DE2416840A1

DE2416840A1 - Vorrichtung zum geradlinigen antrieb eines laenglichen bauteils

Info

Publication number: DE2416840A1
Application number: DE2416840A
Authority: DE
Inventors: John L De Weese
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-04-17
Filing date: 1974-04-06
Publication date: 1974-11-07
Also published as: ES425360A1; FR2226773B1; JPS567487U; CA995292A; US3882333A; IT1009855B; BE813800A; CH579811A5; DE2416840C2; FR2226773A1; JPS508013A; NL7404677A; SE404740B; JPS5735912Y2; GB1429137A

Description

• PAI¹KIiTANWAtT

on L. isi.. B. HOTjZEK

A I¹ a SHVV. O

PHIUPPIJÜ K - W KLS BIi - *ϊ !IASSB 1«

Λ-it: Li* »Ό Μ ι

W. 661

Augsburg, den 4. April

Westinghou.se Electric Corporation, vVestinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St₉A,

Vorrichtung zum geradlinigen Antrieb eines länglichen Bauteils

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum geradlinigen Antrieb eines länglichen Bauteils, beispielsweise für den oteuerstabantrieb bei Kernreaktoren, mit mindestens zwei mit gegenseitigem Axialabstand angeordneten Greifvorrichtungen zum

4 0 9 B /; 5 / D 7 L 8

des länglichen Bauteils, weiter mit Elektromagnet spul en zur betätigung der Greif vor richtungen und zur fortgesetzten Verschiebung des Bauteils in dessen einer oder anderer Längsrichtung, und mit einer !ladeeinrichtung, mittels welcher das bauteil im wesentlichen in seiner bezüglich der Antriebsvorrichtung relativen axialen Position gehalten werden kann«

Bekannte Linearantriebsvorrichtungen sind für den geradlinigen Antrieb verschiedenartiger Bauteile in eine gewünschte Position vorgesehen, wobei es sich insbesondere um üauteile handelt, die zur Steuerung eines komplizierten chemischen Prozesses verwendet werden und oft einer hohen Umgebungstemperatur ausgesetzt sind, oder die zur Steuerung verschiedener iiomponenten einer komplizierten Werkzeugmaschine Anwendung finden« Die geradlinig zu verschiebenden Bauteile können in einem geschlossenen Druckbehälter angeordnet sein, wobei an der Eintrittsstelle der Antriebsvorrichtung in den Druckbehälter eine Dichtung erforderlich ist. Bekannte Linearantriebsvorrichtungen der eingangs dargelegten Art sind für eine geradlinige Verschiebung eines Bauteils in entgegengesetzten Richtungen entwickelt worden. Bei diesen Vorrichtungen werden Greiferarme verwendet, die in und außer Zusammenwirkung mit Vorsprüngen des länglichen

Bauteils gebracht werden, üblicherweise erfolgt die Betätigung der Greiferarme mittels Elektromagnetspulen. Bei früheren Entwicklungen wurden zur Erzeugung der genannten Bewegung mindestens fünf Magnetspulen für notwendig erachtet. Zwei dieser Mangetspulen dienten der Erzeugung der Greifbewegung der Greiferarme, Eine dritte Spule erschien notwendig, um das Bauteil von der einen Greifvorrichtung zur anderen Greifvorrichtung zu übergeben, bevor die ursprünglich das Bauteil tragende Greifvorrichtung das Bauteil losließ, Auf diese Weise wurden bei diesen Antriebsvorrichtungen Reibungswiderstand und Verschleiß im wesentlichen ausgeschaltet. Die vierte Spule und die fünfte Spule wurden zum Anheben und Absenken des Bauteils verwendete

Bekanntermaßen sind für derartige Linearantriebsvorrichtungen gebaute Magnetspulen außerordentlich teuer in der· Herstellung« Dies trifft insbesondere für Spulen zu, die bei hohen Umgebungstemparturen eingesetzt werden. Demgemäß sehen neuere Entwicklungen eine Antriebsvorrichtung der Greiferbauart mit insgesamt drei Magnetspulen zur Erzeugung einer fortschreitenden geradlinigen Bewegung eines Bauteils vor. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der US-PS 3 158 766 dargestellt undbeschrieben» Dabei erzeugen zwei der Spulen, wenn sie

erregt werden, das Ergreifen des geradlinig bewegbaren Bauteils durch zwei Gruppen von mit gegenseitigem Axialabstand angeordneten Greifern. Die dritte Spule dient dem Anheben des Bauteils, Sowohl die Lastübergabe als auch das Absenken, was früher mittels zweier zusätzlicher Magnetspulen bewältigt wurde, erreicht man bei dieser neueren Entwicklung durch elastische Elemente, beispielsweise durch Federn, Diese elastischen Elemente dienen der Vorspannung der Greifer in bestimmte Richtungen, so daß damit die gleiche Punktion wie mit den beiden Magnetspulen der früheren Entwicklung erzielbar ist.

