DE1257970B - Elektromagnetischer Schrittantrieb zur Laengsbewegung eines stabfoermigen Bauteiles in einem rohrfoermigen Gehaeuse, insbesondere eines Regel- oder Abschaltstabes fuer Atomreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIh

Deutsche KL: 21 g - 3

Nummer: 1257 970

Aktenzeichen: W 29673 VIII c/21 g

Anmeldetag: 18. März 1961

Auslegetag: 4. Januar 1968

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schrittantrieb zur Längsbewegung eines stabförmigen Bauteiles in einem rohrförmigen Gehäuse, insbesondere eines Regel- oder Abschaltstabes für Atomreaktoren, mit im Inneren des Gehäuses axial bewegbaren Magnetankern mit zwei Gruppen von Kupplungselementen, die abwechselnd in in gleichen Abständen angeordneten Nuten des Stabes eingreifen, und mit außen am Gehäuse vorgesehenen, den Ankern zugeordneten Betätigungs- und Haltewicklungen.

Bei den bisher bekannten Einrichtungen zur Bewegung von stabförmigen, in gleichen Abständen genuteten Bauteilen in Richtung ihrer Achse werden die Kupplungselemente, z. B. Greiferklauen oder Kugeln, wechselweise in Eingriff mit den Nuten des zu bewegenden Bauteils gebracht, das jeweils im Eingriff mit dem Bauteil stehende Kupplungselement um einen Schritt geradlinig weiterbewegt und von einem Haltemagneten gehalten. Dann wird das Kupplungselement ausgerückt und kehrt in seine anfängliche Lage zurück, von wo aus es erneut an den zu bewegenden Teil gekuppelt werden kann. Die beim Übergang der Last des Bauteiles von einem Kupplungselement auf das andere auftretende Reibung verursacht einen beträchtlichen Verschleiß an den einander berührenden Flächen des Bauteils und der Kupplungselemente. Infolgedessen müssen diese dem Verschleiß unterliegenden Teile in gewissen Zeitabständen durch neue ersetzt werden, so daß eine Verwendung dieser Einrichtungen nur beschränkt möglich ist, da in vielen Fällen eine ständige Wartung und eine häufige Reparatur aus betrieblichen Gründen nicht durchführbar ist.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß jede Gruppe von Kupplungselementen mit zwei, bei elektromagnetischer Durchflutung sich gegen die Kraft einer zwischen ihnen angeordneten Feder anziehenden Magnetankern über Gelenke derart verbunden und derart gesteuert ist, daß in der Ruhelage der Anker die Greiferklauen der Kupplung zurückgezogen, in der Arbeitsstellung der Anker dagegen in eine vorbestimmte, in der Einrücktiefe genau festgelegte Eingriffsstellung eingerückt sind, in welcher die Greiferflächen den Komplementärflächen der jeweils zum Eingriff bereitstehenden Nut des zu bewegenden Stabes zunächst berührungsfrei gegenüberstehen. Die Greiferklauen werden also nicht nur radial, wie bei den bekannten Einrichtungen, sondern auch axial bewegt. Diese Axialbewegung wird durch die Erregung bzw. Entregung der Haltewicklung ausgelöst. Durch die Er-

Elektromagnetischer Schrittantrieb zur
Längsbewegung eines stabförmigen Bauteiles in
einem rohrförmigen Gehäuse, insbesondere eines Regel- oder Abschaltstabes für Atomreaktoren

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,

8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Erling Frisch, Pittsburgh, Pa.;

Thomas Widmer, Monroeville, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 4. April 1960 (19 796)

regung der Betätigungsmagnete werden die Greiferklauen derart in ihre Eingriffsstellung bewegt, daß die Oberflächen der Greiferklauen die Komplementärflächen der Nut zunächst nicht berühren. Zur Übernahme der Last des Stabes durch die eine Gruppe der Greiferklauen nach der Ausführung eines Bewegungsschrittes werden diese Greiferklauen durch Erregung der Haltewicklung axial nach oben bewegt. Zur Übernahme der Last durch die anderen nun zum Eingriff bereitstehenden Greiferklauen vor der Ausführung eines Bewegungsschrittes wird die erste Gruppe der Kupplungselemente durch Entregung der Haltewicklung axial nach unten bewegt.

Zur genauen Einstellung und Begrenzung der Hubhöhe der Greiferklauen sind im Inneren des Gehäuses Anschlagringe für die Anker angeordnet.

An Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels eines elektromagnetischen Schrittantriebes wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. IA und IB, die sich zu einem Ausführungsbeispiel ergänzen, einen Teillängsschnitt durch den Schrittantrieb,

Fig. 2 einen Querschnitt der Einrichtung nach Fig. 1 entlang der LinieII-II,
F i g. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III,

709 717/472

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Fig. 4 einen Abschnitt des zu bewegenden Bau- 164 mit einem weiteren Magnetanker 166 vef-

teiles und einer zugeordneten Greiferklaue in ver- schraubt und verstiftet. Für den Durchtritt der

größerter Darstellung. Kupplungselemente sind iii den Buchsen 114, 118

Nach den Fig. IA und IB ist der den stabförmi- Schlitze 172 bzw. 170 vorgesehen. Die Ausführung gen Bauteil 40 aufnehmende Teil eines druckfesten 5 der Anker 124 und der Buchsen 126 bzw. 126' im

Gehäuses 10 aus einander abwechselnden Ringen 12 Bereich der Kupplungselemente und die Lagerung

aus magnetischem Werkstoff und Ringen 14 aus un- der Schwenkarme und Gelenkhebel ist in den F i g. 2

magnetischem Werkstoff sowie einer unteren End- und 3 dargestellt.

kappe 32 und einer oberen Endkappe 16 zusammen- In dem in der Zeichnung dargestellten Zustand gesetzt. Die obere Endkappe 16 ist durch eine io sind der Haltemagnet 82, der Hubmagnet 86 und die Schweißnaht 18 mit dem rohrförmigen Teil des Ge- Betätigungsmagneten 84 und 88 erregt. In dieser häuses und durch eine Schweißnaht 24 mit einem Stellung liegt zwischen der Oberfläche der Greifereinseitig geschlossenen Rohr 22 verbunden, das sich klauen 138, der Kupplungselemente 102 und den auf einem Bund 20 in der oberen Endkappe abstützt. Komplementärflächen der gerade zugeordneten Nut Die untere Endkappe 32 ist auf einen im Durch- 15 auf dem Stab 40 ein Spalt 180, wie in F i g. 4 deutmesser erweiterten, mit einem Gewinde 30 versehe- licher dargestellt. Von dieser Stellung ausgehend nen Teil 28 am Ende 26 des rohrförmigen Gehäuse- wird zur Aufwärtsbewegung des Bauteiles 40 zuteiles aufgeschraubt und mit diesem beispielsweise nächst der Betätigungsmagnet 88 entregt, und dadurch eine Ringschweißnaht 36 verbunden. Zur Ab- durch werden die Kupplungselemente 102 aus ihrer dichtung dieser Verbindung ist zwischen der Stirn- 20 Eingriffsstellung ausgerückt (ausgezogene Umrißlinie fläche des erweiterten Teils 28 und der Endkappe 32 in F i g. 4). Dann wird der Hubmagnet 86 entregt und ein Dichtungsring 34 angeordnet. Die untere End- gleichzeitig der Senkmagnet 90 erregt, so daß der kappe 32, in der" eine Bohrung 38 zur Durchführung Anker 166 auf den Polring 92 aufsetzt und die Kuppdes Bauteiles 40 vorgesehen ist, ist beispielsweise an lungselemente 102 abwärts bewegt werden. Diese einem Druckkessel befestigt. 25 Abwärtsbewegung des Ankers 166 und der Kupp-Am Außenmantel des rohrförmigen Gehäuses 10 lungselemente ist so bemessen, daß die Greiferklaue sind fünf Elektromagnete 82, 84, 86, 88 und 90 be- am Ende der Bewegung der nächstfolgenden unteren festigt, die jeweils aus Polringen 44, 46, einem Joch- Nut des Bauteiles 40 gegenübersteht. Durch eine erring 50 und einer Spule 42 mit den Anschlußenden neute Erregung des Betätigungsmagneten 88 werden 80 zusammengesetzt sind. Zur Festlegung des Ab- 30 nun die Greiferklauen wieder in ihre Eingriffsstellung Standes zwischen den Elektromagneten sind Ab- bewegt, in der sich jedoch die Oberflächen der Greistandsringe S6j 58, 60 und 62 vorgesehen. Der ferklauen und der Nut noch nicht berühren (geoberste und der unterste Polring 44, 46 sind mit Ab- strichelte Umrißlinie in Fig. 4). Hierauf wird der Sätzen 64 bzw. 66 versehen, in die je ein entsprechend Haltemagnet 82 entregt, so daß die einander gegengeformter Haltering 68 eingreift. Durch Bolzen 74, 35 überliegenden Stirnflächen des Polringes 96 und des die durch je einen weiteren Haltering 70 geführt sind, Ankers 122 der oberen Kupplungselemente 100 von- und mit Hilfe von Muttern 76 wird das Elektro- einander getrennt