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Die Erfindung bezieht sich auf einen Greifer zum Erfassen von Kernreaktorbrennelementen
durch axiales Verschieben des Greifers gegen das zu erfassende Ende der Brennelemente,
die im Kern eines von unten beladenen Reaktors senkrecht stehend gelagert sind und
an denen jeweils über eine Tragstange ein Greifkopf befestigt ist, mit einer Traghülse,
die waagerechte Bohrungen mit darin radial beweglich angeordneten Stützkugeln, deren
Durchmesser größer als die Wandstärke der Traghülse ist, besitzt, mit einer die
Traghülse umgebenden Verriegelungshülse, die zwischen zwei Endstellungen gegen die
Traghülse axial verschiebbar ist, wobei eine zwischen den beiden Hülsen angeordnete
Schraubenfeder auf die Traghülse eine sie aus der Verriegelungshülse nach unten
herausdrückende Kraft ausübt und wobei an der Verriegelungshülse eine Verriegelungskante
vorgesehen ist, die beim entsprechenden axialen Verschieben der beiden Hülsen zueinander
bei in die Traghülse eingeführtem Greifkopf des Brennelementes die Stützkugeln zum
Teil unter die untere Fläche des Greifkopfes schiebt, wodurch das Brennelement am
Greifer festgelegt wird.
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Es ist im Kernreaktorbau allgemein bekannt, die Brennelemente von
unten, oben oder seitlich in den Reaktor ein- und auszufahren und für das Ein- und
Ausfahren der Brennelemente Greifvorrichtungen, die die Tragstange des jeweiligen
Brennelementes erfassen, vorzusehen.
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Bei einem bekannten Greifer dieser Art (französische Patentschrift
1233 492) besteht das Greifwerkzeug im wesentlichen aus zwei konzentrisch
angeordneten und gegeneinander axial verschiebbaren Hülsen, von denen die eine Hülse
als Traghülse und die andere als Verriegelungshülse ausgebildet ist. In der Traghülse
sind mehrere waagerechte Bohrungen vorgesehen und in diesen Bohrungen je eine radial
bewegbare Stützkugel untergebracht. Die Stützkugeln werden gemeinsam von einer an
der Verriegelungshülse angebrachten Steuerkante nach innen und in Wechselwirkung
von der konischen Mantelfläche der Brennelementstange in die Bahn eines Aufhängekonus
abschließend gedrückt. Durch das Eindrücken der Stützkugeln unterhalb der Basis
des Aufhängekonus wird das Ergreifen der Tragstange des Brennelementes ermöglicht.
Analog dem Ergreifen erfolgt das Lösen der Tragstange, wobei dieses durch Verschieben
von Verriegelungshülse und Aufhängekonus in entgegengesetzter Richtung geschieht.
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Bei einem weiteren bekannten Greifer dieser Art (französische Patentschrift
1312 240) ist das Greifwerkzeug ebenfalls als Rohr ausgebildet und dieses
Rohr in einer im Schutzschild des Reaktors oberhalb dessen Kammer eingelassenen
Röhre axial verschiebbar angeordnet. Der Tragkörper des Brennelementes ist ebenfalls
als Rohr ausgebildet und im Bereich seines einen Endes mit einer mehrere Steuernuten
aufweisenden Hülse versehen. Beim Ergreifen des Brennelementes wird das Rohr des
Greifers über das mit der Hülse versehene Ende des Tragkörpers gestülpt und das
Rohr des Greifers durch Drehung desselben um dessen Längsbewegungsachse an den Steuernocken
der Hülse eingerastet. Durch die notwendige Verdrehung von Tragkörper und Rohr gegeneinander
zum Zwecke des Ein- und Ausrastens dieser Teile lassen sich mit dem bekannten Greifwerkzeug
nur runde Brennelemente bzw. Tragkörper in bzw. aus ebenfalls nur runden Führungsschächten
des Reaktors ein- bzw. ausführen.
