DE2108041B2 - Entmantelungsmaschine für ummantelte Kernbrennelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entmantelungsmaschine für ummantelte Kernbrennelemente, insbesondere für solche mit einem zylindrischen umschließenden Fuß und einer daran anschließenden, eine Anzahl paralleler Nadeln umschließenden Metallhülle, wobei die Maschine ein längliches Metallgestell, an dem die Mechanismen der Maschine gehalten sind, eine Arbeitswanne und eine Längsschneidvorrichtung aufweist, welche cn einem Wagen angebracht ist, der auf vom Gestell getragenen waagerechten Schienen geführt und verschiebbar ist, und eine Antriebsvorrichtung für zwei Kreissägen aufweist, welche zur Erzeugung von Einschnitten mit begrenzter und regelbarer Tiefe in einer ihnen gegenüberliegenden Fläche der Hülle des Brennelements eingerichtet sind.

Aus der DE-AS 12 80 427 ist eine Entmantelungsmaschine mit den oben angegebenen Merkmalen bekannt, die jedoch nur zum Trennen eines einzelnen bestrahlten Kernbrennstoffstabs von der ihn umgebenden Hülle eingerichtet ist, indem dieser Stab mittels eines Stößels aus der zuvor längs, geschlitzten Hülle, während diese am ringförmigen Rand einer Lochplatte anliegt, durch die öffnung der Platte heraus^estoßen wird. Die bekannte Vorrichtung soll zur Sicherheit unter Wasser arbeiten.

In mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktoren, wo die Kühlung des Cores durch einen Kreislauf von flüssigem Natrium erfolgt, enthalten die Kernbrennelemente eine Reihe von Nadeln von spalt- oder brütbarem Material im Inneren einer Außenhülle aus Metall angeordnet, welche einen mehrsckigen, besonders hexagonalen Querschnitt aufweist, an einem Ende durch einen zylindrischen Fuß abgeschlossen und am anderen Ende durch einen metallischen Kopf verlängert ist, der während der Benutzung des Brennelements im Kernreaktor ein Neutronenschutzelement bildet.

Derartige Kernbrennelemente lassen sich weder mit der oben angegebenen noch mit anderen bekannten Entmantelungsmaschinen befriedigend entmanteln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine voll automatisch und sicher arbeitende Entmantelungsmaschine zu schaffen, welche die Umhüllung von der Gesamtheit der Brennstoffnadeln vollständig abirennt, ohne die Brennstoffnadeln selbst im Verlauf der verschiedenen mechanischen Bearbeitungsgänge zu verletzen, wobei die Maschine insgesamt verhältnismä-Big einfach gebaut ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Entmantelungsmaschine der eingangs angebenen Art, welche erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Uiiteransprüchen angegeben.

Die Maschine gemäß der Erfindung erfüllt voll die oben gestellte Forderung einer automatischen vollständigen Entmantelung ohne jede Beschädigung der Brennstoffnadeln des Brennelements. Die Maschine ist einfach und sicher betreibbar und ermöglicht während der ganzen Betriebsdauer das Überleiten eines Neutralgasstroms über die Nadeln zwecks Kühlung derselben, was erforderlich ist, da das vom Reaktor kommende Brennelement trotz einer vorangehenden erheblichen Abkühlungszeit noch eine hohe Wärmeleistung abgibt, welche bei Abwesenheit dieser Gaskühlung eine Beschädigung und sogar ein Schmelzen der Hüllen der Brennstoffnadeln und damit eine schwere Kontaminierung der Umgebung bewirken könnten. Das Brennelement ist während aller Arbeitsvorgänge dauernd einem Kühlgasstrom ausgesetzt, der durch den Fuß des Brennelements eingeblasen wird und infolgedessen die Nadeln bis in das Endstadium kühlt, wo sie aus der Hülle entnommen und zu einem weiteren Bearbeitungsplatz gebracht werden.

Ein besonderer Vorteil der Maschine gemäß der Erfindung ist, daß das Abreißen der zwischen den Längsschienen erzeugten Späne unabhängig ist von Veränderungen der Schnitt-Tiefe der Schnitte, vorausgesetzt, daß man innerhalb eines Bereichs von durch Versuchen ermittelten Werten bleibt. Schließlich ist von Vorteil, daß, wenn die Maschine symmetrisch durch Schmelzschneiden arbeitet, eine außergewöhnliche Haltbarkeit der Sägeblätter unter den geforderten Arbeitsbedingungen erreicht wird.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, die sich auf die Zeichnungen bezieht. Hierin zeigt

1- i g. 1 eine Ansicht, teilweise im Längsschnitt, eines in der Maschine zu entmantelnden Kernbrennelements;

F i g. 2 eine Ansicht der Entmantelungsmaschine;

Fig. 3 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, des schwenkbaren Halters, in dem der Fuß des Brennele-

ments eingesetzt ist;

F i g. 4 u. 5 eine Seitenansicht und einen Aufriß, teilweise im Schnitt, der Längsschneidvorrichtung;

Fig.6 einen Querschnitt des Maschinengestells, welcher die Hubvorrichtung für das Brennelement zeigt, und

F i g. 7 einen Ausschnitt im größeren Maßstab der Zange zum Abreißen, der durch die Längsschneidvorrichtung in der Hülle des Brennelements erzeugten Späne.

F i g. 1 zeigt ein in der erfindungsgemäßen Maschine zu entmantelnden Kernbrennelement 1 bekannten Typs, wie es inbesondere in mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktoren benutzt wird, wo die Kühlung der Brennelemente zur Abführung der durch die Spaltreaktion des Brennstoffes freigesetzten Wärme durch einen Kreislauf von flüssigem Natrium erfolgt.

