DE1448376C3 - Vorrichtung zum Aussortieren von Kugeln mit beschädigter Oberfläche bzw. mit verändertem Durchmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aussortieren von Kugeln mit beschädigter Oberfläche bzw. mit verändertem Durchmesser aus einer Menge unbeschädigter Kugeln, vorzugsweise zum Aussortieren von Brennstoffkugeln aus der Kugelschüttung eines Kernreaktors.

In vielen Typen von Kernreaktoren finden Brennstoffkugeln Verwendung, die mit einer Graphitschale umgeben sind. Treten an der Graphitschale irgendwelche Beschädigungen auf, so ändert sich das Gasdiffusions- bzw. Festigkeitsverhalten der Brennstoffkugeln beträchtlich. In diesem Fall kann es erforderlich werden, die Brennstoffkugeln mit beschädigter Oberfläche bzw. mit verändertem Durchmesser (bedingt durch gleichmäßigen Abrieb) aus dem Kugelkreislauf des Reaktors auszuscheiden, und zwar ohne Rücksicht auf ihren Abbrandzustand oder ihre sonstige Beschaffenheit. Weiterhin ist es notwendig, den im Reaktor anfallenden Schrott von beschädigten Brennstoffkugeln aus der Kugelschüttung auszusortieren und aus dem Reaktor zu transportieren. Dieser Vorgang des Ausscheidens von beschädigten Kugeln und von Schrotteilcn aus dem Reaktorkern kann nur automatisch erfolgen, da die auszusortierenden Kugeln und Bruchstücke mö

glicherweise hochgradig radioaktiv sind.

Bekannt sind Einrichtungen zum Sortieren von Körpern, bei denen mehrere Trommeln vorgesehen sind, die entweder über- oder hintereinander angeordnet sind und eine Anzahl von Löchern verschiedenen Durchmessers aufweisen (US-PS 2 587 272 und 2 646 802) oder die eine Vielzahl von Längsschlitzen oder schraubenförmigen Schlitzen besitzen (DT-PS 171 350). In letzterem Fall handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung von Sortiervorrichtungen mit verstellbarer Lochgröße, was durch die Verschiebbarkeit zweier Trommeln gegeneinander erreicht wird. Die Einrichtungen gemäß der beiden USA.-Patentschriften sind speziell dazu ausgebildet. Münzen verschiedenen Durchmessers zu sortieren, wobei die Münzen das Innere der Trommelanordnung durchlaufen und je nach ihrer Größe in der ersten Trommel oder einer der weiteren Trommeln zurückgehalten werden. Diesen drei Vorrichtungen ist gemeinsam, daß die zu sortierenden Körper lediglich durch eine Öffnung fallen, ohne daß ihre Oberfläche auf Unrundheiten oder Beschädigungen abgetastet wird. Für die Aussortierung von Kugeln mit beschädigter Oberfläche aus einer Viel- < zahl von Kugeln sind die genannten Einrichtungen ''■ nicht verwendbar.

Weiterhin ist eine Vorrichtung bekannt (US-PS 2 909 282), bei welcher gepreßte Kugeln aus Kunstharz, nachdem sie zunächst aus einer Zusammenballung in einzelne Individuen zerlegt worden sind, auf ihre Rundheit und Durchmessergröße untersucht werden. Zunächst passieren sie einen Schrottabscheider, der aus einer Anzahl parallel angeordneter, geneigter Stäbe besteht, deren Zwischenraum so bemessen ist, daß ganze Kugeln zwischen jeweils zwei benachbarten Stäben entlangrollen, während Schrotteile aus den Stäben herausfallen. An diese Vorrichtung schließen sich zwei Sortiereinrichtungen an, von denen die eine ein quer zu der Richtung des Kugellaufes angeordnetes, endloses Förderband mit in Richtung der Kugelbewegung verlaufenden Rillen darstellt und die unrunden Kugeln ausscheidet, während die zweite aus einer Anzahl von quer zur Kugelbewegung angeordneten parallelen Schienen besteht, deren Abstand etwas geringer als der gewünschte Kugeldurchmesser ist, und die Kugeln mit zu kleinem Durchmesser aussortiert. Bei dieser Vorrichtung ist keine Gewähr dafür gegeben, daß die Kugeln über sämtliche Großkreise abrollen und somit genauestens auf Unrundheiten geprüft werden. Außerdem benötigt diese Sortiervorrichtung sehr viel Platz, da für die drei Voränge — Bruchabscheidung, Prüfung auf Rundheit und Kontrolle des Durchmessers — gesonderte Vorrichtungen vorgesehen sind. Für manche Anwendungsfälle, z. B. zur Aussortierung von beschädigten Brennstoffkugeln eines Kernreaktors, ist die Einrichtung wegen der dort herrschenden Platzverhältnisse von vornherein nicht geeignet.

