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Betriebsgreifer zum Erfassen
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einer Kokille mit hochradioaktivem Inhalt beim Absenken derselben
in eine Bohrung
Beschreibung: Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Betriebsgreifer zum Erfassen einer Kokille mit hochradioaktivem Inhalt beim
Absenken derselben in eine Bohrung, z.B. direkt aus dem Behälter, gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffes der Patentansprüche.
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Radioaktive Abfälle sollen in einen Transportbehälter eingebracht,
transportiert und am Zielort, z.B. einem Zwischenlager oder untertägigen Endlager,
ausgeschleust und deponiert werden. Eine solche Einlagerung von hochradioaktivem
Abfall ist bisher noch nicht im routinemäßigen Betrieb erfolgt.
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Dabei muß folgendes sichergestellt werden: 1. Bei allen Arbeitsabläufen
muß eine Abschirmung gewährleistet sein, 2. das System soll in den Phasen des Be-
und Entladens automatisierbar sein, 3. das Be- und Entladen soll ohne Verwendung
einer Heißen-Zellen-Technologie sowie ohne Wasserabschirmung geschehen, 4. Störfälle
müssen zu bewältigen sein, ohne daß die Abschirmung ausfällt.
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Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, einen Betriebsgreifer
für ein solches Einlagerungssystem zu schaffen, der einerseits vollautomatisch arbeitet,
dabei jedoch absolut störfallsicher ist. Als besonderer Störfall ist dabei ein Verklemmen
der Kokille in der Bohrung bzw.
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auf dem Weg in die Bohrung anzusehen, wobei Losreißkräfte auftreten
können, die die Bruchlast des Tragkabels überschreiten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfindung bei
einem Betriebsgreifer der erwähnten Art die Merkmale vor, die in den Kennzeichen
der Patentansprüche aufgeführt sind.
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Durch eine solche Ausbildung des erfindungsgemäßen Greifers wird ermöglicht,
daß bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Bruch last im System nicht das Tragkabel
abreißt, sondern am Betriebsgreifer eine neue Greiferkontur freigegeben wird, die
mit Hilfe eines anschließend in die Bohrung eingebrachten Störfallgreifers erfaßt
werden kann. Infolge der wesentlich höheren Bruchlast des zu dem S-törfallgreifer
gehörigen Tragseiles ist es nun möglich, die festgeklemmte Kokille wieder zu lockern
und sie nach oben aus der Bohrung heraus in den Behälter zurückzuziehen, den Störfall
damit zu beseitigen und das Bohrloch wieder ordnungsgemäß zu verschließen.
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Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im folgenden
anhand der Figuren 1 bis 8 näher erläutert, die Figuren 1 bis 4 zeigen eine Belademaschine
und einen Behälter während der Entladung mit dem Betriebsgreifer, die Figuren 5
und 6 die besondere Funktion des Betriebs- und Störfallgreifers, wobei für alle
Figuren bezüglich gleicher Elemente die gleichen Positionsnummern gelten, die Figur
7 den Betriebsgreifer im Querschnitt und die Figur 8 den Störfallgreifer im Querschnitt.
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Der in der Figur 7 dargestellte Betriebsgreifer 4 weist einen Grundkörper
44 auf, der an dem Tragkabel 5 befestigt ist. Der Betriebsgreifer 4 übernimmt gemeinsam
mit dem Tragkabel 5 das Einschleusen der Kokille 1 in den Transportbehälter 3 am
Beladungsort sowie das Ausschleusen am Zielort, beim beschriebenen Anwendungsfall
mit Hilfe der Belademaschine und des in sie eingebautes Hebezeuges 6 (siehe Figuren
1 bis 4 mit nachfolgender Beschreibung).
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Die Kokille 1 ist an der Oberseite mit einer pilzförmigen Greifkontur
45 ausgestattet. Der Greifer 4 fährt zum Greifen der Kokille 1 mit der trichterförmigen
Ausdrehung 46 seines Unterteiles 47 über den Pilzkopf 45 der Kokille 1, der Trichter
46 ermöglicht das Erfassen der Kokille 1 auch bei begrenzter exzentrischer Lage
der Kokille 1 zum Greifer 4.
