DE3242216C2

DE3242216C2 - Vorrichtung zur Erzeugung einer ruhenden Berührungsdichtung mit plastischer Formänderung

Info

Publication number: DE3242216C2
Application number: DE19823242216
Authority: DE
Inventors: Peter 7513 Stutensee Babiak
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: BABIAK, PETER, 7513 STUTENSEE, DE
Priority date: 1982-11-15
Filing date: 1982-11-15
Publication date: 1984-12-06
Also published as: DE3242216A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer ruhenden Berührungsdichtung mit plastischer Formänderung zwischen zwei gegeneinander abzudichtenden ringförmigen Stirnseiten, beispielsweise des Randes eines Gefäßes zur Aufnahme bestrahlter Brennelemente von Kernreaktoren mit zugehörigem Deckel, unter Verwendung von mindestens einer sog. deltaförmigen Schneidkante. Zweck der Erfindung ist es, Verschluß und Abdichtung eines solchen Gefäßes besonders schnell und dauerhaft herbeizuführen. Dieser wird dadurch erzielt, daß das eine Element der beiden gegeneinander abzudichtenden Teile, z. B. das Teil mit der Schneidkante, unter bleibender Vorspannung mit ausreichend plastischer Verformung ermöglichender, hoher Energie bzw. Geschwindigkeit gegen das andere, aus weicherem Material gefertigten Element bis zur Anlage gebracht wird. Dazu wird eine besondere Vorrichtung angegeben, die sich in vorgespanntem Zustand in das Gefäß einsetzen, durch Drehen in diesem verriegeln und durch anschließendes Weiterdrehen auslösen läßt. Die hohe Vorspannung sorgt dann für den gewünschten Abdichtungseffekt.

Description

andererseits die notwendige Dichtkraft zu erzeugen. Von ganz besonderem Vorteil ist dabei die Wirtschaftlichkeit und der geringe Aufwand, der mit dem Verschließen verbunden ist, denn der gesamte Deckelmechanismus kann vor dem Einsetzen vorgefertigt werden. Darüber hinaus werden bei Temperaturunterschieden durch Wärmeentwicklung im Behälter die verschiedenen Dehnungen des Systems durch die Feder aufgefangen, ohne daß die Verbindung undicht wird.

Die Erfhdung wird anhand der Fig. ί bis 5 näher erläutert Es zeigt die

F i g. 1 einen Querschnitt durch den Behälter mit aufgesetztem Deckel und eingeriegelter Vorrichtung, die

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie AA der F i g. 1, die

F i g. 3 einen Schnitt entlang BB der F i g. 1 und die

F i g. 4 einen Schnitt entlang CCder F i g. 1, die

F i g. 5 die Einzelheit D der F i g. 1.

Die F i g. 1 zeigt den Behälter 1 — für eh.en speziellen Anwendungsfall eine Kokille zur Aufnahme von bestrahlten Kernreaktorbrennelementstäben — der unter Zwischenschalten einer Dichtung 3 mit dem Deckel 7 verschlossen werden soll. Als Material für Behälter und Deckel finden Chrom-Nickel-Stähle, als Dichtungsmaterial vorzugsweise Reinaluminium Verwendung. Daraus ergibt sich die Form der eigentlichen Dichtungsstelle, die als Berührungsdichtung mit plastischer Formänderung ausgeführt ist. Die Dichtungsstelle wird dadurch gebildet, daß eine »Delta-förmige« Schneidkante 4 vom Deckelrand 5 bzw. von der Behälterstirnfläche 6 her in den Dichtungsring 3 gedrückt wird. Dieses »Drücken« erfolgt jedoch schlagartig, indem die Verformungsarbeit in einer Feder 9 gespeichert, freigegeben und dann durch einen Schlagimpuls auf den Dichtungsring 3 aufgebracht wird. Nach dieser Aufbringung bleibt die Dichtung weiter unter der Vorspannung der Feder 9. Es hat sich dabei gezeigt, daß zur Erzielung einer dauerhaften Abdichtung mindestens eine Fläche der Schneidkanten 4 oder bei meheren Schneidkanten 4 je eine Fläche — etwa in Schwalbenschwanzform — in der Ebene der Impulsrichtung bzw. senkrecht zur Oberfläche des Dichtungsringes 3 liegen muß.

