der Mastabschnitt 2 entlang der Länge, über die sich außen das Stahlrohr 4 erstreckt, auf seiner Außenseite jeweils mit einer Riffelung 6 versehen, die im Ausführungsbeispiel so aussieht, daß 25 entlang des Umfangs umlaufende und im Querschnitt trapezförmige Rillen vorgesehen sind; dies erfolgt etwa durch entsprechende Gestaltung der Gußformen ' beim Schleudergießen der Mastabschnitte. Die Unebenheiten auf der Innenseite des Stahlrohres 4 werden 30 durch innen umlaufende, im Querschnitt rechteckige Wülste oder Rippen 7 gebildet. Sie können auch in der Weise vorgesehen sein, daß man handelsübliches Riffelblech verwendet.

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Ist nun, wie im einzelnen noch erläutert werden wird, der Zwischenraum 5 mit fest abgebundenem, u.U. durch Kunstharz in seiner Bindefähigkeit verbesserten Mörtel (sog.. Injiziermörtel) gefüllt, so ergibt sich 5 die in Fi g. 7 im einzelnen dargestellte Übertragung von Zugkräften im Falle eines Biegemoments M. Fig. 7 zeigt den Bereich in Fig. 1b, der dort mit VII bezeichnet ist, also auf der Seite, auf der im konkreten Bei spiel sf. all an der Verbindungsstelle eine Zug-10 kraft übertragen werden soll (rechts in Fig. 1b). Als Folge der Verankerung von vorgespannten Zugstäben. 8 oder auch nur schlaff eingelegter Bewehrungsstäbe in Beton überträgt sich die Zugkraft K, die am Mastabschnitt 2 wirksam wird, in Form von Druckkräften k 15 auf den Beton. Betrachtet man nun den Kraftübergang vom Beton des Mastabschnittes 2 auf den Mörtel im Zwischenraum 5, so ist hierfür beispielhaft der Teilabschnitt 9. Er bildet eine schräg, liegende als Kraftbrücke zwischen der Riffelung 6 des Mastabschnittes 2 20 und der durch die Wülste bzw, Rippen 7 aufgerauhten Innenwand des Stahlrohres 4.

Infolge des schrägen Verlaufs dieser Kraftbrücke, die durch die Aufrauhungen der Oberfläche ermöglicht 25 wird, ist der Teilabschnitt 9 von beiden Seiten her nur Druckkräften ausgesetzt. Ersetzt man am Übergang dieser Kraftbrücke zum Stahlrohr 4 bzw. auf den Mästabschnitt 2 die auf den Teilabschnitt 9 ausgeübte Druckkraft durch eine horizontale und eine vertikale 30 Kraft unter bekannter Zuhilfenahme eines Kräfteparallelogramms, so zeigt sich, daß an der Stelle, an der der Teilabschnitt 9 in den Mastabschnitt 2 übergeht,

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der Mastabschnitt radial nach innen gerichteten Druckkräften ausgesetzt ist. Diese Kräfte können einwandfrei durch Beton und im Beton übertragen werden. Am Übergang der durch Teilabschnitt 9 gebildeten Kraft-5 brücke zum Stahlrohr 4 ergibt sich, daß das Stahlrohr einer radial horizontal nach außen gerichteten Zugkraft ausgesetzt ist. Durch die gezeigte Ausbildung bei der Übertragung von Zugkräften wird der Kraftfluß in sehr einfacher Weise von dem einen Mastabschnitt 10 auf das Stahlrohr und von diesem auf den anderen Mastabschnitt übertragen. Im Beton treten dabei nur Druckkräfte und im Stahlrohr, das dafür vom Material her geeignet ist, Zugkräfte auf. Das Stahlrohr kann die radialen (.also in Ringrichtung wirksamen) Zug-15 kräfte deshalb aufnehmen, weil es als die Mastabschnitte vollständig umgebendes Rohr ausgebildet ist.

Die Einführung der Kräfte vom Stahlrohr 4 in den Mastabschnitt 1 unterhalb der Verbindungsstelle 3 20 (Fig. 1b) geht analog vor sich.

Anhand, von Fig. 7 wurde (entsprechend der Darstellung auf der rechten Seite in Fig. 1b) die Übertragung von Zugkräften bei der Erfindung beschrieben. Die über-25 tragung von Druckkräften (entsprechend der linken Seite in Fig. lb) erfolgt einfach dadurch, daß die Stirnflächen aneinanderstoßen. Zum Ausgleich von Unebenheiten ist zwischen beiden eine Mörtelschicht 10 vorgesehen.