Das gezeigte Brennelement besteht, in der Zeichnung von rechts nach links gesehen, aus mehreren, hier fünf, Teilen oder Abschnitten, die mit den Buchstaben A bis E bezeichnet sind. Das Endstück A des Brennelements weist einen Kopf oder ein Metallstück 2 auf, das innen eine axiale Bohrung 3 für den Austritt des Natriums aus dem Brennelement 1 aufweist und während der Benutzung im Kernreaktor einen Neutronenschutz bildet. Der folgende Teil B setzt sich zusammen aus einer Reihe von Nadeln 4, die umhüllt und an einem ihrer Enden an einer an der Grenze der Teile A und B angeordneten Einhängeschiene 5 befestigt sind. Diese Nadeln 4, die im allgemeinen wegen des in ihnen enthaltenen Kernmaterials brütbare Nadeln genannt werden, sind parallel zueinander mit einem geringen Spiel angeordnet, um das Hindurchströmen des Natriums zu ermöglichen, und von einer äußeren Mctallhülle 6 umgeben, die im betrachteten Beispiel einen mehreckigen, insbesondere hexagonalen Querschnitt aufweist. Im folgenden Teil Cdes Elements 1 ist in der Verlängerung der Nadeln 4, jedoch ohne unmittelbare Berührung mit diesen, eine weitere Reihe von umhüllten Nadeln 7 angeordnet, die in diesem Fall aus einem spaltbaren Material bestehen. Diese Nadeln sind an ihren den brütbaren Nadeln 4 entgegengesetzten Enden in entsprechender Weise wie die Nadeln 4 an der Schiene 5 an einer Querschiene 8 befestigt. Die Nadeln 4 und 7 sind im übrigen hinsichtlich ihrer äußeren Gestalt sehr ähnlich, und die von der Maschine an ihnen vorzunehmenden Arbeitsgänge sind daher die gleichen. Im folgenden Teil D weist das Brennelement 1 einen Metallblock 9 auf, der mit einem Axialkanal 10 für den Durchtritt der als Kühlmittel dienenden Natriums versehen ist und der die Hülle 6 außen fortsetzt und am Ende eine sphärische Auflagefläche 11 aufweist. Schließlich schließt sich am Endabschnitt E des Brennelements an diese Auflagefläche 11 ein hohler zylindrischer Teil oder Fuß 12 an, der an seinem Ende geschlossen, jedoch mit einer Reihe von Querbohrungen 13 für den Eintritt des Kühlmediums versehen ist.

F i g. 2 zeigt eine Ansicht der Entmantelungsmaschine, welche dazu dient, das Brennelement 1 in jeden seiner wesentlichen Teile zu trennen und insbesondere den Kopf 2 im Schnitt zwischen den Teilen A und B abzuschneiden, die brütbaren und spaltbaren Nadeln nach öffnen und Abreißen der sie umgebenden Hülle aus den Teilen B und Cherauszunehmen und schließlich den Fuß und seine Verlängerung in den Teilen D und E zu entfernen, wobei während aller dieser Arbeitsgänge die kontinuierliche Kühlung der Nadeln gesichert bleibt Wie aus F i g. 2 ersichtlich besitzt die Maschine ein Metallgestell 14 von länglicher Form, das aus entsprechenden Metallprofilen 15, die zusammengesetzt unc miteinander verschweißt sind, besteht. Dieses Gestel weist an seinem oberen Teil 2 waagerechte ebene ■5 Randleisten 16 und 17 auf, die auf den beiden Seiten einer Arbeitswanne 18 angeordnet sind, in die das zu entmantelnde Brennelement in einer weiter unten erläuterten Weise eingelegt wird. Das Gestell 14 weisl schließlich eine Grundplatte 19 auf, mit der es am Boden befestigt ist. In Fig. 2 sieht man ferner einer schwenkbaren Halter 20, zwei Querschneidvorrichtungen 21 und 22, eine Längsschneidvorrichtung 23, die mittels eines beweglichen Wagens auf von den ebener Randleisten 16 und 17 des Gestells getragenen Schiener verschiebbar ist, eine Einspannvorrichtung 24 für das in die Arbeitswanne 18 gelegte Brennelement und schließlich eine Hubvorrichtung 25 zum Anheben des Brennelements. Alle diese verschiedenen Teile dei Maschine werden im folgenden im einzelnen beschrie

-><> ben.

F i g. 3 zeigt im größeren Maßstab den schwenkbarer Halter 20 und die Gesamtheit der in den eingebauter Mechanismen. Wie aus dieser Figur ersichtlich, weis dieser Halter 20 einen Metallrahmen 26 auf, der mi

²' einer waagerechten Querwelle 27 fest verbunden ist welche in Lagern 28 gelagert ist, die am Gestell 1< mittels einer Grundplatte 29 und Bolzen 30 befestig sind. Diese Achse 27 wird durch einen Getriebemotor 31 gedreht, der über einen Bügel 34 und das darar

w angelenkte Ende 33 eines Federarms 32 mit dei Grundplatte 19 des Gestells verbunden ist, wobei dei Federarm 32 als Drehmoment-Begrenzer wirkt. Dei Getriebemotor 31 dreht die Achse 27 und schwenk dadurch den Halter 20. Im Inneren des Rahmens 26 de:

