DE1253831B - Mechanische, auf dem Reibungsprinzip basierende Abbremsvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES #f# PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 g - 21/31

Nummer: 1253 831

Aktenzeichen: C 38089 VIII c/21;

j[ 233 831 Anmeldetag: 1. Februar 1966

Auslegetag: 9. November 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische, auf dem Reibungsprinzip basierende Abbremsvorrichtung zum Abbremsen eines sich längs einer geraden Bahn bewegenden Bauteils, insbesondere eines Kernreaktorregelstabes, mit einem ortsfest angeordneten zylindrisch gewendelten Bauteil, an dem der abzubremsende Bauteil mit einem zylindrischen Abschnitt anderen Durchmessers unter Deformierung des gewendelten Bauteils entlanggleitet.

Die Abbremsvorrichtung ist insbesondere zum Verzögern und Stillsetzen eines Bauteils gedacht, der frei herabfällt. Sie soll ab einer bestimmten Stelle des Fallweges den Bauteil zunächst abbremsen und schließlich stillsetzen, ohne daß ein Rückprallen des Bauteils eintreten kann.

Eine für diesen Zweck gedachte und in der obigen Art aufgebaute Vorrichtung ist in der französischen Patentschrift 1352 881 beschrieben. Gemäß dieser Patentschrift ist zum Abbremsen eines in den Kern eines Kernreaktors eingeführten Steuerstabes eine reaktorfeste Bohrung vorgesehen, in der der Steuerstab Aufnahme finden kann. Die Innenwandung dieser Bohrung oder ein Teil des Steuerstabes selbst ist dabei spiralig mit einem hohlwandigen Körper aus nachgiebigem Material bewickelt, und die Durchmesser der Bohrung und des Stabes sind so aufeinander abgestimmt, daß eine Einführung des Steuerstabes in die Bohrung nur unter Zusammendrückung wenigstens einiger Windungen des Hohlkörpers möglich ist. Es kommt also beim Einbringen des Stabes zu einer Reibung zwischen dem Hohlkörper einerseits und dem Stab bzw. der Bohrung andererseits, wobei die kinetische Energie des fallenden Stabes in Verformungsarbeit an dem Hohlkörper umgesetzt wird. Durch die Anbringungsart und die Auswahl des Materials für den Hohlkörper läßt sich ohne weiteres jede gewünschte Bremswirkung erzielen. Jedoch weist die bekannte Anordnung den Nachteil auf, daß sie sich einer Bewegung des Steuerstabes in der Bohrung nach unten und nach oben in gleichem Maße widersetzt. Die Vorrichtung übt also außer der erwünschten Bremswirkung beim Herabfallen des Stabes auch eine sich der Entfernung des Stabes aus der Bohrung nach oben widersetzende und unerwünschte Kraft auf den Stab aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abbremsvorrichtung der obenerwähnten Art in solcher Weise abzuwandeln, daß sie eine wesentliche Bremswirkung nur für eine der beiden Bewegungsrichtungen des abzubremsenden Bauteils ausübt. Einer Bewegung des Bauteils in der anderen Richtung soll sich entweder gar keine oder zumindest nur eine stark verminderte Bremswirkung entgegenstellen.

Mechanische, auf dem Reibungsprinzip
basierende Abbremsvorrichtung

Anmelder:

Commissariat ä !'Energie Atomique, Paris
Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Albert Six, Maisons-Alford, Seine (Frankreich)

so Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 8. Februar 1965 (4729)

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der gewendelte Bauteil eine in axialer Richtung ausziehbare Metall-Schraubenfeder ist, die mit der einen Stirnseite an einem ortsfesten Träger befestigt ist und bei der zwischen benachbarten Windungen Zapfen vorhanden sind, die eine gegenseitige Verdrehung der Windungen verhindern, solange diese aneinanderliegen.