Die Herstellung des gesamten Mastes geht folgender-maßen vor sich: 30 -10-.

Il (a) Im Werk werden die Mastabschnitte als Beton-rohren im Schleuderbetonverfahren hergestellt, über eines der beiden Betonrohre, das den oberen oder den unteren Mastabschnitt 2 bildet, wird 5 dann bereits im Werk das Stahlrohr 4 geschoben und fixiert, es werden - noch bei liegendem Betonrohr - Dichtungsschläuche 11 und 11' eingebaut (z.B. eingeklebt oder eingeklemmt) und der entstehende Zwischenraum 5 zwischen einem den 10 oberen Mastabschnitt 2 bildenden Betonrohr und dem Stahlrohr 4 ausgefin.lt. Dazu wird Betonmörtel über einen Verpreßanschluß 12 eingespritzt. Nach Erhärten des Mörtels werden die Dichtungsschläuche Π, 11' entfernt und, wie aus Fig. 6 ersichtlich, 15 mit dauerelastischem Kitt verfugt. In gleicher

Weise wird die Öffnung 14 für den Verpreßanschluß 12 mit Kitt 15 verfugt.

(b) An der Baustelle wird zunächst der untere Mast- 20 abschnitt 1, d.h, die diesen bildenden Betonröhre, im Untergrund verankert und ausgerichtet. Der obere Mastabschnitt wird mit Hilfe eines Krans aufgesetzt und zwischen den beiden an der Verbindungsstelle aneinanderstoßenden Stirnflächen eine 25 Mörtelschicht 10 aufgebracht. Um beim Aufsetzen des oberen Mastabschnittes 2 auf den unteren Mastabschnitt 1- eine Ausrichtung zu erleichtern und auch für den relativ kurzen Zeitraum der noch nachfolgend erforderlichen Arbeiten eine vorläufige 30 Fixierung zu gewährleisten, kann z.B. vorgesehen sein (vgl. Fig. 2), daß im unteren Ende des Mastabschnittes 2 nach unten über diesen hervorstehende » - 11 -

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Bolzen 17 eingelassen sind. Beim Aufsetzen des oberen Mastabschnittes 2 auf den unteren Mastabschnitt 1 greifen dann die Bolzen 17 in entsprechende Löcher ,18 im unteren Mastabschnitt 1 5 ein und werden dort z.B. durch Klemmen, Schrauben od. dg 1. oder auch durch Kleben fixiert. Diese vorläufige Fixierung reicht für die nachfolgenden Arbeiten aus.

10 Nach diesem Aufsetzen des oberen Mastabschnittes auf den unteren Mastabschnitt und Aiifbringen der Mörtel schiebt 10 erfolgt das Anbringen eines weiteren Dichtungsschlauches 19 (siehe Fig. 5) und das Verfugen des Zwischenraumes 5 durch Inji-15 zieren von Mörtel über den Verpreßanschluß 20.

Nach dem Aushärten des Mörtels wird der Verpreß-anschluß 20 und der Dichtungsschlauch 19 entfernt und die entstehenden Fugen bzw. die entstehende Öffnung - analog zu Fig. 6 - ebenfalls mit Mörtel 20 ausgefugt. Damit ist die Verbindung fertig.

Eine alternative Ausbildung der Verbindungsstelle 3 ist in den Fig., 8 und 9 därgestellt. Dabei ist ein Stahlrohr 25 innen in die Enden der miteinander zu 25 verbindenden Mastabschnitte eingesetzt. Entsprechend ist die äußere Fläche des Stahlrohres 25 und die innere Oberfläche der Mastabschnitte 1, 2 aufgeraüht, etwa durch Riffelungen, Wülste oder Rippen. Der Zwischenraum 26 wird wieder mit Mörtel gefüllt. Auch ’ 30 auf diese Weise wird sichergestellt, daß bei Zugbe lastung der Verbindungsstelle die Zugkräfte vom Stahlrohr aufgenommen werden, wobei die zwischen * Il t *

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Stahlrohr und Mastabschnitten liegende Mörtelschicht - analog Fig. 7 - nur Druckkräften ausgesetzt ist.

Die vertikal wirksame Zugkraft wird dann, nach Umsetzung von dem Mas-tabschnitt 2 in das Stahlrohr 25, 5 vom Stahlrohr 25 aufgenommen und auf der unteren Seite wieder auf den Mastabschnitt 1 übergeleitet.

