DE2507172A1

DE2507172A1 - Mobile messanlage fuer radioaktiv markierte verschleissteilchen

Info

Publication number: DE2507172A1
Application number: DE19752507172
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Gerve; Hartmut Haury; Wolfram Dipl Ing Lausch
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1975-02-20
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1976-09-02
Also published as: FR2301832A1; US4027157A; FR2301832B1; GB1495360A; IT1057228B

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 20. Januar 1975

KERNFORSCHUNG MBH PLA 7506 Ga/sz

Mobile Me'ianlage für radioaktiv markierte Verschleißteilchen

Die Erfindung betrifft eine mobile Meßanlage für radioaktiv markierte Verschleißteilchen, die in öl oder in einer anderen Flüssigkeit als Transportmittel enthalten sind, das durch einen Einlaß tangential in eine Durchflußkammer eingefüllt, an einem Strahlungsdetektor vorbeigeführt und durch Auslässe wieder abgeführt wird, wobei die Durchflußkammer den Strahlungsdetektor zumindest teilweise umgibt und selbst von einer Abschirmung umschlossen ist.

Bei Verschleißmessungen mit Radionukliden wird, sofern ein Schmiermittelkreislauf vorhanden ist, im a llgemeinen der Verschleiß über die Aktivität des Schmiermittels gemessen. Wird von einer evtl. Änderung des internen Schmiermittelkreislaufes abgesehen, so stellt daz Durchflußmeßverfahren hierfür die mit Abstand empfindlichste Methode dar (Kaspar-Sickermann, Stegemann "Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V., Frankfurt/Main, Heft 18, 1961).

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Das Prinzip des Durchflußmeßverfahrens geht davon aus, daß der Abrieb der in dem Motor eingebauten radioaktiven Teile zunächst in den Schmierölkreislauf gelangt. An der tiefsten Stelle der ölwanne wird das öl durch eine vom Motor getrennt arbeitende Pumpe abgesaugt und durch eine den Strahlungsdetektor umgebende Meßkammer in den Motor zurückgepumpt. Als Detektor wird im allgemeinen ein NaJ(Tl)-Szintillationskristall verwendet, der bei einem auch für die Drei-Komponentenmessungen ausreichenden Energieauflösungsvermögen eine gute Ansprechwahrscheinlichkeit besitzt. Die im Szintillationskristall nachgewiesene Gammastrahlung erlaubt eine Aussage über die Art und die Menge des im ölkreislauf vorhandenen Verschleißes. Die Energie der Gammaquanten charakterisiert die Verschleißkomponente, ermöglicht also bei Mehrkomponentenmessungen die Trennung der verschiedenen Verschleißanteile. Die Intensität der Strahlung, d.h. die registrierte Zählrate, ist ein Maß für die Menge des Verschleißes.

Aus der Offenlegungsschrift Nr. 22 61 667 ist eine Meßanlage der eingangs erwähnten Art bekannt. Eei ihr ist der Boden der Durchflußkammer trichterförmig ausgebildet und weist an seiner tiefsten Stelle einen Auslaß auf. Diese Meßanlage besitzt jedoch die Nachteile, daß sie aufgrund ihres hohen Gewichtes für kleinere Fahrzeuge oder mobile Systeme nicht in Frage kommt und außerdem ein Kühlungsprinzip, z.B. das Wasserkühlungsprinzip, für den Detektor verwendet, das in mobilen Systemen nur sehr umständlich und mit großem technischen Aufwand realisierbar ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine mobile Meßanlage zu bieten, die auch in kleineren Fahrzeugen gefahrlos mitgeführt werden kann, mit genügend hoher Empfindlichkeit den Verschleiß auch dünnschxchtaktivxerter Bauteile ausmißt und bei der gewährleistet sein muß, daß die Verschleißteilchen in einen ölsumpf, wie z.B. Motor- und Getriebebauteile, gelangen. Weiterhin soll das Gewicht der Meßanlage derart bemessen sein, daß das Gesamtgewicht des Fahrzeugs oder mobilen Systems nicht überschritten, das Fahrverhalten des mobilen Systems nicht negativ beeinflußt

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und keine aufwendige Detektorkühlung benötigt wird.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strahlungsdetektor in der als doppelwandiger Zylinder mit einer horizontal liegenden Achse ausgebildeten Durchflußkammer axial angeordnet ist, daß die Abschirmung aus einer Tei!abschirmung für natürliche Untergrundstrahlung aus der Umgebung und einer Zusatzabschirmung gegenüber dem Strahler besteht und daß der Strahlungsdetektor in einem Vakuumgefäß mit Wärmeableitungsvorrichtung untergebracht ist. Vorteilhafterweise kann die Innenwandung des Zylinders gleichzeitig die Außenwandung des doppelwandig ausgeführten Vakuumgefäßes bilden.

In einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist der Strahlungsdetektor in einem Stoff gegen mechanische Erschütterungen gelagert und in dem als Innenzylinder ausgebildeten Innenteil des Vakuumgefäßes angeordnet. Weiterhin kann an dem Innenzylinder ein Topf aus gut wärmeleitendem Material als Wärmeableitungsvorrichtung angebracht sein.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung des Zylinders der Durchflußkammer auf der einen Stirnseite einen umlaufenden Ring aufweist, an dem über eine Dichtung die Innenwandung der Durchflußkammer bzw. die Außenwandung des Vakuumgefäßes gehaltert ist, und daß der Boden an der anderen Stirnseite nach innen gewölbt ausgebildet ist.

Eine Weiterbildung der Erfindug sieht vor, daß die Durchflußkammer einen oberen Auslaß für das Transportmittel in der Höhe des Bodens und einen unteren Auslaß am Ring der Außenwandung besitzt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabschirmung aus einzelnen Hingen und die Zusatζabschirmung aus einzelnen Scheiben bestehen, wobei die Scheiben an dem als Boden ausgebildeten vordersten

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Ring der Teilabschirmung befestigt *4ind. ZOU / Ί Il

Die besonderen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß das Gewicht der Abschirmung dadurch reduziert wurde, daß sie aus zwei Einheiten gefertigt wird, wobei die eine nur als Grundabschirmung dient und die natürliche üntergrundstrahlung abschirmt und die zweite in Richtung des Strahlers angeordnet wird. Statt einer Detektorkühlung ist weiterhin eine Detektorisolierung mit einem Vakuumgefäß in Verbindung mit einem wärmeabführenden Kupfereinsatz Bestandteil der Anlage. Sie umfaßt in vorteilhafter Weise ein Vakuumgefäß aus einem Glas-Dewar-, Metall-Dewar- oder einem integrierten Metall-Dewarsystem und einen Kupfereinsatz innerhalb des Vakuumgefäßes, der den geringen Wärmestrom aus dem Gefäß herausleitet und die Wärme mit Hilfe von kleinen Lüftern, die den Kupferring anblasen, an die Umgebung abführt. Außerdem ist die Meßkammer durch die liegende Anordnung derart gestaltet, daß sich weder Totwasser, Luftsäcke oder Verschleißablagerungen bilden können.

Die herausragenden Vorteile der Meßanlage sind somit das geringe Gewicht, der unkomplizierte aber sehr wirkungsvolle Wärmeschutz für den Detektor und die optimal gestaltete 2-ießkammer, ohne daß dabei die erschwerten Bedingungen beim Feldtest, eine Schräglage des Fahrzeugs oder mobilen Systems und Beschleunigungen oder Verschäumung des Öles das Meßergebnis nennenswert beeinflussen. Die Verschleißmeßanlage erfüllt auch alle Voraussetzungen, um als stationäre Anlage an Prüfständen eingesetzt werden zu können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Die Figur 1 stellt dabei einen Längsschnitt der Anlage dar und die Figur 2 eine Aufsicht auf eine Stirnseite der Anlage.

