DE2416840C2 - Elektromagnetischer Antrieb zum schrittweisen Heben oder Senken eines länglichen Bauteils - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist:

e) ein den Greifklinken (19) zugeordnetes erstes Arretierungsorgan (30), das fest mit dem Halteklinkenanker (22) verbunden ist und mit einem Gegenprofil (32) der Greifklinken (19) zusammenwirkt,

f) ein den Halteklinken (23) zugeordnetes zweites Arretierungsorgan (31), das fest mit dem Greifklinkenanker (18) verbunden ist und mit einem Gegenprofil (33) der Halteklinken (23) zusammenwirkt,

g) bei angezogenem Halteklinkenanker (22) und nicht angezogenem Greifklinkenanker (18) werden, in Abhängigkeit von der jeweiligen Hubstellung der Greifklinken (19), entweder die Halteklinken (23) in ihrer Eingriffsstellung durch das zweite Arretierungsorgan (31) verblockt oder der Halteklinkenanker (22) durch das daran befestigte erste Arretierungsorgan

(30) in seiner Anzugsstellung verblockt, und

h) bei angezogenem Greifklinkenanker (18) und nicht angezogenem Halteklinkenanker (22) werden, in Abhängigkeit von der jeweiligen Hubstellung der Greifklinken (19), entweder die Greifklinken (19) in ihrer Eingriffsstellung durch das erste Arretierungsorgan (30) verblockt oder der Greifklinkenanker (18) durch das daran befestigte zweite Arretierungsorgan

(31) in seiner Anzugsstellung verblockt.

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb zum schrittweisen Heben oder Senken eines vertikal orientierten länglichen Bauteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Steuerstabantrieb bei Kernreaktoren.

Ein elektromagnetischer Antrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs ist bereits aus der DE-AS 12 06 102 bekannt Das Heben und Senken des Bauteils erfolgt dabei jeweils derart, daß die am Hubanker befestigten Greifklinken und die ortsfesten Halte klinken abwechselnd mit einem Zahnprofil des Bauteils in Eingriff gebracht werden, wobei der Hubanker, während die Greifklinken das Bauteil erfassen, jeweils einen Bewegungsschritt ausführt, und die ortsfesten Halte klinken das Bauteil jeweils in seiner augenblicklichen Position festhalten, während der Hubanker mit den ausgeklinkten Greifklinken nach einem Bewegungsschritt jeweils wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt Da der Eingriff sowohl der Halteklinken als auch der Greifklinken jeweils durch Erregung der Haltemagnetspule bzw. der Greifmagnetspule herbeigeführt wird, würde ein Stromausfall mit der daraus folgenden gleichzeitigen Entregung von Haltemagnetspule und Greifmagnetspule zum Loslassen des Bauteils sowohl durch die Halteklinken als auch durch die Greifklinken und somit zum Herunterfallen des Bauteils führen, wenn für diesen Fall keine Arretierungsvorrichtung zur Sicherung des Ftsthaltens des Bauteils vorgesehen wäre. Bei dem bekannten Antrieb weist die Arretierungsvorrich tung ebenso wie die Halteklinken ortsfest schwenkbar gelagerte Sicherungsklinken als dritte Klb.kengruppe zusätzlich zu den Halteklinken und Greifklinken auf. Diese Sicherungsklinken werden durch Federkraft in ihre Eingriffsstellung mit dem Bauteil vorgespannt und können durch Erregung einer Lösemagnetspule ausgeklinkt werden, wenn eine Bewegung des Bauteils erfolgen soll. Dabei dient bei der bekannten Vorrichtung die Hubmagnetspule gleichzeitig als Lösemagnetspule, so daß das Lösen der Sicherungsklinken jeweils synchron mit der Einleitung eines Bewegungsschrittes erfolgt.