^r' Halters 20 ist in einem Hohlzylinder 35 eine Muffe 3( gehalten, welche zur Aufnahme des Endes des Fußes Ii des Brennelements 1 eingerichtet ist. Diese Muffe 3( kann sich im Inneren des mit dem Rahmen 26 de; Halters 20 fest verbundenen Hohlzylinders 35 um siel selbst drehen. Die Drehung erfolgt auf Walzenlagern 3Ί und 38 mittels eines äußeren Zahnkranzes 39, der mi einem Antriebsritzel 40 zusammenwirkt, das mit einei Welle 41 fest verbunden ist, die über Vorlege-Zahnrädei 42 und 43 von der Ausgangswelle 44 eines Getriebemo

^Α'^Λ tors 45 angetrieben wird (Fig.2). Jenseits de: Zahnkranzes 39 weist die Muffe 36 innen eine Ausnehmung 46 für ein Zangenfutter 47 mit Klauen 47; üblicher Bauart, mit sogenanntem geschlitztem Kege auf, das mit einer schrägen Auflagefläche 48 dei

>" Ausnehmung 46 so zusammenwirkt, daß das Ende de: Fußes 12 des Brennelements 1 nach dem Einsetzen ir die Muffe 36 blockiert werden kann.

Zu diesem Zweck weist die Klaue 47a, die unter dei Wirkung einer sie in die vom Fuß 12 entfernte Stellung

'' d. h. in der Zeichnung nach rechts, drückenden Feder 4? steht, außerhalb der Muffe 36 zwei kreisförmige Krager 50 und 51 auf, die am Ende des Zangenfutters 47 durch Muttern 52 blockiert sind und zwischen sich eine nach außen über den gesamten Umfang der Kragen offen«

^wl Ringnut 53 begrenzen. In diese Ringnut 53 greifer Querstifte 53a ein, die zu einem Bügel 54 gehören, dei durch einen Hebel 55, der an Zapfen 56 bzw. 57 an einen· mit dem Halter 20 festverbundenen Träger 58 und Ende der Kolbenstange 59 eines Drucktopfes 60 angelenkt ist

·■' verlängert ist. Der Druckzylinder 60 ist selbst mit derr Zapfen 61 an einem ebenfalls vom Halter 20 getragener Fuß 62 angelenkt. Die Betätigung des Druckzylinders ir Richtung des Vorschubs (Herausdrückens) der Stange

59 bewirkt das Schwenken des Hebels 55 um den Zapfen 56 und zieht durch die Stifte 53a die von den Kragen 51 und 52 gebildete Gesamtanordnung nach links. Das Zangenfutter 47 bewirkt von da an mittels der Klauen 47a die axiale Blockierung des Endes des Fußes 12, ohne die Drehung der Gesamtheit von Muffe 36 und dem in ihr gehaltenen Fuß zu behindern, wobei die Stifte 53a sich nur in der zwischen den beiden Kragen 51 und 52 vorgesehenen Nut 53 bewegen. Ein Kontaktgeber 63 zeigt die Anwesenheit und Stellung des Fußes des Brennelements und infolgedessen die Blockierung des Fußes 12 durch die Klauen 47a an.

Vom Zeitpunkt des Einsetzens in den schwenkbaren Halter 20 an muß das Brennelement aus den oben erwähnten Gründen kräftig und dauernd gekühlt werden. Zu diesem Zweck ist der Hohlzylinder 35 des Rahmens 26 mit einem seitlichen Stutzen 64 versehen, um den schwenkbaren Halter mittels einer biegsamen Leitung 64a (Fig.2) an eine neutrales Kühlmedium unter Druck abgebende Quelle anschließen zu können. Das Kühlmedium besteht im allgemeinen aus Argon oder Stickstoff. Der Stutzen 64 mündet in den vom Hohlzylinder 35 und der Außenfläche der drehbaren Muffe 36 begrenzten Raum, und das zugeführte Gas strömt anschließend durch die in der Wand der Muffe vorgesehenen Bohrungen 65, bevor es durch die Löcher 13 des Fußes 12 in dessen Innenraum gelangt (Fig. 1). Dichtungen 65a verhindern das Entweichen des Gases zwischen der Muffe 36 und dem Hohlzylinder 35. Die gesamte, in die Muffe 36 eingeführte Gasmenge strömt daher durch das Brennelement 1, das in der Muffe durch die Klauen 47a festgehalten ist, und zwar unabhängig von der Stellung des schwenkbaren Halters durch den Fuß des Brennelements in Richtung der spaltbaren und brütbaren Nadeln 7 und 4.

Die Fig.2 und 3 zeigen auch, wie das genaue Einsetzen des Brennelements in die Muffe 36 einerseits durch das Anschlagen der sphärischen Auflagefläche 11 des Brennelements gegen einen entsprechenden, an der Muffe 36 vorgesehenen Kegelsitz 66 und andererseits durch das Zusammenwirken ebener Flächen der Hülle 6 mit hexagonalem Querschnitt mit der entsprechend geformten oberen Öffnung 67 der Muffe 36 erhalten wird.