Der Deckel 7 weist an seiner Innenseite einen zentrischen Zugbolzen 2 auf, der an seinem unteren Ende mit einem Gewinde 12 versehen ist. Über den Zugbolzen 2 ist eine Führungshülse 8 aufgesteckt, an deren Außenfläche im oberen bzw. dem Deckel zugewendeten Bereich drei über den Umfang verteilte Bajonett-Außennocken 16 angebracht sind. An ihrem unteren Ende 17 ist die Führungshülse 8 entsprechend der Form der Nocken 24 geschlitzt, wobei an den stehenbleibenden Stegen 18, weitere drei über den Umfang verteilte und nach innen weisende Bajonett-Innennocken 19 bestimmter Höhe mit einer Hinterdrehung 27 ingebracht sind.

In dem Innenraum 20 der hohlen Führungsbüchse 8 ist eine Feder 9 über den Schaft 2 gesteckt, die sich an der einen Seite innen gegen die Hülse 8 und an der anderen Seite gegen eine ebenfalls über den Schaft 2 gesteckte Vot-spannhülse 10 abstützt. Die Vorspannhülse 10 sitzt auf dem Schaft 2 längsbeweglich, ist ihm gegenüber aber du^hch die Paßfeder 11 gegen Verdrehen gesichert. Die VorSpannhülse 10 weist an ihrer Außenseite im obefen Bereich drei weitere, über den Umfang gleichmäßig verteilte Bajonett-Nocken 21 auf, die der Einteilung uhd den Bogenlängen der drei Innennocken 19 entsprechen. Die Nocken 21 oder Vorspannhülse 10 werden in die Zwischenräume 22 der Führungsbuchse 8 soweit geschoben, bis die Nocken 21 in die Höhe der Hinterdrehung 27 zu liegen kommen.

Auf das Gewinde 12 des Zugbolzens 2 ist unter der Hülse 10 eine Vorspannmutter 13 aufgeschraubt, die mit einer sie übergreifenden und auf die Hülse 10 aufgeschraubten Überwurfmutter 14 gesichert ist. Dabei wird die Überwurfmutter 14 auf der Vorspannhülse so weit angezogen, daß sich die Vorspannmuttir 13 leicht drehen läßt Mit Hilfe der Vorspannmutter 13 wird nun die Feder 9 soweit vorgespannt, daß die Innennocken 19 in der Führungshülse 8 gerade durch die Zwischenräume

22 mit den Nocken 21 der Vorspannhülse 10 eingeriegelt werden können. Danach werden die Nocken 21 durch Drehen der Führungshülse 8 zur Verriegelung über die Innennocken 19 gelegt Durch anschließendes Lösen der Vorspannmutter 13 wird zuerst die Feder 9 zwischen der Führungsbuchse 8 und der Vorspannhülse 10 eingeklemmt und anschließend der Deckel 7 mit dem Zugbolzen 2 so weit nach oben verstellt, bis der ge-

wünschte Arbeitshub 29 erreicht ist der später zwischen Schneidkante 4 und Dichtung 3 erforderlich ist

Der Deckel 7 mit dem Bolzen 2, Führungsbuchse 8, Vorspannhülse 10, Feder 9, Vorspannmutter 13 und Überwurfmutter 14 bilden baulich eine Einheit, die vorgefertigt in den Behälter eingesteckt wird.

An der offenen Seite des Behälters 1 sind an seiner Innenseite zwei übereinanderliegende Reihen von jeweils, drei Bajonett-Nocken, die oberen Behälternocken

23 sowie die unteren Behälternocken 24 angebracht. Sie sind gleichmäßig über den Umfang verteilt, die Zwischenräume 25 entsprechen der Form der Außennocken 16, die Zwischenräume 28 entsprechen den Stegen 18, ihr Höhenabstand der Dicke dieser Außennocken 16. Die oberen Behälternocken 23 sind für die Kraftübertragung zur Dichtung 3, die unteren 24 für die Auflage bzw. den Anschlag beim Einsetzen bestimmt. Zwischen einem der oberen Behälternocken 23 und einem der unteren 24 ist ein Anschlagstift 15 vorgesehen, der bei Drehen der Führungshülse 8 deren richtige Lage in dem Behälter 1 sicherstellt bzw. die Verdrehung begrenzt.

