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Einrichtung zum Durchschneiden oder-trennen kreis zylindrischer Hüllen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Durchschneiden oder-trennen kreiszylindrischer Hüllen aus schmiedbarem Material, die einen festen Stoff enthalten, senkrecht zur Längsachse der Hülle ; sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die aus Kernreaktoren kommenden zylindrischen Brennstoffstäbe aus bestrahltem spaltbarem Material müssen für ihre weitere Verwendung bzw. Aufarbeitung von der sie schützenden Metallhülle befreit werden.
Diese Arbeit, die mit dem Ausdruck"Abmanteln"bezeichnet wird, umfasst zwei Arbeitsgänge :
Durchschneiden oder-trennen der Hüllen (im allgemeinen jeweils an den Enden je eines Brennstoff- stabelementen);
Herausdrücken des Stabelemente aus dem Hüllenabschnitt, beispielsweise mit Hilfe einer hydraulischen Presse.
Das Durchschneiden oder Durchtrennen der Hülle soll weder zur Bildung von Brüchen noch zum Entstehen von Spänen aus Hüllenmaterial führen. Ausserdem sollen die zum Durchschneiden oder Durchtrennen der Hülle benutzten Werkzeuge nicht mit dem bestrahlten Brennstoffmaterial in Berührung kommen, weil dies eine starke radioaktive Verseuchung der Werkzeuge und der gesamten Arbeitsstelle mit sich bringen würde.
Schliesslich bedingt die Radioaktivität des zu behandelnden Materials eine Fernbetätigung der Vor- richtung, die-wie übrigens auch der sonstige Aufbau der Vorrichtung - so einfach wie möglich sein muss.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher ganz allgemein auf eine Einrichtung zum Durchschneiden oder-trennen einer Hülle aus schmiedbarem Material, die einen festen Stoff enthält ; sie ist insbesondere geeignet für das Zerschneiden oder Durchtrennen von Hüllen zylindrischer Elemente, die radioaktives Material enthalten.
Gemäss der Erfindung ist eine solche Einrichtung gekennzeichnet durch eine erste Gruppe von Klemmbacken, bestehend aus mindestens zwei gleichmässig verteilt in einer Querebene der Hülle liegenden und gegen die Hülle bewegbaren Backen, eine feststehende Führungsrinnu zur Aufnahme der Hülle, Enrichtungen zum periodischen Vorschieben der Hülle in dieser Führung um vorbestimmte Längen, durch eine zweite, ebenfalls gegen die Hülle bewegbare, jedoch gleichzeitig auch um diese drehbare Gruppe von Schneidbacken, welche zweite Gruppe gleichfalls aus wenigstens zwei gleichmässig verteilt in einer Querebene der Hülle liegenden Backen besteht, wobei beide Backengruppen dicht nebeneinander angeordnet sind und durch Einrichtungen zum Führen und Anpressen der Backen der ersten Gruppe gegen die Hülle und in der genannten ersten Querebene,
sowie durch Einrichtungen zum Führen, Anpressen und Verdrehen der Backen der zweiten Gruppe gegen bzw. um die Hülle in der zweitgenannte Querebene.
Für das Durchschneiden von Hüllen, die zwei oder mehr feste Stäbe oder Stababschnitte aus spaltbarem Material enthalten, welche innerhalb der Hülle jeweils in Längsrichtung der Hülle aufeinanderfol-
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Die Schneidbacken 10 schaffen mit Hilfe ihre) : Zahnvorsprünge 9 wiederum eine E1ndruckstelle für den zukünftigen Bruch in der Schnittebene der Hülle.
Bis hierher ist die Wirkungsweise der Schneidbacken 10 die gleiche wie die der Klemmbacken, wenn aber der Zug in der Stange 12 fortgesetzt wird, fahrt die Kurvenscheibe 11 eine weitere Drehbewegung durch ; die Backen 12 können sich nicht mehr weiter geradlinig vorwärtsbewegen, da die Hülle 1 eine derartige Bewegung nicht zulässt. Sie werden also mit der Kurvenscheibe 11 verriegelt und infolgedessen ebenfalls in einer Drehbewegung mitgenommen, sowie ihre geradlinige Vorschubbewegung (inspan- nung) durch den Körper der Hülle 1 gestoppt ist.
