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Stichwort: Deckelspanneinrichtung
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Behälter für die Langzeitlagerung radioaktiver Substanzen mit Deckelspanneinrichtung
Die Erfindung betrifft einen Behälter für die Langzeitlagerung radioaktiver Substanzen,
insbesondere bestrahlter Kernreaktorbrennelemente, im wesentlichen bestehend aus
einem Grundkörper, mindestens einem Deckel und einer außen liegenden ringartigen
Deckelspanneinrichtung, die an Grundkörper und Deckel angreift und die Anlagefläche
des Deckels gegen die Anlagefläche des Grundkörpers vorgespannt hält, wobei Grund--körper,
Deckel und im wesentlichen die Deckelspanneinrichtung aus korrosionsfesten Werkstoffen
bestehhen.
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Aus der DE-OS 32 04 300 ist ein Behälter bekannt, bei dem der Deckel
durch einen Ring mit Umbördelungen am Behältergrundkörper gehalten ist, wobei die
eine Umbördelung über den Deckel und die andere Umbördelung um eine am Hals des
einseitig offenen Grundkörpers ausgebildete Kante greift. Anstelle eines umbördelten
Ringes kann auch ein Spannring zum Einsatz kommen. Bei der bekannten Anordnung mit
Umbördelung läßt sich die Einstellung der Anlagekraft in der Anlageebene verbessern.
Bei der Verwendung eines Spannrings wird hingegen keine senkrecht zur Anlageebene
wirkende Kraft aufgebracht, sondern im wesentlichen nur eine Zentrierung erreicht.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Behälter zu schaffen,
bei dem die Anlagekraft in der Anlageebene zwischen Grundbehälter und Deckel einfach
und genau einzustellen undoder zu sichern ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Grundkörper und der Deckel
im Bereich ihrer Anlageflächen mit Eingriffsflächen versehen sind, daß ein Haltering
mit im wesentlichen L-förmigem Querschnitt vorgesehen ist, der mit seinem Fuß an
einer Eingriffsfläche anliegt und sich mit seinem Stammabschitt im wesentlichen
parallel zur Behälterachse über die Anlageebene von Grundkörper und Deckel mindestens
in den Bereich der anderen Eingriffsfläche mit Abstand von der Behälterwandung erstreckt
und daß mit der im wesentlichen geradzylindrischen Innenfläche des Stammabschnitts
des Halterings und mit der anderen Eingriffsfläche ein Schließring in Berührung
steht, der nach Ineingriffbringen mit dem Haltering mit dem Stammabschnitt verbunden
ist.
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Vorzugsweise sind die Eingriffsflächen auf flanschartigen Verstärkungen
von Grundkörper bzw. Deckel ausgebildet. Es ist auch möglich, getrennt ausgebildete
Eingriffsringe am zylindrischen Grundkörper bzw. Deckel zu befestigen oder in dickere
Wandungen die Eingriffsflächen durch das Einarbeiten umlaufender Ausnehmungen entsprechenden
Querschnitts auszubilden.
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Nach Einbringen der zu lagernden radioaktiven Substanzen in den Grundkörper
wird der Deckel auf die Anlagefläche des Grundkörpers ggf. unter Zwischenschaltung
einer Dichtung und/oder Aufbau einer Verbindung aufgesetzt. In den freien Raum zwischen
der Innenfläche
des Stammabschnitts des Halterings wird der Schließring
eingebracht und dabei oder hinterher die in der Anlageebene erforderliche Anlagekraft
aufgebaut.
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Danach werden Schließring und Haltering miteinander verbunden.
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Vorzugsweise sind der massiv ausgebildete Schließring auf seiner mit
dem Stammabschnitt des massiv ausgebildeten Halterings in Berührung stehenden Außenfläche
und der Stammabschnitt auf seiner mit der Außenfläche in Berührung stehenden Innenfläche
mit einem Gewinde versehen und sind Schließring und Haltering im Bereich des Gewindespalts
miteinander verbunden. Die erforderliche Anpreßkraft wird bei dieser bevorzugten
Ausführüngsform durch das Eindrehen des Schließrings in den Freiraum zwischen Stammabschnitt
des Halterings und der Behälterwandung eingestellt. Durch Verschweißen des Schließspalts
und des Halterings im Bereich des Gewindespalts wird die eingestellte Kraft gesichert.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind der massiv ausgebildete
Schließring und der Fuß des massiv ausgebildeten Halterings über durch die Wandverdickungen
von Grundkörper und Deckel greifende Bolzen, wiederum bevorzugt Dehnbolzen, miteinander
verbunden und sind im Bereich des Anlagespalts zwischen Schließring und Stammabschnitt
miteinander verbunden.