Wie in Figur 1 dargestellt, besteht die Durchflußkammer 1 aus einem doppelwand!gen Zylinder, dessen Achse 2 in etwa horizontal liegt. Der äußere Zylinder 3 ist ein Topf, dessen eine Stirnseite

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mit einem umlaufenden Ring versehen und dessen Boden 5 nach innen aufgewölbt ist. Diese Aufwölbung dient zur Strömungsverbesserung des durch den Zwischenraum 6 über einen Einlaß 7 (siehe auch Figur 2) einzufüllenden Transportmittels. Die Innenwandung 8 des Doppelzylinders 1 liegt konzentrisch in diesem Topf 3_e 4, 5 und kann gleichzeitig die Außenwandung eines Vakuumsystems 9 für die Detektoranordnung 10 in einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel bilden. Abgedichtet ist der Innenzylinder 8 gegenüber dem umlaufenden Ring 4 über die Dichtung 11 und arretiert ist er über Schrauben 12, die an einem umlaufenden Ring 13 des Innenzylinders 3 angeordnet und in Gewinde im umlaufenden Ring 4 eingeschraubt werden können. Weiterhin besitzt die Durchflußkammer 1 einen oberen Auslaß 14 und einen unteren Auslaß 15 für das Transportmittel öl. Der obere Auslaß 14 ist dabei in der Nähe des Bodens 5 und der untere Auslaß 15 an der tiefsten Stelle der Durchflußkammer 1 neben dem umlaufenden Ring 4 angeordnet.

Das Transportmittel Öl wird über den Einlaß 7 tangential durch die Öffnung 16 in die Durchflußkammer 1 eingepreßt und strömt um den Innenzylinder 8 herum und damit auch um den Detektor 10 und wird dann im Verhältnis von 5 : 1 (experimentell ermittelt) aus dem oberen und dem unteren Auslaß 14 und 15 entfernt. Die Durchflußkammer 1 bzw. deren Achse 2 ist leicht geneigt und zwar derart, daß mit dem Transportmittel in die Durchflußkammer 1 eingeführte Festteilchen und Luft aus dem oberen Auslaß 14 durch den unteren Auslaß 15 aus dem Innenraum 6 entfernt werden können.

Der Detektor 10 ist axial (Achse 2) ausgerichtet und über einen Schaumstoff 17 am wärmeleitenden Zylinder 18, der in das Vakuumsystem 9 {Dewar-Gefäß aus Glas oder Metall) formschlüssig eingeführt ist, mechanisch gehaltert. Der Zylinder 13 liegt ebenfalls konzentrisch zum Außenzylinder 8 bzw. zur Außenwandung 3 des äußeren Zylinders. Er besteht aus gut wärmeleitendem Material wie z.B. Kupfer, der die Restwärme über den Ring 21 an die Umgebung abführt.

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Der Detektor 10 bzw. der Innenzylinder 18 sind mechanisch arretiert über die Hülse 22, den Druckring 23, die Schrauben 24 und die Distanzhülsen 25 an der äußeren Abschirmung 26 für die gesamte Meßanlage. Der äußere Teilzylinder 8 bzw. dessen Innenwandung 27 ist zusätzlich noch mit einem Schaumstoff 28 zur thermischen Isolierung und zum mechanischen Schutz für das Vakuumsystem 9 belegt.

Die Abschirmung 26 besteht aus einzelnen Ringen 29, 30 und 31 wobei de:- Ring 31 zugleich den Boden 5 der Durchflußkammer 1 abschirmt. Der Ring 30 besteht aus zwei Halbschalen. Diese drei Ringe s.E_t aus Blei schirmen als Teilabschirmung die Durchflußkaiüiner 1 bzw. den Detektor 10 vor der natürlichen Strahlung aus der Umgebung ab. Am Boden 32 des Ringes 31 sind über eine Schraubverbindung 33 einzelne Scheiben 34 zusätzlich angeordnet, welche den Detektor 10 bzw. dessen Stirnseite 35 vor zusätzlicher Strahlung aus einer nicht näher dargestellten radioaktiven Quelle abschirmen. Diese Susatzabschirmung ist daher notwendig, weil die radioaktive Strahlenquelle durch die Aktivierung einzelner zu untersuchender Bauteile in Motoroder Getriebeteilen vorhanden ist. Die Teilabschirmung 29, 30, 31, 32 sowie die Zusatzabschirmung 34 liegen in einem Gestell 36, welches vorzugsweise aus Holz oder Kunststoff hergestellt ist. Der Ring 29 ist über Schrauben 3 7 und der Ring über Schrauben 38 jeweils am mittleren Ring 30 gehaltert.