Die Funktionsweise ist nun wie folgt:
Nach dem nicht näher beschriebenen Füllen des Behälters 1 wird die auf oben beschriebene Art extern vorgespannt zusammengebaute Baugruppe des Deckels 7 mit den Teilen 8 bis 14 in den Behälter 1 von der öffnung her eingeschoben (siehe F i g. 2). Dabei passen die Nokken 16 bzw. die Stege 18 durch die Zwischenräume 25 bzw. 28 zwischen den oberen und unteren Behälternokken 23 und 24. Die unteren Behälternocken 24 sorgen dabei für die richtige Höhenlage. Anschließend wird durch Drehen am Kopf 26 die gesamte Einheit verdreht, bis die Außennocken 16 hinter bzw. zwischen den Behälternocken 23 und 24 eingeriegelt sind (siehe F i g. 3). Dabei sorgt der Anschlagstift 15 dafür, daß die Nocken einerseits richtig hintereinander liegen und andererseits, daß nach einem bestimmten Drehwinkel die Führungshülse 8 im Behälter 1 festgehalten wird. Bnim Weiterdrehen am Kopf 26 werden jedoch Schaft 2 und Vorspannhülse 10 noch weiter verdreht, bis die Nocken 21 zwischen den Nocken 19 in die Zwischenräume 22 eindrehen und die Vorspannung der Feder 9 schlagartig auf die Dichtung 3 freigegeben wird. Die Schneidkanten 4 werden dadurch mit großer Kraft eingepreßt, verformen den Dichtungsring 3 plastisch und bleiben hinterher noch unter weiterer Vorspannung. Durch senkrechte Ausbildung der einen Seitenfläche der Schneidkanten 4 in bezug auf die Dichtungsfläche ergibt sich dabei eine besonders wirkungsvolle, dauerhafte Abdichtung.

Bezugszeichenliste	Behälter
1	Zugbolzen
2	Dichtungsring
3	Schneidkante
4	Deckelrand
5	Behälterstirnfläche
6	Deckel
7	Führungshülse
8	Feder
9	Vorspannhülse
10	Passfeder
11	Gewinde
12	Vorspannmutter
13	Überwurfmutter
14	Änschiagstift
IS	Außennocken
16	unteres Ende
17	Stege
18	Innennocken
19	Innenraum
20	Bajonettnocken
21	Zwischenraum
22	obere Behälternocken
23	untere Behälternocken
24	Zwischenraum
25	Kopf
26	Hinterdrehung
27	Zwischenraum
28	Arbeitshub
29	Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

10

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Claims

1 2 Abstand der Höhe der Außennocken (16) der Patentansprüche: Führungshülse (8) eine Reihe unterer Behälternocken (24) gleicher Form an der Innenwand

1. Vorrichtung zur Erzeugung eine ruhenden Be- des Behälters (1) angebracht, die als Auflage für rührungsdichtung mit plastischer Formänderung 5 die Außennocken (16) der Führungshülse (8) zwischen zwei gegeneinander abzudichtenden Tei- dient,

len mit einander zugewandten ringförmigen Stirn- k) zwischen den oberen Behälternocken (23) und

Seiten, beispielsweise einem Gefäßrand mit zugehö- den unteren Behälternocken (24) ist innsn ein

rigem Deckel, unter Verwendung von mindestens senkrechter Anschlagstift (15) als Verdrehan-

einer sogenannten »Delta-förmigen« Schneidkante, 10 schlag für die Außennocken (16) vorhanden,

die auf die eine Stirnseite aufgebracht ist und die in 1) die Außenform des unteren Endes (17) in der

das Vollmaterial der anderen Stirnseite aus weiche- Führungshülse (8) entspricht dem freien Zwi-

rem Material eingedrückt wird, gekennzeich- schenraum (28) zwischen den Behälternocken

net durch einen beispielsweise in dem Gefäß un- . (23,24).

tergebrachten Energiespeicher wie z. B. ein Feder- 15

paket (9), mittels welchem das eine der beiden ge-

geneinander abzudichtenden Teile mit ausreichend
plastische Verformung ermöglichender, hoher Geschwindigkeit und damit Energie gegen das andere Die Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vor-Teil in die Dichtstellung bewegbar ist und der an- 20 richtung zur Erzeugung einer ruhenden Berührungsschließend die beiden abzudichtenden Teile gegen- dichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes im einander unter bleibender Vorspannung hält. Anspruch 1.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Verschließen Die Erfindung befaßt sich mit dem Einschluß von gasder ringförmigen Behälterstirnfläche eines zylindri- förmigen, flüssigen und festen Stoffen, vorzugsweise sehen Behälters, mit einem Deckel unter Zwischen- 25 hochradioaktiven Abfällen. Bekannt sind dafür im we· schalten eines Dichtungsringes, wobei die Schneid- sentlichen Schraub- und verschweißte Verschlüsse, kanten auf Behälterstirnfläche und Deckelrandzone Nachteilig ist dabei einerseits die mangelhafte Daueraufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der haftigkeit der Dichtung sowie andererseits die Erfordervorgespannte und an dem Deckel (7) befestigte nis von aufwendigen Schweißmaschinen.
Energiespeicher (9) nach dem Einschieben in die Be- 30 Aus der CH-PS 4 22 448 ist eine Schneidringdichtung hälteröffnung durch Drehen des Deckels (7) schlag- bekannt Bei dieser Hochvakuumdichtung werden die artig auslösbar ist und den Deckel (7) mit hoher Ge- Schneidkanten der Flansche in das weichere Material schwindigkeit an die Behälterstirnfläche (6) drückt. Kupfer mittels der in den Flanschen angeordneten