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Bei dieser Ausführungsform sind die Berührflächen zwischen Stammabschnitt
und Schließring als Glattflächen ausgebildet und die Anpreßkraft wird durch das
Eindrehen der Bolzen eingestellt. Die eingestellte Kraft wird durch die Bolzen und
durch die. Verschweißung am Anlagespalt gesichert. Da zumindest die Bolzenköpfe
beim Eindrehen von außen zugänglich sein müssen und diese nicht notwendigerweise
aus korrosionsvestem Material hergestellt sein müssen, ist es zweckmäßig, wenn die
Köpfe der Bolzen in gegenüber der Umgebung abgedichteten Vertiefungen liegen. Anstelle
dieser Vertiefungen kann auch eine durchgehende Ringausnehmung verwendet werden.
Die Abdichtung kann durch Dichtschweißkappen erfolgen oder die Vertiefungen werden
mit einem korrosionsfesten Mittel, wie z. B. Epoxidharz, ausgegossen.
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Anstelle der bevorzugten Schraubverbindungen kann es auch zweckmäßig
sein, die Anpreßkraft durch an dem- Haltering und an dem Schließring angreifende
Spannmaschinen aufzubringen und die beiden Ringe im vorgespannten Zustand miteinander
zu verbinden.
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Hierfür ist es von Vorteil, wenn der Schließring einen Winkelquerschnitt
aufweist, wobei der eine Schenkel an der Innenfläche des Stammabschnitts anliegt
und der andere- Schenkel an der Eingriffsfläche anliegt und das freie Ende des am
Stammabschnitt anliegenden Schenkels mit dem Stammabschnitt verbunden, insbesondere
verschweißt ist. Da bei dieser'Ausführungsform kein mechanischer Eingriff gesonderter
Verbindungselemente wie Gewindeeingriff, Bolzen oder dgl. zwischen den beiden Ringen
zum Aufbau der Vorspannung erforderlich ist, kann nicht nur der Schließring, sondern
auch der Haltering entsprechend der zu sichernden Vorspannung von relativ dünnem
Querschnitt ausgebildet sein.
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Bei dieser Ausführungsform ist es weiterhin möglich, daß.der am Stammabschnitt
anliegende Schenkel in einen zwischen den Anlageflächen liegenden und einstückig
mit ihm ausgebildeten Dichtabschnitt übergeht.
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Der Stammabschnitt kann im Bereich der Anlageebene zwischen den beiden
Behälterteilen an den radial außen liegenden Flächen der Wandverdickungen anliegen
und somit den Grundbehälter und den Deckel zentrieren.
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Gegenüber den beim Stand der Technik gemäß der DE-OS 32 04 300 vorhandenen
sich senkrecht zur Behälterachse erstreckenden Anlageflächen für die Umbördelungen
des dort verwendeten Ringes, kann eine bessere Einleitung und Erhöhung der Anpreßkraft
und eine Vergrößerung des Korrosionsweges dann erreicht werden, wenn bei der vorliegenden
Erfindung die Eingriffsflächen von Grundkörper bzw. Deckel gegensinnig zur Anlage-
ebene
zwischen Grundkörper und Deckel hingeneigt sind und die Eingriffsflächen an den
Ringen entsprechend geneigt sind.
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Um die Flüssigkeitsdichtheit und/oder die Korrosionsfestigkeit des
verschlossenen Behälters zu vsrbessern, ist zwischen den Eingriffsflächen von Haltering
und Schließring einerseits und Grundkörper und Deckel andererseits der Korrosionswiderstand
erhöht. Dies kann durch Einbringen einer Dichtung, z. B. einer graphitischen Dichtung,
oder durch Aufbau einer Verbindung erfolgen; letzteres nur, wenn beim Schließen
des Behälters keine Relativbewegung zwischen Ring und Behälterbauteil erforderlich
ist. Die Verbindung zwischen mindestens einem der Ringe und dem Grundkörper oder
dem Deckel ist ausgewählt aus der Gruppe folgender Verbindungsmöglichkeiten: Lötung,
insbesondere Metallötung, Diffusionsschweißung, Klebung, einstückige Ausbildung
mit Deckel oder Grundbehälter, Einarbeituna bei der Herstellung von Deckel oder
Grundbehälter.
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Das Kleben von Behälterteilen ist an sich. aus der DE-OS 32 04 300
bekannt. Bezüglich der Verwendung von Metallot wird auf die DE-OS 32 01 884 verwiesen.
