DE2749998C3 - Federkraftmeßgerät - Google Patents
FederkraftmeßgerätInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Ermittlung und Überprüfung der Federkraft der in
Abstandshaltergittern für Kernreaktorbrennclemente eingesetzten federnden Abstandshalternoppen, die den
je Abstandshaltermasche umfaßten Brennstab gegen gegenüberliegende starre Abstandshalternoppen drükken.
Kernreaktorbrennelemenle bestehen im allgemeinen
aus einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Brennstäben, die durch Abstandshaltergitter im gewünschten
Sollabstand zueinander gehalten werden. Diese Abstandshaltergitter wiederum sind normalerweise
aus sich kreuzenden Blechstegen aufgebaut. Die dadurch gebildeten Maschen werden jeweils von einem
Brennstab durchsetzt. Für die Zentrierung dieses Brennstabes in der jeweiligen Masche sind federnde und
starre Anlagenoppen vorgesehen, wobei normalerweise in axialer Richtung des Brennstabes gesehen zwei
starren Anlagenoppen an der einen Abstandshalterwand eine federnde Anlagenoppe auf der parallel dazu
verlaufenden Abstandshallerwand gegenüber angeordnet
ist. Diese Zentrierungsmethode erlaubt nicht nur ein leichtes Einführen der Brennstäbe in die Abstandshaltermaschen,
sondern gewährleistet auch während des Reaktorbetriebes eine möglichst große Schwingungsfreiheit
der vom Reaktorkühlmittel mit großer Geschwindigkeit umströmten Brennstäbe. Den federnden
Anlagenoppen kommt dabei besondere Bedeutung zu. Deren Federkraft muß, abgesehen von der
Genauigkeit der räumlichen Dimensionierung, in engen Toleranzen konstant sein, damit die oben erwähnten
Funktionen des Abstandshaltergitters, insbesondere bezüglich des Schwingungsverhaltens, gewährleistet
bleiben.
Es ergab sich daher die Aufgabe, einerseits während der Fertigung der Abstandshaltergitter und andererseits
auch für die Überprüfung bereits im Kernreaktorbetrieb eingesetzt gewesener Abslandshaltergitter ein einfach
zu bedienendes Meßgerät zu finden, das die Federkraft
ίο der federnden Anlagenoppen zu messen und zu
überprüfen gestattet
Die Lösung dieser Aufgabe liegt erfindungsgemäß in einem Meßgerät, das aus einem Kraftmeßdorn besteht,
der den gleichen Durchmesser wie die durch das Abstandshaltergitter zu fixierenden Brennstäbe aufweist
und einen Biegebalken enthält, dessen freies Ende mit der zu messenden federnden Anlagenoppe in
Berührung steht und dessen anderes, mit dem Dorn fest verbundenes Ende mit wenigstens einem Dehnungsmeßstreifen
versehen ist.
Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Zur näheren Veranschaulichung dieses Gerätes sei auf die in den Fig.2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele
verwiesen.
Die F i g. 1 zeigt in der Draufsicht eine Abstandshaltermasche eines Abstandshalters; diese besteht aus
den Wanden 1, 2, 3 und 4, die die Abschnitte von sich kreuzenden hochkam angeordneten Stegen darstellen.
In diesen Maschenwänden sind federnde Anlagenoppen 5 sowie starre Anlagenoppen 6 angeordnet. Weiter ist
dort die Lage eines Brennstabes 20 eingezeichnet, der an der starren Anlagenoppe 6 anliegt und die federnden
Anlagenoppen 5 dabei leicht elastisch verformt.
J5 Um eine betriebssichere Einspannung der Brennstäbe
20 in den Abstandshaltermaschen zu gewährleisten, müssen die federnden Anlagenoppen 5 dabei bestimmte
Anpreßkräfte aufbringen. Die Federkräfte wurden bisher durch eine indirekte Messung überprüft, die lichte
Weite zwischen Federn und starren Anlagenoppen (eingeschriebener Maschendurchmesser) wurde mit
Grenziehrdornen erfaßt. Der zulässige Bereich dieser
lichten Weite wurde empirisch festgelegt. Es stellte sich jedoch heraus, daß dieses Prüfverfahren zu ungenau und
mit Unsicherheiten behaftet ist. So wird die Streuung der Federkräfte nicht erfaßt, die Messung der lichten
Weite ist vom Prüfer abhängig und die wirklich vorhandene Federkraft kann nicht bestimmt, sondern
nur ihr Kraftbereich angegeben werden.