Im Falle eines Stromausfalls mit der Folge des Lösens der Halteklinken und der Greifklinken wird das Bauteil dann von den durch Federkraft in Eingriff gebrachten Sicherungsklinken arretiert. Diese Arretierung tritt je doch dann nicht ein, wenn beispielsweise aufgrund eines elektrischen Defekts an der Greifmagnetspule bei an sich intakter Stromversorgung die Greifklinken ausklinken, während auch die Sicherungsklinken und die Halteklinken zur Durchführung eines beabsichtigten Bewe- gungsschrittes gelöst sind. In einem solchen Störungsfalle wird das Bauteil, bei dem bekannten Antrieb ein Steuerstab eines Kernreaktors, in den Reaktorkern hineinfallen. Dieser Störungsfall ist bei einem normalen Steuerstab allerdings ungefährlich, da das Hineinfallen des Steuerstabs in den Reaktorkern eine Abschaltwirkung und somit eine Selbstschutzwirkung hat.

Diese Selbstschutzwirkung tritt allerdings bei Steuerstäben mit Teillänge nicht ein, die zum Trimmen der axialen Leistungsverteilung im Reaktorkern vom kom merziellen Kernreaktoren und zur Verhinderung eines Auseinanderlaufens des Xenon-Zyklus innerhalb des Reaktorskerns Anwendung finden. Ein Hineinfallen mehrerer Steuerstäbe mit Teillänge in den Reaktorkern kann selbst im Falle einer Reaktorabschaltung durch Einfahren sämtlicher Steuerstäbe mit voller Länge zu einer unerwünschten lokalen Vergrößerung der Reaktivität im Reaktorkern führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen eletromagnetischen Antrieb der in Rede stehenden Gattung mit einer Arretierungsvorrichtung auszustatten, durch welche ein Herunterfallen des länglichen Bauteils nicht nur im Falle eines allgemeinen Stromausfalls (d. h. bei Stromlosigkeit aller drei Magnetspulen),

sondern grundsätzlich in jedem Falle gleichzeitiger Stromlosigkeit von Greifmagnetspule und Hubmagnetspule (gleichgültig, ob durch Stromausfall oder durch elektrischen Defekt an einer der Spulen oder beiden Spulen verursacht) verhindert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angebene Ausbildung der Arretierungsvorrichtung des Antriebs gelöst

Bei der erfisdungsgemäßen Anordnung sind alle rele- to vanten Betriebszustände mit einer mechanischen Verblockung durch die Arretierungsvorrichtung abgedeckt Als relevante Betriebszustände zu berücksichtigen sind dabei diejenigen Zustände, in denen jeweils eine der beiden Klinkengruppen (Halteklinken oder Greifklinken) in der Eingriffstellung steht (d.h. entweder der Greifklinkenanker oder der Halteklinkeranker angezogen ist) und die jeweils andere Klinkengruppe in der Freigabestellung steht (d. h. der jeweils anaere Anker nicht angezogen ist). Bei diesen Betriebszuständen muß zusätzlich noch die unterschiedliche Hubstellung der vertikal beweglichen Greifklinkengruppen berücksichtigt werden.

Derjenige Betriebszustand, in welchem beide Klinkengruppen (Halteklinken und Greifklinken) im Eingriff sind (d. h. beide Anker sich im Anzugszustand befinden), kann außer Betracht bleiben, da in diesem Zustand der Klinkensysteme die Arretierungsvorrichtung keinen eindeutig definierten Funktionszustand hat; vielmehr hängt in diesem Fall bei einem Stromausfall, d. h. bei einer gleichzeitigen Entregung von Greifmagnetspule und Haltemagnetspule, die einsetzende Arretierungsfunktion vom Bewegungs-Zeit-Verhalten der beiden Anker ab, nämlich davon, welcher Anker schneller abfällt, bzw. welche Klinkengruppe zuerst ausklinkt. Durch die zuerst ausklinkende Klinkengruppe bzw. den zuerst abfallenden Anker wird die jeweils andere Klinkengruppe bzw. der jeweils andere Anker im Eingriffsbzw. Anzugszustand verblockt.