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Das Diffusionsschweißen ist im Zusammenhang mit dem Schließen von
Behältern für die Lagerung radioaktiver Substanzen nicht bekannt. Es ist aber an
sich bekannt aus w. t. - Zeitschrift für die industrielle Fertigung 71 (1981), Seiten
31 - 18; Maschinenmarkt 88 (1982), Seiten 1933 - 1936. Die Anmelderin verweist auf
ihre Anmeldung mit demselben Anmeldetag wie die vorliegende Anmeldung mit dem Titel
- Verfahren zum Schließen eines Behälters für die Lagerung radioaktiver Substanzen
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Für eine eventuelle gewünschte Verbindung zwischen den Anlageflächen
von Grundkörper und Deckel können
ebenfalls Lötung, insbesondere
Metallötung, Diffusionsschweißen, Klebung, verwendet werden.
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Zur Erhöhung der Flächenpressung zwischen den Ringen und dem zugeordneten
Behälterbauteil kann vorgesehen sein, daß der Schließring und/oder der Haltering
mit mindestens einer Ausnehmung zur Aufnahme von Keilen versehen sind. Bei Verwendung
einer Dichtung zur Erhöhung des Korrosionswiderstands anstelle einer Verbindung
kann es zweckmäßig sein, wenn die in axialer Richtung außen liegenden Enden des
Fußabschnittes des Halterings bzw. des Schließrings als Federelemente ausgebildet
sind, die beim Aufbringen der Anlagekraft elastisch verformt werden.
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Als korrosionsfeste Werkstoffe kommen in bevorzugter Weise Keramiken
oder Gußeisen, vorzugsweise mit einem höheren Si-Gehalt, insbesondere Silicium-Guß,
in Frage. Bei Verwendung von Gußeisen kann die gewünschte Verbindung zwischen den
Ringen und den zugeordneten Deckenteilen durch einstückige Ausbildung beim Guß oder
durch Eingießen der vorgefertigten Ringe beim Guß erreicht werden. Als Material
für gesondert gefertigte Ringe werden korrosionsfeste Metalle und Metal legierungen
bevorzugt, wie z. B. Hastelloy, Titanlegierungen und dgl.
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In den vorstehenden Ansprüchen und in der vorliegenden Beschreibung
wird unter Behälter und Deckel auch eine solche Konfiguration verstanden, bei der
der Behälter und Körper und Deckel im wesentlichen gleiche axiale Erstreckungen
haben, d. h. die vorliegende Anmeldung ist nicht auf Behälter beschränkt, bei denen
alleine der Grundkörper zur Aufnahme der zu lagernden radioaktiven Substanzen, insbesondere
der Brennelemente, dient.
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Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren durch verschiedene
Ausführungsbeispiele erläutert werden. Es zeigt: Figur 1 einen Teilschnitt durch
einen Behälter im Bereich der Anlageebene, wobei die Spannkraft mittels Dehnbolzen
aufgebracht wird, Figur 2 einen Schnitt vergleichbar Figur 1 mit einer Spanneinrichtung,
bei der die Anpreßkraft durch einen Gewindeeingriff zwischen Schließring und Haltering
aufgebracht wird, und Figur 3 einen Teilschnitt durch eine andere Behälterkonfiguration,
bei der die Spannkraft durch eine nicht gezeigte Spannmaschine aufgebracht worden
ist.
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Auf der Anlagefläche la eines Grundkörpers 1 aus Keramik liegt mit
seiner Anlagefläche 2a ein Deckel 2 auf und ist mit dem Grundkörper durch ein in
der Anlageebene 3 aufgebrachtes Metallot 4 verbunden.
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Der Deckel ist aus dem gleichen keramischen Werkstoff gefertigt wie
der Grundkörper.
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Grundkörper 1 und Deckel 2 sind im Bereich der Anlageflächen la und
2a unter flanschartiger. Verstärkung der Wandungsdicke mit gegensinnig konisch zur
Anlageebene 3 geneigten Eingriffsflächen lb und 2b versehen.
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Die Eingriffsflächen lb und 2b gehen in zur Behälterachse koaxiale
Zentrierflächen lc bzw. 2c über.