Aus Fig.2 wiederum ist ersichtlich, wie die Querschneidvorrichtung 21 und 22 im wesentlichen gebaut sind. Es sind hier zur Vereinfachung der Zeichnung zwei solche Vorrichtungen gezeigt, jedoch hängt ihre genaue Zahl von der Art des zu entmantelnden Brennelements ab. Die Querschneidvorrichtungen sind längs des Gestells 14 genau an den Stellen angeordnet, wo das Brennelement quer geschnitten werden soll. Die Querschneidevorrichtungen weisen jede eine Kreissäge 68 auf, die mit sehr hoher Umdrehungsgeschwindigkeit durch einen Motor 69 angetrieben wird, dessen Welle mit der Säge unmittelbar fest verbunden ist Die Säge ist durch eine Schutzhaube 70 abgedeckt, welche eine Öffnung 71 aufweist, deren Form so festgelegt ist, daß die Säge die Hülle des Brennelements in dem entsprechenden zu «> schneidenden Bereich frei angreifen kann und dabei außerdem den beim Schneiden erzeugten Staub und Feilspäne wirksam auffängt Um während der Zeiten, wo die Säge nicht arbeitet, die Arbeitsebene der Entmantelungsmaschine und insbesondere den Zugang zur Wanne 18 ganz freizugeben, ist die von der Säge 68, dem Motor 69 und der Schutzhaube 70 gebildete Schneidvorrichtung an einem Arm 72 gehalten, der an einer Achse 73 angelenkt ist, die von einer Stützplatte 74 getragen wird. Der Arm 72 ist mit einem hydraulischen Drehzylinder verbunden, um die Schneidvorrichtung in einer Ebene schwenken zu können, die senkrecht zu der nach dem Einlegen in die Wanne 18 waagerecht verlaufenden Achse des Brennelements 1 verläuft. Es sei bemerkt, daß die Verwendung einer solchen Zahl von Querschneidvorrichtungen, wie durch den Aufbau des Brennelements und die an diesem vorzunehmenden Schnitte erforderlich ist, die Betriebssicherheit der Vorrichtungen und der gesamten Maschine erhöht, da auf diffizile genaue Einstellungen der Arbeitsstellung verzichtet und die Abnutzung jedes Sägeblatts der verschiedenen Schneidvorrichtungen proportional verringert werden kann. Es ist jedoch auch möglich, als Abwandlung nur eine einzige, längs des Maschinengestells verschiebbare Querschneidvorrichtung vorzusehen.

Die F i g. 4 und 5 zeigen mit weiteren Einzelheiten die besondere Ausbildung der Längsschneidvorrichtung 23, die auf der waagerechten Arbeitsebene der Entmantelungsmaschine angeordnet ist. Diese Längsschneidvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Wagen 75 mit zwei Räderpaaren 76 und 77, die auf den ebenen Randleisten 16 und 17 des Gestells 14 verschiebbar sind, so daß dieser Wagen und die von ihm getragenen Werkzeuge genau längs der Achse des in der Wanne 18 liegenden Brennelements 1 verschiebbar sind. Die Räder 76 tragen außen ein Zahnrad 78, das mit einer von einer Schiene 80 getragenen Zahnstange 79 zusammenwirkt, während die Räder 77 durch eine Mitteinut 77a die parallele Führung des Wagens 75 auf einer parallelen Schiene 80a gewährleisten, so daß das Zahnrad 78 nicht außer Eingriff mit der Zahnstange 79 kommen kann. Eine der Achsen 81 der Räder 76 und 77 ist durch einen Riemen oder eine Kette 82 angetrieben, welche mit Riemenscheiben 82a und 826 zusammenwirkt von denen die eine auf die Abtriebswelle eines vom Wagen 75 getragenen Getriebemotors 83 aufgekeilt ist. Auf dem Wagen 75 sind ferner Lager 84 für eine Querachse 84a vorgesehen, die fest mit einem Bügel 85 verbunden ist der zwei zueinander parallele und in zwei benachbarten senkrechten Ebenen auf einer zweiten Querachse 86 angeordnete Kreissägen 87 und 88 trägt. Diese beiden Sägen sind von einer Schutzhaube 89 umgeben, die unten in einer zurückspringenden Wand

90 endet, deren leicht wulstförmig ausgebildetes Ende

91 bei den Verschiebungen des Wagens 75 als Kontaktfühler dient. Die Sägen 7 und 88 werden mit großer Geschwindigkeit durch einen auf die Achse 86 wirkenden Motor 92 angetrieben. Sie stehen geringfügig über die gedachte Umrißlinie der Schutzhaube 89 über, wobei das Überstehen der Sägen bezüglich der Unterkante 91 der Schutzhaube vor der Inbetriebnahme der Längsschneidvorrichtung mitteis einer Reguliereinrichtung eingestellt ist, welche eine Spindel 93 und Mutter 94 aufweist Das Ende 95 der Spindel 93 ist an dem die Achse 86 der Sägen haltenden Bügel 85 angelenkt während die Mutter 94 mit der Außenwand der Schutzhaube 89 fest verbunden ist In Fig.5 ist ersichtlich, daß die Kanten der die Sägen 87 und 88 umgebenden Schutzhaube 89 mit federnden Bändern 89a versehen sind, welche gegen die benachbarten Flächen der Hülle 6 des Brennelements reiben, um das Wegfliegen der durch den Angriff der Sägen auf die Hülle erzeugten Metallteilchen beim Vorschub des Wagens 75 zu verhindern. Die Schutzhaube ist innen mit Prallblechen 89ft ausgestattet die aus einfachen, mit der

Innenwand der Schutzhaube fest verbundenen Metallblechen bestehen und so angeordnet sind, daß sie die Drehung der Sägen nicht behindern. Schließlich ist vorteilhafterweise hinter der Schutzhaube eiine Drahtbürste 89 angeordnet, welche gegen die zu bearbeitende Fläche der Hülle drückt und den Austritt von Metallstaub verhindert.