Der Stromflußzustand in der Hubmagnetspule ist für die Funktion der Arretierungsfunktion an sich ohne Bedeutung; vielmehr geht es nur darum, ein gleichzeitiges Ausklinken beider Klinkengruppen (Halteklinken und Greifklinken) im Falle einer gleichzeitigen Stromlosigkeit sowohl der Greifmagnetspule als auch der Haltemagnetspule zu verhindern, und zwar unabhängig davon, ob die Greifklinkengruppe (bei entregter Hubmagnetspule) sich in ihrer unteren Position ojer (bei erregter Hubmangetspule) in ihrer angehobenen Position befindet.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Antrieb wird also das schrittweise zu bewegende längliche Bauteil sowohl bei einem Stromausfall als auch bei allen anderen möglichen Störungsfällen automatisch in seiner jeweiligen Position arretiert. Auch mechanische Störungen, beispielsweise mechanisches Klemmen von Bauteilen oder Federbruch, können bei dem erfindungsgemäßen Antrieb die Sicherheit der Arretierung nicht beeinträchtigen, denn derartige mechanische Störungen würden nicht zu einer Aufhebung der Arretierung, sondern nur zu einer Funktionsstörung hinsichtlich der Heb- und Senkbarkeit des betreffenden länglichen Bauteils, z. B. Steuerstabes, führen. Außerdem hat die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, daß gegenüber dem oben erläuterten bekannten Antrieb eine als Arretierungsorgan dienende dritte Klinkengruppe entfällt, wodurch die Baulänge des Antriebs verkürzt werden kann.

Ein Ausführungsbeispie! der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es stellen dar

F i g. 1 und 2 in aneinandergesetziem Zustand einen Antrieb nach der Erfindung im Halbschnitt,

F i g. 3 einen Querschnitt in der Schnittebene HI-III ir. Fig.l,

F i g. 4 einen Querschnitt in der Schnittebene IV-IV in Fig.l,

Fig.5 eine Greifklinke in isometrischer auseinandergezogener Darstellung,

Fig.6 in isometrischer Darstellung einen ersten Arretierungsring mit Haltestreifen,

F i g. 7 in isometrischer Darstellung einen zweiten Arretienuigsring mit Haltestreifen, die

Fig.8 bis 13 den Antrieb in aufeinanderfolgenden Phasen einer Hubbewegung, die

Fig. 14 bis 19 den Antrieb in aufeinanderfolgenden Phasen einer Absenkbewegung, und

Fig.20 den Antrieb in einer Zwischenstellung nach einem plötzlichen Stromausfall in arretiertem Zustand.

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Antrieb weist zur Erzeugung einer schrittweisen geradlinigen Bewegung eines geradlinigen bewegbaren Bauteils 20 drei Magnetspulen 13,14,15 mit Tauchanker auf.

Das Gehäuse 10 des Antriebs besteht aus nichtmagnetischem Werkstoff. Sein unteres Ende 11 ist mit einem Innengewinde 12 versehen, so daß es dicht mit einem Drucksystem verbindbar ist Im Gehäuse 10 sind in der dargestellten Weise die drei Magnetspulen 13,14 und 15 befestigt.

Mit der Hubmagnetspule 13 wirken ein ringförmiger feststehender Hubmagnetkern 16 und ein ebenfalls ringförmiger beweglicher Hubanker 17 zusammen. Ist die Spule 13 erregt, so verschiebt sich der Hubanker 17 axial so lange, bis er an den Hubmagnetkern 16 anstößt. Mit der Greifmagnetspule 14 wirken der bewegliche Hubanker 17 und ein beweglicher ringförmiger Greifklinkenanker 18 zusammen. Eine Erregung der Greifmagnetspule 14 bewirkt eine Verschiebung des Greifklinkenankers 18 mit der Folge, daß eine Gruppe von Greifklinken 19 in Eingriff mit einem Zahnprofil des geradlinig verschiebbaren Bauteils 20 geschwenkt wird.

