DE1184865B - Vorrichtung zur Erzeugung geradliniger gesteuerter Bewegungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: HOIh

Deutsche Kl.: 21g-3

Nummer: 1184 865

Aktenzeichen: S 69803 VIII c/21;

Anmeldetag: 5. August 1960

Auslegetag: 7. Januar 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung geradliniger gesteuerter Bewegungen, mit einem drehbaren Antriebsteil, einem in Richtung der Drehachse des Antriebsteiles geführten angetriebenen Teil, ferner mit einem Zwischenteil, der drehfest mit dem Antriebsteil verbunden ist und zusammen mit dem angetriebenen Teil ein Schraube-Mutter-System bildet, weiterhin mit einer Einrichtung zur Verriegelung des Zwischenteiles mit dem Antriebsteil, wobei nach Entriegelung der Zwischenteil und der angetriebene Teil in Richtung der Drehachse des Antriebsteiles gegenüber diesem längsbeweglich sind.

Bei einer bekannten Vorrichtung der vorstehend genannten Art fällt der Zwischenteil und der angetriebene Teil bei Entriegelung vom Antriebsteil unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten. Diese Bewegung erfolgt naturgemäß zunächst verhältnismäßig langsam und wird erst beim weiteren Abfallen schneller.

Nun ist es jedoch gerade in Atomreaktoren von großer Bedeutung, insbesondere die sogenannten Sicherheitsstäbe möglichst rasch in das Innere des Reaktors einführen zu können, um im Bedarfsfalle eine unerwünschte Steigerung der Reaktivität zu unterbinden. Die bekannte Vorrichtung hat daher den Nachteil, daß derartige Längsbewegungen des Zwischenteiles und des angetriebenen Teiles nicht mit der erforderlichen Schnelligkeit durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der dieser Nachteil vermieden ist.

Diese Aufgabe wird in einfacher Weise dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß eine durch die Entriegelung freigegebene federelastische Schleudereinrichtung zur Durchführung einer raschen Längsbewegung von Zwischenteil und angetriebenem Teil vorgesehen ist.

Der durch die Erfindung erzielte wesentliche technische Fortschritt liegt somit darin, daß mit Hilfe der neuen Vorrichtung ein Steuer- oder Sicherheitsstab eines Atomreaktors mit sehr großer Geschwindigkeit in das Innere des Reaktors geführt werden kann, wenn dies aus Steuerungs- oder Sicherheitsgründen erforderlich ist. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene federelastische Schleudereinrichtung wird somit insbesondere die verhältnismäßig lange Zeit stark verkürzt, die bei der bekannten Ausführung erforderlich ist, um die unter der Wirkung der Schwerkraft frei fallenden Teile in rasche Bewegung zu bringen.

Vorrichtung zur Erzeugung geradliniger
gesteuerter Bewegungen

Anmelder:

Ste. des Forges et Ateliers du Creusot, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,

München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 6. August 1959 (802155)

Ein wesentlicher Vorzug der erfindungsgemäßen Lösung besteht ferner auch darin, daß die im Zeitpunkt der Entriegelung gerade vorhandene Stellung des Zwischenteiles und des angetriebenen Teiles keinen Einfluß auf die Schnelligkeit der durch die federelastische Schleudereinrichtung ausgelösten Längsbewegung des Zwischenteiles und des angetriebenen Teiles ausübt. Bei allen Stellungen wird vielmehr eine sehr rasche Längsbewegung erzielt.

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einiger in den Zeichnungen veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigen

F i g. 1, 2 und 3 Längsschnitte einer Vorrichtung in drei verschiedenen Stellungen,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 5 einen Längsschnitt durch den oberen Bereich der Ausführung gemäß den F i g. 1 bis 3,

F i g. 6 einen Längsschnitt durch den unteren Bereich dieser Vorrichtung,

F i g. 7 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab längs der Linie A-A der Fig. 5,

F i g. 8 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab längs der Linie B-B der F i g. 6,

F i g. 9 einen Längsschnitt durch den oberen Bereich der Vorrichtung gemäß F i g. 4,

F i g. 10 einen Längsschnitt durch den unteren Bereich dieser Vorrichtung.