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet Schrauben eingedrückt Die Kupferdichtung wird von durch die folgenden Merkmaie: 35 den Anlageflächen und Seitenwandflächen eingeschlossen. Diese Dichtungsart ist jedoch zeitaufwendig und

a) Am Deckel (7) ist ein Zugbolzen (2) mittig und erfordert große Präzision bezüglich ihres baulichen dichtungsseitig befestigt, auf welchen eine höh- Aufwandes sowie des Anziehens der Schrauben.

Ie und einseitig offene Führungsbüchse (8) ge- Aus der DE-OS 23 10 927 ist eine Kupplung bekannt,

steckt ist, 40 bei welcher mehrere ineinanderliegende Teile einen

b) im Innenraum (20) der Hülse (8) befindet sich Raum bilden, in dem sich eine Feder befindet. Durch die eine Feder (9), die sich gegen diese und gegen vorgespannte Feder werden die Teile bzw. die Kuppeine ebenfalls auf den Zugbolzen (2) gesteckte lungslameilen zusammengepreßt. Eine schlagartige Vorspannhülse (10) abstützt, Energiefreisetzung ist jedoch hier nicht vorgesehen.

c) die Vorspannhülse (10) ist durch eine Vorspann- 45 Weiterhin ist aus der DE-AS 29 17 149 ein Verschlußmutter (13) auf dem Zugbolzen (2) längsbeweg- deckel am öleinfüllstutzen von Kraftfahrzeugen belich, jedoch dabei gegen Verdrehung gesichert, kannt. Die Dichtung wird hier gedreht und die zugehöri-

d) die Vorspannhülse (10) weist an ihrer Außensei- ge Feder durch bajonettartiges Verschließen vorgete mehrere, über den Umfang verteilte Nocken spannt. Diese Bauart ist jedoch für höhere Dichtigkeits-

(21) mit Zwischenräumen (22) auf und ist in die 50 anforderungen nicht geeignet.

Führungshülse (8) von unten her einschiebbar, Letztlich zeigt die DE-OS 28 30 111 die Nockenver-

e) die Führungshülse (8) weist an ihrem unteren riegelung eines Behälterdeckels ohne Vorspannung, der offenen Ende (17) über ihren Umfang verteilte durch einfaches Drehen in seiner Position formschlüssig Innennocken (19) auf, die in die Zwischenräume gesichert wird.

(22) der Nocken (21) der Vorspannhülse (10) 55 Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe fassen und hinter dieje drehbar sind, gestellt, die oben angeführten Nachteile zu vermeiden

f) am oberen, dem Deckel zugewendeten Ende und eine Dichtung für ein Gefäß zu schaffen, welches der Führungshülse (8) sind über den Umfang einerseits von einer sog. heißen Zelle aus beladen werverteilte Außennocken (16) angebracht, den kann, dabei an der Außenseite kontaminationsfrei

g) an der Innenseite des Behälters (1) sind mit die- 60 bleibt und in kürzester Zeit sicher und dauerhaft versen korrespondierende obere Behälternocken schlossen werden kann. Dabei soll die Dichtung auch

(23) angebracht, in deren Zwischenräume (25) über längere Zeit absolut dicht bleiben.

die Außennocken (16) passen, Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegen-

h) die Außennocken (16) sind nach dem Einschie- de Erfindung die Merkmale vor, die im Kennzeichen des

ben des Deckelmechanismus in den Behälter (1) 65 Patentanspruches 1 angegeben sind.

hinter die oberen Behälternocken (23) dreh- Wesentlich ist dabei, daß in der vorgesehenen Feder

bzw. einriegelbar. eine genügend große Arbeit gespeichert wird, die aus-

i) Unter den oberen Behälternocken (23) ist in reicht, um einerseits die Dichtung zu verformen und