Weiter gehört es zum Stand der Technik, nach ihrer Größe zu sortierende Kugeln auf eine geradlinig verlaufende Führungsbahn zu leiten, die einen sich vom Kugeleintritt zum Kugelaustritt erweiternden Spalt aufweist, dessen Breite für das Ausscheiden der Kugeln maßgebend ist (DT-PS 742 043, US-PS I 166 537 und 1 335 522). Das Sortieren der Kugeln erfolgt hier lediglich nach ihrem Durchmesser; Unrundheiten oder leichte Beschädigungen der Oberfläche werden nicht erfaßt. Der Transport der Kugeln auf der Führungsbahn wird mittels eines drehbaren Schraubengewindes bewirkt, das entweder unterhalb der Führungsbahn angeordnet

ist (wenn diese von zwei Schienen gebildet wird) oder die Form einer Schnecke aufweist (die mit einer Walze zusammen die Führungsbahn bildet). Wie bereits erwähnt, ist für das Ausscheiden der Kugeln allein der Abstand der Schienen bzw. von Schnecken und Walzen maßgebend; ein Abtasten der Kugeln auf ihrer gesamten Oberfläche wird nicht vorgenommen.

Bei einer weiteren Sortiervorrichtung für Kugeln (Gebrauchsmuster 1 841 126) werden die Kugeln ebenfalls auf eine Führungsbahn geleitet, die von einer ge- ίο neigten rotierenden Trommel bzw. einem endlosen Band und einer fest oder drehbar angebrachten Stange gebildet wird, welche parallel angeordnet sind und zwischen sich einen Spalt frei lassen. Die unbeschädigten Kugeln rollen über dem Spalt entlang zu einem Kugelaustritt, während die Kugeln mit zu kleinem Durchmesser durch den Spalt fallen. Schrottstücke werden durch die Rotationsbewegung der Trommel seitlich aus der Kugelrollbahn getragen und gelangen in einen Sammelbehälter. Auch bei dieser Vorrichtung ist für das Ausscheiden zu kleiner Kugeln allein der Abstand zwischen Trommel bzw. Förderband und Stange maßgebend. Für den Sortiervorgang wird daher nur die Länge der Trommel ausgenutzt, die jedoch in einem Kernreaktor nicht beliebig groß gewählt werden kann. Um ein genaues Aussortieren von Kugeln mit vermindertem Durchmesser oder beschädigter Oberfläche vornehmen zu können, ist es aber wünschenswert, den Testweg zum Abtasten der Kugeln möglichst lang zu machen. Die bekannte Sortiervorrichtung stellt daher eine Kompromißlösung dar; d. h. mit Rücksicht auf die gewünschte kurze Baulänge muß auf eine größere Genauigkeit verzichtet werden.

Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, der die Aufgabe zugründe liegt, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die bei kurzer Baulänge einen genügend langen Testweg aufweist, um unrunde Kugeln und solche mit verändertem Durchmesser mit großer Genauigkeit aus einer Menge unbeschädigter Kugeln auszusortieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein aus mehreren Gängen bestehendes drehbares Gewindeteil, dessen Gänge vorzugsweise einen dreiekkigen Querschnitt besitzen, wobei die Spitze des Dreiecks ins Innere des Gewindeteils zeigt, und die so voneinander beabstandet sind, daß zwischen die Gänge eingebrachte Kugeln in unbeschädigtem Zustand nicht aus ihnen herausfallen können, und durch mindestens ein in jedem Gewindegang befindliches und mit diesem umlaufendes Leitstück.

