DE2419192A1

DE2419192A1 - Verfahren zur herstellung von trennduesen

Info

Publication number: DE2419192A1
Application number: DE2419192A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Phys Dr Bier; Peter Dipl Ing Dr Happe; Gerd Tybus; Frohwald Dipl Ing Dr Weis
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH; Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH; Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1974-04-20
Filing date: 1974-04-20
Publication date: 1975-11-13
Also published as: AR220298A1; AU8031075A; CA1041023A; GB1480439A; IT1037359B; FR2267823A1; DE2419192B2; US4033021A; BR7502426A; FR2267823B1; ZA752068B

Description

Messerschmitt-Dölkow-Dlühm Ottobrunn, 17. 4.1

Gesellschaft mit BTO15 Rd/hl beschränkter Haftung,

München 7057

Verfahren zur Herstellung von Trenndüsen

DLe Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trenndüsen zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen mit unterschiedlichen Molekulargewichten, insbesondere zum Trennen von Isotopen, unter Verwendung von Profils tuben für die Düsenlippen.

Trenndüsen dei' eingangs genannten Art werden beispielsweise zur Durchführung eines Verfahrens benötigt, das von Herrn Professor Dr. E. W. Decker et al. unter anderem in seinem Vortrag auf der 4. Internationalen Konferenz der UN über· die friedliche Nutzung der Kernenergie, Genf 1971> paper 3^3i ausführlich beschrieben wurde.

Die Trennung von Gasen und Isotopen kann sowohl mit Zentrifugen als auch mit Hilfe von Trenndüsen geschehen, wobei letzteren der große Vorteil zukommt, daß das Trenndüsenverfahren weitgehend mit statischen, also in Ruhe bofindl Lehen Anlagen duz'chführbar ist.

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Großtechnische Anlagen, beispielsweise Uran-Anreicherungsanlagen, erfordern jedoch eine Gesamtlänge der Trenndüsen in der Größenordnung von z. B. 1000 lon und darüber. Trenndüsen der hierbei benötigten Art und Verfahren zu deren Herstellung sind beispielsweise beschrieben in den deutschen Auslegeschriften 1 79^ 27^- und 1 VJ'6 32o, der deutschen Patentschrift 1 <JöU 693 sowie der deutschen Offonlegungsschrift 1 951 039· Um einen guten l/irkungsgrad einer Trenndüsenaul age zu gewährleisten, besteht dabei die Forderung, eine gegebene Düsengeometrie auf der gesamten Länge der Trenndüsen mit höchster Genauigkeit einzuhalten, wobei die zulässigen Toleranzen teilweise nur 0,001 mm betragen dürfen. Alle anderen, bi.-ihor bekannten Herstellungsverfahren liefern zwar Trcnnelcmente vergleichbarer Qualität, sind jedoch wegen ihres höheren Fertigungsaufwandes wirtschaftlich unterlegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, mit dem man in der Lage ist, mit der geforderten hohen Genauigkeit von weniger als - 1 yum Trenndüsen in Gesamtlängen von einigen 1000 lan rationell und wirtschaftlich zu fertigen. Ferner sollten die Trenndüsenabschnitte In leicht handhabbaren Teillängen von 50 bis 100 cm hergestellt werden und in ihrer vollen Länge wirksam, d. ti. im aktiven Düaenbereich frei von Abstützungen sein.

Bei diesem Verfahren zur Herstellung von Trenndüsen zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen mit unterschiedlichen Molekulargewichten, insbesondere zum Trennen von Isotopen, unter Verwendung von Profilstäben für die Düsenlippen und Abschälblenden ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vorgeformte