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Unter Zwischenschaltung einer korrosionsfesten Dichtung 5 liegt ein
L-förmiger Haltering 6 mit der entsprechend konisch geformten Eingriffsfläche 7a
seines Fußes 7 an der Eingriffsfläche lb an Der Stammabschnitt 8 des massiv ausgebildeten
Halterings erstreckt sich im wesentlichen parallel zur Behälterachse über die Anlageebene
3 von Grundkörper 1 und Deckel 2 in den Bereich der Anlagefläche 2b mit Abstand
von der Behälterwandung derart, daß zwischen dem Stammabschnitt 8 im Bereich dessen
freien Endes und der Eingriffsfläche 2b ein ringförmiger Freiraum mit Dreieck-förmigem
Querschnitt verbleibt. Mit der im wesentlichen geradzylindrischen Innenfläche 8a
des Stammabschnitts 8 des Halterings 6 und mit der Eingriffsfläche 2b steht ein
Schließring 9 von im wesentlichen Dreieck-förmigem Querschnitt in Berührung, wobei
seine mit der Eingriffsfläche 2b in Eingriff stehende Eingriffsfläche 9a einen entsprechenden
Neigungswinkel aufweist und die der Innenfläche 8a zugewandte Eingriffsfläche 9b
entsprechend geradzylindrisch ausgebildet ist. Zwischen den Eingriffsflächen 2b
und 9a ist eine Dichtung 10 eingebracht.
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Der Schließring ist mit einer außen liegenden umlaufenden Stufung
9c versehen, von deren Boden sich parallel zur Behälteachse erstreckende Glattbohrungen
9d vorgesehen sind.
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Im Fuß 7 sind mit gleicher Teilung wie die Bohrungen 9d Gewindesacklochbohrungen
7b vorgesehen. Mit entsprechender Teilung sind in den Wandverdickungen von Grundkörper
1 und Behälter 2 sich axial erstreckende Ausnehmungen ld bzw. 2d ausgebildet. Durch
die Bohrungen 9d und die Ausnehmungen ld und 2d erstrecken sich Dehnbolzen 11 in
die Gewindebohrungen 7b und beaufschlagen die Ringe und damit die Behälter im Bereich
der Anlageflächen la und 2a.
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Der Freiraum zwischen Schließring 9 und Stammabschnitt 8 ist durch
eine Kappe 12 verschlossen. Haltering 6, Schließring 9 und Kappe 12 sind aus einem
korrosionsfesten Metall, z. B. Hastelloy C4, gefertigt und längs den Anlagespalten
zwischen Haltering und Kappe einerseits und Kappe und Schließring andererseits durch
Schweißverbindungen 13 miteinander verbunden.
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Am Fuß 7a und am Schließring 9 sind Federelemente 7c bzw. 9e ausgebildet,
die durch elastische Verformung zur Erhöhung der Dichtwirkung in den Spalten zwischen
den- Ringen und den zugeordneten Behälterbauteilen beitragen.
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Die Innenfläche 8a weist einen in Richtung auf die Behälteachse vorstehenden
und an d-n Flächen lc und 2c anliegenden Abschnitt 8a' auf, der Grundkörper 1 und
Deckel 2 zentriert.
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Wie bereits erwähnt, können die Ringe auch mit den zugeordneten E.ehälterteilen
1 und 2 verbunden sein, z. B. durch Lötung, Diffusionsschweißung, Klebung und dgl.
Wenn anstelle einer Keramik für die Herstellung von Grundkörper 1 und Deckel 2 ein
Gußwerkstoff, wie z. B. ein Gußeisen mit honem Silicium-Gehalt, vorzugsweise Silicium-Guß,
eingesetzt wird, können die Ringe bei entsprechender Ausbildung an ihren Eingriffsflächen
7a bzw. 9a vom Iserkstcrf umgossen werten Es erscheint auch n 31ich, die H21teringe
selbst einstücKig mit den, We@kstoff für Behälter und Deckel beim Guß auszubilden.
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Selbstverständlich kann für die Dehnschrauben auch ein korrosionsfestes
Material verwendet werden.
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Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 sind die gleichen Bezugszeichen
verwendet worden, soweit dies möglich ist. In Abweichung von der Ausführungsform
gemäß Figur 1 ist die Eingriffsfläche des Schließrings 9 mit dem Haltering 6 nicht
glattwandig, sondern mit einem Außengewinde 9b' versehen worden, der ein entsprechend
geformter Innengewindeabschnitt 8b des Stammabschnitts 8 zugeordnet ist. Weiterhin
ist an den Eingriffsflächen lb und 7a zwischen Grundkörper 1 und dem Fuß 7 des Halterings
eine Diffusionsschweißverbindung 14 im Sinne der vorstehend zitierten Anmeldung
"Diffusionsschweißen" vom heutigen Tage aufgebaut.