Die an einem Ende des Teiles von innen in den ersten Gewindegang eingeführten Kugeln wandern bei langsamer Rotation des Teiles allmählich durch alle Gewindegänge hindurch. Bis zum anderen Ende des Gewindeteiles gelangen aber nur solche Kugeln, die völlig unbeschädigt sind, da der Abstand der Gewindegänge dem Durchmesser dieser Kugeln entspricht. Die Kugeln mit beschädigter Oberfläche bzw. mit verändertem Durchmesser sowie der Schrott beschädigter Kugeln fallen beim Transport durch das Gewindeteil aus den Gewindegängen heraus.

Durch diese Anordnung ist bei kurzer Baulänge eine ausreichende Testlänge zum Abtasten der zu prüfenden Kugeln gegeben, da für das Abtasten der Kugeln nicht — wie beim Stand der Technik — eine geradlinige und dementsprechend lange Führungsbahn maßgebend ist, sondern ein in Form eines Gewindeteils gestaltetes Führungselement, über dessen gestreckte Länge die Kugeln abrollen. Die Vorrichtung kann daher relativ kurz gehalten werden und ist somit für den Einbau in einen Kernreaktor besonders gut geeignet. Zudem werden die Kugeln nicht nur in einem begrenzten Bereich ihrer Oberfläche, sondern auf der gesamten Oberfläche abgetastet, da die Leitstücke den Kugeln zu ihrer Rollbewegung eine zusätzliche Drallbewegung erteilen. Bei Fortsetzung der Rollbewegung werden schließlich sämtliche Durchmesserlagen zwischen den Gewindegängen geprüft. Es können somit auch eng begrenzte Oberflächenbeschädigungen festgestellt und die betreffenden Kugeln aussortiert werden.

Das Gewindeteil ist zweckmäßigerweise von einem Hohlzylinder umgeben, der mit dem Gewindeteil umläuft, wobei der Hohlzylinder an jeder Stirnfläche eine Öffnung zum Ein- bzw. Ausbringen der Kugeln enthält und außerdem im Innern des Hohlzylinders spiralförmig an seinem Umfang entlanglaufende, kurze Zwischenwände vorgesehen sind. Diese Zwischenwände haben den Zweck, die in den Hohlzylinder gefallenen beschädigten Kugeln durch den Zylinder hindurchzubefördern. Die der Kugeleintrittsöffnung benachbarten Teile des Hohlzylinders nehmen fast nur Schrott auf, während die nahe am Ende des Gewindeteils liegenden Zylinderteile Kugeln mit sehr geringem Beschädigungsgrad auffangen.

Vorteilhaft sind das Gewindeteil und der Hohlzylinder fliegend gelagert. Bei Verwendung der Vorrichtung in einem Kernreaktor ist das Gewindeteil z. B. innerhalb des Reaktorbehälters untergebracht, während sein Antriebsmotor außerhalb dieses Raumes angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine bessere Wartungsmöglichkeit für den Motor; außerdem wird auf diese Weise von dem im Reaktorbehälter untergebrachten Teil weniger Platz in Anspruch genommen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb der Gänge des Hohlzylinders mehrere fest angeordnete, in der Mitte geschütze Finger vorgesehen, an denen die Gewindegänge unmittelbar vorbeigleiten. Die Finger weisen in der Mitte einen Schlitz auf, durch den die aus den Gewindegängen ragenden Leitstücke hindurchgehen. Diese Finger haben den Zweck, in den Gewindegängen festgeklemmte Kugeln im Zusammenwirken mit den Leitstücken aus den Gängen heraus- und wieder in das Innere des Gewindeteils zu drücken. Die Möglichkeit des Festklemmens besteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur für beschädigte Kugeln, die z. B. eine spaltartige Beschädigung der Oberfläche aufweisen.