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Profilstäbe zur weiteren Bearbeitung entlang einer liochgenauen Gleitbahn gezogen v/erden, gegen die sie von zwei Seiten mit Andruckmitteln gepreßt werden, welche in nächster Nähe eines quer zur Ziigrichtung verschiebbar gelagerten und eine schabende Spanabhebung bewirkenden Werkzeuges angeordnet sind. In der Praxis sind dabei die Schneiden (Diamanten) mehrerer "Schabmesser" mit kleiner werdenden Abständen zum Werkstück bei einem gegenseitigen Abstand von z. B. 25 mm hintereinander angeordnet. Unter schabender Spanabhebung wird nach obigem ein Vorgang verstanden, bei dem mit HiITe eines Werkzeuges, das gegebenenfalls mit mehreren Schabmessern bestückt ist und dcis gegenüber einer Führung (Gleitbahn) ortsfest eingestellt ist, an einem Werkstück Material abgetragen wird, das im Bereich der "Schabmesser" mit Andruckmitteln an die Führung angedrückt ist und das durch eine Zugkraft am Werkzeug vorbeibewegt wird. Dabei ist die Abtragung äußerst dünner Schichten von der Größenordnung 0,001 mm möglich. Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Verfahren unter Einsatz preisgünstiger Vorrichtungen in kurzer Zeit große Längen von Profilstäben mit Toleranzen von - 1 jum und weniger herstellbar sind, insbesondere dann, wenn in an sich bekannter Weise bei der Ausführung des Arbeitsprozesses von einer temperierten Schmierung und einer geregelten Schneidgeschwindigkeit bei geeigneter Ausbildung der Schneiden des Werkzeuges Gebrauch gemacht wird. Versuche haben gezeigt, daß die mit diesem Verfahren erreichte Genauigkeit bei der Anwendung vergleichbarer Technologien nicht erlangt werden konnte. Mit Hilfe eines Ziehprozesses lassen sich nur Profilstäbe erzeugen, die zu hohe Toleranzen aufweisen, die jedoch für die erfindungsgemäße Weiterverarbeitung geeignet sind.

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Die Erjjrobung von profilier ton Käumwerkzeugen, an denen die Schienen mit entsprechender Führung vorbeigezogen wurden, ergab im gefordei'ten Toleranzbereich zu große Abweichungen. Beim Einsatz sehr kostspieliger Präzisionsfräsmaschinen konnten die geforderten Toleranzen bei relativ niedriger Arbeitsgeschwindigkeit nicht konstant über Teillängen von mindestens 50 cm eingeheilten werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird von Profilstäben mit im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt ausgegangen, bei denen die Aktionskante an einer Lippe im Bereich einer Auflagefläche eines Profilstabes ausgebildet wird. Im Bereich der gegenüberliegenden Fläche wird ferner an einem Stab eine zur Auflagefläche senkrechte düsenseitige Fläche gebildet sowie an einer dieser Fläche gegenüberliegenden Stabseite eine vorspringende Stufe. Die Voi^teilo dieser Verfahrensschritte v/erden später anhand der Zeichnung beschrieben. Zur Herstellung der Trenndüse wird ferner von vorgeformten Düsenkörpern Gebrauch gemacht, die in * einer Weiterbildung des Verfahrens mit Schwalbenschwanznuten und Uralenkrillen versehen worden, wobei in dieser Schwalbenschwanznut in einer Weiterbildung des Verfahrens ein Räumwerkzeug geführt wird, mit dem die maßhaltige Vor- und Endbearbeitung der Nut und/oder dei' Umlenkrille erfolgt.

Die Montage eines Düsenelements erfolgt dadurch, daß in Weiterbildung des Verfahrens ein Paar fertig bearbeiteter Profilstäbe in eine Schwalbenschwanznut eines Düsenkörpers eingebracht und durch Klemmstücke gehalten werden, die zwischen den zueinander planparallelen Flächen der beiden Profilstäbe derart

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eingefügt werden, daß ihre Druckzone im Bereich der an den Profilstäben gebildeten Stufen verläuft. Durch die bisher beschriebenen Verfahrensschritte, insbesondere durch den letztgenannten Vei"fahrensschri ti , ist es möglich, Fehler sowohl nach einem negativen Prüfergebnis der montierten Düsenkörper, als auch bei Transportschäden durch Austausch defekter Profilstäbe zu beheben.

Um durch Doppelumlenkung eine Nachti-ennurig der energioreichen schlieren Fraktion und damit eine Trermeffektssteigerung zu bewirken, sind gemäß einer l/eitorbildurig des Verfahrens in einer gemeinsamen Nut des Düsenkörpors zwei Paare von Profilstäben angeordnet, von denen jeweils die seitlich versetzten Aktionskanten eines S.tabpaares in eine an einem Stab des anderen Paares angeordnete Umlenkrille eingreifen, wobei ein Stabpaar mit Leisten versehen ist, die gegen die Anlagefläche des anderen Stabpaares vorspringen. Dabei sind in einer Weiterbildung des Verfahrens zweckmäßigerweise die Düsenkörper als Einschub einer mehrere Düsenkörper aufnehmenden Baueinheit ausgebildet, die ihrerseits Def es tigungsmi t tel' zum Zusammenbau mit weiteren Baueinheiten aufweist.