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Nach Aufsetzen und ggf. Verbinden des Deckels 2 mit dem Grundkörper
1 wird der Schließring 9 eingeschraubt, bis die erforderliche Anpreßkraft aufgebracht
ist und danach werden Schließring 9 und Haltering 6 im Bereich des Gewindespalts
durch eine Schweißverbinduns 13 miteinander verbunden.
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Auf ihren axial gegenüber liegenden Flächen sind Fuß 7 und Schließring
9 mit einer ringförmigen Ausnehmung 15 bzw. 16 versehen. In diese Ausnehmung können
Keile 17 eingepreßt oder eingeschlagen werden, um die Flächenpressung' zu erhöhen.
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Bei der-Ausführungsform gemäß Figur 2 ist auf eine Zentrierung von
Grundkörper 1 und Behälter 2 durch den Haltering 6 verzichtet worden.
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Bei der in der Figur 3 gezeigten Ausfütrungsform weist die Deckelspanneinrichtung
selbs keine Bestandteile auf, mit der der Anlagendruck aufgebaut wird.
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Dieser wird durch eine nicht gezeigte Spannmaschine erzeugt. Zu diesem
Zweck ist der Haltering 6- am freien Ende des Stammabschnitts 8 mit einer Nase 8c-
versehen,
an der die nicht gezeigte Spannmaschine in Richtung des
Pfeiles F zum Aufbrinen der Vorspannkraft unter elastischer Längung des hülsenartig
ausgebildeten Halteringes 6 angreifen kann. Der Schließring 9 füllt nicht den gesamten
Freiraum zwischen Stammabschnitt 8 und Deckelwandung aus, sonde besitzt einen tfinkelquerschnitt,
wobei der eine Schenkel mit der Eingriffsfläche 9b an der Innenfläche 8a des Stammabschnitts
8 anliegt, während der andere Schenkel mit der Anlagefläche 9a und der Eingriffsfläche
2b anliegt. Die Spannmaschine greift in Richtung des oberen Pfeil es F am Schenkel
9a an oder dort ist während des Schließvorgangs des Behälters ein Widerlager angeordnet.
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In der vorgespannten Lage werden Haltering und Schließring durch eine
Schweißung 13 miteinander verbunden.
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Der hülsenartige Haltering kann im Bereich der Eingriffsfläche 7a
wiederum geklebt, gelötet, diffusionsgeschweißt, mit dem Grundkörper verbunden sein
oder es kann eine Dichtung, wie eine Graphitdichtung, eingebracht werden. Dichtung
und Verbindung können sich bis in einen Teilbereich der Innenfläche 8a hineIn erstrecken.
Dasselbe gilt fr den Schließring. Dieser kann über den Schenkel 9a hinaus weiter
verlängert sein, um den KorroFionsweg z; verlänger.
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Weiterhi-. ist es möglich, daß er Schließring die in Figur 3 gestrichelte
Verlängerung 9f in dem Bereich der Anlagefläcnen aufweist, se daß die Verlängerung
als Dichtschicht und/oder VerE-indungsschicht wirken kann.
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Die erfindungsgemäße Behälterkonstruktion kann mit besonderem Vorteil
bei Behältern aus Gußeisen mit
einem höheren Silicium-Gehalt, wie
z. B. Silicium-Guß mit einem Silicium-Gehalt bis ca. 17 %, angewendet werden. Vom
eigentlichen Silicium-Guß spricht man bei einem Silicium-Gehalt von 14,5 - 17 %,
wobei der Kohlenstoff-Gehalt bei 0,4 - 0,8 % liegt. Für die Lagerung in Salzlaugen
ist ein Silicium-Guß mit einem Mindestgehalt von ca. 15 % Si und einem Kohlenstoff-Mindestgehalt
von ca. 0,7 %~besonders geeignet.
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Bei Lagerung in normalem Grundwasser zugänglichen Bereichen ist ein
Silicium-Gehalt von mindestens 3 % anzustreben.
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Bei den Ausführungsbeispielen sind die Anlageflächen la und 2a als
zur Behälterachse senkrechte Flächen ausgebildet. Andere Ausbildungen sind denkbar,
z. B.
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kann der Grundkörper 1 eine leichte -konische Fläche aufweisen, in
die der Deckel mit einer entsprechend konisch gestalteten Fläche eingreift. Die
konischen Flächen können glattflächig ausgebildet sein oder mit einem Gewinde versehen
sein. Eine Dichtschicht, eine Lotschicht oder eine Diffusionsschweißhilfsschicht
kann sich dann über mindestens einen Teil des Gewinde eingriffs erstrecken.
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