Bei einer noch neueren Entwicklung werden lediglich zwei Magnetspulen zur Erzeugung einr fortschreitenden, einsinnig gerichteten geradlinigen Bewegung eines Bauteils verwendet. Eine dieser beiden Spulen bewirkt ein reibungsloses Erfassen und Loslassen des geradlinig verschiebbaren Bauteils durch eine von zwei mit gegenseitigem Axialabstand angeordneten Greifvorrichtungen, Die andere Magnetspule dient nicht nur dem reibungslosen Erfassen und Loslassen des Bauteils durch die andere der beiden Greifvorrichtungen, sondern bewirkt auch die fortschreitende Bewegung des Bauteils in der gewünschten Richtung, Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in der US-PS 3 299 302 beschrieben.

4Ö9845/Ö748

Sämtliche oben beschriebenen bekannten Anordnungen sind so ausgebildet, daß das geradlinig verschiebbare Bauteil im Falle des Auftretens eines plötzlichen Stromausfalls losgelassen wird» Da das geradlinig verschiebbare Bauteil bei diesen bekannten Anordnungen vertikal angeordnet ist, hat ein plötzlicher Ausfall des elektrischen Stromes das freie Abwärtsfallen des Bauteils aufgrund der Schwerkraft zur Folge» In gewissen Fällen ist dieses Merkmal der bekannten Anordnungen außerordentlich erwünscht» Sin derartiger Fall liegt beim Antrieb eines Steuerstabes mit voller Länge in einem Kernreaktor vor. Ein Herausziehen eines Steuerstabes mit voller Länge verursacht eine Vergrößerung der nuklearen Reaktivität und umgekehrt bewirkt ein Einschieben eines Steuerstabes mit voller Länge eine Verminderung der nuklearen Reaktivität» Eine plötzliche Unterbrechung des elektrischen Stromes bei einer Antriebsvorrichtung der bekannten Bauart bewirkt daher ein Loslassen der Antriebsstange des Steuerstabes, Dadurch fällt der Steuerstab in den Reaktorkern hinein, wodurch der Reaktor abgeschaltet wird. In diesem Falle führt eine elektrische Störung also zu einem Selbstschutzzustand» Eine Anwendung der bekannten Antriebsvorrichtungen für Steuerstäbe mit Teillänge bei kommerziellen Kernkraftwerken ergibt jedoch keine Selbstschutzeinrichtung, Steuerstäbe mit Teillänge

409845/0748

werden zum Trimmen der axialen Leistungsverteilung im Kern und zur Verhinderung eines Auseinanderlaufens des Xenon-Zyklus innerhalb des Kerns verwendet. Bei einem typischen großen Kernreaktor sind acht Steuerstabantriebe für Steuerstäbe mit Teillänge, wobei jede Antriebsvorrichtung zwanzig einzelne Stäbe enthält, im Reaktorkern verteilt. Zu Vergleichszwecken sei angegeben, daß der gleiche Reaktor außerdem 53 Steuerstabanordnungen mit Vollänge enthält.

Ein Teillängensteuerstab weist nur im unteren Teil seiner Länge absorbierendes Material auf. Ein Herausziehen eines Teillangensteuerstabes bewirkt eine Bewegung des absorbierenden Steuerstababschnittes aus einem tieferen in einen höheren Teil des Kerns» Ein Teillängensteuerstab wird also nicht vollständig aus dem Kern herausgezogen, wie es bei einem regulären Steuerstab der Fall ist. Ein Freigeben oder schnelles Einfahren eines Teillangensteuerstabes kann die Kernreaktivität tatsächlich vergrößern. Ein gleichzeitiges Freigeben mehrerer Teillängensteuerstäbe kann dann zu einer unerwünschten Erhöhung der nuklearen Reaktivität führen, selbst wenn alle Steuerstäbe mit voller Länge gleichzeitig freigegeben werden, Verständlicherweise sind die Linearantriebsvorrichtungen der oben beschriebenen bekannten Bauarten für eine Ver-

- 6-409845/0748

241Ö340

wendung als Steuerstabantriebe für Teillängensteuerstäbe bei den heutigen großen kommerziellen Kernkraftwerken ungeeignet. Daher wurde bisher eine andere Bauart einer Linearantriebsvorrichtung, nämlich eine Anordnung mit Rollmutter, zur Erzeugung einer geradlinigen Bewegung von Teillangensteuerstaben verwendet, Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der US-PS 3 6l9 675 beschrieben.