Dabei gibt es für die Bemessung der Feder und des mit ihr zusammenwirkenden zylindrischen Abschnitts des abzubremsenden Bauteils zwei Möglichkeiten: Entweder läßt man den zylindrischen Abschnitt in das Innere der Feder eindringen und muß dann seinen Durchmesser ein wenig größer wählen als die lichte Weite der Feder im Ruhezustand, oder man läßt den zylindrischen Abschnitt außen an der Feder entlanggleiten, wobei die lichte Weite des zylindrischen Ab-Schnitts ein wenig kleiner als der Außendurchmesser der Feder im Ruhezustand zu bemessen ist. In beiden Fällen ergibt sich, daß die aneinander anliegenden Windungen der Feder dem von dem zylindrischen Abschnitt des abzubremsenden Bauteils auf sie ausgeübten Radialdruck wegen der zwischen ihnen angeordneten Zapfen nicht nachzugeben vermögen, eine Reibungskraft zwischen der Feder einerseits und

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dem abzubremsenden Bauteil andererseits, deren Größe sich durch Wahl der Abmessungen der Feder und des zylindrischen Abschnitts des abzubremsenden Bauteils ohne weiteres auf jeden gewünschten Wert bringen läßt. Wird jedoch der abzubremsende Bauteil einer Kraft ausgesetzt, die seinen zylindrischen Abschnitt in Axialrichtung von der Feder zu entfernen sucht, so lösen sich die zunächst aneinander anliegenden Windungen der Feder voneinander, die Klammerwirkung der Zapfen verschwindet, und die Windungen können eine gegenseitige Verdrehung erfahren. Damit verschwindet aber die radiale Spannung zwischen der Feder und dem zylindrischen Abschnitt des abzubremsenden Bauteils, und dieser kann reibungsfrei von der Feder entfernt werden.

Als günstigste Unterbringungsart für die zwischen benachbarten Windungen anzuordnenden Zapfen hat sich deren Einsetzen in in die Berührungsfläche benachbarter Windungen eingearbeitete Radialbohrungen erwiesen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, die beim Abheben des Bauteils und der Feder auftretenden Lösekräfte dadurch zu verstärken, daß man die Feder mit zumindest zwei radial gerichteten, fest mit zwei verschiedenen Windungen verbundenen Fingern versieht, die jeweils mit einem von zwei schraubenlinienförmigen Schlitzen von einander entgegengesetzter Neigung zusammenwirken, die in dem Mantel einer mit geringem Abstand koaxial zur Feder angeordneten ortsfesten Hülse vorgesehen sind. Beim Abheben des Bauteils und der daran haftenden Federwindungen erfahren dann die Finger eine Verschiebung in Umfangsrichtung der Federwindungen und befördern also eine gegenseitige Verdrehung der Windungen. Für die Form der Windungen selbst hat sich schließlich ein rechteckiger oder quadratischer Querschnitt als am günstigsten erwiesen, da dann die Berührung zwischen den einzelnen Windungen am intensivsten ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden eine spezielle Ausführungsform an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen

F i g. 1 und 2 vertikale Axialschnitte durch eine Abbremsvorrichtung bei zwei verschiedenen Stellungen der Feder und

F i g. 3 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer durch eine äußere Hülse vervollständigte Abbremsvorrichtung, deren Aufbau im übrigen der nach den F i g. 1 und 2 entspricht.

Wie man aus den F i g. 1 und 2 ersieht, besitzt die Abbremsvorrichtung eine Schraubenfeder 1, deren Windungen 2 einen quadratischen Querschnitt haben und in der in F i g. 1 dargestellten Ruhelage der Feder unmittelbar aneinander anliegen. Die Feder 1 weist jeweils in den Berührungsflächen ihrer Windungen 2 radiale Bohrungen 4 auf, in die Zapfen 3 eingesetzt sind, welche die Windungen der Feder gegeneinander festlegen und ein gegenseitiges Verschieben dieser Windungen in Umfangsrichtung im Wickelsinn der Feder, d. h. im Sinne einer Änderung des Federdurchmessers, verhindern. Die unterste, die untere Stirnseite 5 der Feder bildende Windung 2 ist mit einem ortsfesten Träger 6 in irgendeiner Weise, insbesondere durch eine Schweißnaht 7, starr verbunden.

