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Elektromagnetische Einrichtung zur Längsbewegung von Bauteilen im
Inneren geschlossener Behälter Zur elektromagnetischen Längsbewegung von Bauteilen
innerhalb geschlossener Gefäße (über Luftspalt) sind auf dem Gebiete der Kernreaktortechnik
magnetische Schrittheberantriebe, siehe USA.-Patentschrift 2 803 761, bekanntgeworden,
denen im wesentlichen das Prinzip der Mitführung ferromagnetischer Jochkerne durch
magnetischen Kraftschluß zugrunde liegt. In F i g. 3, 3 a ist ein solcher Antrieb
einfacher Art schematisch in Aufriß und Waagerechtschnitt dargestellt.
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Ein Bündel biegeelastischer, magnetisierbarer Stäbe 1 ist in dem oben
geschlossenen Rohr 2 radial- und axialbeweglich angeordnet. Das Rohr 2 steht auf
dem (andeutungsweise dargestellten) Reaktorkessel 3 senkrecht. Die Halterung des
Stabbündels geschieht durch magnetischen Kraftschluß, wie weiter unten näher erläutert
wird. In dem weiteren Teil 3 des Rohres ist die ferromagnetische Mitnehmerhülse
4 gelagert. Sie hat axiales Spiel, etwa zwischen 1 und 10 mm. Dieses Spiel ist für
die Funktion des Antriebes erforderlich, denn es stellt den für die Mitführung des
Stabbündels, als des eigentlichen Bewegungsorgans, verfügbaren Weg dar.
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Den erweiterten Rohrteil 3 umschließt konzentrisch ein Satz von drei
Zylinderwicklungen, von denen die mittlere, 5, die Haltewicklung, die obere und
untere, 6, 7, die Bewegungswicklungen für die Auf- und Abwärtsbewegung des Bündels
sind. Wicklung 8 dient als Hilfshaltewicklung.
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Am unteren Ende des Stabbündels ist das zu bewegende Bauteil, z. B.
ein Regelorgan 9, befestigt. Es kann ein aus Ringfederelementen aufgebauter Stoßdämpfer
zwischengeschaltet sein.
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Die Wirkungsweise dieses Schritthebers ist folgender: Alle Wicklungen
bis auf die I-Elfshaltewicklung 8 seien zunächst als spannungslos angenommen. Dann
wird das Stabbündel 1 mit Bauteil 9 ausschließlich durch Wicklung 8 gehalten, d.
h., die Stäbe liegen durch magnetischen Kraftschluß am Rohr 2 in der Gegend von
8 an. Soll nun Bauteil 9 gehoben werden, wird Haltewicklung 5 erregt. Die Stäbe
legen sich nun auch noch in Höhe der Haltewicklung 5 an, aber an die Mitnehmerhülse
4, die mit ihrem unteren Rand aufsitzt. Hilfshaltewicklung 8 kann nun entregt werden,
da die Stäbe von der Hülse gehalten werden. Nun wird die obere Bewegungswicklung
6
eingeschaltet, und Stabbündel mit Hülse 4 werden um das erwähnte Bewegungsspiel
bis zum oberen Anschlag angehoben.
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Sodann wird wieder Hilfshaltewicklung 8 erregt, die die Stäbe
hält, wenn nachfolgend die Haltewicklung 5 wieder abgeschaltet wird. Ist dies geschehen,
wird die untere Bewegungswicklung 7 - unter Abschaltung der oberen Bewegungswicklung
6 - eingeschaltet, so daß die Mitnehmerhülse 4 leer nach unten in die Ausgangslage
bewegt wird. Jetzt liegt - auch bezüglich des Betriebszustandes der Wicklungen -
wieder der Ausgangszustand vor. Stabbündel und Regelorgan sind aber um das Bewegungsspiel
der Mitnehmerhülse angehoben worden. Weitere Aufwärtsbewegung ist durch Wiederholung
der beschriebenen Schaltfolge möglich.
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Zum Senken werden die Wicklungen in der Reihenfolge 6 ein, 5 ein,
8 aus, 7 ein, 8 ein, 5 aus, 7 ein, von geringen überdeckungen abgesehen, geschaltet.
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Wie sich zeigt, geht eine fortschreitende Auf- oder Abwärtsbewegung
ruckweise mit dazwischenliegenden Stillstandszeiten vor sich. Das hat zur Folge,
daß die Massen immer wieder neu beschleunigt und verzögert werden müssen. Außerdem
wirken sich die Ein- und Ausschaltzeitkonstanten der Wicklungen verzögernd auf die
Bewegung aus. Es können also nur kleine Bewegungsgeschwindigkeiten erzielt werden.
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Auch andere bekannte elektromagnetische Regelantriebe sind mit ähnlichen
Nachteilen behaftet. Teilweise sind die zu bewegenden Massen größer, insbesondere
wenn die Bewegung von Magnetankern zu einer rein mechanischen Halterung und Mitnahme
des zu bewegenden Teiles umgesetzt wird. In diesem Fall muß sogar zusätzlich mit
einem erhöhten mechanischen Verschleiß gerechnet werden.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Bewegungseinrichtung, die für die
gleichen Anwendungszwecke zwar auch nach dem Prinzip des erst erwähnten magnetischen
Schritthebers arbeitet, bei der aber auch
im Hinblick auf die anderen
erwähnten Einrichtungen einmal eine wesentlich größere Gleichmäßigkeit der Bewegung
erreicht wird - was sich insbesondere in einer geringeren Beanspruchung der bewegten
Teile auswirkt - und bei der zum anderen eine Vergrößerung der Bewegungsgeschwindigkeit
um mindestens 100% bei sonst gleichen Verhältnissen erzielt wird.
