DE2827927C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abstandshalter für in einem Kernbrennstoffelement enthaltene Brennstäbe, mit durch senkrecht zueinander angeordnete Blechstege gebildeten Gitterzellen quadratischen Querschnitts, wobei jede Gitter­ zelle zumindest eine Federzunge aufweist, die sich mit ihrem Mittelteil in die Gitterzelle vorwölbt und die mit ihren Endabschnitten in Schlitzen gehaltert ist, welche in einem der die Gitterzelle begrenzenden Blech­ stege quer zur Längserstreckung der Federzunge ausgebildet sind, dergestalt, daß die Endabschnitte bei Ausübung eines Drucks auf den Mittelteil in Längsrichtung der Federzunge verschiebbar sind. Ein derartiger Abstandshalter ist beispielsweise aus der DE-OS 18 13 878 bekannt.

Der bekannte Abstandshalter weist Federzungen auf, die an ihren Endabschnitten U-förmig umgebogen und mit diesem U-förmigen Abschnitt in Aussparungen des Steggitters eingehängt sind. Diese Aussparungen sollen eine über ein geringes Spiel hinaus gehende Verschiebung der Feder­ zungen quer zu deren Längsrichtung verhindern. Anderer­ seits können sich die U-förmigen Abschnitte der Feder­ zungen von dem Boden der Aussparungen fortbewegen, wenn auf die Vorwölbung der Federzunge eine Druckkraft ausgeübt wird, durch die der Abstand zwischen den beiden U-förmigen Abschnitten zunimmt. Die genannte Druckschrift weist bereits darauf hin, daß bei dem U-förmigen Umbiegen der Endabschnitte der Federzungen Materialrisse auftreten können.

Aus der DE-OS 15 64 430 sind Abstandshalter mit Federzungen bekannt, bei denen ein Endabschnitt U-förmig umgebogen ist, während der andere Endabschnitt an der Oberfläche des zugeordneten Blechstegs anliegt. Die Federzungen übergreifen mit ihrem U-förmigen Abschnitt eine Ausnehmung in dem zugeordneten Blechsteg. Oberhalb der Ausnehmung angeschweißte Laschen sollen verhindern, daß sich die Federzunge in unerwünschter Weise in ihrer Längsrichtung verschieben kann. Eine Verschiebung der freien Endabschnitte der Federzungen senkrecht zu der Längsachse der Brenn­ elemente wird dadurch verhindert, daß auf dem zugeordneten Blechsteg Vorsprünge beidseitig des freien Endabschnitts der Federzunge vorgesehen sind, wobei sich der freie Endabschnitt zwischen den beiden Vorsprüngen verschieben kann. Auch bei diesem Abstandshalter treten aufgrund der U-förmigen Umbiegungen der Federzungen Schwierig­ keiten in bezug auf Materialrisse auf. Zwar lassen sich grundsätzlich derartige Materialrisse dadurch vermeiden, daß die Federzungen an den Umbiegeabschnitten ausgeglüht werden, allerdings erfordert dies bei der Herstellung der Federzungen einen besonderen Arbeitsvorgang, der darüber hinaus noch mit großer Sorgfalt durchgeführt werden muß, um sicherzustellen, daß der zur Federung dienende Bereich der Federzunge nicht ausgeglüht wird, sondern elastisch bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abstands­ halter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei dem die Federzungen ohne U-förmiges Verbiegen der Endabschnitte und ohne das damit verbundene Bruchrisiko an den Blechstegen angebracht sind.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Hierdurch erfolgt in vorteilhafter Weise ein Ausgleich der Reaktionskräfte auf die Blechstege der Gitterzellen, so daß das von den Druckkräften auf die Brennstäbe her­ rührende Moment nicht kompensiert werden muß. Durch den Ausgleich der Druckkräfte werden Schwierigkeiten vermieden, die sonst beim Abbrand der Brennstäbe auftreten und mög­ licherweise zu einem plötzlichen Lösen einer Federzunge führen könnten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ausschnittsansicht eines Gitters nach der Erfindung, wobei insbesondere der Grundaufbau des Gitters und die Anbringung von Federzungen in diesem Gitter verdeutlicht sind, die Stützfedern für die mit einem Mantel versehenen Brennstäbe des Brennelements bilden;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Gitters nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, wobei die Anbringung der Federzungen und der Distanzbuchsen in diesem Gitter verdeut­ licht sind;

Fig. 2a eine perspektivische Ausschnittsansicht des Gitters nach Fig. 2 in auseinanderge­ zogener Darstellung;

Fig. 3 eine Detailansicht einer Federzunge des Gitters in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 und 5 zwei weitere Ausführungsformen einer Federzunge und ihrer Anbringung in den Feinblechstegen des Gitters;

Fig. 6 eine Fig. 2 ähnliche Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des Gitters, bei der die Feinblechstege die Gitterzellen in dem Gitter begren­ zen.

