DE3923401C2 - Verfahren zum fernbedienten Ausmessen von Passungsbohrungen in überfluteten Bauteilen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fernbedienten Ausmessen von Passungsbohrungen in überfluteten Bauteilen, insbesondere von Aufnahmebohrungen für Zentrierstifte in Gitterplatten zur Führung und Halterung von Brennelementen in Kernreaktoren. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens.

Zentrierstifte in Gitterplatten zur Führung und Halterung von Brennelementen in Kernreaktoren müssen insbesondere bei fort­ schreitender Betriebsdauer von Kernkraftwerken in stärkerem Maße mit hierfür vorgesehenen Vorrichtungen ausgewechselt werden. Vor dem Einsetzen neuer Zentrierstifte werden die Aufnahmeboh­ rungen durch Bearbeitung auf ein den Zentrierstiften entspre­ chendes Paßmaß gebracht. Zur Feststellung der Passung müssen die Aufnahmebohrungen zwischen den einzelnen Bearbeitungsvor­ gängen wiederholt ausgemessen werden, bis das Paßmaß erreicht ist.

Bei derartigen Wartungs- und Montagearbeiten an Gitterplatten in im allgemeinen zylinderförmigen Reaktordruckbehältern mit kugel­ förmigen Deckel- und Bodenseiten werden üblicherweise fernbe­ dienbare Vorrichtungen eingesetzt. An einem Montagearm werden die Vorrichtungen in den mit Wasser gefluteten und deckelseitig geöffneten Reaktordruckbehälter vor die Gitterplatten geführt.

Passungsbohrungen werden üblicherweise mit einem kalibrierten Meßdorn ausgemessen. Dabei wird ein kinematisch erfaßter Meß­ wert auf einer vom Meßdorn getragenen mechanischen oder elektro­ nischen Meßuhr mit einer Genauigkeit im Mikrometer-Bereich an­ gezeigt.

Beispielsweise sind in den Druckschriften DE-AS 19 32 674, DE 37 04 791 A1 und CH 645 461 A5 Vorrichtungen für Innenmessungen von Bohrungen beschrieben. Gemäß der deutschen Auslegeschrift DE-AS 19 32 674 wird ein bei radialem Ausmessen einer Bohrung erhaltener Meßwert mechanisch in eine axiale Verschiebung eines in einem Meßdorn angeordneten, nadelförmigen Bolzens umgesetzt, und die axiale Verschiebung wird einem Anzeigegerät zugeführt. Gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DE 37 04 791 A1 erfassen mechanisch abtastende Tastbolzen, die in Normalstellung innerhalb eines Kalibrierrings liegen, radiale Meßwerte. Gemäß der schweizerischen Patentschrift CH 645 461 A5 werden einem als Meßdorn ausgebildeten Innenmeßinstrument die radial mittels quer zur Längsachse beweglicher Tastbolzen erfaßten Meßwerte als relative Verschiebung zweier Meßarme einem Meßwandler zugeführt, der diese Verschiebung in eine entsprechende elektrische Spannung umwandelt, die über ein Kabel an ein Anzeigegerät weitergeleitet wird.

Die Kalibrierung eines Meßdorns erfolgt vor einer Messung mit einem als Referenzmaß dienenden externen Lehrring, oder - wie zum Beispiel aus der deutschen Patentschrift DE 30 29 484 C2 bekannt - bei einer Messung. Allerdings sind derartige Meßdorne für einen Unterwassereinsatz weder vorgesehen noch geeignet. Außerdem ist ihr direkter Einsatz in einem geöffneten Reaktordruckbehälter wegen hoher Dosisbelastung für das Bedienpersonal unzulässig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Ausmessung von Aufnahmebohrungen in überfluteten und/oder mit Strahlung belasteten Bauteilen ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die fernbedienbar und über einen großen Wassertiefebereich einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. So wird zweckmäßigerweise der Meßdorn auf die Aufnahmebohrung bezogen in axialer Richtung schrittweise weiterbewegt und in mindestens zwei gegeneinander versetzten Stellungen angehalten, und es wird dort jeweils der Durchmesser der Aufnahmebohrung ausgemessen.