Bei manchen Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, mehrere Gewindeteile hintereinander bzw. untereinander anzuordnen, die sich im Abstand der Gewindegänge unterscheiden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit beim Aussortieren der beschädigten bzw. der im Durchmesser veränderten Kugeln noch gesteigert werden und die Aussortierung nach bestimmten Toleranzstufen erfolgen. So können z. B. in einer ersten Stufe alle Kugeln mit einem bestimmten Untermaß heraussortiert werden, während die übrigen Kugeln eine zweite Stufe durchlaufen, in der die Kugeln mit Normalmaß ausgeschieden werden, und in einer dritten Stufe die Kugeln mit einem bestimmten Übermaß abgesondert werden. Die Vorrichtung kann ferner dahingehend ausgebildet werden, daß der Grad der Rundheit von Kugeln mit ihr gemessen wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemüßen Vorrichtung dargestellt, und zwar

F i g. 1 eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch das Gewindeteil der Vorrichtung,

F i g. 3 einen Querschnitt durch das Gewindeteil mit eingebautem Leitstück und Finger zum Lösen verklemmter Kugeln und

F i g. 4 ein Leitstück mit Kugeln in der Draufsicht.

In der F i g. 1 ist eine Vorrichtung gezeigt, die ζ. Β. ίο verwendet werden kann, um beschädigte Brennstoffkugeln und Schrotteile aus der Kugelschüttung eines Kernreaktors herauszusortieren. Ein Hohlzylinder 1 enthält ein Gewindeteil 2 (s. F i g. 2), das mittels einer Welle 3 fliegend gelagert und drehbar ist. Der Antrieb des Gewindeteils 2 erfolgt durch einen Motor 4, der außerhalb des Reaktorbehälters untergebracht ist, während sich der Hohlzylinder 1 mit dem Gewindeteil 2 innerhalb des Reaktorgefäßes befindet (nicht dargestellt). Über Antriebsscheiben 5 und 6 wird die Drehbe- ao wegung des Motors auf die Welle 3 und damit auf das Gewindeteil 2 übertragen. Der Hohlzylinder 1 läuft zusammen mit dem Gewindeteil 2 um. Zwei Lager 7 und 8 stützen die Welle 3 ab. Um die Drehzahl des Gewindeteils 2 verändern zu können, ist auf der Motorwelle eine weitere Antriebsscheibe 9 vorgesehen. Die gesamte Vorrichtung ist fest auf einer Grundplatte 10 montiert.

Die F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Gewindeteil 2 und den dieses umgebenden Hohlzylinder 1. Das Gewindeteil 2 besteht aus mehreren Gängen, die einen dreieckigen Querschnitt besitzen, wobei die Spitze des Dreiecks ins Innere des Gewindeteils zeigt. Der Abstand der Gewindegänge voneinander ist so gewählt, daß eine völlig unbeschädigte Brennstoffkugel 11, die sich zwischen den Gewindegängen befindet, nicht aus diesen herausfallen kann. Mittels Schrauben

12 ist das Gewindeteil 2 über drei Verbindungsstücke

13 an einer Welle 14 befestigt, die mit der Welle 3 verbunden ist und das Gewindeteil zur Drehbewegung antreibt. Der Hohlzylinder 1 weist eine Anzahl von kurzen Zwischenwänden 15 auf, die spiralförmig im Innern des Hohlzylinders um seinen Umfang herumlaufen. Zwischen den Gewindegängen sind mehrere Leitstücke 24 vorgesehen, die in den Gängen befestigt sind und mit diesen umlaufen (s. F i g. 3). Die Vorrichtung arbeitet wird folgt:

Durch eine Bohrung 16 in der Stirnfläche des Hohlzylinders 1 gelangen die zu untersuchenden Brennstoffkugeln in das Innere des Gewindeteils 2 und zwischen die Gewindegänge. Bei langsamer Umdrehung des Gewindeteils werden sie durch die einzelnen Gänge hindurchgeschoben, bis sie das Ende des Gewindeteils 2 erreichen, das sie durch eine Öffnung 17 in der anderen Stirnfläche des Hohlzylinders 1 wieder verlassen. Den gesamten Weg durch alle Gewindegänge bis zur Austrittsöffnung 17 können aber nur die Brennstoffkugeln zurücklegen, die eine völlig unbeschädigte Oberfläche aufweisen. Alle anderen Kugeln sowie Schrottstücke fallen bereits vorher aus den Gewindegängen heraus und werden von dem Hohlzylinder 1 aufgenommen. Dabei werden die Schrotteile und die am meisten beschädigten Kugeln schon in den ersten Gewindegängen ausgeschieden, während die wenig beschädigten Kugeln sich im mittleren Teil des Hohlzylinders 1 sammeln. In den letzten Gängen des Gewindeteils 2 werden kaum noch Kugeln ausgeschieden. Durch die spiralförmigen Zwischenwände 15 werden die beschädigten Kugeln und Schrottstücke durch den Hohlzylinder 1 befördert und treten durch eine Auslaßöffnung (nicht dargestellt) aus dem Hohlzylinder aus.