werden. Die Abwärtsbewegung des magnetsystem zusammengehalten. Ankers 122 ist durch die mit diesem verbundene Im Inneren des Gehäuses 10 sind Ringe 92, 94 Tragbuchse 126 in Verbindung mit dem Anschlag und 96 aus magnetischem Material angeordnet und 40 156 begrenzt. Die Abwärtsbewegung der oberen durch Buchsen 114, 118 auf Abstand gehalten. Ge- Kupplungselemente 100 relativ zur Verzahnung des gen eine Verdrehung der Buchsen relativ zu den Pol- Bauteiles 40 ist derart bemessen, daß der Spalt zwiringen sind die Buchsen durch Stifte 116, 120 ge- sehen der Oberfläche der Greiferklauen der Küppsichert. In den von dem Gehäuse 10, den Polringen lungselemente 102 und der zugeordneten Nut gerade und den Buchsen 114 bzw. 118 begrenzten Zwischen- 45 geschlossen wird und dadurch die Last des Bauteiles räumen sind jeweils zwei Magnetanker 122 und 124 von den unteren Kupplungselementen 102 übernomeingesetzt. In aufeinander ausgerichteten Ausneh- men wird. Durch Entregung des Betätigungsmagneten mungen 150, 152 in den Ankern 122 bzw. 124 ist 84 werden nun die Kupplungselemente 100 aus der jeweils eine Druckfeder 154 eingesetzt, welche die Eingriffsstellung ausgerückt. Auch diese Bewegung Anker voneinander trennt, solange die zugeordneten 50 der Kupplungselemente geht ohne Reibung zwischen Elektromagnete 84 bzw. 88 nicht erregt sind. Jedem den Greiferklauen der Kupplungselemente 100 und Ankerpaar 122, 124 ist eine Gruppe von Kupplungs- der Verzahnung des Bauteiles 40 vor sich. Schließelementen 100 bzw, 102 zugeordnet. Die Kupplungs- lieh wird der Hubmagnet 86 erregt und dadurch der elemente 100, 102 bestehen aus je einem Schwenk- Spalt zwischen dem Polring 94 und dem den Kupparm 134, der mit einer Greifklaue 138 versehen ist 55 lungselementen 102 zugeordneten Anker 122 ge- und einem Gelenkhebel 144. Der Schwenkarm 134 schlossen und der Stab 40 um einen Schritt aufwärts der Kupplungselemente 100 ist mit Hilfe eines Stiftes bewegt. Nach Vollendung dieses Bewegungsschrittes 132 in einer geschlitzten, mit dem Anker 122 ver- werden durch Erregung des Betätigungsmagneten 84 schraubten und zusätzlich verstifteten Tragbuchse die Kupplungselemente 100 in ihre Eingriffsstellung 126 gelagert. Das freie, mit der Greiferklaue 138 aus- 60 gebracht. Abschließend wird der Haltemagnet 82 ergerüstete Ende des Schwenkarmes 134 ist durch den regt, so daß das Ankerpaar 122, 124 nach oben be-Gelenkhebel 144 mit dem Anker 124 verbunden. wegt wird und der Bauteil 40 nunmehr von den Dem unteren Ende der Tragbuchse 126 ist ein auf Kupplungselementen 100 getragen wird. Durch Wiedem Polring 94 abgestützter Anschlagring 156 züge- derhölung der Erregung und Entregung der Elektroordnet. Die Kupplungselemente 102 sind in gleicher 65 magneten in der vorbeschriebenen Reihenfolge wird Weise wie die Kupplungselemente 100 aufgebaut, je- der Bauteil 40 weiter aufwärts bewegt,
doch ist hier die Ankerbuchse 126' an ihrem freien, Zur Abwärtsbewegung des Bauteiles 40 aus der in über die Kupplungselemente hinausragenden Ende F i g. 1 gezeigten Stellung werden zunächst der Halte-

magnet 82 und der Betätigungsmagnet 84 entregt. Dann wird der Hubmagnet 86 entregt und gleichzeitig der Senkmagnet 90 erregt, so daß die Kupplungselemente 102 und der Bauteil 40 einen Schritt abwärts bewegt werden. Eine Erregung des Senkmagneten 90 ist für die Abwärtsbewegung des Bauteiles 40 nicht unbedingt erforderlich, weil die Schwerkraft, die auf die Einzelteile der Kupplungselemente 102 und den Bauteil 40 einwirkt, bei lotrechter Aufstellung des Antriebsystems zur Erzielung einer Abwärtsbewegung ausreicht. Hierauf ist der Betätigungsmagnet 84 zu erregen und der Betätigungsmagnet 88 zu entregen, so daß die Kupplungselemente 102 aus der EingriBsstellung ausgerückt werden. Durch anschließende Erregung des Hubmagneten 86 werden die Kupplungselemente 102 in die der nächstfolgenden Nut des Bauteiles 40 zugeordnete Stellung aufwärts bewegt. Zum Schluß wird der Betätigungsmagnet 88 erregt. Damit ist der Bauteil 40 um einen Schritt abwärts bewegt.