Im mittleren Ring 30 ist eine Ausnehmung 39 eingefügt, die im dargestellten Zustand von der zusätzlichen Bleiabschirmung 40 als Stopfen verschlossen ist. In diesen Stopfen ist eine Schraube 41 eingefügt, um den Stopfen 40 zu entfernen. Während der Eichung wird an Stelle des Stopfens 40 eine Eichhalterung mit gleichen geometrischen Abmessungen in die Ausnehmung 39 eingeführt. Die Eichhalterung und die Eichquelle selbst sind nicht näher dargestellt,

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In Figur 2 ist eine Vorderansicht der erf indung sgertiäßen Meßanlage dargestellt. Su sehen ist das Gestell 36, auf dem die äußere Abschirmung 29, 30, 31 mittels dem Spannband 42 sowie dem Spannhaken 43 und dem Griffteil 44 arretiert ist. Sichtbar sind der obere Auslaß 14, der tangential an die Durchflußkammer herangeführte Einlaß 7 und der untere Auslaß 15. Weiterhin sind sichtbar der Druckring 23 mit den öffnungen 45 für Kühlzwecke, die Schrauben 37 und d-ie Schrauben 24. Ebenfalls ist dargestellt die Stirnseite der Büchse 22, welche die öffnung 46 zur Aufnahme des nicht dargestellten Detektors umgrenzt. Nicht wiedergegeben ist allerdings der in Figur 1 vorgesehene Kühltopf 18, 21,

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Claims

GESELLSCHAFT FÜR «£· Karlsruhe, den 20. Januar 197

KERNFORSCHUNG MBH PLA 7506 Ga/sz

Patentansprüche :

\.)Mobile Meßanlage für radioaktiv markierte Verschleißteilchen, die in Ol als Transportmittel enthalten sind, das durch einen Einlaß tangential in eine Durchf lußkammer eingefüllt/ an einem Strahlungsdetektor vorbeigeführt und durch Auslässe wieder abgeführt wird, wobei die Durchflußkammer den Strahlungsdetektor zumindest teilweise umgibt und selbst von einer Abschirmung umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor (10) in der als doppelwandiger Zylinder (3, 5 und 8) mit einer horizontal oder nahezu horizontal liegenden Achse (2) ausgebildeten Durchflußkammer (1, 6) axial angeordnet ist, daß die Abschirmung (29 bis 34) aus einer Teilabschirmung (29, 30, 31 und 32) für natürliche Untergrundstrahlung aus der Umgebung und einer Zusatζabschirmung (33, 34) gegenüber dem Strahler besteht und daß der Strahlungsdetektor (10) in einem Vakuumgefäß (9) mit V/ärmaableitungsvorrichtung (18, 21) untergebracht ist.
2. Mobile Meßanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (3) der Durchflußkammer (1) die Außenwandung des doppelwandig ausgeführten Vakuumgefäßes (9) bildet.
3. Mobile Meßanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor (10) in einem Stoff (17) gegen mechanische Erschütterungen und in einem Zylinder (18) gelagert ist, der in den Innenteil des Vakuumgefäßes (9) formschlüssig eingeführt ist.
4. Mobile Meßanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (18) und ein Ring (21) aus gut wärmeleitendem Material wie Kupfer als Wärmeableitungsvorrichtung bestehen.

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5. Mobile Meßanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (3, 5) der Durchflußkammer (1) auf der einen Stirnseite einen umlaufenden Ring (4) aufweist, an den über eine Dichtung (11) die Innenwandung (8) dicht gehaltert ist und daß der Boden (5) an der anderen Stirnseite nach innen gewölbt ausgebildet ist.
6. Mobile Meßanlag'e nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußkammer (1) einen oberen Auslaß (14) in der Höhe des Bodens (5) und einen unteren Auslaß (15) am Ring (4) besitzt.
7. Mobile Meßanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabschirmung (29, 30, 31, 32) aus einzelnen Ringen und die Zusatzabschirmung (34) aus Scheiben bestehen, wobei die Scheiben (34) an dem als Boden

(32) ausgebildeten vordersten Ring (31) der Teilabschirmung (29 bis 31) angeordnet sind.
8. Mobile Meßanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Zylinder (18) mit dem Vakuumgefäß (9) und dem Strahlungsdetektor (10) an dem Ring (29) der Teilabschirmung befestigbar sind.
9. Mobile Meßanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (29 bis 34) in einem Gestell (36) mittels Bändern (42) gehaltert ist.

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