Bei der eben erwähnten Antriebsvorrichtung der Rollmutter-Bauart ist das geradlinig verschiebbare Bauteil mit einem quadratischen Flachgewinde versehen«. Eine mit dem Bauteil zusammenwirkende Antriebsrollmutter weist ebenfalls ein quadratisches Flachgewinde auf. Die Antriebsdrehbewegung der axial festgelegten Rollmutter wird in eine axiale Verschiebungsbewegung des Bauteils umgesetzt. Bei dieser Antriebsart nat eine plötzliche Unterbrechung des elektrischen Stromes lediglich das Aufhören der Antriebsdrehbewegung der Rollmutter zur Folge, so daß das geradlinig verschiebbare Bauteil und der daran befestigte Steuerstab in der im Zeitpunkt des Stromausfalls gerade erreichten Axialstellung stehenbleiben. Aus den oben erwähnten Gründen ist diese besondere Selbstschutzfunktion, nämlich die Verhinderung einer weiteren Axial-

409845/07*0

bewegung des Bauteils bei einem Stromausfall₃ ein Sicherheitserfordernis für Steuerstabantriebe von Teillängensteuers täben.

In der Vergangenheit sind deshalb bei verschiedenen großen kommerziellen Kernkraftwerken mindestens zwei verschiedene Steuerstabantriebsarten verwendet worden, um den Selbstschutzerfordernissen gerecht zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs dargelegten Art sicherer auszubilden.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Vorrichtung zum geradlinigen Antrieb eines länglichen Bauteils gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Halteeinrichtung eine Arretierungsvorrichtung zum Verriegeln mindestens einer Greifvorrichtung mit dem länglichen Bauteil zwecks Verhinderung einer Längsverschiebung des Bauteils aufweist und daß diese Arretierungsvorrichtung im Falle eines Stromausfalls in den Magnetspulen betätigt wird.

Gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung erzeugen

409845/0748

drei Magnetspulen die fortschreitende geradlinige Bewegung des geradlinig bewegbaren Bauteils, Zwei der Spulen bewirken, wenn sie erregt werden, das Erfassen des Bauteils mittels der beiden Greifvorrichtungen« Die dritte Spule dient zum Anheben oder Absenken des verschiebbaren Bauteils. Mittels elastischer Mittel, beispielsweise mittels Federn, sind die Greifvorrichtungen in bestimmten Richtungen vorgespannt, so daß die Last zwecks Vermeidung von Reibung und Verschleiß von der einen Greifvorrichtung an die andere Greifvorrichtung übergeben werden kann, bevor die eine Greifvorrichtung das Bauteil losläßt. Weiterhin sind mit den Magnetspulen zusammenwirkende Verriegelungsmittel vorgesehen. Bei einer Ausführungsform sind die Greifvorrichtungen jeweils mit einem geradlinig verschiebbaren Arretierungsring versehen, Bei dieser Ausführungsform sind die Arretierungsringe so angeordnet, daß sie jeweils durch diejenige Magnetspule betätigbar sind, welche von der mit dem betreffenden Arretierungsring zusammenwirkenden Greifvorrichtung entfernt liegt. Dadurch sind die Greifvorrichtungen und die Arretierungsringe wirkungsmäßig gegenseitig so verriegelt, daß, wenn eine Greifvorrichtung mit dem geradlinig verschiebbaren Bauteil in Zusammenwirkung steht, ein Loslassen und Freigeben des geradlinig verschiebbaren Bauteils durch die betreffende Greifvorrichtung infolge eines plötzlichen

- 9 4098 Λ 5/0748

Stromausfalls mittels des dieser Greifvorrichtung zugeordneten Arretierungsringes verhindert wird.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschriebene Es stellen dar:

Die Fig. 1 und 2 in aneinandergesetztem Zustand

eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im iialbschnitt,

Fig. 3 einen Querschnitt der in den

Fig, I und 2 dargestellten Anordnung in der Schnittebene III-III in Fig, I,

Fig, 4 einen weiteren Querschnitt der

in den Fig, I und 2 dargestellten Anordnung in der Schnittebene IV-IV in Fig, I,

Fig* 5 eine isometrische Ansicht eines

Greiferarmes mit den zugehörigen Gelenkteilen,

- 10 409845/0748

2Λ16340

Figo 6 eine isometrische Darstellung

eines gesondert gezeichneten beweglichen Greiferarretierungsringes mit Haltestreifen,

Fig. 7 eine isometrische Darstellung

eines feststehenden Greiferarretierungsringes mit Haltestreifen,

die Figρ 8 bis 13 aufeinanderfolgende Phasen eines

Ausfahrvorgangs des geradlinig bewegbaren Bauteils, wobei die erfindungsgemäße Sicherheitsfunktion sichtbar ist,

die Fig* 14 bis 19 aufeinanderfolgende Phasen einer

Einfahrbewegung des geradlinig verschiebbaren Bauteils, wobei die Sicherheitsfunktion nach der Erfindung während dieses Betriebsvorgangs sichtbar ist, und

Fig, 20 eine Zwischenstellung der er

findungsgemäßen Antriebsvorrichtung

- 11 409845/0748

. 2416340

nach einem plötzlichen Stromausfall, welche die Unmöglichkeit des Preigebens des geradlinig verschiebbaren Bauteils zeigt.