Das Verfahren und seine Durchführung ist beispielsweise nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt in räumlicher Darstellung:

Figur 1 - eine Vorrichtung zur Bearbeitung der mit Lippen versehenen Profilstäbe;

Figur 2 - eine Vorrichtung zur Bearbeitung der

Schwalbenscliwanznut eines Düsenkörpers ;

Figur 3 - einen Ausschnitt aus einem Düsenkörper mit eingebrachten Profilstäben;

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Figur h - einen vergrößerten Ausschnitt aus der

Figur 2 mit einer Darstellung der Lippen und der Umlonkrille im tjuerschnitt;

Figur 3 ~ einen Ausschnitt aus einem Düsenkörper mit Doppe!umlenkung;

Figur 6 - einen verkleinerten Querschnitt durch eine Baueinheit mit Diisenkörpern nach Figur 3·

Mit Hilfe einer in der Figur 1 schematisch vereinfacht dargestellten Vorrichtung 1 erfolgt eine Feinbearbeitung vorgeformter Profils tube 2, bei der mit vergleichsweise kurzen Arbeitszeiten und mit relativ niedrigem Einsatz an Arbeitsmitteln die für eine Anwendung bei Trenndüsen erforderlichen Toleranzen von weniger als 1 /um erreicht wird. Mit einer an den Profilstäben 2 angreifenden Zugkraft P v/erden diese entlang einer Gleitbahn 'J und h gezogen, gegen die sie mit Hilfe von Andruckmitteln 51 6 und 7 ι™ Bereich eines eine schabende Spancibhebung ο bewirkenden Werkzeuges 9 gedrückt werden. Zur Erlangung einer geforderten Profiltreue innerhalb obiger Toleranzen ist dabei das Zusammenwirken der beschriebenen Maßnahmen von ausschlaggebender Bedeutung. Die mit Drehmomenten M beaufschlagten Andruckmi ttel 3 t>is 7 üben nahe am Werkzeug 9 Anpreßkräfte A auf den Profilstab 2 aus, wodurch dieser unter dem Einfluß der Zugkraft P durch das erschüttorungs- und schwingungsfrei gelagerte und quer zur Zugrichtung einstellbare Werkzeug 9 bearbeitet wird. Die Figur zaigt hierzu einen Bearbeitungsvorgang für eine Düsenlippe 10, der analog auch für andere Flächen des Profils tabes 2 anwendbar ist. Mit Hilfe von Meßfühlern 11 und 12, die hint ei* dem Werkzeug 9 angeordnet sind, ist eine stetige Kontrolle des Bearboitungsvorganges möglich.

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Gegebenenfalls kann auch eine temperierte Schmierung an der Dearbeitungsstelle vorgenommen werden, wozu eine Rohrleitung 13 vorgesehen ist. Als Pron1stübe 2 worden vorzugsweise Stäbe von im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt lh verwendet. Die Lippe 10 ist dabei mit Vorteil im Dereich der größten Trapezseite angeordnet, wodurch mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung 1 eine präzise Bearbeitung und damit eine Einhaltung der Düsengeometrie an den Profilstäben selbst, vornehmlich im Dereich der Diisenlii^e und der Schälblende 10 und deren Aktionskanten 15 mit Toleranzen unter 1 yum möglich ist.

In der Figur 2 ist eine Vorrichtung 20 zur Feinbearbeitung eines in einem Ausschnitt gezeigten Düsenkörpers 21 dargestellt. Am eingespannten Düsenkörper 21, der eine vorgeformte Schwalbenschwanznut 22 aufweist, erfolgt die hochgenaue Bearbeitung der Nutflanken und einer am Düsenkörper auszubildenden Umlenkrille mit Hilfe einer von einer Zugkraft Z bewegten Vorrichtung 20, die ein Räumwerkzeug 2k aufweist, das eine scbxibende Spanabhebung ausführt, ähnlich wie dies im vorausgegangenen Beispiel beschrieben ist. Die Vorrichtung ist in der vorgeformten Schwalbenschwanznut 22 des Düsenkörpers 21 mit Hilfe von einstellbar an der Vorrichtung befestigten Führungsstücken 25 und 26 geführt, die sich vor und hinter dem Räumwerkzeug 2k erstrecken. Der Anpreßdruck dieser Führungsstücke 25 ist einstellbar. Zur Bearbeitung einer Umlenkrille ist das Werkzeug 2k austauschbar ausgebildet. Wie im vorher beschriebenen Beispiel kann die Vorrichtung 20 mit Meßfühlern zur kontinuierlichen Kontrollo des Arbeitsvorgangs und mit einer Einrichtung für eine temperierte Schmierung versehen sein.