Die gleiche Fig.5 zeigt außer der oben beschriebenen Längsschneidvorrichtung 23 eine der Einspannvorrichtung 24, die mit der Maschine zusammenwirken und das Festhalten des Brennelements 1 im Inneren der Wanne 18 ermöglichen. Jede dieser Einspannvorrichtungen besteht im wesentlichen aus zwei seitlichen Greifern 96 und 97, die jeder an Schwenkhebeln 98 und 99 angelenkt sind. Der mit dem Greifer 96 zusammenwirkende Schwenkhebel 9S ist selbst am Ende 100 der Stange eines Arbeitszylinders 101 angelenkt, dessen Zylinder seinerseits bei 101a an der entsprechenden Randleiste 16 des Gestells 14 angelenkt ist. Eine entsprechende Anordnung ist für den anderen Greifer 97 der Einspannvorrichtung vorgesehen. Je nach der Stellung der Stange des Arbeitszylinders 101 nehmen die Greifer 96 und 97 eine vom Brennelement 1 entfernte oder an ihm anschlagende Stellung ein, indem jeweils das Brennelement in der Wanne 18 festgehalten oder freigegeben wird.

F i g. 6 zeigt als weitere Einzelheit der erfindungsgei.laßen Entmanteiungsmaschine eines der Einzelelemente der Hubvorrichtung 23 für das Heben des Brennelements im Inneren der Wanne 18. Diese Einzelelement setzt sich zusammen aus einem U- oder V-förmigen Träger, dessen Schenkel 103 und 104 durch ebene Randleisten 105 bzw. 106 verlängert sind, die jeweils an den Enden der Stangen zweier vom Gestell 14 getragener Arbeitszylinder 107 und 108 befestigt sind. Diese Stangen werden synchron bewegt und heben mit dem Träger 102 das darauf ruhende Brennelement 1.

Schließlich zeigt Fig.7 in größerem Maßstab die Einzelheiten einer automatisch festspannenden Zange 109, welche zum Abreißen eines in der Hülle 6 des Brennelements 1 durch die Sägen 87 und 88 der Längsschneidvorrichtung 23 erzeugten Spanes dienen. Diese Zange 109 setzt sich zusammen aus einer ersten umgebogenen Backe 110, an der an einer Achse 111 ein gerader Hebel 112 angelenkt ist, dessen Ende 113 einen exzentrischen Umriß hat, so daß es beim Drehen des Hebels das Ende der aufzureißenden Hülle 6 zwischen dem Ende 113 und einem in der Backe 110 eingesetzten Dorn 114 einspannt Das andere Ende des Hebels 112 weist eine Bohrung 115 auf, in die ein geeignetes Hebewerkzeug eingreift Schließlich ermöglicht ein Riegel 116, den Hebel 112 in der Einspannstellung an der Hülle zu halten.

Die so in ihren Hauptelementen beschriebene Entmanteiungsmaschine arbeitet wie folgt: Das Brennelement 1, wie in Fi g. 1 gezeigt, wird nach einer ersten Periode der teilweisen Abkühlung von einer Handhabungsvorrichtung ergriffen, die von einem Laufkran aus betätigt wird, und in den schwenkbaren Halter 20 gesetzt, der sich in dieser ersten Stufe der Arbeitsgänge in der in F i g. 2 gezeigten Stellung befindet, so daß seine drehbare Muffe 36 die senkrechte Stellung einnimmt Der Fuß 12 des Brennelements 1 wird in diese Muffe 36 eingeführt, bis die sphärische Auflagefläche 11 gegen den am oberen Ende der Muffe vorgesehenen Kegelsitz 66 anschlägt Die richtige Einstellung des Brennelements bezüglich seiner Achse erfolgt dabei durch Zusammenwirken der hexagonalen Außenfläche der Hülle 6 mit der öffnung 67, wobei die Auswahl einer unter den möglichen sechs Stellungen mit Hilfe von Markierungen erfolgt, die einerseits am Brennelement und andererseits an der Muffe vorgesehen sind. Das in das Innere des schwenkbaren Halters 20 herabgelassene und gegen die Muffe 36 anschlagende Brennelement wird anschließend der Muffe gegenüber blockiert, indem der Arbeitszylinder 60 den Hebel 55 dreht und damit die Klaue 47a zurückzieht, so daß sie das untere Ende des Fußes 12 einspannt. Der schwenkbare Halter 20 wird anschließend mittels des Getriebemotors 31 (Fig.2) um seine Achse 27 gedreht, um das Brennelement aus der senkrechten in die waagerechte Stellung zu bringen, in der es im Inneren der Wanne 18 des Gestells 14 auf dem Boden der U-Träger 102 der Hubvorrichtung (Fig.6) aufliegt, welche sich in der unteren Stellung befindet, in der die Stangen der Hubzylinder 107 und 108 zurückgezogen sind.

Der erste Arbeitsgang der Entmantelung besteht dann darin, das Endstück des Brennelements vom Rest abzutrennen, also das Brennelement zwischen den Teilen A und B (Fig. 1) durchzuschneiden. Zu diesem Zweck wird die Querschneidvorrichtung, welche sich entsprechend der Konstruktion der Maschine in genau der richtigen Lage an der Seite des Gestells 14 befindet, in der Weise betätigt, daß die von ihr getragene Kreissäge 68 genau in den die Abschnitte A und B des Brennelements trennenden Bereich, d. h. in die Höhe der Einhängeschienen 5 (Fig. 1) gebracht wird. Nach Einschalten ihres Motors 69 schneidet die Säge praktisch in einem Augenblick die Hülle des Brennelements durch, wobei dieser Schnitt durch sogenanntes »Schmelzschneiden« erfolgt, bei dem die Säge, die aus einer einfachen Metallscheibe besteht, mit einer sehr großen Umfangsgeschwindigkeit (in der Größenordnung von 100 m/s) angetrieben wird und trocken in Berührung mit dem zu schneidenden Metallteil kommt, wobei sie diesen auf eine solche Temperatur erhitzt, daß der Vorschub der Scheibe sehr leicht und rasch erfolgt (Durchschneiden in etwa 4 Sekunden im betrachteten Fall). Der Teil A des Brennelements kann anschließend einfach durch eine beliebige ferngesteuerte Handhabungseinrichtung entfernt werden. Während des so vorgenommenen Schneidvorgangs sorgt die die Säge 68 umgebende Schutzhaube 70 für das Abfangen der erzeugten Metallspäne oder Feilspäne, die in eine dafür unter der benutzten Schneidvorrichtung vorgesehene Auffangeinrichtung geleitet werden.