In der perspektivischen Ansicht nach Fig. 1 ist mit 1 insge­ samt ein Brennelement für einen Kernreaktor, insbesondere für einen Druckwasserreaktor bezeichnet, das ein Bündel aus mit einem Hüllmantel versehenen Brennstäben 2 umfaßt, die in regelmäßigen Abständen in Längsrichtung der Stäbe durch Gitter gehalten sind, die als sogenannte Abstandshaltergitter bezeichnet werden und mit der Bezugsziffer 3 versehen sind. Das Gitter 3 weist einen Außenrahmen auf, der von Seitenplat­ ten 4 und 5 gebildet wird, die an ihren Enden in Berührung zweckmäßig miteinander mit Hilfe von Nieten 6 oder anderen ge­ eigneten Mitteln verbunden sind. Im Innenraum des Gitterrah­ mens, der von den Seiten 4 und 5 und zwei weiteren parallelen, nicht dargestellten Seiten gebildet wird, sind zwei Gruppen von transversalen Feinblechstegen 7 und 8 angeordnet, wobei die Feinblechstege ein- und derselben Gruppe zueinander parallel und von Gruppe zu Gruppe zueinander senkrecht derart angeordnet sind, so daß sie mehrere Gitterzellen 9 begrenzen, in die die Brennstäbe 2 des Brennstabbündels ein­ gesetzt werden.Weiterhin sind auf an sich bekannte Art und Weise in einigen der Gitterzellen 9 Buchsen 10 eingesetzt, durch die Rohre oder Zugschraubenbolzen 11 gehen, die zweckmäßig in der Anordnung von den Brennstabbündeln ver­ teilt sind und einen entsprechenden Abstand in dem Brennele­ ment freihalten oder gegebenenfalls als Führungsrohr beim Einsetzen von Steuerelementen (nicht gezeigt) in das Bündel dienen. Gemäß einer ebenfalls bekannten Auslegung weist das Gitter 3 in seiner Außenfläche der den Umfangsrahmen bilden­ den Seitenplatten 4 und 5 reliefförmig vorstehende Rippen 12 auf, die dazu bestimmt sind, zwischen zwei benachbarten Gittern in zwei benachbarten Brennelementen in dem Kern eines Kernreaktors einen ausreichenden Abstand aufrecht zu erhalten. Schließlich weisen die Ober- und Unterkanten des Gitters 2 zahnförmig profilierte Teile 13 auf, die geringfügig in Rich­ tung des Innenraumes der Gitter geneigt sind, und während des Einsetzens irgendeines Brennelements in den Kern vermeiden, daß sich die Gitter des Brennelements mit den Gittern verfangen, die den benachbarten und bereits eingesetzten Brennelementen zugeordnet sind.

Auf an sich übliche Art und Weise werden die in den Innenraum der Gitterzellen 9 eingesetzten Brennstäbe 2 am Umfang des Gitters 3 dadurch gehalten, daß auf den den Rahmen bildenden Platten 4 oder 5 ortsfeste Auflagerstellen 14 vorgesehen sind, die in der Nähe von oberen und unteren Anschlägen der Platten als Ausbauchungen ausgebildet sind. Die Brennstäbe 2 sind weiterhin in Anlagekontakt gegen die orts­ festen Auflagerstellen 14 mit Hilfe von Federzungen 15 gehal­ ten, deren nähere Einzelheiten anhand der Fig. 2 bis 6 näher erläutert werden. Diese Federzungen sind ebenfalls auch in allen anderen Gitterzellen des Gitters vorgesehen, um die Brennstäbe von Punkt zu Punkt immer sicher zu halten.