Die Antriebseinrichtung ist zweckmäßigerweise hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetrieben, und das Gestänge ist einige Meter, vorzugsweise zehn Meter, lang und als Hohlkörper zur Aufnahme eines elektrischen Kabels ausgebildet.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung wird dadurch erreicht, daß zur Sicherung und Führung des Kalibrierrings auf dem Meßdorn ein Zapfen an einer Schraube in einer den Meßdorn auf einem Teil seiner Länge durchsetzenden Nut geführt ist und daß der Meßdorn eine auswechselbare und jeweils an ihrem freien Ende als Kegelstumpf ausgebildete Hülle trägt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung bestehen darin, daß jede Membran sich an der ihr jeweils gegenüber­ liegenden Membran über Säulen abstützt und daß der Meßwert­ wandler an den Säulen geführt in seiner Längsrichtung einige Millimeter, vorzugsweise zwei Millimeter, stufenlos verschiebbar und in jeder Stellung positionierbar ist und daß der Meßwert­ wandler mit einer Andruckkraft gegen die bodenseitige Membran vorgespannt ist, wobei die Andruckkraft in der Größenordnung einer bei einer Messung ausgeübten Bewegungskraft liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum fernbedienten Ausmessen von Aufnahmebohrungen in überfluteten und/oder durch Strahlung be­ lasteten Bauteilen hat den Vorteil, daß der Meßdorn bei jeder Messung kalibriert ist und jeder radial erfaßte Meßwert einem gegen den Außendruck kompensierten Meßwertwandler in einem hermetisch geschlossenen Gehäuse zugeführt und an ein nicht überflutetes Anzeigegerät weitergeleitet wird. Die zur Durch­ führung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung ermöglicht eine Zentrierung des Meßdorns in der Aufnahmebohrung, so daß auch bei einer geringen Eindringtiefe des Meßdorns in die Aufnahme­ bohrung Kippfehler vermieden werden. Sowohl die Erfassung als auch die Auswertung jedes Meßwertes erfolgt ohne erhöhte Dosis­ belastung für das Bedienpersonal.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeich­ nung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in einem Vertikalschnitt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem in eine Aufnah­ mebohrung eingeführten Meßdorn,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab mit einem Meßdorn vor einer Aufnahmebohrung,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab mit einem Meßdorn in einer Aufnahmebohrung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Für Montage- und/oder Wartungsarbeiten an einer Gitterplatte 1 in einem mit Wasser gefluteten Reaktordruckbehälter ist übli­ cherweise ein nicht dargestellter Montagearm vorgesehen, an dem die jeweils notwendigen Werkzeuge an die bis zu 10 Meter tief unter Wasser angeordnete Gitterplatte 1 herangeführt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gemäß Fig. 1 an einer Anhängung 2 ein Rohr 3 angeordnet, an dem ein sich an der Gitterplatte 1 abstützendes Gestell 4 befestigt ist. Ein mit einer Antriebseinrichtung 5 zusammenwirkendes Gestänge 6 trägt an seinem freien Ende ein Gehäuse 7, das mittels einer Tragplatte 8 in dem Gestell 4 geführt ist.

Unter dem Boden des Gehäuses 7 ist ein Meßdorn 9 angeordnet, der in eine Aufnahmebohrung 30 in der Gitterplatte 1 eingeführt ist. Dabei bewegt die hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch be­ triebene Antriebseinrichtung 5 das etwa 10 m lange und zur Auf­ nahme eines elektrischen Kabels 27 als Hohlkörper ausgebildete Gestänge 6 in axialer Richtung der Aufnahmebohrung 30. Der Meß­ dorn 9 trägt einen Kalibrierring 10, der sich über eine Feder 11 einerseits am Boden des Gehäuses 6 abstützt und der andererseits von der Feder 11 gegen die Gitterplatte 1 gedrückt wird.