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Die Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem beispielsweise als Zehn-Kanuner-Rohr ausgebildeten Düsenkörper 30 mit eingebrachten Profilstäben 32 und 33· An dem im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt 34 der Profilstäbe 32 und 33 sind die Lippen 35 und 30 im Bereich der Auflageflächen 37 und 38 der Profilstäbe angeordnet und ragen mit ihren Aktionskanten 39 und 40 in eine Umlenkrille 41 des Düsenkörpers, wie die Figur in vergrößertem Maßstab zeigt. An den Profilstäben 32 und 33 sind im Bereich der den Auflageflächen 37 und gegenüberliegenden Flächen zu den genannten Auflageflächen senkrechte düsenseitige Flächen 42 und 43 ausgebildet. Den zueinander planparallelen Flächen 42 und Ό gegenüberliegend sind vorspringende Stufen. 44 und an den Profilstäben 32 und 33 angeformt, mit denen sie an den Flanken 46 und 47 einer Schwalbenschwanznut 48 des Düsenkörpers 30 anliegen. Durch diese Maßnahmen ist eine hochgenaue Montage und Halterung der Profilstäbe und 33 in der Nut 48 möglich, die eine Einhaltung der in Figur 4 vergrößert dargestellten Düsengeometrie gewährleistet. Die Profilstäbe 32 und 33 werden in der Nut 4ü mit Hilfe von Klemmstücken 49, die als Kugeln ausgebildet sind, in ihrer Lage gehalten, wobei sich die Druckzone der Klemmstücke im Bereich der Flächen und 43 und der Stufen 44 und 45 erstreckt und keine Störung der Düsengeometrie durch Verformung bewirken kann. Die Klemmstücke 49 werden vorzugsweise im Bereich von Stegen 50 des Düsenkörpers eingesetzt. Ihr Abstand von der Umlenkrille 41 und den Aktionskanten 39 und 40 ist so groß, daß die StrömungsVerhältnisse an der Düse nicht gestört werden können. Der Austausch einzelner Profilstäbe 32 und 33 an einem Düsenkörper 3° ist durch

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Entfernen der KIemmstücke 49 möglich, wodurch die
Herstellungs- und Wartungskosten Tür eine Trenndüsenanlage niedrig gehalten werden können.

Ein anderes Ausführungsbeispiel für eine nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Trenndüsenanordnung zeigen die Figuren 5 und 6, An einem Düsenkörper 60
mit einer gegenüber dem vorher beschriebenen Beispiel vertieften Schwalbenschwanznut 61 sind übereinander
zwei Paare von Profilstäben, nämlich 62 und 631 sowie

64 und O5» in. analoger Weise mit Klemmstücken 66 und
67 befestigt. Die Düsenstäbe 62 bis 65 unterscheiden
sich von den vorher beschriebenen Stäben vornehmlich
dadurch, daß sie an den einander zugekehrten Auflageflächen 68 und 69 mit versetzt angeordneten Umlenkrillen 70 und 7' versehen sind, wobei ein Stabpaar 62 und 6'J mit Abstandshaltern 72 versehen ist, die gegen die
Anlagefläche des anderen Stabpaares 64 und 65 vorspringen. Vorzugsweise sind die Abstandshalter 72 als profilierte Bleche ausgebildet, die zwischen übereinander angeordneten Profilstäben 62 und 64 bzw. 63 und

65 eingelegt werden.