In den verschiedenen Zeichnungen sind gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der in den Pig, 1 und 2 der Zeichnungen dargestellten Anordnung finden zur Erzeugung einer fortschreitenden geradlinigen Bewegung eines geradlinig bewegbaren Bauteils drei Magnetspulen Anwendung, welche beispielsweise Tauchkolbenmagnete mit flachen Stirnflächen aufweisen.

Die Linearantriebsvorrichtung weist ein Gehäuse 10 aus im wesentlichen nichtmagnetischem Werkstoff auf, dessen Wandstärke so gewählt ist, daß es einem Innendruck im Bereich von l40 kp/cm standhält. Das untere Ende 11 des Gehäuses 10 ist mit einem Innengewinde 12 versehen. Dadurch ist das untere Gehäuseende 11 dicht mit einem Drucksystem verbindbar, mit welchem zusammen die Antriebsvorrichtung verwendet werden soll. Im Gehäuse 10 sind in der dargestellten Weise die drei Magnetspulen 13, 14 und 15 befestigt. Mit der Hubmagnetspule 13 wirken ein ringförmig ausgebildeter magnetischer Hubanker 16 und ein ebenfalls ring-

- 12 409845/074«

. 2416340

förmiger magnetisch bewegbarer Greiferanker 17 zusammen» Ist die Spule 13 erregt, so verschiebt sich der bewegliche Greiferanker 17 axial so lange, bis er an den Hubanker 16 anstößt β Mit der beweglichen Greifermagnetspule 17 wirken der bewegliche Greiferanker 17 und ein beweglicher Greiferverriegelungsanker 18 zusammen« Eine Erregung der Magnetspule 14 hat eine derartige Bewegung des Greiferverriegelungsankers 18 zur Folge, daß ein Verriegelungshebel 19 geschwenkt wird und gegen das geradlinig verschiebbare Bauteil 20 stößt«

Eine aufeinanderfolgende Erregung der Magnetspulen I^ und 13 bewirkt ein Ergreifen des Bauteils 20 durch den Verriegelungshebel 19, worauf eine zunehmende Axialbewegung des Bauteils 20, des beweglichen Greiferankers 17, des beweglichen Greiferverriegelungsankers 18 und des Verriegelungshebels 19 als eine Einheit folgt.

Der Magnetspule 15 sind ein feststehender Greiferanker 21 und ein feststehender Greiferverriegelungsanker 22 zugeordnet. Die Anker 21 und 22 bestehen aus magnetischem Werkstoff und sind ringförmig ausgebildet. Der feststehende Greiferanker 21 steht mit Bezug auf die Linearantriebsvorrichtung fest. Der feststehende Greiferverriegelungsanker 22 ist dagegen mit

- 13 -

0 9 8 U 5 / 0 7 k '6

Bezug auf die Antriebsvorrichtung axial beweglich montiert« Eine Erregung der Magnetspule 15 hat eine axiale Bewegung des feststehenden Greiferverriegelungsankers 22 zur Folge, bis dieser den feststehenden Greiferanker 21 berührt. Die Verschiebung des Greiferverriegelungsankers 22 führt zu einer Drehung eines Verriegelungshebels 23, so daß dieser gegen das Bauteil 20 stößt.

Es muß bemerkt werden, daß die Linearantriebsvorrichtung nach der Erfindung Mittel zur Verschiebung des Bauteils 20 relativ zu den Verriegelungshebeln 19 "und 23 in der Weise aufweist, daß kein Reibungsverschleiß der Verriegelungshebel und des Bauteils 20 auftritt, wenn das Bauteil von einer Greifvorrichtung an die andere Greifvorrichtung übergeben wird. Die erfindungsgemäße Anordnung vermeidet dadurch übermäßigen Verschleiß der Verriegelungshebel, weshalb die Lebensdauer dieser Anordnung wesentlich verlängert ist,

Es ist zu sehen, daß die bis hierher beschriebene Antriebsvorrichtung das geradlinig verschiebbare Bauteil 20 im Falle eines plötzlichen Stromausfalls freigibt« Bei Stromausfall werden die Hagnetspulen 13, 14 und 15 entregt, wodurch die Verriegelungshebel 19 und 23 das

- 14 U 0 9 8 4 5 / 0 7 4 S

Bauteil 20 loslassen. Bei der Annahme, daß die Linearantriebsvorrichtung axial ausgerichtet ist, bewegt sich das Bauteil 20, das von jeder Arretierung frei ist, unter dem Einfluß der Schwerkraft abwärts» Die nachstehend beschriebene Einrichtung nach der Erfindung ist so ausgebildet, daß sie das Bauteil im Falle eines plötzlichen Stromausfalls festhält und dadurch dessen weitere Axialbewegung verhindert.