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Der Greifer 4 wird nun so weit herabgelassen, bis er mit seinen drei
geschlossenen Greifklauen 48 auf der Kokille 1 aufsitzt. Über elektrische Adern
des Tragkabels 5 wird der Elektrohubmagnet 49 unter Strom gesetzt, so daß er mit
seiner Ankerstange 50 die Platte 51, Bolzen 52 und Ring 53 hochzieht. Der Ring 53
greift mit seiner Innenkontur 54 in die Außenseite der Klauen 48, die, da ihr Drehpunkt
weiter innen liegt, öffnen.
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Der Greifer 4 fährt nun weiter ab, bis die Klauen 48 durch Ausschalten
des Elektromagneten 35 den Pilzkopf 45 der Kokille 1 formschlüssig unterfassen,
durch das Gewicht der Klauen Betätigungsteile 50 bis 53 (Magnetanker, Platte, Bolzen,
Ring) schließen die Klauen 48 selbsttätig. Aus
Sicherheitsgründen
wird die Konstruktion so ausgelegt, daß der Magnet 35 stromlos schließt und unter
Stromfluß wieder öffnet. Auslegung und Abstimmung von Magnethub und Betätigungsmechanik
der Greifklauen 48 ergeben eine Sicherung der geschlossenen Klauen dadurch, daß
der Ring 53 über den Schließvorgang der Klauen 48 hinaus an den Klauen 48 hinuntergleitet
und ein unbeabsichtigtes öffnen des Greifers ausschließt. Durch ein Schaltstück
55 am oberen Ende der Magnetankerstange, das einen Endschalter betätigt, wird die
Stellung des Greifers am Bedienungsort angezeigt.
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Die Anbindung des Tragkabels 5 an dem Greiferkörper 44 erfolgt über
eine Sollbruchstelle 56 in Form eines Zugstabes definierter Zugfestigkeit, dessen
Bruchlast zwischen dem Gewicht des Betriebsgreifer 4 plus Kokille 1 und der Bruchlast
des Tragkabels 5 liegt. Dadurch soll ein Bruch dieses Kabels 5 umgangen werden.
Der die Sollbruchstelle bildende Zugstab 56 ist in die Längsbohrung 72 eines auf
der Oberseite des Greifkörpers 44 befestigten neuen Greifpilzes 57 mit seiner einen
Seite eingeschraubt, so daß die eigentliche Bruchstelle in der Mitte dieses neuen
Greifpilzes 57 liegt. Der neue Greifpilz 57 weist dieselbe Form auf wie der Greifpilz
45 der Kokille 1. Das andere Ende des Zugstabes ist oben an das Tragkabelanschlußstück
58 angeschraubt, so daß die gesamte Last über den Zugstab 56 geleitet ist. Über
das Anschlußstück 58, den Greifpilz 57 und den Zugstab 56 ist eine am Seil 5 befestigte
Schutzhaube 59 gesteckt, die bis zum Greiferkörper 44 reicht.
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Bei einem Bruch der Sollbruchstelle bzw. des Zugstabes 56, z.B. bei
einem Verklemmen des Kokillengreifers während des Rückholvorgangs, bleibt die Schutzhaube
59 am Tragkabel 5, am verbleibenden Greifergrundkörper 44 wird damit eine neue,
gleiche Greifkontur 57 wie an der Kokille 1 freigegeben bzw. frei zugänglich, er
kann mit einem Störfallgreifer wieder zurückgeholt werden.
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Um bei einem Absturz des Betriebsgreifers 4 Beschädigungen funktionswichtiger
Teile beim Aufprall zu vermeiden, ist der untere Teil 47 durch Eindrehen von Nuten
60 als Verformungszone ausgebildet. Ein Verformungsstück 61 ist dort eingeschraubt,
wo bei einem Aufprall auf eine Kokille 1 der Pilzkopf 45 anschlägt. Der Kokillengreifer
ist beim beschriebenen Anwendungsfall durch die Temperatur einer Kokille einer thermischen
Belastung ausgesetzt. Zur Isolierung sind am Greifer Hohlräume 62 vorgesehen, die
mit Isolierstoff ausgefüllt sind.