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Bei den sogenannten »Schnellen Brütern« ist es erforderlich, daß die
einzelnen Elemente ohne Abstand dicht aneinanderliegen. Zu diesem Zweck werden sie
durch Spanneinrichtungen zusammengespannt. Diese spiellose Anordnung der Elemente
bedingt ein Einbringen in den Reaktor von unten. Da die Elementaufhängestangen dünner
als das Element ausgebildet sind, besteht die Möglichkeit, die Elemente an einer
Tragplatte aufzuhängen. Hierfür sind auf der Tragplatte Aufhängevorrichtungen angeordnet,
in die sich die Elemente mit ihren Stangen beim Beladen einhängen. Es ist auch schon
vorgeschlagen worden, das Ein- und Aushängen der Elemente in die bzw. aus den Aufhängevorrichtungen
selbsttätig durch die Hub- und Senkbewegung der Elemente beim Beladen bzw. Entladen
des Reaktors vorzunehmen. Das Kuppeln und Entkuppeln der Elementstange mit bzw.
von dem Greifer muß hierbei von Hand geschehen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Greifwerkzeug zu schaffen,
mit dem der Greifvorgang in allen Stellungen des Brennelementes und unabhängig von
dessen Gestalt einfach ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Steuerung
des Greifvorganges in der Traghülse eine endlose Steuernut mit vier Positionen angebracht
ist, in die eine in einer Ringnut der Verriegelungshülse liegende Steuerkugel eingreift,
wobei die Steuernut derart ausgebildet ist, daß beim aufeinanderfolgenden axialen
Verschieben der Verriegelungshülse zu dem mit der Traghülse in Berührungskontakt
stehenden Greifkopf des Brennelementes durch Auf- und Abbewegen des Greifers die
Steuerkugel nacheinander die vier Positionen einnimmt.
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Durch diese Maßnahmen werden nicht nur die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst, sondern darüber hinaus der Vorteil erzielt,
daß durch die Bewegung der Hülsen nur in Längsrichtung die Steuerkugel niemals außer
Eingriff gerät. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Steuerkugel
infolge ihrer Kugelform sich nach allen Richtungen abwälzen kann, wodurch das Verschleißverhalten
der gesamten Greifeinrichtung wesentlich günstiger ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen senkrechten Längsmittelschnitt durch das Greifwerkzeug
bei angehängtem Element, F i g. 1 a eine Abwicklung der endlosen Steuernut mit der
zu F i g. 1 gehörenden Lage der Steuerkugel, F i g. 2 einen Schnitt wie F i g. 1,
jedoch bei in der Aufhängung abgestütztem Element, F i g. 2 a eine Abwicklung der
endlosen Steuernut, jedoch mit der zu F i g. 2 gehörenden Lage der Steuerkugel.
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Das Greifwerkzeug für Brennstoffelemente bei Kernreaktoren mit unterer
Beladung ist mit einem Hubwerk der oberen Belademaschine über ein Drahtseil 1 verbunden.
Es besteht nach den F i g. 1 und 2 aus der am Drahtseil 1 befestigten Verriegelungshülse
2 und der in dieser axial verschiebbaren Trab hülse 3, die sich bei ergriffenem
Element auf ein eingeschraubtes Endstück 4 der Verriegelungshülse 2 abstützt. In
der Traghülse 3 sind in waagerechten Bohrungen 5 Stützkugeln 6 für die Elementstange
7 radial beweglich angeordnet.
Die Traghülse 3 ist durch eine vorgespannte
Schraubenfeder 8 im Inneren der Verriegelungshülse 2 gegen diese abgestützt. Die
Verriegelungshülse ist mit einer Verriegelungskante 9 versehen, welche die Stützkugeln
6 so weit nach innen drücken kann, daß sich die Elementstange 7 mittels eines Konus
10 an ihrem Greifkopf auf sie abstützt. Beim Heben und Senken des Greifwerkzeuges
erfolgt die Steuerung des Aufnahme- und Lösevorganges des Greifers selbsttätig.
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Diese Steuerung wird durch das Zusammenarbeiten der Traghülse
3 mit der Verriegelungshülse 2
über eine Steuerkugel 11 und eine Steuernut
12 (F i g. 1 a und 2 a) bewirkt. Die Steuerkugel 11 ist in einer Ringnut 13 der
Verriegelungshülse 2 angeordnet und die Steuernut 12 (F i g. 1 a) in den äußeren
Umfang der Traghülse 3 eingearbeitet. Die Steuernut 12 ist in W-Form endlos ausgebildet
und besitzt vier halbkreisförmige Taschen a, b, c, d, in die sich die Steuerkugel
11 einlegen kann. Unterhalb der Ringnut 13 befindet sich in der Verriegelungshülse
eine weitere Ringnut 14 größerer Breite, in welche die Stützkugeln 6 zeitweise
eintreten können.