Ein Verriegelungshebel-Arretierungsring 30 ist gemäß Fig« 2 zwischen der Außenseite der Verrriegelungshebel 19 und der Innenseite des beweglichen Greiferverriegelungsankers angeordnet« In ähnlicher Weise ist ein Verriegelungshebel-Arretierungsring 31 um die Außenseiten der Verriegelungshebel 23 herum angeordnet« Die im wesentlichen vertikalen Außenflächen der Verriegelungshebel 19 und 23, also die jeweils dem Arretierungsring zugewandten Flächen, sind jeweils mit einer L-förmgen Kerbe versehen» Die Kerben 32 und in den Verriegelungshebeln 19 und 23 sind so angebracht, daß die Schenkel des L-förmigen Kerbenrandes im wesentlichen vertikal und horizontal stehen, wenn die Verriegelungshebel außer Kontakt mit dem Bauteil 20 sind. Dadurch ist eine relative Axialbewegung zwischen einem Verriegelungshebel und dem jeweils zugeordneten Arretierungsring möglich, wenn der betreffende Verriegelungshebel außer Kontakt mit dem Bauteil 20 ist. Bei dem dargestellten Ausführungs-

- 15 A 0 9 8 L 5 / 0 7 L ?,

beispiel wirkt der dem beweglichen Verriegelungshebel 19 zugeordnete Arretierungsring 30 über Streifen 34 mit dem feststehenden Greiferverriegelungsanker 22 zusammen.

Pig, 6 zeigt Konstruktion- und Montageeinzelheiten des Arretierungsrings 30 und der diesem zugeordneten Streifen 34, Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, sind die Streifen 34 in einer Vertikalebene schwach gewölbt, so daß sie einen minimalen Raum in der Antriebsvorrichtung beanspruchen und ihre Steifigkeit verbessert ist. Jeweils an dem vom Arretierungsring 30 abgewandten Streifenende ist eine Anzahl von Bohrungen 35 vorgesehen. Die Streifen sind beispielsweise mittels durch die Bohrungen 35 geführter Schrauben mit dem feststehenden Greiferverriegelungsanker verbunden. Mit dem Arretierungsring 30 können die Streifen in irgendeiner üblichen Weise verbunden sein. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel finden dazu L-förmige Klammern 36 Anwendung, welche an die Streifen 34 angeschweißt sind. Durch die Streifen 34, die Klammern 36 und den Arretierungsring 30 hindurchragende Stifte 37 positionieren den Arretierungsring 30 fest mit Bezug auf die Streifen 34, Fig, 7 zeigt ein Beispiel einer Möglichkeit zur Herstellung und zum Zusammenbau des Arretierungsrings 31. Wie bereits erwähnt, ist der Arretierungsring 31 dem Verriegelungs-

- 16 -

4098 4 5/074

hebel 23 zugeordnet. Es sind wiederum Klammern an die Streifen 40 angeschweißt, die in Verbindung mit Stiften den Arretierungsring 31 fest mit den Streifen 40 verbinden, Die Streifen 40 sind mittels durch eine Anzahl von Bohrungen in den Streifen 40 hindurchgeführten Schrauben mit dem beweglichen Greiferanker 17 verbundene

Zum besseren Verständnis der bis hierher beschriebenen Erfindung wird auf Pig, 5 Bezug genommen, in welcher ein typischer Verriegelungshebel und die dazu gehörenden Kleinteile dargestellt sind* Die Fig. 3 und 4 zeigen zusammengenommen die radiale Ausrichtung der Verriegelungshebel 19 und 23 bezüglich des geradlinig verschiebbaren Bauteils 20, Eine Möglichkeit der Befestigung der Verriegelungshebel 19 und 23 ist in diesen Zeichnungen ebenfalls dargestellt,, Aus Fig. 4 ist die relative Ausrichtung der Verbindungsstreifen und 40 ersichtlich.

Nachstehend wird die erfindungsgemäße Einrichtung mit Bezug auf die Fig. 8 bis I3 anhand einer Folge von Arbeitsphasen der Linearantriebsvorrichtung beschrieben, wobei das bewegliche Bauteil 20 zunehmend angehoben wird. Außerdem werden die Folgen eines plötzlichen Stromausfalls hinsichtlich seiner Wirkungen auf die Axialbewegung des Bauteils 20 beschrieben«.