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In der Figur 8 ist der erwähnte Störfallgreifer 63 dargestellt. Der
Störfallgreifer 63 wird dann eingesetzt, wenn eine Kokille 1 und/oder der Kokillengreifer
4 durch Verklemmen oder ähnliches der Rückholung so großen Widerstand entgegensetzt,
daß die zulässige Belastung des Tragkabels 5 erreicht oder überschritten wird.
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Der Störfallgreifer funktioniert rein mechanisch, so daß die elektrischen
Adern im Seil 5 entfallen können. Der gesamte, durch Hebezeug 6 und Umlenkrollen
17 vorgegebene Querschnitt eines neuen Seiles 64 steht somit als tragendes Material
zur Verfügung. Entsprechend kräftig ist der Störfallgreifer ausgelegt.
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Weil ein anderes Seil 64 als das des Betriebsgreifers 4 benutzt werden
muß, wird zu seinem Einsatz entweder das Tragkabel 5 in der Belademaschine gegen
ein Volldrahtseil 64 ausgetauscht oder eine zweite Belademaschine eingesetzt, die
bereits Drahtseil 64 und Störfallgreifer 63 enthält. Der Störfallgreifer 63 greift
selbständig, wenn er mit seinen Klauen 65 auf dem Greifpilz 57 gesenkt wird. Durch
die Entlastung fährt das Oberteil 66 mit der zentrischen Stange 67 noch weiter herunter
und spreizt über die Laschen 68 die Klauen 65. Dadurch kann der Greifer 63 bis in
Greifstellung herunterfahren. Beim Wiederanziehen des Seiles 64 wird zunächst das
Oberteil 66 mit der Stange 67 wieder angehoben, so daß die Klauen 65 schließen und
die Kokille 1 bzw. der Kokillengreifer 4 nach oben gezogen werden kann. Die Mechanik
des selbsttätigen Öffnens beim Auffahren auf den Greifpilz 57 bedingt, daß der Greifer
63 nach dem Heben nicht selbsttätig öffnen kann. Seine Konstruktion erlaubt jedoch,
daß der Störfallgreifer 63 wie der Betriebsgreifer 4 im Oberteil 10 der Belademaschine
durch Einschrauben der Bolzen 69 und Abwärtsbewegen der Büchse 16 geöffnet werden
kann (siehe Figur 6).
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Der Betriebsgreifer 4 kann in der Belademaschine ebenso, also in abgeschirmtem
Zustand, mechanisch geöffnet werden, wenn die elektrisch betriebene öffnung versagen
sollte.
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Hierzu wird der Betriebsgreifer 4 gleich wie der Störfallgreifer 63
auf eine definierte Höhe in das obere Abschirmteil 10 der Belademaschine gehoben
und zwar so, daß die oder der Bolzen 69 in die Ausfräsung 70, 71 des Greifers 4
unterhalb des Ringes 53 eingeschraubt werden können. Diese
Ausfräsung
kann aus Konstruktionsgründen nicht umlaufend ausgeführt werden, sondern wird durch
drei Verbindungsstege unterbrochen. Es sind jedoch drei um 900 versetzte Bolzen
69 vorgesehen, so daß mindestens ein Bolzen 69 eingeschraubt werden kann.
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Danach wird die Büchse 16 durch eine Verzahnung und ein Ritzel 28
auf den Greifer 4 heruntergedrückt, wodurch der Ring 53 relativ zum Greifer 4 nach
oben bewegt wird und die Klauen 48 wieder öffnet.
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Die normale Betriebsweise des Greifers 4 in der Belademaschine bzw.
im Behälter 3 ist in den Figuren 1 bis 4 dargestellt.