Der exakten Messung dieser Federkräfte und damit auch der Federkennlinie dient das erfindungsgemäße
Meßgerät, wie es in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 und 3 dargestellt ist.
Das Beispiel in Fig. 2 besitzt keinerlei von der Reibung abhängige, mechanisch bewegliche Teile, es ist
außerdem klein und handlich und läßt sich getrennt von der Anzeigeeinrichtung handhaben. Diese Einrichtung
ist daher auch von geringem Eigengewicht, so daß auch von dieser Seite her Störungen des Meßergebnisses
vermieden werden. Hinzu kommt, daß diese Einrichtung in beliebiger Lage, also auch in vertikaler Richtung in
das Abstandshaltergitter eingesetzt werden kann, so daß damit ein Verkanten des Meßgerätes in der
Abstandshaltermasche infolge seines Eigengewichtes
fi5 ausgeschlossen ist.
Die Fig.2 zeigt einen Axialschnitt durch eine Abstandshaltermasche. Auf der Maschenwand 2 sind
zwei starre Anlagenoppen 6 und auf der Maschenwand
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1 eine federnde Anlagenoppe 5 angebracht Zur Messung der Federkaft der letzteren besteht das
Meßgerät aus einem geschliffenen Dorn 11, der in seinem Durchmesser genau den in die Abstandshaltermaschen
einzusetzenden Brennstäben 20 entspricht
Dieser Dorn ist nun in der dargestellten Weise mit einem Schlitz 12 versehen, beispielsweise durch
Elektronenstrahlbearbeitung oder Funkenerosion, so daß sich ein Biegebalken 13 ergibt Dieser Biegebalken
ist am Übergang zum massiven Teil des Domes 11 mit
wenigstens einem Dehnungsmeßstreifen 17 versehen, der über einen Verstärker 15 an ein entsprechendes
Anzeigegerät 16 angeschlossen ist Dies ist jedoch Stand der Technik, so daß nähere Einzelheiten der Übersichtlichkeit
halber hier nicht dargestellt sind. Der Dorn 11
ist in einem wärmeisolierenden Handgriff 14 befestigt der gleichzeitig in der dargestellten Weise als Anschlag
gegenüber dem Abstandshaltergitter dient, so daß damit der Berührungspunkt zwischen der Feder 5 und dem
Biegebalken 13 stets genau festgelegt ist Die Schlitzung 12 dieses Biegebalkens ist dabei so geführt, daß die
Anlagestelle 18 der um 90° in der Abstandshaltermasche versetzten federnden Anlagenoppe 5 auf den
massiven Teil des Domes 11 zu liegen kommt und damit die Anzeige nicht verfälschen kann. Das Meßprinzip
dieser Vorrichtung beruht dabei darauf, daß durch die Anlage der federnden Noppen 5 an dem Biegebalken 13
eine geringfügige Durchbiegung derselben erfolgt, die wiederum von dem Dehnungsmeßstreifen 17 elektrisch
aufgenommen und über den Verstärker 15 sowie einer zwischengeschalteten Meßbrücke am Anzeigegerät 16
.sichtbar gemacht wird.
Die Eichung dieses Gerätes ist dabei sehr einfach, da lediglich der Biegebalken 13 am Berührungspunkt mit
der federnden Anlagenoppe 5 mit bekannten Kräften belastet werden muß. Es hat sich gezeigt, daß dieses
Meßgerät ein sehr zuverlässiges Arbeiten erlaubt, das Ausmessen der einzelnen Federn in den Abstandshaltermaschen
geh: sehr rasch vor sich. Da der Griff 14 des Domes 11, durch den auch die Meßleilungen herausgeführt
sind, wärmeisolierend aufgebaut ist, sind auch keine Verfälschungen der Meßwerte durch einen
Wärmeübergang von der Bedienungsperson auf das eigentliche Meßgerät möglicht.