Die Greiferklauen 138 der Kupplungselemente 100 und 102 werden stets zunächst in die Eingriffsstellung gebracht, bevor die Last des Bauteiles durch Erregung oder Entregung des Haltemagneten von der einen auf die andere Gruppe der Kupplungselemente übergeht und bevor die Greiferklauen aus ihrer Eingriffsstellung ausgerückt werden. Auf diese Weise kann keine Reibung zwischen den Greiferklauen und dem Bauteil 40 entstehen. Wenn der Bauteil 40 gegebenenfalls schnell abwärts bewegt werden soll, brauchen nur die Betätigungsmagneten 84 und 88 gleichzeitig entregt zu werden. Dadurch werden die Kupplungselemente 100 und 102 aus ihrer Eingriffsstellung ausgerückt, und der Bauteil 40 fällt frei abwärts.

Für die folgerichtige automatische Erregung und Entregung der Spulen 42 können übliche Einrichtungen verwendet werden. Derartige bekannte Einrichtungen, wie z. B. Relaisschaltungen oder Nockensteuerungen sind nicht Gegenstand der Erfindung.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetischer Schrittantrieb zur Längsbewegung eines stabförmigen Bauteiles in einem rohrförmigen Gehäuse, insbesondere eines Regel- oder Abschaltstabes für Atomreaktoren, mit im Inneren des Gehäuses axial bewegbaren Magnetankern mit zwei Gruppen von Kupplungselementen, die abwechselnd in in gleichen Abständen angeordneten Nuten des Stabes eingreifen, und mit außen am Gehäuse vorgesehenen, den Ankern zugeordneten Betätigungs- und Haltewicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Kupplungselementen (100, 102) mit zwei, bei elektromagnetischer Durchflutung sich gegen die Kraft einer zwischen ihnen angeordneten Feder (154) anziehenden Magnetankern (122, 124) über Gelenke (136, 144) derart verbunden und derart gesteuert ist, daß in der Ruhelage der Anker die Greifklauen (138) der Kupplung zurückgezogen, in der Arbeitsstellung der Anker dagegen in eine vorbestimmte, in der Einrücktiefe genau festgelegte Eingriffsstellung eingerückt sind, in welcher die Greiferflächen den Komplementärflächen der jeweils zum Eingriff bereitstehenden Nut des zu bewegenden Stabes (40) zunächst berührungsfrei gegenüberstehen.

2. Elektromagnetischer Schrittantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerpaar (122, 124) der einen Gruppe von Kupplungselementen (100), einem Haltemagneten (82) und einem diesem benachbarten Betätigungsmagneten (84) und das Ankerpaar (122, 124) der anderen Kupplungsgrappe einem zugehörigen Betätigungsmagneten (88) und zwei Bewegungsmagneten (86, 90) zugeordnet ist.

3. Elektromagnetischer Schrittantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Anker (122) jeder Kupplungsgrappe eine mit Schlitzen für den Durchtritt der Greiferklauen (138) versehene Buchse (126, 126') befestigt ist, welche mit ihrem freien Ende den anderen Anker (124) überragt und einen Anschlag (162, 166) zur Hubbegrenzung nach unten bildet.

4. Elektromagnetischer Schrittantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schlitzen der Buchse (126,126') die Arme der Greiferklauen (138) zwischen je zwei inneren Ansätzen (134) oberhalb ihres Schwerpunktes drehbar gelagert sind.

5. Elektromagnetischer Schrittantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende (164) der Buchse (126') der unteren Kupplungsgrappe (102) der Anker (166) für den Senkmagneten (90) befestigt ist.

6. Elektromagnetischer Schrittantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Gehäuses (10) Anschlagringe (156, 92) für die Anker (122) bzw. Buchsen (126,126') zur genauen Einstellung und Begrenzung der Hubhöhe fest angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 079 200;
USA.-Patentschriften Nr. 2 752 546, 2 831 940,
803 761;
französische Patentschrift Nr. 1191 408.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 717/472 12.67

Bundesdruckerei Berlin