- 17 4 0 9 8 U 5 / 0 7 4 ö

Pig, 8 zeigt das Bauteil 20 in einer Haltestellung der Antriebsvorrichtung, Das Bauteil 20 wird in dieser Stellung vom feststehenden Verriegelungshebel 23 gehalten. Die Hubspule 13 ist entregte Die bewegliche Greifermagnetspule 14 ist ebenfalls entregt und die feststehende Greifermagnetspule ist erregt* Wegen der Stellung des beweglichen Greiferankers ist der Arretierungsring 31 axial unterhalb der Kerbe 33 des feststehenden Verriegelungshebels 23 gelegen« Eine Unterbrechung des elektrischen Stromes entregt die feststehende Greifermagnetspule 15, welche versucht, den feststehenden Verriegelungshebel 31 vom Bauteil 20 zu lösen, was jedoch vom Arretierungsring 31 verhindert wird. Das Vorhandensein des Arretierungsringes 31 verhindert also, daß der Verriegelungshebel 23 schwenken kann und das Teil 20 freigibt. Polglich wird das Bauteil 20 in seiner Stellung im Zeitpunkt vor dem Stromausfall axial festgehaltn.

Der nächste Schritt der Hubphase ist in Pig» 9 dargestellt» Die Hubspule 13 ist entregt, die bewegliche Greifermagnetspule 14 ist erregt und die feststehende Greifermagnetspule 15 ist ebenfalls erregt, Sowohl der bewegliche Verriegelungshebel 19 als auch der feststehende Verriegelungshebel 23 erfassen daher das Bauteil 20„ Die Erregung der beweglichen Greifermagnetspule lh

- 18 -

409845/0748

führt zum Anheben des beweglichen Greiferankers I7 und folglich auch des Arretierungsringes 31. Die untere Innenkante des Arretierungsringes 31 befindet sich in diesem Zeitpunkt im wesentlichen an der gleichen Stelle wie die Außenkante des horizontalen Schenkels der Kerbe 33 des feststehenden Verriegelungshebels 23« Der Arretierungsring 30 befindet sich innerhalb der Kerbe des beweglichen Verriegelungshebels 19β Ein plötzlicher Stromausfall entregt in diesem Zeitpunkt die bewegliche Greifermagnetspule lh und die feststehende Greifermagnetspule 15, Dadurch gibt zwar der bewegliche Verriegelungshebel 19 das Bauteil 20 frei, jedoch verhindert der Arretierungsring 31, daß auch der Verriegelungshebel 23 das Bauteil 20 freigibt. Die Entregung der beweglichen Greifermagnetspule 14 bewirkt eine axiale Abwärtsbewegung des Greiferankers I7, Deshalb wird der Arretierungsring abwärts in eine Verriegelungsstellung bewegt, während der feststehende Verriegelungshebel 23 das Bauteil 20 freizugeben versucht. Wegen der oben beschriebenen räumlichen Anordnung des Arretierungsringes 30 relativ zur Kerbe wird verhindert, daß der feststehende Verriegelungshebel 23 das Bauteil 20 freigibt. Polglich führt ein plötzlicher Stromausfall nicht zu einer Freigabe und einer nachfolgenden Axialbewegung des Bauteils 20,

19 -

0 9 8 4 B / Π 7 L a

In der in Pig, 10 dargestellten Phase ist nur die bewegliche Greifermagnetspule 14 erregt· Der bewegliche Verriegelungshebel 19 hält das Bauteil 20. Im Falle eines Stromausfalls versucht der bewegliche Greiferanker sich abwärts zu bewegen, was jedoch durch den Arretierungsring 31 verhindert wird, der mit der Kerbe 33 des feststehenden Verriegelungshebels 23 zusammenwirkt. Polglich hält der bewegliche Verriegelungshebel 19 das Bauteil 20 weiterhin feste

In Pig, 11 ist die Hubmagnetspule 13 erregt, die bewegliche Greifermagnetspule 14 ist ebenfalls erregt und die feststehende Greifermagnetspule 15 ist entregte Polglich wird das Bauteil 20 fortschreitend aufwärts verschoben. Im Falle eines Stromausfalls während dieser Phase hält der Arretierungsring 30 den beweglichen Verriegelungshebel 19 mit dem Bauteil 20 in Zusammenwirkung« Es sei daran erinnert, daß die feststehende Greifermagnetspule vor dem Stromausfall entregt war, so daß der feststehende Verriegelungsanker 22 und ebenso der Arretierungsring 30 in der unteren Stellung verbleiben.

Während dieser Phase wird die Hubmagnetspule 13 beim Auftreten eines Stromausfalls entregt, was zu einer

- 20 -

409845/0748

I k 1 ti Η 4

Bewegung des Bauteils 20 führt, welches noch vom beweglichen Verriegelungshebel 19 erfaßt ist. Das Teil 20 bewegt sich jedoch nur um einen Schritt abwärts. Nach dieser Abwärtsbewegung entsprechen die relativen Stellungen der verschiedenen Komponenten der in Pig. IO dargestellten Stellung.