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Die vorgespannte Schraubenfeder 8 hat die Aufgabe, die Traghülse 3
gegenüber der Verriegelungshülse 2 nach unten zu verschieben.
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Die Wirkungsweise des Greifwerkzeuges ist folgende: 1. Aufnehmen des
Elementes bzw. der Elementstange durch den Greifer Das Element hängt in der unteren
Belademaschine. Das Greifwerkzeug wird von oben nach unten abgesenkt und fährt dabei
durch die vorerwähnte Aufhängevorrichtung für die Elementstange.
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Die Steuerkugel 11 liegt in der Tasche b der Steuernut 13 (F i g.
2 a), und der Greifer ist entriegelt. Beim Absenken des Greifers stützt sich die
Traghülse 3 auf dem Greifkopf der Elementstange 7 ab. Die Verriegelungshülse 2 drückt
durch ihr Gewicht die Schraubenfeder 8 zusammen. Die Steuerkugel 11 wandert hierbei
von der Tasche b zunächt in Tasche c der Steuernut 12 (F i g. 2 a). Beim Anheben
des Greifers drückt die Schraubenfeder 8 weiter die Traghülse 3 nach unten gegen
den Greifkopf der Elementstange 7. Die Verriegelungshülse 2 hebt sich jedoch gegenüber
der Traghülse 3, so daß die Steuerkugel 12 von der Tasche c in die Tasche a der
Steuernut 12 wandert. Die Verriegelungskante 9 der Verriegelungshülse 2 drückt hierbei
die Stützkugeln 6 in die Bahn des Greifkopfes der Elementstange, wodurch sich dieser
beim weiteren Anheben mit seinem Konus 10 auf diesen abstützen kann.
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Der Aufnahmevorgang ist beendet. Beim weiteren Anheben fährt der Greifer
mit dem Element in die Aufhängevorrichtung ein, wo die Aufhängung der Elementstange
erfolgt. Erst nachdem dies beendet ist, löst sich der Greifer, wie nun beschrieben
wird, selbsttätig. 2. Lösen des Elementes vom Greifwerkzeug Das Element ist in der
Aufhängevorrichtung aufgehängt. Der Greifer hat somit die Last des Elementes an
die Aufhängevorrichtung abgegeben. Die Elementstange 7 bleibt somit beim weiteren
Absenken des Greifers in Ruhe. Hierbei stützt sich die Traghülse 3 auf dem Elementstangenkopf
ab, während die Verriegelungshülse 2 infolge ihres Gewichtes sich gegen die
Kraft der Feder 8 nach unten bewegt. Dabei wird die Steuerkugel
11 über die Ringnut 13 mitgenommen und gleitet in der Steuernut 12 (F i g.
1 a und 2 a) von der Tasche a zunächst in die Tasche d. Beim Anheben des Greifwerkzeuges
dehnt sich die Schraubenfeder 8 aus und drückt die Traghülse 3 gegen den Greifkopf
der Elementstange 7, während die Verriegelungshülse 2 sich nach oben bewegt. Hierdurch
wird die Steuerkugel 11 über die Ringnut 13 der Verriegelungshülse 2 nach
oben mitgenommen und gleitet in der Steuernut 12 von der Tasche d nach der
Tasche b (F i g. 1 a und 2 a).
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Beim weiteren Anheben des Greifers verhindert die sich in Tasche b
befindliche Steuerkugel 11, daß sich die Traghülse 3 auf das Einschraubstück 4 absetzen
kann. Die Radialbohrungen 5 in der Traghülse 3 bleiben im Bereich der Ringnut 14-
n Ar Verriegelungshülse 2, und die Stützkugeln 6 können der Elementstange 7 radial
nach außen ausweichen. Der Lösevorgang des Greifers ist beendet.
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Durch das Zusammenspiel zwischen Greifer und Aufhängevorrichtung ist
eine sichere Übergabe der Elementstange vom Greifer in die Aufhängevorrichtung in
jedem Fall gewährleistet, da der Greifer sich erst dann lösen kann, wenn die Last
von der Aufhängevorrichtung übernommen ist, d. h. der Greifer entlastet ist, weil
dieser zum Entriegeln abgesenkt werden muß.