25
30
35
40 Da der Dorn 11 stets den Durchmesser der jeweilig
zur Anwendung kommenden Brennstäbe 20 aufweisen muß, ist es notwendig, für die Ausmessung verschiedener
Abstandshaltergeometrien Dorne 11 der entsprechenden Abmessungen bereitszustellen. Diese können
dabei gegenüber dem Handgriff 14 und der elektronischen Meßwerteverarbeitung mit Hilfe einer mechanischen
Kupplung auswechselbar gemtcht werden.
Im Unterschied zu F i g. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel
nach Fig.3 einen hohlen Dorn 21, in dessen Inneren ein Biegebalken 22 einseitig befestigt ist
Dehnungsmeßstreifen 17 sind wiederum in der Nähe dieser Befestigungsstelle angebracht und die Meßleitungen
durch den hier nicht eingezeichneten Handgriff (siehe F i g. 2 Bezugszeichen 14) herausgeführt
Am freien Ende dieses Biegebalkens 22 ist ein radialer Bolzen 23 angebracht, der zur Anlage an der
Federnoppe 5 durch eine Bohrung 24 des Domes 21 nach außen ragt
Diese Ausführungsform ist gegenüber jener nach Fig.2 gegen äußere Einflüsse besser geschützt Sie
kann außerdem z. B. mit Hilfe einer elastischen Gummimasse abgedichtet werden, so daß sie auch z. B.
unter Wasser eingesetzt werden kann.
Zur weiteren Veranschaulichung dieses Gerätes sei erwähnt daß der Dorn 11 bzw. 21 entsprechend dem
Durchmesser der Brennstäbe einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 mm besitzt Die Durchbiegung
des Biegebalkens 13 bzw. 22 am Angriffspunkt der Feder liegt in der Größenordnung von 16 Mikrometer.
Anstelle der Dehnungsmeßstreifen können selbstverständlich auch andere Kraftaufnehmer, wie z. B. solche
piezoelektrischer Art, Verwendung finden.
Abschließend sei erwähnt, daß ein derartiges Meßgerät bei allen Abstandshaltertypen Verwendung
finden kann, in denen Federn zur Zentrierung von Brennstäben dienen. Die Dorne 11 bzw. 21 müssen dann
nur jeweils der Abstandshaltergeometrie angepaßt werden. Selbstverständlich könnten solche Meßgeräte
sinngemäß auch zur Ausmessung der Federkaft bei anderen Geräten verwendet werden, die außerhalb der
Kernkraftwerkstechnik liegen, bei denen aber ebenfalls eine einfache und zuverlässige Kontrolle federnder
Teile notwendig ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Meßgerät zur Ermittlung und Überprüfung der
Federkraft der in Abstandshaltergittern für Kernreaktorbrennelemente eingesetzten federnden Abstandshalternoppen,
die den je Abstandshaltermasche umfaßten Brennstab gegen gegenüberliegende starre Abstandshalternoppen drücken, dadurch
gekennzeichnet, daß es aus einem Kxaftmeßdorn (11,21) besteht, der den gleichen Durchmesser
wie die durch das Abstandshaltergitter zu fixierenden Brennstäbe aufweist und einen Biegebalken
(13/22) enthält, dessen freies Ende mit der zu messenden federnden Abstandshalternoppe (5) in
Berührung steht und dessen anderes, mit dem Dorn (11/21) fest verbundenes Ende mit wenigstens einem
Dehnungsmeßstreifen (17) versehen ist.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegebalken (13) durch spannungsfreie
Schlitzung des Domes (11) ausgebildet ist.
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ausbildung des Biegebalkens
(13) vorgesehene Schlilzung (12) so gerichtet ist, daß
die in bekannter Weise um 90° versetzte zweite federnde Abstandshalternoppe (5) nur Berührung
mit dem massiven Teil des Domes (11) hat.
4. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (21) hohl ist und der
Biegebalken (22) zentrisch in diesem mit seinem einen Ende befestigt ist sowie an seinem freien Ende
mit einem radial durch eine seitliche Bohrung (24) des Domes (21) vorstehenden, vorne abgerundeten
Bolzen (23) zur Anlage an der federnden Abstandshalternoppe (5) versehen ist.
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