Diese soeben kurz beschriebene Bremsvorrichtung mit Feder gestattet es, irgendein Element oder einen Bauteil, der sich längs einer geradlinigen Bahn bewegt, abzubremsen und stillzusetzen, insbesondere einen Bauteil, der frei vertikal herabfällt. Insbeson-

dere kann ein solcher Bauteil aus einem Stab bestehen, wie sie in Kernreaktoren für die Steuerung und die Sicherheitsabschaltung benutzt werden. Ein solcher Bauteil oder Stab weist einen ersten zylindrisehen Abschnitt 8 auf, dessen Durchmesser ganz wesentlich kleiner als der Innendurchmesser der Feder 1 in ihrer Ruhelage ist, so daß sich dieser Abschnitt frei in Richtung der Achse durch die Feder hindurchbewegen kann. An diesen zylindrischen Abschnitt 8 schließt sich nach oben ein zweiter Abschnitt 9 an, dessen Durchmesser nicht nur größer als der des Abschnitts 8, sondern auch größer als der Innendurchmesser der Feder 1 sitzt; das Durchmesserübermaß des Abschnitts 9 hängt von der Stärke der Bremswirkung ab, die man erhalten will. Die beiden Abschnitte 8 und 9 des abzubremsenden Bauteils sind durch einen konischen Ubergangsabschnitt 10 miteinander verbunden.

Bei einem freien Fall, d. h. einer Bewegung des abzubremsenden Bauteils in Richtung des Pfeils 11, schiebt sich der Abschnitt 8 frei in die Feder hinein, bis der konische Abschnitt 10 mit der obersten Windung der Feder 1 in Berührung kommt. Beim Eindringen dieses konischen Abschnitts in die Feder kann diese sich nicht durch gegenseitiges Verschieben ihrer Windungen in Umfangsrichtung aufweiten, weil die in den Bohrungen 4 sitzenden Zapfen 3 eine derartige Verschiebung der Windungen 2 gegeneinander unterbinden. Die Feder 1 verhält sich unter diesen Bedingungen wie ein Rohr, in das sich mit hohem Axialdruck der zylindrische Abschnitt 9 des Stabes hineinpreßt. Beim Fortsetzen der Bewegung nach unten wird der Abschnitt 9 an seinem gesamten Umfang durch die Federwindungen mit einer radialen Druckkraft belastet. Von diesem Augenblick ab setzt sich jeder weiteren Verschiebung des Stabes in der gleichen Richtung eine Reibungskraft entgegen, die abhängig von der Enge der »Reibungspassung« zwischen abzubremsenden Element und Feder bzw. der radialen Umfangsdruckkraft ist und die das reibende Abbremsen und schließlich das Stillsetzens des Elements bewirkt.

Wenn man jedoch durch irgendein geeignetes (nicht darstelltes) Mittel das abgebremste Bauelement bzw. den Stab in der Richtung des Pfeils 12 wieder nach oben zieht oder drückt, d. h. in der zur Bewegung beim Bremsen umgekehrten Richtung, nimmt das Element die zunächst noch an ihm durch Reibung haftenden Windungen der Feder mit, und die Feder sucht sich zu strecken. Die Windungen 2 heben sich von den Zapfen 3 ab, und diese Zapfen 3 verhindern nicht mehr das dehnende »Aufwickeln« der Feder (s. F i g. 2). Der hohe, am gesamten Umfang wirkende Radialdruck wird so aufgehoben, so daß der Bauteil bzw. der Stab in seiner Aufwärtsbewegung frei ist und ohne großen weiteren Kraftaufwand in seine Ausgangsstellung zurückgezogen werden kann.

Zweckmäßigerweise sind — wie in F i g. 3 dargestellt — Mittel vorgesehen, die das Aufwickeln oder Aufweiten der Feder und damit die Freigabe des abgebremsten Bauteils in der vorhergesehenen Richtung unterstützen.