Die Umhüllung 1 der Vorrichtung schließt sich an die Metallwand 2 an, in deren Innerem sich der Reaktorkern 3 befindet. Der Reaktor ist in Druckwas-

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serbauart ausgeführt, und die Flüssigkeit hat freien Zugang zum Innenraum der Umhüllung 1 durch den unteren Bereich 4 derselben. Zum Ausgleich des von der Bewegung der Steuerstange 6 herrührenden Wasserdruckes zu beiden Seiten der Wände der Umhüllung sind Öffnungen 5 vorgesehen. Die Steuerstange und die diese haltende Stange 7 bilden den unteren Abschnitt des angetriebenen Teiles 8. Dieser Teil 8 bildet eine Mutter und ist mit Rollenlagern 9 versehen, die sich in Längsrillen 10 in der Wand der Umhüllung 1 bewegen können. Ein Zwischenteil 11 ist in seinem unteren Bereich mit einem Gewinde versehen und bildet das zweite Element des Schraube-Mutter-Systems. Der Antriebsteil 12 ist an seinem unteren Abschnitt durch eine mit Nuten 13 versehene Zahnstange 14 verlängert, in die Rillen 15 des Zwischenteiles 11 eingreifen, so daß der Zwischenteil 11 drehfest mit dem Antriebsteil 12 verbunden ist. Die Hebel 16 können sich um Achsen 17, die in dem Antriebsteil 12 gelagert sind, schwenken. Diese Hebel weisen Klinken 18 auf, die mit Klinken 19 am oberen Ende des Zwischenteiles 11 in Eingriff kommen können. Eine Schulter 20 an dem Antriebsteil und ein Ring 21 bilden Anschläge für eine Feder 22, die die erfindungsgemäße federelastische Schleudereinrichiung bildet. Die Drehung des Antriebsteiles 12 geschieht durch einen Motor, dessen Stator 23 sich außerhalb der dichten Umhüllung 1 befindet. Der Rotor wird vom Umfangsbereich 24 des Antriebsteiles 12 gebildet. Der Antriebsteil 12 ist in Lagern 25 und 26 gelagert. Die Hebel 16 lassen sich durch Elektromagnete 27 schwenken. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung ist der Zwischenteil 11 im Eingriff mit den Hebeln 16; die Feder 22 ist zusammengedrückt. Der Ring 21 stützt sich dabei an einer Schulter des Zwischenteiles 11 ab. Wenn der Zwischenteil 11 mit dem Antriebsteil 12 durch Erregung des Elektromagneten 27 verriegelt ist, ergibt sich folgende Wirkungsweise. Der Antriebsteil 12 sowie der Zwischenteil 11 werden durch den Stator 23 in Drehung versetzt. Durch das Schraube-Mutter-System senkt sich die Stange 6 nach und nach in den Kern des Reaktors. Durch Umkehr der Drehrichtung läßt sich die Stange anheben. Die in F i g. 1 gezeigte Stellung entspricht dei angehobenen Lage der Stange.

Gemäß F i g. 2 befinden sich der Zwischenteil 11 und der angetriebene Teil 8 in ihrer tiefen Stellung entsprechend der maximalen Eintauchstellung der Steuerstangen 6 in den Reaktorkern. Diese Stellung erreicht man durch Unterbrechen der Stromzufuhr zum Elektromagnet 27, wodurch zuerst die Hebel 16 durch Rückholfedern geschwenkt (s. F i g. 7 und die Beschreibung zu F i g. 5), sodann die Feder 22 entspannt und der Zwischenteil 11 mit dem angetriebenen Teil 8 nach unten geschleudert wird. Dieser Vorgang geschieht sehr schnell, so daß sich der Reaktor augenblicklich stillsetzen läßt. Um jedoch stoßartige Beanspruchungen zu vermeiden, ist ein Bremssystem am Ende des Hubweges vorgesehen. Dieses System ist im Zusammenhang mit F i g. 5 beschrieben und in den F i g. 6 und 8 dargestellt.

F i g. 3 zeigt den Zustand der Vorrichtung, wenn der Zwischenteil gerade mit den Klinken 18 der Hebel 16 in Eingriff gekommen ist, wobei die Steuerstange 6 und der angetriebene Teil 8 sich in der unteren Stellung befinden. Das Einklinken des Zwischenteiles 11, ausgehend von der in F i g. 2 dargestellten Stellung, geschieht auf folgende Weise: Drehen des Antriebsteiles 12, schraubenartiges Verschieben des Zwischenteiles 11 im Innern des angetriebenen Teiles 8, Zusammendrücken der Feder 22, Anstoßen der Klinken 19 des Zwischenteiles 11 an die Klinken 18 der Hebel 16, Verklinken durch Schwenken der Hebel 16 unter der Wirkung des Elektromagneten 27, der von neuem erregt wird.

Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß die relative Stellung der drei Hauptteile 8, 11 und 12 verschieden ist. Diese Teile haben jedoch die gleiche Wirkungsweise. Die Steuerstange 6 wird von dem angetriebenen Teil 8 getragen, der den mittleren Bereich der Vorrichtung einnimmt. An der Umhüllung 1 ist ein Keil 28 befestigt, der mit einer Nut 29 des angetriebenen Teiles 8 im Eingriff steht, so daß dieses sich nicht drehen, jedoch in Längsrichtung bewegen kann. Der Antriebsteil 12 ist hohlzylindrisch ausgebildet und umgibt den oberen Bereich des Teiles 8.

Die Schwenkhebel 16 sind in gleicher Weise an dem Antriebsteil 12 befestigt. Der Zwischenteil 11 ist in der verriegelten Stellung gezeigt. Er ist mit Keilen 30 versehen, die im Eingriff mit Nuten 31 des Antriebsteiles 12 stehen, so daß der Teil 11 mit dem Teil 12 drehfest verbunden ist. Das Schraube-Mutter-System wird ebenfalls durch den Zwischenteil 11 und den angetriebenen Teil 8 gebildet. Dieser ist in F i g. 4 in seiner höchsten Stellung gezeigt. Damit er auch in der unteren Stellung durch die Keile 28 genau geführt wird, muß er in der oberen Stellung über den oberen Bereich des Antriebsteiles 12 vorstehen, so daß, verglichen mit der Anordnung nach F i g. 1 bis 3, die Umhüllung 1 nach oben verlängert sein muß.

Die F i g. 5 und 6 zeigen einen Schnitt entsprechend dem Grundprinzip der Anordnung nach Fig. 1 bis 3. Die elektrischen Betätigungselemente, nämlich der Erregerstator 23 und der Elektromagnet 27, befinden sich außerhalb der Umhüllung 1, sind jedoch durch eine zusätzliche zylindrische Umhüllung 32, die mit der Umhüllung 1 verbunden ist, geschützt. Die Umhüllung 1 setzt sich aus verschiedenen Teilen la bis 1/ zusammen. Die Umhüllung 32 besteht aus den Teilen 32 a bis 32 d und den Zwischenstücken 33, 34 und 35. Der Kopfteil 32 a ist mit dem Teil la verschraubt. Alle zu der Umhüllung 1 gehörenden Teile sind dichtsitzend zusammengesetzt, um irgendeine Leckströmung eines radioaktiven Strahlungsmittels aus dem Innenraum dieser Umhüllung nach außen zu vermeiden. Die Abdichtung ist durch Verschweißen der Teile la und Ib an der Stelle36 nach gegenseitigem Verschrauben ausgeführt, durch Verschweißen der Teile Ic und 1/ an der Stelle 38 und durch Verschweißen der gesamten Umhüllung 1 mit dem Metallkessel 2 des Reaktors an der Stelle 39. Der Hauptkörper 12 a des Antriebsteiles 12 ist mit dem mittleren Teil 12 c durch eine Achse 12 δ verbunden, die an der Stelle 40 mit dem Teil 12 c verschraubt ist. Zentrierstifte 41, die in die Schulter 20 des mittleren Teiles 12 c eingesetzt sind, halten diesen Teil fest. Die Ausbauchung 12 d des Teiles 12 a trägt die Hebel 16. Die in F i g. 5 gezeigte Stellung der Hebel 16 entspricht der verriegelten Stellung des Zwischenteiles 11 mit dem Antriebsteil 12, wobei der Elektromagnet 27 erregt ist. Die Entriegelung geschieht unter der Wirkung von Rückholfedern, wenn die Erregung des Elektromagneten 27 unterbrochen wird. In der ver-

riegelten Stellung wird der Ring 21 durch den Druck der Feder 22 gegen die Schulter 42 des Zwischenteiles 11 gehalten. Der Antriebsteil 12 und die Stange 13 bilden eine Einheit, die mit der Mutter 43 zentriert ist, welche als Endanschlag für den Hub der Feder 22 dient. Um die Reibungskräfte zwischen dem Zwischenteil 11 und dem angetriebenen Teil 8 zu verringern, besitzt dieser einen zusammengesetzten Aufbau von bekannter Art, wobei mit Gewinde-

schiedenen Teilen, die eine Translationsbewegung ausführen, sind Öffnungen vorgesehen, um jede hydraulische Blockierung zu vermeiden.