Wie sich insbesondere den Fig. 2 und 2a entnehmen läßt, ist jede Federzunge 15 auf einem Blechsteg 7 oder 8 des Git­ ters aufgesetzt und umfaßt insbesondere zwei Endabschnitte, die mit 16 und 17 bezeichnet sind und die sich in der Ebene des zugeordneten Blechsteges erstrecken, um auf diesem auf die zuvor beschriebene Art und Weise angebracht zu werden. Die Endabschnitte 16 und 17 liegen durch einen Mittelab­ schnitt 18 getrennt voneinander, der derart profiliert ist, daß er zwei hervorragende Vorsprünge bildet, die entsprechend mit 19 und 20 bezeichnet sind und in Richtung auf zwei dem Gitter benachbarte Gitterzellen 9 weisen, die durch den Blechsteg 7 oder 8 abgeteilt werden, der die zugeordnete Federzunge 15 trägt.

Um die Federzungen in bezug zu den jeweiligen Blechstegen, beispielsweise einem Blechsteg 7, sicher festzulegen, weist dieser insbesondere gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 zwei Schlitze 21 und 22 auf, die in der Nähe der oberen und unteren Anschläge dieses Blechsteges vorgesehen sind. Der Blechsteg weist in seinem Mittelbereich große Aussparungen 7 a auf, damit einerseits die hervorspringenden Vorsprünge 19 und 20 der Federzunge 15 durchgehen können und ande­ rerseits die Werkstoffmenge für den Blechsteg 7 auf die notwendigste Menge verringern zu können. Die Schlitze 21 und 22 machen somit eine transversale Materialversetzung bei den Blechstreifen erforderlich, so daß sich drei entsprechend mit 23, 24 und 25 bezeichnete Abschnitte bilden. Der Mittelab­ schnitt 24 liegt zu einer Seite der Federzunge und die Auswölbungen 23 und 25 zur anderen Seite der Federzunge derart versetzt, daß beispielsweise das Ende 16 dieser Federzunge unter Durchgang durch die Schlitze 21 und 22 in Eingriff mit den Abschnitten kom­ men kann, was sich am besten der Schnittansicht nach Fig. 2 entnehmen läßt. Ebenfalls ist eine ähnliche Auslegung und Ausbildung des gegenüberliegenden Abschnittes desselben Blech­ steges vorgesehen, um das den Endabschnitt 17 der Federzunge 15 in Eingriff zu bringen. Die Federzunge ist somit durch ihre beiden Endabschnitte gegen den Blechsteg anliegend gehalten. Vorzugsweise weisen die Endabschnitte 16 und 17 der Federzunge 15 ein äußeres freies Ende 26 auf, das geringfügig umgebogen ist und einen An­ schlag für die Federzunge bildet, indem es zur Anlage gegen den Anschlag des Blechsteges kommt, wie sich das insbesondere den Fig. 2 und 2a entnehmen läßt, wobei eine freie Bewegung der Federzunge möglich ist, indem sie gegen die Ebene des Blech­ steges gleitet, wenn sich die Federzunge unter der Einwirkung der in die beiden entsprechenden benachbarten Gitterzellen eingesetzten Brennstäbe nach innen durchbiegt.

In Fig. 3 sind die vorstehend beschriebenen konstruktiven Details in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die dargestellte Federzunge 15 ist zwei Brennstäben des Bündels zugeordnet, die mit 2 ₁ und 2 ₂ bezeichnet sind. Diese Brennstäbe sind in zwei be­ nachbarten Gitterzellen 9 ₁ und 9 ₂ eingesetzt. Die Federzunge 15 ist in durchgezogenen Linien in ihrer Stel­ lung gezeigt, die sie einnimmt, wenn die Brennstäbe 2 ₁ und 2 ₂ noch nicht in die Gitterzellen eingesetzt sind. Die Federzunge 15 ist in unterbrochenen Linien in dem Zustand ge­ zeigt, den sie einnimmt, wenn die Brennstäbe eingesetzt werden. Wie sich der Figur entnehmen läßt, wird auf die hervorsprin­ genden Vorsprünge 19 und 20 durch die Brennstäbe eine Beanspruchung ausgeübt, die eine Axialverschiebung der Endabschnitte 16 und 17 zur Folge hat, wobei sich die umgebogenen Endkanten 26 der Endabschnitte 16 und 17 entsprechend zum Gitter nach oben und unten verschieben können, wenn das Gitter horizontal liegt und die Brennstäbe vertikal verlaufen, wobei diese Anordnung dem Zustand ent­ spricht, wenn das Brennelement in den Reaktorkern eingesetzt wird.