Die Schneidbacken 10 nehmen nun bei ihrer Drehbewegung den Abschnitt der Hülle, der zwischen der Ebene x-x'und dem Anschlag 5 (Fig. 3) liegt, mit ; dieser Abschnitt wird also gegenüber dem Rest der Hülle l, der seinerseits unbeweglich und eingespannt bleibt, gedreht.
Das Durchschneiden oder Trennen der Hülle 1 (der Rippen 3 und des Hüllenltörpers 2) erfolgt während dieser Drehbewegung ; der Hüllenkörper 1 wird von den Backen 6 festgehalten und das abzutrennende Stück wird durch die Backen 10 abgeschert.
Die Stellung E (Fig. 6) entspricht infolgedessen der eigentlichen Trennung bzw. dem eigentlichen Schnitt.
Die Kurvenscheiben 7 und 11 werden dann in ihre Ausgangsstellungen A und C zurückgenommen, wobei sich die Backen 6 und 10 von der Achse der Hülle wieder entfernen. Dadurch wird das abgeschnit-
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dann das weitere Vorschieben des Restes der Hülle 1.
Die gleichen Arbeitsfolgen ergeben dann einen zweiten Schnitt zwischen dem zweiten und dritten Stab ; in gleicher Weise erfolgen auch die dann durchzuführenden weiteren Schnitte.
Die Fig. 7 gestattet es, die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Durchschneiden der Hülle genauer zu beschreiben, u. zw. in einer besonderen Ausführungsart.
Man sieht in dieser Figur die eigentliche Schneid-oder Trennvorrichtung, die durch feste Platten 13 und 14 begrenzt ist, zwischen denen die Hebel 15,16 und 17 herausragen ; man sieht ferner den Kurbelarm oder Hebel 18, der den Anschlag 5 trägt.
In der Achse der Vorrichtung wird die Hülle 1 vorgeschoben, wobei sie durch die Rinne 19 unterstützt und mit Hilfe des Schlittens 20 nach vorn gedrückt wird, der seinerseits über das Seil 21 angetrieben wird, das über die Seilscheibe 22 läuft.
Die Hebel 15, 16, 17 und 18 sind durch ihre starren Zugstangen 8, 12, 23 und 24 mit den entsprechenden Kraftantrieben, im vorliegenden Falle den pneumatischen Arbeitszylindern 25, 26, 27 und 28 verbunden ; der Arbeitszylinder 29 dient zur Drehung der Seilscheibe 22. Diese Arbeitszylinder werden von einem starren Jochgestell P getragen, das durch eine genügend starke Wasserschicht hindurchführt, die dem biologischen Schutz des Personals dient. Die Arbeitszylinder werden mit Druckluft in dem einen oder dem andern Sinne beaufschlagt ; hiezu dient ein nicht dargestellter Steuer verteiler. den man in zeitlicher Folge in diejenigen Stellungen bringt, in denen die unterschiedlichen Arbeitsvorgänge durchgeführt werden.
Es werden nun die einzelnen Phasen eines vollständigen Arbeitsspiels genauer erläutert :
Wenn der Verteiler in der Ruhestellung ist (vgl. Fig. 7) speist die Druckluft : den Druckzylinder 28 für die Betätigung des Anschlages 5 über den Einlass 30 ; den Vorschubzylinder 29 über seinen Einlass 31 ; den das Einspannen bewirkenden Arbeitszylinder 25 über den Einlass 32 und den
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freien Luftraum verbunden, die Betätigungsstangen 8, 12, 23 und 24 sind vollkommen ausgefahren.