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Die Erfindung bezieht sich daher auf eine elektromagnetische Einrichtung
zur Längsbewegung von Bauteilen im Inneren geschlossener Behälter nach Art der aus
der USA.-Patentschrift 2 803 761 bekannten Einrichtung, insbesondere für Kernreaktorgefäße,
mit mehreren außerhalb des Behälters angeordneten Halte- und Bewegungswicklungen
und mehreren von diesen Wicklungen gesteuerten Mit nehmerhülsen aus ferromagnetischem
Material im Inneren des Behälters, wobei die Mitnehmerhülsen ein Bündel ferromagnetischer
Stäbe als Betätigungsorgan umschließen und unter magnetischem Kraft schluß halten.
Erfindungsgemäß hat diese Einrichtung zwei Wicklungssätze mit je einer Mitnehmerhülse,
von denen jeder in an sich bekannter Weise aus einer Halte- und je einer davor und
dahinter angeordneten Bewegungswicklung besteht, und sind die beiden Wicklungssätze
derart räumlich hintereinander angeordnet und ihre Teilwicklungen derart zeitlich
nacheinander erregbar geschaltet, daß die beiden Mitnehmerhülsen ihre Hubbewegungen
abwechselnd in regelmäßigen Zeitabständen ausführen und dadurch das Stabbündel in
einer schrittweise fortlaufenden Translationsbewegung ohne wesentliche Stillstandzeiten
mitnehmen. Zur Pufferung der etwa noch verbleibenden Bewegungsunregelmäßigkeiten
empfiehlt sich auch hier die Einschaltung eines besonderen Stoßdämpfers zwischen
Betätigungsorgan und Bauteil.
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Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel
der neuen Bewegungseinrichtung, es zeigt F i g. 1 die neue Bewegungseinrichtung
mit zwei Wicklungssätzen und Stoßdämpfer im Längsschnitt, F i g. 2 ein zugehöriges
Einschaltprogramm und F i g. 3 und 3 a einen magnetischen Schrittheber einfacher
Art mit einem einzigen Wicklungssatz (eingangs erläutert).
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Gemäß F i g.1 sind auf das mit dem Reaktorkessel 3 verbundene Rohr
2 zwei Wicklungssätze mit Mitnehmerhülsen, jeder in an sich bekannter Weise, bestehend
aus den Haltewicklungen 5 a, 5 b und je einer darüber und darunter angeordneten
Bewegungswicklung 6 a, 6 b bzw. 7 a, 7 b, aufgebracht. In Steuerabhängigkeit
davon stehen die Mitnehmerhülsen 4a, 4 b. Erfindungsgemäß sind die Wicklungen
räumlich hintereinander geschaltet und werden, wie die Einschaltprogramme nach F
i g. 2 zeigen, elektrisch so geschaltet, daß die beiden Mitnehmerhülsen im Betrieb
möglichst gleichzeitig aufeinander zu oder voneinander fort bewegt werden, im Sinne
der Erzeugung einer kontinuierlichen Translationsbewegung der Stäbe 1 bei hoher
Geschwindigkeit. Mit jeder Richtungsumkehr vertauschen die Hülsen 4 a, 4 b ihre
Funktion. Während in der einen Richtung die eine Hülse das Stabbündel mitnimmt,
läuft die andere Hülse leer. In der Endlage der Bewegung vertauschen sich Leerlauf
und Treibfunktion.
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Die vorstehend erläuterte Wirkungsweise und die entsprechende Schaltfolge
der Wicklungen werden auch aus den Schaltprogrammen für Heben und Senken gemäß F
i g. 2 deutlich. In der Ordinatenrichtung ist die Schaltdauer (stark ausgezogene
Teile) aufgetragen, in Querrichtung sind die jeweils geschalteten Wicklungen der
Nummer nach angeführt. Die Programme berücksichtigen auch weitgehend die Überdeckungen
der Schaltintervalle (Versetzung in Ordinatenrichtung).
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Bei Hebebetrieb werden zuerst die Wicklungen 5a,
6 a und
7 b, dann die Wicklungen 5 b, 7 a und 6 b, dann wieder 5 a,
6 a und 7 b usf. geschaltet, bei Senkbetrieb zuerst die Wicklungen
5 b, 6 a und 7 b, dann 5a, 7 a und 6 b usf. Durch entsprechende
Beinflussung der Phasenlage (Überdeckung) der Mitnehmerhülsen kann die Geschwindigkeit
der Translationsbewegung, der Beschleunigungsablauf und die Laufruhe beeinflußt
werden.
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Wie die Schnittansicht nach F i g. 1 weiter zeigt, ist an das untere
Ende des Stabbündels 1 der Stoßdämpfer 10 angebaut, der etwaige Ungleichmäßigkeiten
in der Bewegung von Bauteil 9 fernhält. Er besteht aus zwei Sätzen gegeneinander
verspannter Tellerfedern 11, 12, die in einem beiderseits geschlossenen Röhr
13 gelagert sind. Der zwischen den Federsätzen befindliche Kolben 14 ist durch den
Bolzen 15, welcher in Schlitzen des Rohrgehäuses gleitet, mit der Traggabel 16 verbunden.
Als Dämpferfiüssigkeit dient Wasser, z. B. beim Wasserreaktor das Kühlwasser.
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Die Tellerfedern haben plan geschliffene Stirnflächen, zwischen denen
das beim Zusammendrücken der Federsäule verdrängte Wasser herausgequetscht werden
muß. Dadurch entsteht die Dämpferwirkung, welche durch die Bohrung 17 im Kolben
14 hinsichtlich ihrer Härte reguliert wird.