Durch diese Ausbildungsform wird eine Nachtrennung der schweren Fraktion erreicht, in der Weise, daß die nun anfallende zweite leichte Fraktion etwa Ausgangsgaskonzentration besitzt und verlustfrei dem Ausgangsgas beigemischt werden kann und der eigentliche durch
Isotopenkonzentrationsverschiebung gekennzeichnete
Trenneffekt zwischen der ersten leichten Fraktion L₁
und der schweren Fraktion S gemessen wird. Der Düsenkörper 60 ist bei dieser Ausbildungsform zweckmäßigerweise als Einschub ausgebildet, der in eine Baueinheit wechselweise um 180 verdreht einsetzbar ist, deren

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Querschnitt mit verkleinertem Maßstab die Figur 6 zeigt. Diese Baueinheit 73> die beisfjielsweise - wie dargestellt - 3 Einschübe 60 aufzunehmen vermag, ist ihrerseits zweckmäfligerweise mit Befestigungsmittcln 7h, 75 und 7b versehen, die eine einfache Verbindung mit weiteren Baueinheiten ermöglicht. In der Figur 5 ist durch Pfeile der Weg des zu trennenden Gases bezeichnet. Wie die Figur 6 zeigt, ist innerhalb einer Baueinheit das Ausgangsgas in einer Kammer A geführt, während die leichten Fraktionen in Kammern L₁ und Ly , und die schwere Frciktion in eine Kammer S strömt.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Trenndüsen zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen mit unterschiedlichen Molekulargewichten, insbesondere zum Trennen von Isotopen unter Verwendung von Profilstuben für die Lippen, dadurch g e k e η η zeichne t , daß vorgeformte Profils tube (2) zur weiteren Bearbeitung entlang einer hochgenauen Gleitbahn (3 und 4) gezogen werden, gegen die sie von zwei Seiten mit Andruckmitteln (5» <J und 7) gepreßt werden, welche in nächster Nähe eines quer zur Zugrichtung (p) verschiebbar gelagerten und eine schabende Spanabhebung (8) bewirkenden Werkzeuges (9) angeordnet sind.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß es mit Profilstäben von im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt (14) durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß an einem Profilstab (32, 33) die Aktionskante (39, 4o) an einer Lippe (35» 30) im Bereich einer Auflagefläche (37, 38) des Profils tabes (32, 33) ausgebildet wird und daß ferner im Bereich der gegenüberliegenden Fläche

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eines Stabes eine zur Auflagefläche (37» 3") senkrechte düsenseitige Fläche (42, hj) und an einer dieser Fläche gegenüberliegenden Seite eine vorspringende Stufe (44, 4.5) gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Verwendung eines vorgeformten und mit einer Umlenkrille zu versehenden Trennelementkörpers, dadurch gekennzei chne t , daß der Trenneleinentkürper im Bereich seiner Umlenkrille (41 ) mit einer Schwalbenschwanznut (22, 46 und 47) versehen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schwalbenschwanznut (22) ein Räumwerkzeug (20) geführt wird, mit dem die Endbearbeitung der Umlenkrille (4i) und/oder der Nut (22) erfolgt.

ό. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet , daß ein Paar fertig bearbeiteter Profilstäbe (32 und 33) in die Schwalbenschwanznut (46 und 4'7) eingebriioht und durch Klemmstücke (49) gehalten wird, die zwischen den zueinander planparallelen Flächen (42 und 43) der beiden Profilstäbe (32 und 33) derart eingefügt werden, daß ihre Druckzone im Bereich der an den Profilstäben (32 und 33) gebildeten Stufen (44 und 45) verläuft.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Klemmstücke (49) Stahlkugeln verwendet werden.

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3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß in einer gemeinsamen Nut (61) eines Düsenkörpers (6o) zwei Paare von Profilstäben (62, 63, 6h und 65) zur Nachtrennung der schweren Fraktion durch zweimalige Gasumlenkung angeordnet sind, von denen jeweils die seitlich versetzten Aktionskanten (77 und 78) eines Stabpaares (62 und 63) in eine an einem Stab (65) des anderen Paares angeordnete Umlenkrille (7I) eingreifen, wobei ein Stabpaar (62 und 63) mit Abstandshaltern (7*0 versehen ist, die gegen die Anlagefläche (6'6) des anderen Stabpaares (6h und 65) vorspringen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Düsenkb'rper (oO) als Einschub einer mehrere Düsenkörper (60) aufnehmenden Baueinheit (73) ausgebildet ist, die ihrerseits Befestigungsmittel (7h bis 76) zum Zusammenbau mit weiteren Baueinheiten aufweist.

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