Der eine Gegenkraft liefernde Arbeitszylinder 27 wird dauernd über seinen Einlass 34 mit Druckluft beaufschlagt, seine obere Einlassöffnung 35 ist stets mit dem umgebenden Luftraum verbunden. Infolgedessen befindet sich seine Zugstange 23 stets in ihrer oberen Stellung. Der Kolben des Vorschub-Arbeitszylinders'29 ist in seiner rückwärtigen Arbeitslage. Die Hülle 1 (die die Brennstoffstäbe enthält) befindet sich in der Führungsrinne 19. Der Verteiler wird dann in die Vorschubstellung bis zum Anschlag gebracht ; die Druckluft speist dann : den Arbeitszylinder 28 über seinen Einlass 36 (wobei sich dann der Einlass 30 in unmittelbarer Verbindung mit der umgebenden Luft befindet), wodurch die Anschlagteile gehoben werden, d. h. die Teile 18,5 und 37 gemeinsam.
Der Anschlagzapfen 5 befindet sich dann in der Achse der Vorrichtung.
In der Vorschubstellung des Verteilers wird der Arbeitszylinder 29 über seinen Einlass 38 gespeist (der Einlass 31 steht mit dem freien Luftraum in Verbindung). Die fest mit der Kolbenstange des Arbeitszylin- ders 29 verbundene Klinke 39 dreht das Klinkenrad 40 um einen bestimmten Winkel. Die starr mit dem
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Klinkenrad 40 verbundene Seilscheibe 22 zieht das Seil 21 vor, wodurch der mit dem Seil verbundene Wagen oder Schlitten 20 und mit ihm auch die Hülle 1 vorwärtsbewegt wird, bis sich deren vorderes Ende gegen den Anschlagzapfen 5 anlegt.
Die Hülle 1 ist dann zwischen dem Anschlagzapfen 5 und dem Wagen oder Schlitten 20 in der Weise festgelegt, dass die Ebene, in der der nächste Schnitt durchgeführt werden soll, zwischen den aneinanderstossenden Enden des ersten und zweiten Brennstoffstabes liegt und mit der Arbeitsebene (Schneidebene) der Vorrichtung zusammenfällt.
Die Kolbenstange des Arbeitszylinders 29 kommt dabei nicht vollständig in die Endstellung ihres Rückwärtshubes, der Druck auf die Klinke 39 und der Zug im Seil 21 bleiben bestehen ; der Wagen oder Schlitten 20 übt also dauernd einen gewissen Druck auf die Hülle 1 aus, während die folgenden Arbeitgänge durchgeführt werden.
In der Einspannlage wird der Arbeitszylinder 25 über seinen Einlass 41 gespeist (wobei der Einlass 32 mit der freien Luft in Verbindung steht). Seine Kolbenstange 8 schwenkt die für die Einspannbewegung der Backen 6 bestimmte Kurvenscheibe 7 über deren Hebel 15 (vgl. Fig. 8). Die Kurvenscheibe 7 zwingt über ihre geneigten Kurvenflächen 42 den acht Klemmbacken 6 eine geradlinige radiale Vorschiebebewegung auf, wobei die Gleitbacken in den Führungsnuten der Platte 13 verschoben werden ; diese Nuten sind durch erhabene Vorsprünge 43 begrenzt, die einstückig aus der festen Platte 44 herausgearbeitet sind.
Die Platte 13 ist kreisförmig und in ihrem zentralen Teil mit einer grossen Bohrung versehen.
Die Klemmbacken 6, die nun geradlinig in Richtung auf die Achse der Hülle 1 vorgeschoben werden, sichern die Zentrierung und die feste Einspannung dieser Hülle.
Die Zahnvorsprünge 9 der Klemmbacken 6 (vgl. Fig. 9) erzeugen nun Eindrückungen in dem Hüllenkörper und schaffen so eine Sollbruchstelle in der Ebene des künftigen Trennschnittes.
Da der Arbeitszylinder 25 während der folgenden Arbeitsvorgänge weiterhin mit Druckluft gespeist bleibt, halten die Backen 6 die Einspannung der Hülle dauernd aufrecht ; die Hülle 1 ist also vollkommen festgelegt und unbeweglich.
In der Schneidstellung des Verteilers wird der Arbeitsyzlinder 28 über seinen Einlass 30 gespeist (sein Einlass 36 steht mit dem freien Luftraum in Verbindung) ; die Stange 24 wird nach unten gedrückt und schwenkt den Hebel oder die Kurbel 37, deren Schwenkachse der Anschlagzapfen 5 bildet.