Eine aufeinanderfolgende Erregung der Magnetspulen 14 und 13 bewirkt zunächst ein Ergreifen des Bauteils 20 durch die Grefklinken 19 und dann einen Axialbewegungsschritt des beweglichen Hubankers 17 gemeinsam mit dem Greifklinkenanker 18, den Greifklinken 19 und dem Bauteil 20.

Der Haltemagnetspule 15 sind ein ringförmiger feststehender Haltemagnetkern 21 und ein ebenfalls ringförmiger beweglicher Halteklinkenanker 22 zugeordnet. Eine Erregung der Haltemagnetspule 15 hat eine axiale Bewegung des Halteklinkenankers 22 zur Folge, bis dieser am feststehenden Haltemagnetkern 21 anstößt. Diese Verschiebung des Halteklinkenankers 22 führt zu einer Schwenkbewegung einer Gruppe von Halteklinken 23 in Eingriff mit dem Zahnprofil des Bauteils 20.

Ein den Greifklinkern 19 zugeordneter erster Arretierungsring 30 ist gemäß F i g. 1 zwischen der Außenseite der Greifklinken 19 und der Innenseite des Greifklinkenankers 18 angeordnet. In ähnlicher Weise ist ein den Halteklinken 23 zugeordneter zweiter Arretierungsring 31 um die Außenseiten der Halteklinken 23 herum angeordnet. Die im wesentlichen vertikalen Außenflächen der Klinken 19 und 23, also die dem jeweiligen Arretierungsring zugewandten Flächen, sind jeweils mit einer

L-förmigen Kerbe 32 bzw. 33 versehen, deren L-Schenkel jeweils etwa vertikal und horizontal verlaufen, wenn die Klinken außer Eingriff mit dem Bauteil 20 sind. Dadurch ist eine relative Axialbewegung zwischen den Klinken und dem jeweils zugeordneten Arretierungsring möglich, wenn die betreffenden Klinken außer Eingriff mit dem Bauteil 20 stehen. Der den Greifklinken 19 zugeordnete Arretierungsring 30 ist über Haltestreifen 34 mit dem Halteklinkenanker 22 verbunden.

Fig.6 zeigt Einzelheiten des ersten Arretierungsrings 30 und der diesem zugeordneten Haltenstreifen 34, die jeweils an dem von Arretierungsring 30 abgewandten Streifenende mit einer Anzahl von Bohrungen 35 für Schrauben zur Verbindung mit dem Halteklinkenanker 22 versehen sind. Mit dem Arretierungsring 30 sind die Haltestreifen 34 durch Klammern 36 verbunden, die an die Haltestreifen 34 angeschweißt sind, wobei Stifte 37 den Arretierungsring 30 mit Bezug auf die Haltestreifen 34 positionieren.

F i g. 7 zeigt entsprechend Einzelheiten des zweiten Arretierungsrings 31, der den Halteklinken 23 zugeordnet ist. Es sind wiederum Klammern an Haltestreifen 40 angeschweißt, die in Verbindung mit Stiften den Arretierungsring 31 fest mit den Haltestreifen 40 verbinden. Die Haltestreifen 40 sind mittels Schrauben, die durch Bohrungen in den Haltestreifen 40 hindurchgeführt sind, mit dem Hubanker 17 verbunden.

In F i g. 5 st eine typische Klinke, hier eine Greifklinke 19, mit der dazu gehörenden Kleinteilen dargestellt.

Die F i g. 3 und 4 zeigen zusammengenommen die radiale Anordnung der Greifklinken 19 und der Halteklinken 23 bezüglich des geradlinigen verschiebbaren Bauteits 20. Aus F i g. 4 ist auch die relative Lage der Haitestreifen 34 und 40 ersichtlich.