Vorteilhafterweise und auf an sich bekannte Art können die Federzungen aus einem Material hergestellt sein, daß der Strah­ lung standhalten kann, d. h., das während des Einsatzes des Brennelements in dem Kern eine ausreichende Elastizität bei­ behält. Ein derartiges Material ist beispielsweise "Inconel". Die Blechstege 7 und 8 des Gitters 3 sind im Gegensatz hierzu aus einem Material ausgebildet, das eine geringe Neu­ tronenabsorptionsfähigkeit, wie z. B. "Zircalloy" besitzt.

Dank der vorbeschriebenen Ausbildungsformen, und insbesondere dank der speziellen Anbringung der Federzungen ist jede Fe­ derzunge zwei benachbarten Gitterzellen zugeord­ net, und jede Gitterzelle mit Ausnahme derer, die am Umfang des Brennelements angeordnet und in Berührung mit den ortsfesten Auf­ lagern 14 der den Rahmen des Gitters begrenzenden Platten 4 und 5 sind, weist vier unabhängige Federzungen 15 auf, die an den entsprechenden vier Seiten der Gitterzelle lie­ gen. Durch diese Ausbildung sind für jeden Brennstab 2 vier elastische Auflagerpunkte ohne jede ortsfeste Auflagerstelle derart sichergestellt, daß sich eventuelle Verformungen die­ ser Federzungen allmählich übertragen und günstig in dem Brennelement mit dem Stabbündel und dem Gitter ausgegli­ chen werden können. Alle Federzungen können sich einzeln und ent­ sprechend den einwirkenden Beanspruchungen gleitend bezüglich der Blechstege des Gitters entsprechend der vorbeschriebe­ nen Weise bewegen. Derart erhält man nicht nur einen Druck­ ausgleich an den Federzungen, sondern es wird auch eine Möglichkeit geschaffen, daß sich jede Federzunge unter Vermeidung von orts­ festen Auflagerpunkten in doppelter Richtung durchbiegen kann, so daß sich diese Federzungen sowohl bei der Fertigung als auch bei der Montage einfach einstellen lassen.

Die Blechstege 7 und 8, die die Gitterzellen 9 begrenzen, und der von den Umfangsplat­ ten 4 und 5 gebildete Rahmen, werden mit Hilfe von geeigneten Befestigungsmitteln zusammengehalten. Hierfür kommt insbe­ sondere eine Verschweißung oder ein Löten oder die Verwen­ dung von Stiften (nicht dargestellt) in Betracht, deren mit den Platten 4 und 5 verbundenen Enden gebogen und durch eine Lötstelle bzw. eine Schweißstelle befestigt sein können. Dieser Zusammenhalt wird weiterhin durch die Buchsen 10 verstärkt, die in bestimmten zellenförmigen Hohlräumen 9 eingelegt sind und durch die Rohre oder Zugschraubbolzen 11 für das Brennelement durchgehen können.

In den Fig. 4 und 5 sind zwei weitere abgewandelte Ausführungs­ formen der Anbringung jeder Federzunge 15 einerseits und der Gestalt dieser Federzungen andererseits gezeigt. Die Feder­ zunge 15 nach Fig. 4 ist derart ausgelegt, daß ihre Endabschnitte 16 und 17 durch einen Schlitz 28 gehen, der an dem Ende jedes Blechsteges 7 und 8 vorgesehen ist. Sie erstrecken sich dann unter eine Auswölbung 29, die entsprechend aus­ gebaucht ist, und sie kommen dann in Eingriff mit einem Sitz 30, in dem ein ausreichender Zwischenraum zu dem Grund des Sitzes freibleibt, um entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 3 eine ausreichende Verschiebung und Versetzung der Feder­ zungen zuzulassen, die durch die Einwirkung von Kräften auf die hervorspringenden Vorsprünge 19 und 20 bewirkt werden, wenn die Brennstäbe 2 in die jeweiligen Gitterzellen Hohlräume eingebaut werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 weist die Federzunge 15 drei Auswölbungen auf. Diese treten an die Stelle der Ausfüh­ rungsform der Federzunge mit zwei Auswölbungen, von denen je­ weils eine einer der beiden Gitterzellen zugewandt liegt, die bezüglich des Blechsteges benachbart liegen. Bei der Ausführungsform mit drei Auswölbungen weisen eine in der Mitte liegende Auswölbung 31 zu einer der Gitterzellen und die beiden seitlich davon liegenden Auswölbungen 32 und 33, die die erste Auswölbung umgeben, zu dem benachbarten zellenförmigen Hohlraum.