Der Anschlag 5 ist in dem Kurbelhebel 18 in einem Rechtsgewinde mit entsprechendem Bolzengewinde geführt, er entfernt sich also während der Schwenkbewegung des Hebels oder der Kurbel 37 etwas von dem Ende der Hülle ; diese Schwenk-bzw. Axialbewegung wird durch geeignete Anschläge begrenzt, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die Stange 24 lässt während ihrer weiteren Abwärtsbewegung die Teile 18, 5 und 37, die zusammen den Anschlag bilden, eine Drehbewegung durchführen ; diese Drehbewegung hat den Zweck, die für den Austritt der abgeschnittenen Hülsenabschnitte oder Brennstoffstäbe vorgesehene Austrittsöffnung der Vorrichtung freizumachen.
Der Arbeitszylinder 26 wird nun durch seinen Einlass 46 gespeist (die Öffnung 33 steht mit der freien Luft in Verbindung) ; seine Stange 12 schwenkt über den Schwenkhebel 16 die Kurvenscheibe 11 (die genauso ausgeführt ist wie die Kurvenscheibe 7).
Inder gleichen Weise wie bei der Einspannbewegung der Backen 6 werden die Backen 10 (vgl. Fig. 10), welche genauso ausgeführt sind wie die Backen 6, geradlinig in Richtung auf die Achse der Hülle 1 vorgeschoben und klemmen diese Hülle zwischen sich fest, u. zw. ganz genau an demjenigen Teil dieser Hülle, der durchgeschnitten werden soll.
Die Zähne 9 der Backen 10 erzeugen dabei gleichfalls eine Eindrückung oder eine vorbereitete Bruchstelle in der Ebene des zukünftigen Trennschnittes.
Der Hebel 17 ist starr mit einer durchbohrten runden Platte 47 verbunden, die-in gleicher Weise wie die Platte 44 - angearbeitete Vorsprünge 48 aufweist, welche die radialen Führungsnuten der Klemmbacken 10 begrenzen. Diese Platte 47 kann gegenüber dem festen Körper 14 gedreht werden.
Bis zu diesem Zeitpunkt ist die Arbeitsweise noch genau die gleiche wie die Arbeitsweise bei dem Einspannen der Hülle, da der Arbeitszylinder 27 die Platte 47 festhält und damit auch die Führungsnuten der Backen 10 ihrerseits gegenüber dem Körper 14 unbeweglich sind.
Der Arbeitszylinder 26 wird immer noch über den Einlass 46 gespeist, er übt infolgedessen ständig einen Zug an der Stange 12 aus ; die Kurvenscheibe 11 kann aber ihre Drehbewegung nicht mehr fortsetzen, da die Backen 10 sich nicht weiter geradlinig in den Nuten der Platte 47 verschieben können, weil die Hülle 1 ihr weiteres Vorwärtsbewegen hindert. Sowie die Hülle 1 zwischen den Backen fest eingeklemmt ist, sind infolgedessen die Teile 16,10, 17 und der Umfang der Hülle 1 fest miteinander verbunden oder verriegelt.
Da der eine nachgiebige Gegenkraft liefernde Zylinder 27 einen wesentlich kleineren Durchmesser
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hat als der Arbeitszylinder 26, werden die drei Teile 16, 10, 17 und die Hülle 1 durch die stärkere Zugkraft des Zylinders 26 um die Hüllenachse geschwenkt und der Hebel 17 zieht-trotz des entgegenstehenden Widerstands-den Kolben des Zylinders 27 nach unten.
Während dieser Schwenkbewegung werden auch die Backen 10 um die Achse der Hülle geschwenkt. während die Backen 6 unbeweglich bleiben. Die jeweils aneinanderliegenden Kanten zweier Backen 6 und 10 werden auf diese Weise. zu Scheren, die durch Scherung die acht Längsrippen 3 der Rille gleichzeitig durchschneiden (vgl. Fig. 11).