Gemäß Fig. 2 ist das Gehäuse 7 zur Aufrechterhaltung eines gegenüber dem Außenraum unabhängigen Innendrucks an seiner Boden­ und Deckelseite durch bewegliche, jedoch gegeneinander abge­ stützte Membranen 12, 13 mit zueinander gleich großen Flächen abgeschlossen. Zwischen den Membranen 12 und 13 ist ein Meß­ wertwandler 14 angeordnet, der in einem Kolben 15 an Säulen 16 geführt ist. Durch zwei schräg durch das Gehäuse 7 in den Kolben 15 geführte Gewindebolzen 17, die rechtwinklig aufeinander zu­ laufen, ist der Meßwertwandler 14 in axialer Richtung einstell­ bar und vor der bodenseitigen Membran 12 positionierbar. Dabei wird der Meßwertwandler 14 mit einer schwachen Andruckkraft ge­ gen die Membran 12 vorgespannt.

In Normalstellung umschließt der Kalibrierring 10 Tastbolzen 18, die über im Längsschnitt L-förmige Hülsenschalen 19 mit dem frei­ en Ende eines nadelförmigen Bolzens 20 kraftschlüssig verbunden sind. Zur Sicherung und Führung des Kalibrierrings 10 auf dem Meßdorn 9 greift ein Zapfen 21 einer Schraube 22 in eine im Meßdorn 9 vorgesehene achsparallele sich über einen Teil von dessen Länge erstreckende Längsnut 23.

Einen äußeren Teil des Meßdorns 9 bildet eine auswechselbare Hülse 24. Um Abweichungen zwischen der Achse des Meßdorns 9 und einer auszumessenden Aufnahmebohrung 30 auszugleichen, ist die Hülse 24 an ihrem freien Ende als Kegelstumpf 25 ausgebildet. Durch einen Gegenkonus 26 wird ein Verkanten der Hülse 24 in der Aufnahmebohrung 30 vermieden.

Die Hülse 24 bildet mit dem Kalibrierring 10 eine Meßeinheit, die gegen gleich ausgestaltete und im Durchmesser verschiedene Meßeinheiten auswechselbar ist, wobei jeweils der Innendurch­ messer des Kalibrierringes 10 Referenzmaß ist.

Nach Einführen des Meßdorns 9 in die Aufnahmebohrung 30 ist gemäß Fig. 3 der sich auf der Gitterplatte 1 abstützende Kali­ brierring 10 in Längsrichtung des Meßdorns 9 verschoben. Bezo­ gen auf das Referenzmaß wird das Maß des Durchmessers der Auf­ nahmebohrung 30 von den beweglichen Tastbolzen 18 erfaßt und werden Abweichungen vom Maß des Kalibrierrings 10 in eine axiale Bewegung des Bolzens 20 umgelenkt. Die axiale Bewegung des Bolzens 20 wird über die Membran 12 auf den Meßwertwandler 14 übertragen, von diesem in eine elektrische Spannung umge­ wandelt, über ein Kabel 27 an ein nicht dargestelltes Anzeige­ gerät weitergeleitet und mit einer Genauigkeit im µm-Bereich angezeigt.

Durch Verschieben des Meßdorns 9 in axialer Richtung oder/und durch Drehen des Meßdorns 9 um seine Längsachse in verschiede­ nen axial gegeneinander versetzten Ebenen wird die Aufnahmeboh­ rung 30 über ihre axiale Ausdehnung und in verschiedenen Durch­ messerachsen ausgemessen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist darüber hinaus zum Aus­ messen von Bohrungen geeignet, die im Querschnitt von einer Kreisform abweichen.