Die in Pig, 12 dargestellte Hubphase ergibt sich, wenn alle Magnetspulen, nämlich die Hubmagnetspule 13, die bewegliche Greifermagnetspule 14 und die feststehende Greifermagnetspule 15 erregt sind. Der feststehende Verriegelungshebel 23 trägt das Bauteil 20, Der bewegliche Verriegelungshebel 19 gibt das Bauteil 20 frei. Ein Stromausfall in diesem Zeitpunkt würde wiederum zu einer Abwärtsbewegung des verschiebbaren Bauteils 20 um einen Schritt führen« Die Endstellung aller Komponenten entspricht wiederum der in Fig₀ 10 dargestellten Stellung,

Figo 13 zeigt die Endphase der Hubfolge, Das verschiebbare Bauteil 20 wird vom feststehenden Verriegelungshebel 23 gehalten. Der bewegliche Verriegelungshebel 19 ist durch Entregung der beweglichen Greifermagnetspule in Vorbereitung des nächsten Schrittes freigegeben worden, wobei der bewegliche Verriegelungshebel 19 um eine Stufe abwärts-

- 21 409845/0748

bewegt worden ist. Im Falle eines Strömausfalls ergibt sich der in Fig, 8 oder Fig, IO dargestellte Zustand, In jedem Fall wird das verschiebbare Bauteil 20 durch einen der beiden Verriegelungshebel 19 oder 23 festgehalten«'

Zur Fortsetzung des Anhebens des Bauteils 20 um eine weitere Stufe wird die eben beschriebene Folge, beginnend mit der in Fig„ 8 dargestellten Phase, wiederholt«

Es ist einzusehen, daß die beim Absenken des verschiebbaren Bauteils 20 stattfindende Phasenfolge umgekehrt wie die eben beschriebene Hubfolge abläuft. Folglich ist der in Fig, l4 dargestellte Zustand beim Beginn der Absenkfolge genau gleich wie die in Fig, 8 dargestellte Stellung, Die zweite, in Fig. 15 dargestellte Phase der Absenkfolge ist genau gleich wie die in Fig» 13 dargestellte Phase der Hubfolge_e Ebenso entspricht·Fig, 16 der Fig, 12; Fig, I7 entspricht Fig„ 11; Fig. 18 entspricht Fig, 10 und Fig. entspricht Fig_Q 9» Fig, 19 zeigt die letzte Phase der Absenk bewegung des Bauteils 20, bevor dieses die in Fig, 8 dargestellte Stellung einnimmt,

Figo 20 stellt den Zustand dar, der während eines Hubvorgangs oder eines Absenkvorgangs des Bauteils 20

- 22 409845/0748

2Λ16840

auftreten kann« Diese Darstellung zeigt die Folge von Ereignissen, die auf einen Stromausfall in der in den Fig. 9 und 19 dargestellten Stellung folgt. Die Hubmagnetspule 13 ist entregt, während die bewegliche Greifermagnetspule 14 und die feststehende Greifermagnetspule 15 erregt sind«, Infolge des Stromausfalls werden die Magnetspulen lh und 15 ebenfalls entregt, was zu einer gleichzeitigen teilweisen öffnung des beweglichen Greiferankers 17 und des feststehenden Greiferverriegelungsankers 22 führt. Dieser in Fig. 20 dargestellte Zustand zeigt, daß ein gleichzeitiges völliges Entriegeln der beiden Verriegelungshebel unmöglich ist„ Aus der obigen Beschreibung geht in Verbindung mit den Zeichnungen hervor, daß die Erfindung eine Linearantriebsvorrichtung zum Gegenstand hat, welche elektromechanisch durch Bewegung eines geradlinig verschiebbaren Bauteils in der einen oder anderen Richtung in aufeinanderfolgenden Schritten arbeitet und ein Freigeben des Bauteils im Falle eines plötzlichen Stromausfalls unabhängig von der jeweiligen Betriebsstellung der Vorrichtung im Zeitpunkt des Stromausfalls verhindert.

- 23 409845/074 U

Claims

Patentansprüche

(!-/Vorrichtung zum geradlinigen Antrieb eines länglichen Bauteils, beispielsweise für den Steuerstabantrieb bei Kernreaktoren, mit mindestens zwei· mit gegenseitigem Axialabstand angeordneten Greifvorrichtungen zum Ergreifen des länglichen Bauteils, weiter mit Elektromagnetspulen zur Betätigung der Greifvorrichtungen und zur fortgesetzten Verschiebung des Bauteil in dessen einer oder anderer Längsrichtung, und mit einer Halteeinrichtung, mittels welcher das Bauteil im wesentlichen in seiner bezüglich der Antriebsvorrichtung relativen axialen Position gehalten werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung eine Arretierungsvorrichtung (19, 30; 23, 31) zum Verriegeln mindestens einer Greifvorrichtung (19, 23) mit dem längliehen Bauteil (20) zwecks Verhinderung einer Längsverschiebung des Bauteils aufweist und daß diese Arretierungsvorrichtung im Falle eines Stromausfalls in den Magnetspulen (13, 14, 15) betätigt wird,