Außerdem kann die schnelle Absenkbewegung der 5 Stange (Sicherheitsbetätigung der Stange) nach Belieben ausgeführt werden, und zwar unabhängig von der Stellung der Stange im Reaktor im Augenblick der Entriegelung der Druckfeder. Diese Feder ist bei der langsamen Bewegung der Stange (Steuerung des

Zusammenhalten der Elemente 12 a, 12 c und 12/. Das Element 12/ ist durch das Element 12 g verlängert, das die Schwenkhebel 16 trägt. Das Element

lagers 26 verbunden. Das Element 12 h trägt Zapfen 51, die als Führung für jeweils ein Ende der Rückholfedern 52 der Hebel 16 dienen. Das andere Ende

gangen versehene Achsen 44 gleichmäßig um den io Reaktors) immer gespannt. Zwischenteil 11 verteilt sind und sich im Inneren Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 9 und

eines ringförmigen Hohlraumes des angetriebenen 10, das dem in F i g. 4 gezeigten Beispiel entspricht, Teiles 8 befinden. Diese Achsen 44 sind drehbeweg- befindet sich der die Drehbewegung des Antriebslich in bezug auf diesen Teil durch die Lager 45, die teiles 12 bewirkende Stator 23 in einem dichten Gezugleich Anschlagteile bilden, so daß es möglich ist, 15 häuse im Innenraum der Umhüllung 1, die aus den durch Drehen des Zwischenteiles 11 diese Achsen Teilen la bis IZ gebildet ist, wobei die Teile unter und damit den angetriebenen Teil 8 in Längsrich- sich nach außen abdichtend miteinander verbunden tung zu verschieben, wobei das Gewinde des Zwi- sind. Der Antriebsteil 12 besteht aus den Elementen schenteiles 11 dauernd in Eingriff mit den Gewinde- 12 a bis 12/ und aus dem von dem Element 12 a gegangen der Achsen 44 steht. Es ist noch ein hydro- 20 tragenen Rotor 24. Die Elemente 12 b, 12 e und 12 j dynamisches Bremssystem für die schnelle Bewe- bilden Gewindemuttern. Das Element 12 d dient zum gung der Stange vorgesehen. Dieses wird von dem
oberen Bereich des angetriebenen Teiles 8 gebildet,
das einen Kolben im Innenraum des zylindrisch gestalteten Teiles Id darstellt. An der Innenwand des 25 12 h ist mit einer Gewindemutter 12 e fest mit dem Teiles Id sind Nuten 46 vorgesehen, deren Größe Element 12 g und dem inneren Laufring des Kugelnach unten hin abnimmt. Beim Entkuppeln des Zwischenteiles 11 und des angetriebenen Teiles 8 werden diese Teile durch die Feder 22 schnell nach unten geschleudert und dann am Ende des Hubes 3° dieser Federn ist im Innern von Ausnehmungen 54 durch die Flüssigkeitsströmung in den Nuten 46 ge- in den Klinken 18 der Hebel geführt. Der innere bremst, so daß kein schädlicher Stoß auf die Steuer- Laufring des Kugellagers 25 ist zwischen dem EIestange oder auf irgendeinen anderen Teil der Vor- ment 12 d und der Spannmutter 12 e eingespannt, richtung entstehen kann. Der Keil 30, der an dem Zwischenteil 11 befestigt

In den Zwischenteil 11 ist eine Muffe 47 einge- 35 ist, greift in die Nut 31 des Elementes 12 c ein, woschraubt, die diesen verlängert und die Führung im durch der Zwischenteil 11 drehfest, jedoch längsver-Innenraum des angetriebenen Teiles 8 dank eines schiebbar mit dem Antriebsteil 12 verbunden ist. Kugellagers 48 erleichtert, das mit einer Mutter 49 Der Zwischenteil 11 setzt sich aus zwei Elemen-

auf der Muffe 47 festgeschraubt ist. ten lla und 11 b zusammen. Wenn das Element 11a

Eine elektromagnetische Vorrichtung mit Drossel- 40 an der Stelle 55 entriegelt wird, entspannt sich die spulen50, die die UmhüllungId umgeben, ermög- Feder22 und schleudert die Elementella und lib licht die Kennzeichnung der Lage des angetriebenen nach unten. Die Verschiebung des Elementes 11 b, Teiles 8 durch Messen des in den Spulen fließenden das einen Anschlag für die Feder 22 bildet, ist durch Stromes. das Element 12/ begrenzt, während das Element

In dem Querschnitt in Fig. 7 sind zur Erleichte- 45 lla sich ungehindert weiter nach unten verschieben rung der Übersicht der Zwischenteil 11, die Feder kann.