Nachstehend wird die Funktion des Antriebs mit Bezug auf die Fig.8 bis 19 näher erläutert, welche die einzelnen Phase des Bewegungsablaufs beim Heben und Senken des Bauteils 20 zeigen, wobei jeweils die Wirkung eines plötzlichen Stromausfalls hinsichtlich der Arretierung des Bauteils 20 gezeigt wird.

F i g. 8 zeigt das Bauteil 20 in einer Haltesteüung des Antriebs. Das Bauteil 20 wird in dieser Stellung von den Halteklinken 23 gehalten. Die Hubmagnetspule 13 ist entregt. Die Greifmagnetspule 14 ist ebenfalls entregt und die Haltemagnetspule 15 ist erregt Wegen der Stellung des Hubankers 17 liegt der Arretierungsring 31 axial unterhalb der Kerben 33 der Halteklinken 23. Eine Unterbrechung des elektrischen Stromes würde die Haltemagnetspule 15 entregen, wobei aber ein Lösen der Halteklinken 23 vom Bauteil 20 durch den Arretie-· rungsring 31 verhindert würde. Folglich würde das Bauteil 20 in seiner Stellung im Zeitpunkt vor dem Stromausfall axial festgehalten.

Die nächste Phase des Hubvorgangs ist in F i g. 9 dargestellt Die Hubmagnetspule 13 ist entregt, die Greifmagnetspule 14 ist erregt und die Haltemagnetspule 15 ist ebenfalls erregt Sowohl die Greifklinken 19 als auch die Halteklinken 23 erfassen daher das Bauteil 20. Die Erregung der Greifmagnetpule 14 führt zum Anheben des Greifklinkenankers 18 und folglich auch des Arretierungsringes 31. Die untere Innenkante des Arretierungsringes 13 befindet sich in diesem Zeitpunkt im wesentlichen an der gleichen Stelle wie die Außenkante der horizontalen Schenkel der Kerben 33 der Halteklinken 23. Der Arretierungsring 30 befindet sich innerhalb der Kerben 32 der Greifklinken 19. Ein plötzlicher Stromausfall in diesem Zeitpunkt würde die Greifmagnetspule 14 und die Haltemagnetspule 15 entregen.

wodurch zwar die Greifklinken 19 das Bauteil 20 freigäben, jedoch der Arretierungsring 31 verhindern würde, daß auch die Halteklinken 33 das Bauteil 20 freigeben.

Die Entregung der Greifmagnetspule 14 würde nämlieh eine axiale Abwärtsbewegung des Greifklinkenankers 18 bewirken. Deshalb würde der Arretierungsring 31 abwärts in eine Verriegelungsstellung bewegt und verhindern, daß die Halteklinken 23 das Bauteil 20 freigeben.

ίο In der in F i g. 10 dargestellten Phase ist nur die Greifmagnetspule 14 erregt. Die Greifklinken 19 halten das Bauteil 20. Im Falle eines Stromausfalls würde der Greifklinkenanker 18 sich abwärts zu bewegen suchen, was jedoch durch den Arretierungsring 31 verhindert würde, der mit den Kerben 33 der Halteklinken 23 zusammenwirkt. Folglich würden die Greifklinken 19 das Bauteil 20 weiterhin festhalten.

In Fig. 11 ist die Hubmagnetspule 13 erregt, die Greifmagnetspule 14 ist ebenfalls erregt und die Haltemagnetspule 15 ist entregt. Folglich wird das Bauteil 20 angehoben. Im Falle eines Stromausfalls während dieser Phase würde der Arretierungsring 30 die Greifklinken 19 mit dem Bauteil 20 in Zusammenwirkung halten. Die Hubmagnetspule 13 würde beim Auftreten eines Stromausfalls entregt, was einer Wiederabsenkung des Bauteils 20 um einen Schritt zur Folge hätte. Nach dieser Abwärtsbewegung ergäbe sich wieder die in Fig. 10 dargestellte Stellung des Antriebs.
Die in Fig. 12 dargestellte Hubphase ergibt sich, wenn alle Magnetspulen, nämlich die Hubmagnetspule 13, die Greifmagnetspule 14 und die Haltemagnetspule 15 erregt sind. Die Halteklinken 23 übernehmen das Bauteil 20. Ein Stromausfall in diesem Zeitpunkt würde wiederum zu einer Abwärtsbewegung des verschiebbaren Bauteils 20 um einen Schritt bis in die in Fig. 10 dargestellte Stellung führen.