2β Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das längliche Bauteil eine Vielzahl von mit gegenseitigen axialen Abständen angeordneten Zähnen aufweist und wobei jede Greifvorrichtung mindestens ein Greiforgan mit einem

- 24 409845/0748

as-

zwischen die Zähne des länglichen Bauteils einrückbaren Vorsprung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Greiforgan (19, 23) schwenkbar mit einem Halteteil verbunden ist, welches konzentrisch zu dem länglichen Bauteil (20) angeordnet ist, und daß das Greiforgan mittels der genannten Magnetspulen (14, 15) in und außer Zusammenwirkung mit dem länglichen Bauteil schwenkbar ist,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Greifvorrichtung mindestens eine Magnetspule zugeordnet ist, die eine ringförmige Spulenwicklung, eine Haltevorrichtung zum Halten der Magnetwicklung konzentrisch nur zum länglichen Bauteil und einen beweglichen ringförmigen Magnetanker aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (l6 bzw. 17 bzw. 18 bzw_o 21 bzw» 22) konzentrisch zwischen dem länglichen Bauteil (20) und der jeweils zugeordneten Magnetspule (I3, 14 bzw, 15) angeordnet ist und daß dieser Anker das Greiforgan (19 bzw» 23) in und außer Zusammenwirkung mit dem länglichen Bauteil schwenkt,

4_β Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der genannten Magnetspulen (I3, l4, 15) zwei bewegliche, mit Axialabstand angeordnete Magnetanker aufweist, die jeweils konzentrisch mit Bezug auf das längliche

- 25 4098A5/Q7AH

Bauteil (20) angeordnet sind, und daß der eine dieser beiden Magnetanker zum Schwenken des zugeordneten Greiforgans in und außer Zusammenwirkung mit dem länglichen Bauteil dient und der andere dieser beiden Anker zur fortschreitenden Bewegung des länglichen Bauteils in einer geradlinigen Richtung vorgesehen ist,

5, Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einem der genannten Greiforgane (19, 23) zwei Magnetspulen zugeordnet sind, und daß eine dieser beiden Magnetspulen zum Schwenken des Greiforgans in und außer Zusammenwirkung mit dem länglichen Bauteil dient und die andere dieser beiden Magnetspulen zur fortschreitenden Verschiebung des Bauteils vorgesehen ist, wenn das Greiforgan das Bauteil erfaßt hat,

6, Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine erste und eine zweite Greifvorrichtung vorgesehen ist, welche jeweils eine Anzahl von Greiforganen besitzen, die jeweils mit gegenseitigen Umfangsabständen um das längliche Bauteil herum angeordnet sind, und wobei eine erste, mit der ersten Greifvorrichtung zusammenwirkende Magnetspule und eine zweite, mit der zweiten Greifvorrichtung zusammenwirkende Magnetspule vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß

- 26 409845/0748

' 2416340

die Halteeinrichtung mindestens ein Arretierungsorgan (30) aufweist, welches fest mit dem beweglichen Anker der ersten Magnetspule verbunden und axial im wesentlichen die gleiche Lage wie die Greiforgane der zweiten Greifvorrichtung aufweist, derart, daß bei Stromausfall in der ersten Magnetspule verhindert wird, daß die Greiforgane der zweiten Greifvorrichtung das längliche Bauteil (20) freigeben»

79 Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Arretierungsorgan (30) fest am beweglichen Anker der ersten Magnetspule befestigt ist und axial im wesentlichen die gleiche Lage wie die Greiforgane der zweiten Greifvorrichtung aufweist, daß ferner ein zweites Arretierungsorgan (31) fest mit dem beweglichen Anker der zweiten Magnetspule verbunden ist und axial im wesentlichen die gleiche Lage wie die Greiforgane der ersten Greifvorrichtung aufweist, daß weiterhin die Greifvorrichtungen und die Arretierungsorgane derart relativ axial zueinander angeordnet sind, daß der elektrische Strom zu der jeweils entfernten Magnetspule unterbrochen wird, die der jeweils nahen Magnetspule zugeordneten Greiforgane durch das jeweilige Arretierungsorgan am Freigeben des länglichen Bauteils (20) gehindert werden, und daß, wenn elektrischer Strom durch die jeweils entfernt liegende Mangetspule

- 27 409845/Q748

fließt, die der jeweils nahen Magnetspule zugeordneten Greiforgane nicht durch das jeweilige Arretierungsorgan am Freigeben des Bauteils gehindert werden.

- 28 409845/0748

Leerseite