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Die Figuren 1 bis 4 zeigen die Belademaschine in ihren verschiedenen
Funktionen mit einem Transportbehälter 3 für mit in Glas eingeschmolzenen hochradioaktiven
Abfällen gefüllten Kokillen 1, die in eine Bohrung 2 abgesenkt werden sollen. Die
Bohrung 2 führt zu einer nicht näher beschriebenen Lagerstätte. Der Behälter 3 befindet
sich bereits in seiner Entladeposition, d.h. er ist auf die Bohrung 2 gesetzt und
die Belademaschine über den Behälter 3 gefahren.
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Die Figuren 1 und 4 zeigen dabei die den Behälter verschließenden
Walzenschieber 7 und 8 in geschlossener Stellung (Anlieferungsstellung), die Figuren
2 und 3 in geöffneter Position (Be- bzw. Entladestellung).
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In der Belademaschine sind alle für den Einlagerungsvorgang nötigen
Funktionen zu einer Einheit integriert: Das nicht näher dargestellte Fahr- und Hubwerk
der Belademaschine, die Abschirmung, die Antriebe der Walzenschieber, das Depot
des Kokillengreifers in Ruhestellung, die Mechanik zum Ablassen und Heben des Kokillengreifers
(Winde)-und Einrichtungen zur Behebung diverser Störfälle.
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Nachdem der Transportbehälter 3 zum Ein- und Ausschleusen der Kokille
1 mit Hilfe eines Transportbehältergreifers auf den Bodenschieber 9 gesetzt wurde,
fährt die Belademaschine an bzw. über den Transportbehälter 3. Dabei ist sie von
ihrem Fahrwerk durch eine Hubeinrichtung abgehoben, da am Oberteil 10 die Abschirmung
11 den Transportbehälter 3 in Betriebstellung überlappt. Am Transportbehälter
angekommen
wird die ganze Belademaschine wieder abgesenkt (nicht mehr dargestellt). Im geschlossenen
Zustand des Behälters 3 ist die Kokille 1 durch die Behälterwand ausreichend abgeschirmt.
Bei geöffnetem oberen Walzenschieber 7 des Behälters 3 übernimmt das Oberteil 10
der Belademaschine die Abschirmung. Es ist als massiver Gußkörper ausgebildet, der
nur die Hohlräume 12, 13 und 14 für den Betriebsgreifer 4 der Kokille und für einen
Teil der für seine Betätigung erforderlichen Mechanik enthält. Um eine Spaltstrahlung
zu vermeiden, ist die Abschirmung des Transportbehälteroberteiles 10 in Form einer
hutförmigen Überlappung 11 ausgebildet. Der Hohlraum 14 ist zur Aufnahme einer Zusatzabschirmung
15 vorgesehen.
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Über dem Hohlraum 12, der den Betriebsgreifer 4 in einer Art "Parkstellung"
in sich aufnimmt, sitzt eine verschiebbare Büchse 16, die zu der mechanischen Öffnung
des Greifers 4 dient. Diese Büchse 16 wird durch ein handbetätigtes Ritzel 28 verschoben,
wobei die einschraubbaren Bolzen 29 zur mechanischen Öffnung des Betriebs- oder
des Störfallgreifers dienen.
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Wie bereits erwähnt, ist in dem Hohlraum 13 ein Teil der Hubmechanik
des Greifers 4 angeordnet. Im oberen Teil des Hohlraumes 13 sind zwei Umlenkrollen
17 vorhanden, über welche das Seil 5 innerhalb der Abschirmung um 1800 umgelenkt
und in die Transportbehälterachse 18 geführt wird.
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Diese fluchtet mit der Bohrung 2, so daß das Seil 5 mit dem daran
nach unten hängenden Greifer 4 durch den Behälter 3 hindurch mit daran hängender
Kokille 1 abgelassen werden kann.
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An der dieser Achse abgewendeten Seite des Oberteiles 10 ist innerhalb
der Abschirmung das Seil 5 nach unten geführt, wo es durch das im Unterteil 19 der
Belademaschine seitlich neben dem eingesetzten Behälter 3 in der Kammer 37 angeordnete
Hebezeug 6 hochgezogen bzw. abgelassen werden kann.