, Da bei dieser Ausbildung das Stahlrohr im Gegensatz zu dem oben erläuterten Fall radial nach innen gerich-10 teten Druckkräften ausgesetzt ist, sind innen Verstärkungsringe 27 vorgesehen. Um beim Ausführungsbeispiel nach Fig,. 8 und 9 den Zwischenraum 26 mit Injiziermörtel auffüllen zu können, sind in den aneinander stoßenden Enden der Mastabschnitte 1, 2 ent-15 sprechende Injizieröffnungen 28 vorgesehen, an die beim Injizieren des Mörtels entsprechende Verpress-anschlüsse eingesetzt werden. Der Vorteil der Ausführung nach Fig.. 8 und 9 ist, daß das Stahlrohr von außen nicht - wie nach Fig. 1 - sichtbar wird, sondern 20 daß die äußere Silhouette des Mastes von den Maßnahmen zur Ausbildung der Verbindungsstelle unbeeinflußt ist. Es ist auch nicht so starken Klimaein-flüssen, d.h, Korrosion, ausgesetzt. Konstruktiv hingegen hat die Ausführungsform nach Fig. 1 bis 7 den 25 Vorteil der einfacheren Ausbildung des Stahlrohres und der Tatsache, daß das Stahlrohr mit einem größeren Abstand von der Achse des Mastes und somit mit einem größeren Hebelarm angreift.

30 Während die beschriebenen Ausführungsbeispiele Beton-maste sind, ist die Erfindung generell beim Aneinanderfügen von Spannbeton- oder Stahlbetonbiegeträgern N r * » * - 13 - anwendbar. Dabei kommen nicht nur kreisförmige Querschnitte in Frage, sondern auch quadratische o.ä. Querschnitte.

- Ende der Beschreibung -

Claims (7)

1. Spannbeton- oder Stahlbetonbiegeträger mit beliebigem Querschnitt, insbesondere Betonmast, bestehend aus mindestens zwei Abschnitten (1, 2), die an einer Stoßstelle (3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der mit ihren Stirnflächen aneinander stoßenden Abschnitte dadurch erfolgt, daß die aneinander stoßenden Enden der Abschnitte (1, 2) — gemeinsam außen oder innen von einem Stahlrohr (4, 25) umfaßt werden, daß ferner die den Zwischenraum (5, '26) zwischen Stahlrohr (4, 25) und den Abschnitten (1, 2) begrenzenden und einander zugewandten Oberflächen der Abschnitte (1, 2) bzw. des Stahlrohres (4, 25) aufgerauht sind, und daß ferner die Zwischenräume (5, 26) mit Mörtel ausgeflillt sind. - 2 - * - 2 - f

2. Betonmast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgerauhte Oberfläche der Enden der Abschnitte (1, 2) durch entlang des Umfangs innen bzw. außen vorgesehene Rillen mit rechteckigem oder trapezförmigem Querschnitt gebildet wird.

3. Betonmast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, , daß die genannte rauhe Oberfläche des Stahlrohres (4» 25) durch außen bzw. innen umlaufende Rippen oder Wülste (7) gebildet wird.

4. Betonmast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (4) die beiden aneinander stoßenden Enden der Abschnitte (1, 2) außen übergreift.

5. Betonmast nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet» daß das Stahlrohr (25) im Inneren der aneinander anstoßenden Abschnitte (1, 2) angeordnet i st.

6. Betonmast nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (25) durch entlang des Umfangs verlaufende Verstärkungsrippen (27), die im Inneren desselben (25) angeordnet sind, verstärkt ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung von zwei Abschnitten (1, 2) nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß einer (2) der beiden Abschnitte derart mit dem Stahlrohr (4, 25) in Eingriff gebracht wird, daß dieses etwa mit der Hälfte seiner ‘ Länge (h) das für die Verbindungsstelle vorgesehene Ende des genannten einen Abschnitts (2) übergreift, daß daraufhin der Zwischenraum (5, 26) zwischen diesem - 3 - r Abschnitt (2) und dem Stahlrohr (4, 25) durch Dichtungen (11, 11') abgeschlossen und mit Mörtel gefüllt wird, daß dann der mit dem Stahlrohr (4, 25) verbundene eine Abschnitt (2) auf den anderen Abschnitt (1) aufgesetzt und der zwischen Stahlrohr (4, 25) und dem anderen Abschnitt (1) noch freie Zwischenraum (5, 26) ebenfalls mit einer Dichtung (19) abgeschlossen und mit * Mörtel gefüllt wird. - Ende der Ansprüche -