Bei den weiteren Arbeitsgängen der Benutzung der Maschine werden getrennt die im wesentlichen im Teil ßdes Brennelements angeordneten brütbaren Nadeln 4 und anschließend nach einem gleichen Verfahren die im Teil C angeordneten spaltbaren Nadeln 7 entfernt Für diesen Zweck wird die Längsschneidvorrichtung 23 mittels folgender Arbeitsgänge axial verschoben: Nach Einstellung der Schneidtiefe, bis zu welcher die Sägen 87 und 88 in die Hülle 6 einschneiden sollen, mittels der Spindel- und Mutter-Einstellvorrichtung 93, 94 durch Einstellung des Relativabstands zwischen der Außenkante der Sägen einerseits und der Unterkante 91 der Schutzhaube 89 wird der Wagen 75 auf seinen Schienen 80 und 80a durch den Getriebemotor 83 verschoben, wobei die Achse 81 und das mit der Zahnstange 79 zusammenwirkende Zahnrad 78 angetrieben werden.

Zu Beginn dieser Verschiebung des Wagens schlägt die Unterkante aus dieser Schutzhaube und den beiden Sägen 87 und 88 bestehende Schneidvorrichtung etwas an, indem der Haltebügel 85 um die vom Wagen

getragene Achse 84a etwas geschwenkt wird (Fig.4). Der Wagen setzt dann seine Vorwärtsbewegung in Längsrichtung fort und bringt anschließend die vom Motor 92 mit großer Geschwindigkeit angetriebenen Sägen 87 und 88 in Berührung mit der Hülle 6, wo sie zwei Längsschnitte bewirken, deren zuvor eingestellte Tiefe der ursprünglich mit der Spindel-Mutter-Regeleinrichtung 93, 94 eingestellten Tiefe entspricht. Diese Einstellung erfolgt insbesondere so, daß die Tiefe der erzeugten Schnitte niemals die Wandstärke der Hülle überschreitet, so daß die Sägen 87 und 88 niemals in irgendeiner Weise die in der Hülle 6 enthaltenen Nadeln erreichen und beschädigen können. Die Längsschneidvorrichtung wird anschließend so oft wie nötig auf den Schienen hin- und zuriickverschoben, bis die Sägen 87 und 88 die maximal zulässige Schneidtiefe erreicht haben, wobei die Kante 91 der Schutzhaube 89 in diesem Augenblick einen Anschlag bildet, indem sie direkt gegen die gegenüberliegende Fläche der Hülle anschlägt. Im Verlauf dieser Arbeitsgänge verhindern die gegen die benachbarten Außenflächen des Brennelements anliegenden Federblätter 89a das Fortschleudern von Spänen und Staub, die durch das Sägen der Hülle erzeugt werden, wobei der Hauptteil der Staubteilchen in der Schutzhaube 89 zurückgehalten wird (F i g. 5). Am Ende des Arbeitsganges wird der Wagen 75 in die Ausgangsstellung, d. h. an das dem schwenkbaren Halter 20 entgegengesetzte Ende des Gestells 14 der Maschine zurückgebracht

Nachdem die beiden erwähnten Schnitte in der oberhalb der Arbeitsebene der Maschine gelegenen Fläche der Hülle 6 ausgeführt sind, wird das Brennelement 1 durch Drehung der im Hohlzylinder 35 des schwenkbaren Halters 20 gehaltenen Muffe 36 um 180° um seine waagerecht gehaltene Achse gedreht Diese Drehung erfolgt mittels des Getriebemotors 45, welcher das Ritzel 40 und damit den mit der Muffe 36 verbundenen Zahnkranz 39 antreibt. Vorteilhafterweise erfolgt die durch die Drehung der Muffe 36 hervorgerufene Drehung des Brennelements 1 zwischen zwei zuvor eingestellten trockenen Anschlägen, wobei das vollkommene Anlegen gegen diese Anschläge durch das Gleiten eines (nicht gezeigten) Kraftbegrenzers garantiert wird, der in die kinematische Kette des Antriebs der Drehbewegung eingeschaltet ist Nach diesem Umdrehen des Brennelements werden erneut zwei Schnitte in der der zuvor bearbeiteten gegenüberliegenden Fläche der Hülle 6 ausgeführt, indem der Wagen 75 und die von ihm getragenen Sägen 87 und 88 in gleicher Weise wie oben beschrieben betätigt werden.

Nachdem die beiden Gruppen von zwei Schnitten so an den gegenüberliegenden Seiten der Hülle 6 ausgeführt sind, werden die Einspannvorrichtungen 24 der Maschine durch Einschalten der Arbeitszylinder 101 betätigt, welche durch Verschieben der Schwenkhebel 98 und 99 die Greifer 96 und 97 schwenken, welche sich gegen die oberen Seiten des Brennelements legen und dieses im Inneren der Wanne 18 unbeweglich halten.