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Diesen vertikalen Bewegungsvorgang des Einlagerns und evtl.
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Rückholens der Kokille 1 durch das Hebezeug 6 übernimmt zusammen mit
dem Kokillengreifer 4 die in der Belademaschine integrierte Winde 20 mit der Trommel
21, angetrieben durch einen Motor 22, auf der das Seil 5 in der für die maximale
Einlagerungstiefe benötigten Länge aufgewickelt ist. Es trägt nicht nur den Kokillenbetriebsgreifer
4, je nach Arbeitsphase mit anhängender Kokille 1, sondern beinhaltet auch gegeneinander
isolierte elektrische Leiter zur Betätigung des Kokillengreifers.
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Um die Seilbelastung anzeigen zu können, ist die Trommel 21 einschließlich
Motor 22 um ihren Drehpunkt 23 drehbar gelagert. Über einen Hebel 25 und eine Zugfeder
24 wird das Drehmoment der Trommel 21 aufgenommen. Ein Linearpotentiometer 26 erfaßt
die Auslenkung und damit die Seilbelastung. Feder und Potentiometer können auch
durch eine Druckmeßdose ersetzt werden. Der Längenausgleich der Seilabwicklung in
Trommelachsrichtung kann entweder durch eine in dieser Richtung wandernde Trommel
oder durch einen Arm im Oberteil der Belademaschine geschehen, in dem die Umlenkscheiben
gelagert sind und der um die Transportbehälterachse schwenkt (nicht dargestellt).
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Unterteil 19 der Belademaschine ist ebenfalls als Abschirmkörper mit
einseitig dicker Wandung 44 ausgebildet. Er nimmt den Antrieb des Hebezeuges 6 und
den Behälter 3 in sich auf. Auf seiner oberen Zwischenwand 37 ist das Belademaschinenoberteil
10 seitlich verschiebbar gelagert, wobei das Seil 5 durch einen Schlitz in der Zwischenwand
27 geführt ist, um seine horizontale Auslenkung zu ermöglichen.
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In der Oberplatte 30 des Bodenschiebers 9, über den die Belademaschine
gefahren wird, ist ein Drehteller 31 zentrisch in der Achse 18 gelagert, der das
Behälterunterteil 32 in sich aufnimmt. Ist nun der Behälter 3 auf dem Drehteller
31 des Bodenschiebers 9 soweit orientiert, daß die Achsen 33 und 34 seiner Walzenschieber
7 und 8 mit denen der Antriebseinheiten 35 und 36 in der seitlichen Kammer 37 der
Belademaschine fluchten, werden die Kupplungsnüsse 38 durch Magneten 39 vorgeschoben.
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Beim Einlagerungsvorgang wird zunächst der obere Walzenschieber 7
durch eine 900-Drehung geöffnet, nachdem ein aus der Belademaschine herunterfahrender
Stift (nicht dargestellt) seinen Verriegelungsbolzen heruntergedrückt hat. Wenn
der Kokillengreifer 4 bis auf die Kokille 1 heruntergefahren ist, sie gefaßt und
vom unteren Walzenschieber 8 abgehoben hat, kann auch der untere Walzenschieber
8 geöffnet werden, nachdem ein aus dem Bodenschieber hochfahrender Stift dessen
Verriegelungsbolzen angehoben hat (nicht dargestellt),
Die Antriebsmotoren
35 und 36 für die Walzenschieber 7 und 8 besitzen je ein zweites Wellenende 41,
mit dem die Schieber 7, 8 bei Ausfall der Motoren 35, 36 von Hand gedreht werden
können. Auch die Trommel 21 des Seiles 5 kann von Hand über einen Schneckenantrieb
42 gedreht werden, wenn durch eine Wechselkupplung der Motorantrieb aus- und der
Handantrieb angeschaltet wird.
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Es ist auch möglich, die Motoren der Antriebe 35 und 36 unmittelbar
über die zweiten Wellenenden 41 zu drehen.