In der F i g. 3 ist zu erkennen, wie eine zwischen zwei Gewindegängen verklemmte Brennstoffkugel 18 wieder in das Innere des Gewindeteils 2 befördert wird. ' Die Kugel wird von den in Richtung des Pfeiles 19 um- ' laufenden Gewindegängen 20 mitgenommen. Im Hohlzylinder 1 sind mehrere hakenartige Finger fest angeordnet, von denen einer mit der Bezugsziffer 21 in der F i g. 3 dargestellt ist. Die obere Spitze 22 des Fingers 21 befindet sich etwa oberhalb der Mitte des Gewindeteils 2. Der Finger 21 ragt so weit in den Hohlzylinder 1 hinein, daß der Gewindegang 20 unmittelbar an ihm vorüberläuft. In seiner Mitte weist der Finger 21 einen Schlitz 23 auf, durch den die in den Gewindegängen befindlichen Leitstücke 24 gleiten, die etwas aus den Gewindegängen herausragen. Nähen sich ein solches Leitstück einer Kugel, z. B. der Kugel 25 in der F i g. 4, so wird die Kugel durch die erhaben ausgebildete Leitfläche 26 angehoben und ein Stück um ihre Achse gedreht, so daß nach Vorbeigang des Leitstückes 24 andere Teile der Kugeloberfläche auf den Gewinde'-gängen aufliegen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die gesamte Kugeloberfläche von den Gewindegängen abgetastet wird. Beim Vorbeigang der Leitstücke 24 an dem Finger 21 wird eine festgeklemmte Brennstoffkugel, z. B. die Kugel 18, an dem Finger 21 abgestreift, so daß sie wieder ins Innere des Gewindeteils 2 zurückfällt, wie am Beispiel der Kugel 27 dargestellt. Durch diese Art des Zusammenwirkens von Leitstück 24 und Finger 21 wird vermieden, daß eine verklemmte Brennstoffkugel beim Lösen zerdrückt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aussortieren von Kugeln mil beschädigter Oberflache bzw. mit verändertem Durchmesser aus einer Menge unbeschädigter Kugeln, vorzugsweise zum Aussortieren von Brennstoil'kugcln aus der Kugelschütuing eines Kernreaktors, gekennzeichnet durch ein aus mehreren Gängen bestehendes drehbares Gewindeteil (2), dessen Gänge vorzugsweise einen dreieckigen Querschnitt besitzen, wobei die Spitze des Dreiecks ins Innere des Gewindeteils zeigt, und die so voneinander beabstandet sind, daß zwischen die Gänge eingebrachte Kugeln (11) in unbeschädigtem Zustand nicht aus ihnen herausfallen können, und durch mindestens ein in jedem Gewindegang befindliches und mit diesem umlaufendes Leitstück (24).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewindeteil (2) von einem Hohlzylinder (1) mit größerem Durchmesser umgeben ist, der mit dem Gewindeteil umläuft, daß der Hohlzylinder (1) an jeder Stirnfläche eine Öffnung (16 bzw. 17) zum Ein- bzw. Ausbringen der Kugeln (11) enthält und daß im Innern des Hohlzylinders (1) spiralförmig an seinem Umfang entlanglaufende, kurze Zwischenwände (15) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gev/indeteil (2) und der Hohlzylinder (1) fliegend gelagert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Hohlzylinders (1) mehrere fest angeordnete, in der Mitte geschlitzte Finger (21) vorgesehen sind, an denen die Gewindegänge unmittelbar vorbeigleiten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gewindeteile (2) hintereinander bzw. untereinander angeordnet sind, die sich im Abstand der Gewindegänge unterscheiden.