Claims (11)

1. Verfahren zum fernbedienten Ausmessen von Passungsbohrungen in überfluteten Bauteilen, insbesondere von Aufnahmebohrungen (30) für Zentrierstifte in Gitterplatten (1) zur Führung und Halterung von Brennelementen in Kernreaktoren,

• - wobei ein Meßdorn (9) bei jeder Messung kalibriert wird,
• - wobei jede Aufnahmebohrung (30) in mindestens zwei in Umfangsrichtung gegeneinander verdrehten Ebenen radial ausgemessen wird,
• - wobei jeder radial erfaßte Meßwert mechanisch in eine axiale Verschiebung eines nadelförmigen Bolzens (20) umgesetzt wird,
• - wobei die axiale Verschiebung mechanisch einem gegen den Außendruck kompensierten Meßwertwandler (14) in einem hermetisch geschlossenen Gehäuse (7) zugeführt wird,
• - wobei der Meßwertwandler (14) die axiale Verschiebung in eine dieser entsprechende elektrische Spannung umwandelt und
• - wobei diese elektrische Spannung über ein Kabel (27) an ein nicht geflutetes Anzeige- und/oder Aufzeichnungsgerät weitergeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdorn (9) auf die Aufnahmebohrung (30) bezogen in axialer Richtung schrittweise weiterbewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdorn (9) in mindestens zwei axial gegeneinander versetzten Stellungen angehalten wird und dort jeweils den Durchmesser der Aufnahmebohrung (30) ausmißt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der

• - eine Antriebseinrichtung (5) mit einem in einem Rohr (3) geführten Gestänge (6) zusammenwirkt,
• - das Gestänge (6) an seinem freien Ende ein Gehäuse (7) trägt, wobei das Gehäuse (7) in einem an dem Rohr (3) gehalterten Gestell (4) geführt ist,
• - das Gehäuse (7) zur Aufrechterhaltung eines gegenüber dem Außenraum unabhängigen Innendrucks an seiner Boden- und Deckelseite durch bewegliche Membranen (12, 13) mit zueinander gleich großen, mit Druck beaufschlagten Flächen abgeschlossen ist,
• - zwischen den Membranen (12, 13) ein Meßwertwandler (14) angeordnet ist, der kraftschlüssig an der bodenseitigen Membran (12) anliegt,
• - unter dem Boden des Gehäuses (7) ein nahe seinem freien Ende quer zu seiner Längsachse bewegliche Tastbolzen (18) aufweisender Meßdorn (9) sich gehäusefest abstützt, wobei die Tastbolzen (18) in Normalstellung innerhalb eines Kalibrierringes (19) liegen und
• - der Meßdorn (9) einen beweglichen nadelförmigen Bolzen (20) aufweist, der zwischen den inneren Enden der Tastbolzen (18) und der bodenseitigen Membran (12) des Gehäuses (7) eingespannt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (5) hydraulisch oder pneumatisch oder elektrisch angetrieben ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge (6) einige Meter, vorzugsweise 5 bis 20 Meter, lang ist und als Hohlkörper zur Aufnahme eines elektrischen Kabels (27) ausgebildet ist und in sich teleskopierbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung und Führung des Kalibrierringes (10) auf dem Meßdorn (9) ein Zapfen (21) einer Schraube (22) in eine im Meßdorn (9) vorgesehene, achsparallele, sich über einen Teil von dessen Länge erstreckende Längsnut (23) eingreift.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdorn (9) eine auswechselbare und jeweils an ihrem freien Ende als Kegelstumpf (25) ausgebildete Hülse (24) trägt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Membran (12, 13) sich an der ihr jeweils gegenüberliegenden Membran (12, 13) über Säulen (16) abstützt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertwandler (14) an den Säulen (16) geführt in seiner Längsrichtung um einige Millimeter, vorzugsweise zwei Millimeter, stufenlos einstellbar und in jeder Stellung positionierbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertwandler (14) mit einer Andruckkraft gegen die bodenseitige Membran (12) vorgespannt ist, wobei die Andruckkraft in der Größenordnung einer bei einer Messung ausgeübten Bewegungskraft liegt.