Zu diesem Zweck ist die Feder mit geringem radialem Abstand von einer koaxialen, offenen Hülse 13 umgeben, die ihrerseits am festen Träger 6 festgelegt ist. In ihrer Mantelfläche hat diese Hülse zwei schraubenlinienförmig verlaufende Schlitze 14 und 15, die mit einander entgegengesetzter Neigung relativ zur

Claims (4)

Achse der Hülse angeordnet sind. In jeden dieser Schlitze greift jeweils ein Finger 16 und 17 ein; die Finger sind mit irgendwelchen Windungen der Feder 1 fest verbunden. Durch eine derartige Anordnung wird das Aufweiten der Feder 1 durch die Führung der Finger 16 und 17 in ihren Führungsschlitzen 14 und 15 unterstützt, sobald auf das abgebremste Element eine Kraft ausgeübt wird, welche im Sinn einer Dehnung der Feder wirkt. Die Vorrichtung gestattet so ein Bremsen und Lösen der Bremse ohne irgendeine zusätzliche mechanische Betätigung, da das Abbremsen und die Freigabe des abgebremsten Elements lediglich dadurch erfolgen, daß im ersten Fall ein Aufweiten der Feder verhindert und im zweiten Fall ein Aufweiten der Feder möglich ist oder sogar durch zusätzliche Mittel unterstützt wird, ohne daß hierzu eine besondere Steuerbetätigung notwendig wäre. Dieses Merkmal der Abbremseinrichtung ist besonders interessant, wenn die Bremsanordnung an einem schwer zugäng- so liehen Ort, insbesondere in einem Kernreaktor, untergebracht ist, um dort einen Sicherheitsstab am Schluß seiner Bewegung bzw. seines freien Falls abzubremsen und stillzusetzen. Die Bremsvorrichtung gestattet es, einen derartigen Stab auf einem sehr kleinen Bremsweg mit einer großen Bremskraft abzubremsen. Außerdem kann die Bremsvorrichtung leicht in einem Bereich eingebaut werden, der wegen der dort herrschenden Strahlung nicht zugänglich ist; irgendeine mechanische Verbindung nach außen ist nicht erforderlich. Beispielsweise sei angegeben, daß eine Bremsvorrichtung der oben beschriebenen Art zum Abbremsen eines Steuer- oder Sicherheitsstabes mit einem Durchmesser von 90 mm als eine Feder mit sechs Windungen von quadratischem Querschnitt 13 · 14 mm aus nicht oxydierendem Stahl ausgeführt werden kann; der 90 kg wiegende Stab wird nach einem freien Fall über eine Höhe von 4 m auf einem Bremsweg von etwa 8 cm abgebremst. Patentansprüche:

1. Mechanische, auf dem Reibungsprinzip basierende Abbremsvorrichtung zum Abbremsen eines sich längs einer geraden Bahn bewegenden Bauteils, insbesondere eines Kernreaktorregelstabes, mit einem ortsfest angeordneten zylindrisch gewendelten Bauteil, an dem der abzubremsende Bauteil mit einem zylindrischen Abschnitt anderen Durchmessers unter Deformierung des gewendelten Bauteils entlanggleitet, dadurch gekennzeichnet, daß der gewendelte Bauteil eine Metall-Schraubenfeder (1) ist, die mit der einen Stirnseite (5) an einem ortsfesten Träger (6) befestigt ist, deren andere Stirnseite frei beweglich ist und bei der zwischen benachbarten Windungen (2) Zapfen (3) vorhanden sind, die eine gegenseitige Verdrehung der Windungen verhindern, solange diese aneinanderliegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (3) in in die Berührungsflächen benachbarter Windungen (2) eingearbeiteten Radialbohrungen (4) sitzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (1) zumindest zwei radial gerichtete, fest mit zwei verschiedenen Windungen verbundene Finger (16 und 17) aufweist, die jeweils mit einem von zwei schraubenlinienförmigen Schlitzen (14 und 15) von einander entgegengesetzter Neigung zusammenwirken, die in dem Mantel einer mit geringem Abstand koaxial zur Feder angeordneten ortsfesten Hülse (13) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (2) der Schraubenfeder (1) einen quadratischen Querschnitt aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 352 881.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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