22 und der Mittelteil 12 c des Antriebsteiles fortge- Das Schwenken der Hebel 16 geschieht auf fol-

lassen. Man erkennt die vier Schwenkhebel 16, in gende Weise: Wenn der Elektromagnet 27 erregt deren Klinken 18 an der Seite Achsen 51 befestigt wird, wird der Teil 56 in den oberen Bereich der sind, die als Führung für die Rückholfedern 52 die- 50 Vorrichtung geholt und drückt die Feder 57 zusamnen. Oberhalb der Linie X-X sind die Hebel in einer men. Der Teil 56 übt dann keine Wirkung auf die mit dem Zwischenteil 11 verriegelten Stellung dar- Hebel 16 aus, die unter der Wirkung der Rückholgestellt und unterhalb dieser Linie in der entriegel- federn 52 in der Verriegelungsstellung sind. Sobald ten Stellung. In der Verriegelungsstellung ist der die Erregung des Elektromagneten 27 aufhört, entElektromagnet 27 erregt, und die Rückholfedern 52 55 spannt sich die Feder 57, und der Teil 56 kommt sind zusammengedrückt. Nach Aufhören der Erre- gegen die Rolle 58 am Hebel 16, so daß dieser um gung des Elektromagneten entspannen sich die seine Achse 17 geschwenkt wird und den Zwischen-Rückholfedern 52 und drücken die Seitenfläche der teil lla entriegelt.

Klinken 18 auseinander, so daß diese sich derUmhül- Die in Fig. 10 nicht dargestellte Metallwand 2

lung 1 nähern und so die gewünschte Entriegelung 60 befindet sich in der Höhe der Schnittlinien der EIebewirken. mentel/ und Ig der Umhüllung 1. Das Schraube-

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsart der Führung des Mutter-System ist dem in Fig. 6 dargestellten anaangetriebenen Teiles 8 sowie das Bremssystem dieses log. Die Schraube wird jedoch — umgekehrt wie bei Teiles. Die Rollen 9, die um die Achsen 53 drehbar der Ausführung gemäß F i g. 5 und 6 — durch den gelagert sind, sind als Kugellager ausgebildet, die in 65 angetriebenen Teil 8 gebildet. Die Umhüllung 1 ist Nuten 10 in dem mit Ausnehmungen versehenen im oberen Bereich verlängert, um das Ausrücken Teil la" laufen. Die Ausnehmungen in diesem Teil des angetriebenen Teiles 8 in die obere Stellung zu stellen die vorerwähnten Nuten 46 dar. In den ver- ermöglichen. Das elektromagnetische Kennzeich-

nungssystem 50 für die Stellung dieses Teiles ist an dieser Verlängerung vorgesehen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung geradliniger gesteuerter Bewegungen, mit einem drehbaren Antriebsteil, einem in Richtung der Drehachse des Antriebsteiles geführten angetriebenen Teil, ferner mit einem Zwischenteil, der drehfest mit dem Antriebsteil verbunden ist und zusammen mit dem angetriebenen Teil ein Schraube-Mutter-System bildet, weiterhin mit einer Einrichtung zur Verriegelung des Zwischenteiles mit dem Antriebsteil, wobei nach Entriegelung der Zwischenteil und der angetriebene Teil in Richtung der Drehachse des Antriebsteiles gegenüber diesem längsbeweglich sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Entriegelung freigegebene federelastische Schleudereinrichtung (22) zur Durchführung einer raschen Längsbewegung von Zwischenteil (11) und angetriebenem Teil (8) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung durch schwenkbar am Antriebsteil (12) gelagerte Hebel (16) gebildet wird, die den Zwischenteil (11) im Verriegelungszustand gegen die Kraft der federelastischen Schleudereinrichtung (22) festhalten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung der Hebel (16) elektromagnetisch steuerbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federelastische Schleudereinrichtung durch wenigstens eine Schraubenfeder (22) gebildet wird, die zwischen einem ersten Ansatz (20) des Antriebsteiles (12) und einem Ring (21) angeordnet ist, der sich im Verriegelungszustand an einer Schulter des Zwischenteiles (11) abstützt und nach Entriegelung längs des Antriebsteiles bis zu einem zweiten Ansatz dieses Antriebsteiles gleiten kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine hydrodynamische Bremseinrichtung mit einem durch den angetriebenen Teil (8) gebildeten Kolben, ferner mit Nuten (46), die an der Innenwand der Umhüllung (Id) vorgesehen sind und deren Querschnitt in Schleuderrichtung abnimmt, sowie mit Durchbrüchen, die Hohlräume zu beiden Seiten des Kolbens zwecks Vermeidung einer hydraulischen Blockierung miteinander verbinden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1046 209;
französische Patentschrift Nr. 1148 679;
britische Patentschriften Nr. 786 486, 795 565.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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