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Der Beladevorgang erfolgt nun wie folgt: a) Der Behälter 3 ist auf
die Bohrung 2 gesetzt, die Belademaschine steht fertig darüber. Die Walzenschieber
7 und 8 sind noch geschlossen, der Greifer 4 befindet sich in Parkstellung, die
Walzenschieber 43 des Bodendrehschiebers 9 sind ebenfalls noch geschlossen (Figur
1).
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b) Die nach Öffnen der Schieber 7, 9 und 43 mit dem Betriebsgreifer
4 gefaßte Kokille wird mittels des Hebezeuges 6 in die Bohrung 2 abgesenkt (Figur
2) und am Grund der Lagerstätte durch öffnen des Greifers 4 abgesetzt.
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c) Der leere Greifer wird bei geöffnetem Schieber 7, 8 und 43 durch
den Behälter 3 wieder hochgezogen (Figur 3).
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d) der Greifer 4 befindet sich danach wieder in seiner Parkstellung
im Hohlraum 12, die Walzenschieber 7, 8 und 43 werden geschlossen, der Behälter
3 kann nach Hochfahren des Belademaschinenoberteiles 10 wieder wegtransportiert
werden.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen die eingangs erwähnte Störfallsituation,
in welcher der Störfallgreifer 63 zum Einsatz kommt. In der Figur 5 ist eine im
Walzenschieber 43 des Bodenschiebers 9 verklemmte Kokille 1 gezeigt, die wieder
hoch gezogen werden soll. Um die Bruchlast des Seiles 5 nicht zu überschreiten,
ist die Sollbruchstelle 56 im Betriebsgreifer 4 gerissen, dieser bleibt auf der
Kokille 1 sitzen und gibt den neuen Greifpilz 57 frei. Der Rest des Greifers 4 mit
der Schutzhaube 59 geht nach oben weg.
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Darauf wird der Störfallgreifer 63 mit seinem Seil 64 erhöhter Tragkraft
eingebracht, auf den neuen Greifpilz 57 zum Eingriff gesetzt und wieder hochgezogen,
wie in der Figur 6 dargestellt. Darauf können die Walzenschieber 8 und 43 geschlossen
werden. Der Störfallgreifer 64 wird im Oberteil 10 der Belademaschine, wie bereits
beschrieben, entriegelt und wieder von dem Betriebsgreifer 4 entfernt.
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Bezugszeichenliste: 1 Kokille 2 Bohrung 3 Transportbehälter 4 Betriebsgreifer
5 Seil bzw. Tragkabel 6 Hebezeug 7 Walzenschieber 8 Walzenschieber 9 Bodenschieber
10 Belademaschinenoberteil 11 Überlappung 12 Hohlraum für Greifer 13 Hohlraum für
Mechanik 14 Hohlraum für Zusatzabschirmung 15 Zusatzabschirmung 16 Büchse 17 Umlenkrollen
18 Behälterachse 19 Unterteil 20 Winde 21 Trommel 22 Motor 23 Drehpunkt 24 Zugfeder
25 Hebel 26 Potentiometer 27 Zwischenwand 28 Ritzel 29 Bolzen 30 Oberplatte 31 Drehteller
32 Behälterunterteil 33 Achse 34 Achse 35 Antrieb 36 Antrieb 37 seitliche Kammer
38 Nüsse 39 Magnete 40 Antriebswellen 41 Wellenende 42 Schneckenantrieb 43 Walzenschieber
44 Greifergrundkörper 45 Greifpilz 46 trichterförmige Ausdrehung 47 Unterteil 48
Greifklauen 49 Hubmagnet 50 Ankerstange 51 Platte 52 Bolzen 53 Ring 54 Innenkontur
55 Schaltstück 56 Sollbruchstelle, Zugstab 57 neuer Greifpilz 58 Anschlußstück 59
Schutzhaube
60 Nuten 61 Verformungsstück 62 Hohlraum 63 Störfallgreifer
64 Seil 65 Klauen 66 Oberteil 67 Stange 68 Laschen 69 Bolzen 70 Ausfräsung 71 Ausfräsung
72 Längsbohrung
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