Fig. 13 zeigt die Endphase des Hubvorgangs. Das verschiebbare Bauteil 20 ist von den Halteklinken 23 übernommen. Die Greifklinken 19 sind durch Entregung der Greifmagnetspule freigegeben und wieder um einen Schritt abwärts bewegt worden. Im Falle eines Stromausfalls ergäbe sich der in Fig.8 oder Fig. 10 dargestellte Zustand.

Zur Fortsetzung des Anhebens des Bauteils 20 um einen weiteren Schritt wird die eben beschriebene Folge, beginnend mit der in F i g. 8 dargestellte Phase, wiederholt.

Beim Absenken des verschiebbaren Bauteils 20 läuft die Phasenfolge umgekehrt wie beim eben beschriebenen Hubvorgang ab. Folglich ist der in Fig. 14 dargestellte Zustand beim Beginn des Absenkvorgangs genau gleich wie die in F i g. 8 dargestellte Stellung. Die zweite, in Fig. 15 dargestellte Phase des Absenkvorgangs ist genau gleich wie die in Fig. 13 dargestellte Phase des Hubvorgangs. Ebenso entspricht Fig. 16 der Fig. 12; F i g. 17 entspricht F i g. 11; F i g. 18 entspricht F i g. 10; und Fig. 19 entspricht Fig.9. Fig. 19 zeigt die letzte Phase der Absenkbewegung des Bauteils 20, bevor dieses die in F i g. 8 dargestellte Stellung einnimmt

Fig.20 stellt den Zustand dar, der während eines Hubvorgangs oder eines Absenkvorgangs des Bauteils 20 auf einen Stromausfall in der in den Fig.9 und 19 dargestellten Stellung folgt Die Hubmagnetspule 13 ist entregt, während die Greifmagnetspule 14 und die HaI-temagnetspule 15 erregt sind. Infolge des Stromausfalls werden die Magnetpulsen 14 und 15 ebenfalls entregt, was zu einem gleichzeitigen teilweisen Abfall des Greifklinkenankers 17 und des Halteklinkenankers 22 führt.

7	24 16 840	5	8 i
Dieser in Fig. 20 dargestellte Zustand zeigt gleichzeitiges völliges Entriegeln der beiden gruppen unmöglich ist.	daß ein Klinken-	10
Hierzu 10 Blatt Zeichnungen	15
	20
	25	I
	30	!
	35	I
		I
	40	S
	45	I
	50	i
	55	I
	60	I
	65
	I

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektromagnetischer Antrieb zum schrittweisen Heben oder Senken eines vertikal orientierten länglichen Bauteils (20) mit

   a) einem Hubanker (17) und einer diesem zugeordneten Hubmagnetspule (13),

   b) am Hubanker (17) schwenkbar befestigten Greifklinken (19), denen eine Greifmagnetspule (14) und ein Greifklinkenanker (18) zugeordnet sind, der bei Erregung der Greifmagnetspule (14) die Greifklinken (19) in Eingriff mit dem länglichen Bauteil (20) bewegt,

   c) ortsfest schwenkbar gelagerten Halteklinken (23), denen eine Haltemagnetspule (15) und ein Halteklinkenanker (22) zugeordnet sind, der bei Erregung der Haltemagnetspule (15) die Halteklinken in Eingriff mit dem länglichen Bauteil (20) bewegt, und

   d) einer mechanischen Arretierungsvorrichtung zur Sicherung des Festhaltens des länglichen Bauteils (20) im Falle gleichzeitiger Entregung von Greifmagnetspule (14) und Haltemagnetspule (15),