Bei einer weiteren in Fig. 6 gezeigten abgewandelten Ausfüh­ rungsform wird jeder Blechsteg 7 (oder 8) von zwei parallelen plat­ tenförmigen Blechstegen 7 ₁ und 7 ₂ gebildet. Bei der dargestell­ ten Ausführungsform wird der Blechsteg beispielsweise von zwei derartigen plattenförmigen Blechstegen gebildet, die von­ einander in ein- und derselben Ebene in dem oberen und unte­ ren Ende des Gitters getrennt angeordnet sind. Die Blech­ stege sind wie bei der ersten Ausführungsform an den Plat­ ten 4 und 5 festgelegt, die den Außenrahmen begrenzen. Um beim Zusammenbau des Gitters diese Blechstege 7 ₁ und 7 ₂ in ihrer Lage sicher zu halten, sind vorteilhafterweise auf den Zwi­ schenbuchsen 10 spaltförmige Schlitze 43 vorgesehen, die nach außen hin offen sind und in vier Zonen auf dem Umfang der Buchse um 90° zueinander verteilt angeordnet sind. Die spalt­ förmigen Schlitze 43 sind in zwei separaten Höhen derart aus­ geformt, daß sie in Eingriff unter jedem Blechsteg 7 ₁ und 7 ₂ kommen, so daß diese sicher gehalten sind. Die Blechstege sind ebenfalls durch die umgebogenen Ränder 27 unbeweglich, die wie zuvor an den Enden der Buchsen vorgesehen sind.

Bei der gleichen abgewandelten Ausführungsform ist eine wei­ tere mögliche Gestalt für die Federzungen 15 darge­ stellt, die Federn bilden und deren Enden 44 auf der Ebene der Blechstege 7 ₁ und 7 ₂ gleiten können. Die Enden greifen unter Durchgang durch die Schlitze 45 und 46 in diese Blechstege ein. Die Enden 38 weisen ferner einen vertieften bzw. ausgenommenen Bereich 47 auf, der mit einer Nase 48 zusammen­ arbeiten kann, die auf den Blechstegen vorgesehen ist, um End­ anschläge am Ende ihres Verschiebungsweges zu bilden, da sich die Federzungen unter der Einwirkung der von den Brennstäben aus­ geübten Kräfte verschieben, wenn diese in die zellenförmigen Hohlräume eingebaut werden.

Claims (3)

1. Abstandshalter für in einem Kernbrennstoffele­ ment enthaltene Brennstäbe, mit durch senkrecht zueinander angeordnete Blechstege gebildeten Gitterzellen quadra­ tischen Querschnitts, wobei jede Gitterzelle zumindest eine Federzunge aufweist, die sich mit ihrem Mittelteil in die Gitterzelle vorwölbt und die mit ihren Endabschnit­ ten in Schlitzen gehaltert ist, welche in einem der die Gitterzelle begrenzenden Blechstege quer zur Längser­ streckung der Federzunge ausgebildet sind, dergestalt, daß die Endabschnitte bei Ausübung eines Drucks auf den Mittelteil in Längsrichtung der Federzunge verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechsteg (7, 8) im Bereich der Schlitze (21, 22; 28; 45, 46) mit Auswölbungen (23, 25; 29) versehen ist, die je nach Verschiebungsposition der Endabschnitte (16, 17) verschiedene Teile der Endabschnitte (16, 17) umgreifen, und daß sämtliche in den verschiedenen Verschiebe­ positionen der Endabschnitte (16, 17) von den Auswölbungen (23, 25; 29) umgriffenen Teile der Endabschnitte (16, 17) insgesamt eben ausgebildet sind.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endabschnitt (16, 17) sich durch zwei Schlitze (21, 22) erstreckt und von zwei laschenartigen Auswöl­ bungen (23, 25) umgriffen ist, wobei die äußeren freien Enden (26) der Endabschnitte (16, 17) als Begrenzungs­ anschläge für die Verschiebung gebogen sind.

3. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Endabschnitte (16, 17) sich durch nur einen Schlitz (28) erstreckt und daß die freien Enden der End­ abschnitte (16, 17) ab dem Schlitz (28) vollständig von den Auswölbungen (29) aufgenommen sind.