Im anschließenden Arbeitsgang, nach dem Querzerschneiden der Hülle 6 indem die Teile B und C voneinander trennenden Bereich, d.h. in dem die brütbaren Nadeln 4 von den spaltbaren Nadeln 7 trennenden Bereich, wird mittels eines Zugseils oder einer entsprechenden Einrichtung, die von einem die Maschine bedienenden Laufkran betätigt wird, die Zange 109 (F i g. 7) so in die Nähe des Brennelements gebracht, daß das Ende der Seite oder Mantelfläche der Hülle 6, wo die letzten Schnitte ausgeführt werden, zwischen das Ende 113 des Hebels 112 und den Dorn 114 der Backe 110 eingeschoben wird. Der durch das Seil auf das andere Ende des Hebels 12 ausgeübte Zug bewirkt die Drehung des Hebels und das automatische

ίο Festspannen der Zange und der Verriegelung derselben und anschließend das fortlaufende Abreißen des Spanes der Hülle, der von den zuvor ausgeführten Schnitten begrenzt ist und sich über die ganze Länge derselben erstreckt.

Je nachdem, ob das Abreißen des Spanes im Abschnitt B erfolgt, wo die Hülle die brütbaren Nadeln enthält, oder im Abschnitt C des Brennelements, wo sich die spaltbaren Nadeln befinden, sind nun zwei Fälle des weiteren Vorgehens zu unterscheiden. Im ersten Fall bereitet das Abreißen des Spanes keine Schwierigkeit, da die Hülle an beiden Enden offen ist. Im anderen Fall dagegen muß man im Abschnitt D, genauer gesagt in der Höhe der an der Grenze der Abschnitte Cund Ddes Brennelements liegenden Schienen 8, Querbruchstellen vorsehen, welche leicht durch teilweises Einschneiden mittels einer entsprechenden Schneidvorrichtung hergestellt werden können. Es sei bemerkt, daß dieser zusätzliche Arbeitsgang zu jedem beliebigen Zeitpunkt ausgeführt werden kann, vorzugsweise jedoch vor Ausführung der Längsschnitte. Am Ende der Reißstrekke wird der vollständig abgerissene Span entfernt und einer Einrichtung zur Rückgewinnung der Abfälle zugeführt

Nach Abreißen des ersten Spans werden die Einspannvorrichtungen 24 durch umgekehrte Betätigung der Arbeitszylinder 101 gelöst, und das Brennelement wird anschließend erneut um 180° um sich selbst gedreht, um durch Vornahme genau der gleichen Arbeitsgänge, wie oben angegeben, einen zweiten Span von der anderen Seitenfläche der Hülle abzureißen, welche die beiden anderen Schnitte aufweist. Der folgende Arbeitsgang besteht in einem erneuten Querschnitt zwischen den Abschnitten Cund D.

Die Hülle ist damit in zwei Teile zerschnitten und an zwei Seiten offen.

Im folgenden Arbeitsgang werden nach Entfernen der Hüllenreste durch ein geeignetes Hantierungswerkzeug die Hubzylinder 107 und 108 eingeschaltet, wodurch die Hubvorrichtung 25 die Träger 102 und das darauf in der Wanne 18 ruhende Brennelement 1 anhebt. Anschließend werden die Nadeln herausgehoben.

Es sei bemerkt, daß im Verlauf der oben beschriebenen Arbeitsgänge die Nadeln bis zum letzten Augenblick der Kühlwirkung des vom schwenkbaren Halter und Fuß des Brennelements her eingeblasenen Kühlgases ausgesetzt sind.

Nach dem Abheben der Nadeln besteht die letzte Phase der Entmantelung darin, die Verriegelung des Fußes 12 in der Muffe 36 zu lösen und den Rest des Brennelementes aus dem zuvor in die senkrechte Stellung zurückgebrachten schwenkbaren Halter herauszuheben.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (19)

Patentansprüche:

1. Entmantelungsmaschine für ummantelte Kernbrennelemente, insbesondere für solche mit einem zylindrischen Fuß und einer daran anschließenden, eine Anzahl paralleler Nadeln umschließenden Metallhülle, wobei die Maschine ein längliches Metallgestell, an dem die Mechanismen der Maschine gehalten sind, eine Arbeitswanne und eine Längsschneidvorrichtung aufweist, welche an einem Wagen angebracht ist, der auf vom Gestell getragenen waagerechten Schienen geführt und verschiebbar ist, und eine Antriebsvorrichtung für zwei Kreissägen aufweist, welche zur Erzeugung von Einschnitten mit begrenzter und regelbarer Tiefe in einer ihnen gegenüberliegenden Fläche der Hülle des Brennelementes eingerichtet sind, gekennzeichnet durch einen um eine waagerechte Achse (27) schwenkbaren Halter (20), der in der senkrechten Stellung den Fuß (12) des Brennelements in einer um ihre eigene Achse drehbaren zylindrischen Muffe (36) aufnimmt, und eine Blockierungsvorrichtung (47, 48) zum Festhalten des FuOes bezüglich der Muffe, einen die Muffe drehenden Motor (45) und eine mechanische Vorrichtung zum Schwenken des Halters; eine Reihe von Querschneidvorrichtungen (21, 2!2), die zum Zerschneiden des nach dem Schwenken des Halters (20) in der Wanne des Gestells angeordneten Brennelements eingerichtet sind und jede eine durch eine Schutzhaube (70) geschützte Kreissäge (68) aufweisen, die von einem Motor (69) angetrieben und an einem Schwenkarm (72) angebracht ist, der in eine zur waagerechten Achse der Wanne senkrechten Ebene schwenkbar ist; eine Zange (109) zum Abreißen der durch die Längsschneidvorrichtung zwischen den Längsschnitten erzeugten Späne der Hülle; Einspannvorrichtungen, welche das Brennelement während des Abreißens der Späne der Hülle in der Wanne festhalten, und eine Hubvorrichtung (25) welche das Anheben des Brennelements und sein Ausbringen am Ende der Arbeitsgänge erleichtert.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell aus Metallblechen besteht und an seinem oberen Teil zwei ebene Randleisten (16, 17) aufweist, welche die zur Aufnahme des Brennelements dienende Arbeitswanne (18) begrenzen.

J. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (36) des schwenkbaren Halters (20) eine Reihe von Querbohrungen (65) für den Durchtritt eines neutralen KUhlgases aufweist, welches durch in der Außenfläche des zylindrischen Fußes (12) vorgesehene Löcher (13) in das Brennelement gelangt.

4. Maschine nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daiß der schwenkbare Halter (20) einen hohlen Teil (35) aufweist, in dem die Muffe (36) unter Zwischenschaltung von Rollenlagern (37, 38) gehalten ist und der einen Anschlußstutzen (64) zur Verbindung mit einer Kühlgaszuleitung (64a) aufweist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (36) des schwenkbaren Halters (20) einen äußeren Zahnkranz (39) aufweist, der mit einem vom Antriebsmotor (45) der Muffe angetriebenen Ritzel (40) in Eingriff steht.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierungsvorrichtung, welche den Fuß des Brennelements bezüglich der Muffe (36) des schwenkbaren Halters (20) festhält, aus einem Zangenfutter (47) mit einer gegenüber der Muffe (36) axial verschiebbaren Klaue (47a) besteht und zwei parallele kreisförmige Kragen (50, 51) aufweist, die miteinander eine Ringnut (53) begrenzen, in die mindestens ein Stift (53a) eingreift, der von einem Bügel (54) getragen wird, der durch einen einerseits am Gestell, andererseits am Ende der Stange (59) eines Arbeitszylinders (60) angelenkten Hebel (55) verlängert ist

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Schwenkvorrichtung des schwenkbaren Halters (20) aus einem Getriebmotor (31), der mit einem am Gestell befestigten und einen Drehmoment-Begrenzer bildenden Federarm (32) versehen ist, besteht

8. Maschine nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (36) des schwenkbaren Halters (20) ein offenes Ende aufweise, in das der Fuß des Brennelements eindringt, und innen einen Kegelsitz (66) aufweist, die mit einer am Brennelement an der Verbindung von Fuß und Hülle vorgesehenen sphärischen Auflagefläche (11) zusammenwirkt

9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Muffenöffnung (67) eine dem Querschnitt der Hülle des Brennelements angepaßte geometrische Form aufweist, so daß dieses Brennelement durch Drehung um die Achse der Muffe in eine bestimmte Stellung gebracht werden kann.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schneidvorrichtung eine Säge in Form einer mit hoher Geschwindigkeit angetriebenen Metallscheibe aufweist, welche das Brennelement nach dem Schmelzschneidverfahren schneidet.

11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Querschneidvorrichtung gleich der Zahl der beim Brennelement quer zu schneidenden Bereiche ist und jede Querschneidvorrichtung an einer bezüglich des Gestells bestimmten Stelle befestigt und von einer mit dem Gestell fest verbundenen waagerechten Stützplatte getragen ist.

12. Maschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen (75) der Längsschneidvorrichtung (23) mindestens ein Rad (76) aufweist, das mit einem Zahnrad (78) verbunden ist, welches in einer von einer der ebenen Randleisten des Gestells getragenen Zahnstange (79) kämmt.

1J. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Zahnstange kämmende Zahnrad an einer Querwelle (81) befestigt ist, welche zwei Räder des Wagens (75) trägt und von einem endlosen Riemen (82) angetrieben wird, der über zwei Riemenscheiben läuft, von denen die eine (B2a) mit der Welle (81) und die andere (82b) mit der Abtriebswelle eines Antriebs-Getriebemotors (83) fest verbunden ist.

14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (83) der Sägen der Längsschneidvorrichtung (23) mit dem Wagen (75) durch einen Bügel (85) verbunden ist, der um eine vom Wagen (75) getragene

Querachse (84ajschwenkbar ist.

15. Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägen (87, 88) der Längsschneidvorrichtung (23) teilweise von einer Schutzhaube (89) umgeben sind, die mit dem schwenkbaren Bügel (85) durch eine Spindel-Mutter-Einstellvorrichtung (93, 94) verbunden ist, welche das Vorstehen der Sägen bezüglich des unteren offenen Endes der Schutzhaube regelt, und daß dieses Ende emen Fühler (91) und einen Anschlag bildet, welche die maxima'e Tiefe der in der Hülle erzeugten Schnitte einstellt.

16. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhaube (89) der Längsschneidvorrichtung (23) an ihrem unteren Ende zwei Federblätter (89a,) trägt, welche gegen die Flächen der Hülle des Brennelements drücken, welche der von den Sägen bearbeiteten Fläche benachbart sind.

17. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einspannvorrichtung (24) zwei Greifer (96, 97) aufweist, welche das Brennelement in der Wanne des Gestells halten und an einem Hebelgestänge (98, 99) angelenkt sind, dessen Hebel selbst an der Stange von dem Gestell getragenen Arbeitszylindern (101) angelenkt sind und das Schwenken der Greifer und Blockieren des Brennelements bewirken.

18. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Zange (109) zum Abreißen der Späne der Hülle eine feststehende Backe (110) und eine bewegliche Backe aufweist, wobei letztere einen Hebel (112) aufweist, dessen eines Ende (113) einen exzentrischen Umriß besitzt und den Span zwischen sich und der feststehenden Backe einspannt.

19. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung (25) eine Reihe von U- oder V-Trägem (102) aufweist, deren Schenkel (103, 104) waagerechte Randleisten (105, 106) besitzen, die synchron von vom Gestell getragenen Hubzylindern (107, 108) angehoben werden.