Während und nach dem Durchschneiden der Längsrippen 3 nehmen die Backen 10 diese Rippen bei
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spricht der Länge eines Brennstoffstabes) ; in der Schneidebene, d. h. zwischen den Backen 6 und 10. tritt eine Torsion des Hilllenkörpers 2 auf, die den Bruch dieses Körpers genau an derjenigen Stelle herbeiführt. an der die Zähne 9 bereits Eindrücke geschaffen haben. Auf diese Weise wird die Hülle 1 an dieser Stelle durchschnitten oder getrennt. Durch das Vorhandensein und die Form der Zähne 9 der Backen 6 und 10 erzeugen diese eine glatte Trennung des Hüllenkörpers 2, ohne den Stoff oder das Material der Brennstoffstäbe zu berühren.
Der Verteiler wird dann in die Auswurfstellung gebracht, in der der Arbeitszylinder 26 durch den Einlass 33 gespeist wird (die Öffnung 46 steht mit der freien Luft in Verbindung) ; der Zylinder 27 bleibt dauernd über 34 gespeist, während seine Öffnung 35 ins Freie mündet ; der Hebel 17 nimmt daher wieder seine Ausgangsstellung an und bringt auch die Kurvenscheibe 11 in ihre Ausgangsstellung zurück. Durch ihre vorspringenden Zapfen 49 der Backen und die geneigten Gleitschlitze 50 werden auch die Backen 10 während der Drehung der Kurvenscheibe 11 in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt. Das abgeschnittene Hilllenstück mit dem in ihm enthaltenen Brennstoffstab wird auf diese Weise frei.
Der Arbeitszylinder 25 wird über die Öffnung 32 gespeist (die Öffnung 41 steht mit der freien Luft in Verbindung). Der Hebel 15 geht in seiner Ausgangsstellung zurück. gleichzeitig gehen auch die Backen 6 dank ihrer Vorsprünge 49 und der Gleitschlitze 50 zurück. Auf diese Weise ist auch der Rest der Hülle l, der auf der Rinne 19 liegt, freigegeben.
Der Arbeitszylinder 29 wird weiterhin über 38 beaufschlagt und kann in diesem Augenblick seine Kolbenstange bis in die hintere Endstellung bewegen, wobei die Klinke 39, das Klinkenrad 40, die Seilscheibe 22, das Seil 21, der Wagen oder Schlitten 20 und die Brennstoffpatrone mitgenommen werden.
Die Brennstoffpatrone stösst das abgetrennte Hüllenstück vor, so dass es vor der Vorrichtung in eine Aufnahmerinne hineinfällt, die ihrerseits nicht mit zu der erfindungsgemässen Vorrichtung gehört und in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
In der Endstellung wird dann der Arbeitszylinder 29 über die Öffnung 31 beaufschlagt (die Öffnung 28 steht jetzt mit der freien Luft in Verbindung) ; die Kolbenstange 51 tritt aus dem Arbeitszylinder 29 heraus und führt die Klinke 39 hinter den folgenden Zahn des Klinkenrades 40.
Der Winkel zwischen den einzelnen Zähnen des Klinkenrades 40 ist auf etwa die Länge eines Brennstoffstab-Abschnittes 4 abgestimmt.
Die Vorrichtung ist nunmehr bereit, um den Trennschnitt zwischen dem zweiten und dritten Brenn- stoffstab-Abschnitt durchzuführen.
Es wäre noch darauf hinzuweisen, dass nach dem vollständigen Zerschneiden der BrennstoffelementHülle in Stücke der Wagen oder Schlitten 20 nach Ausschwenken der Klinke 39 durch Handbetätigung mit Hilfe des Betätigungsrades 52 in seine am weitesten zurückliegende Stellung zurückgeführt wird ; zwischen der eigentlichen Vorrichtung und der Anordnung der Arbeitszylinder sich der biologische Schutzmantel befindet, durch den die Betätigungsstangen, wie 12, hindurchgefilhrt werden ; obwohl die als Beispiel beschriebene Vorrichtung durch pneumatische Arbeitszylinder betätigt wird. sie in genau der gleichen Weise durch andere mechanische elektrische oder hydraulische Vorrichtungen betätigt und gesteuert werden könnte.
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