DE4234519C2 - Inspektionsvorrichtung für die Zellen eines Stützgitters - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Inspekti­ ionsvorrichtung für die Zellen eines Stützgitters, die bevorzugt zur Untersuchung der Zellgröße eines Stützgitters, das die in einem Nuklear-Brennelement vorgesehenen Nuklear- Brennstäbe halten soll, eingesetzt wird.

Bei einem Kernbrennelement werden mehrere plattenförmi­ ge Streifen bzw. Bänder oder Halter senkrecht zueinander in Gitterform angeordnet, um Stützgitter zu bilden, die je­ weils mehrere Zellen bereitstellen, in die Kernbrennstäbe eingeführt werden. Wenn die Kernbrennstäbe in die Zellen des Stützgitters eingeführt sind, drücken in den Zellen vorhandene Federn die Kernbrennstäbe gegen die Zellenwände, so daß die Kernbrennstäbe durch die Stützgitter gehalten werden.

Bei der vorstehend erwähnten Zusammenbaumethode müssen die in jeder Zelle vorgesehenen Federn beim Einführen des Brennstabs in eine jeweilige Zelle mit diesem in Kontakt gelangen. Hierbei ergibt sich die Möglichkeit, daß Defekte oder Fehler an der Brennstaboberfläche gebildet werden.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird beim her­ kömmlichen Zusammenbauverfahren vorgeschlagen, vor der Ein­ führung des Brennstabs ein Schlüsselelement zur Verlangerung der Federn jeder Zelle in das Stützgitter einzuführen.

Um bei dem vorstehend erwähnten Verfahren die sichere Einführung des Brennstabs zu bestätigen, kann vor der Ein­ führung des Brennstabs ein Stift-Meßfühler mit einer vorbe­ stimmten Größe in jede der Zellen eingeführt, um die Innengröße jeder Zelle zu inspizieren. Hierbei wird die In­ spektion unter visueller Beurteilung der Weise der Einführung des Stift-Meßfühlers durch einen Betrachter im Hinblick auf die Innengröße der Zelle bzw. Zellen mit verlagerten Federn durchgeführt.

Bei diesem vorstehend erläuterten Inspektionsverfahren müssen allerdings viele Zellen jeweils nacheinander durch einen Menschen inspiziert werden. Aus diesem Grund sind für die Inspektion aller Zellen viele Arbeitsstunden und Beob­ achter erforderlich, wodurch sich der Nachteil ergibt, daß die Inspektion nicht effizient durchgeführt werden kann. Ferner ergeben sich aufgrund der visuellen Inspektion der Zellengröße Unterschiede zwischen den einzelnen Personen, was zu dem weiteren Nachteil führt, daß die Standardisie­ rung der Inspektionsvorgänge seitens der Betrachter schwie­ rig ist.

Aus der US-PS 4 246 783 ist eine Vorrichtung zum Messen der Federkraft von Federn, die in Stützgittern von Kern­ brennelementen angeordnet sind und zum Festhalten von in die Gitterzellen eingeführten Brennstäben dienen, bekannt. Die Meßvorrichtung weist einen Stab auf, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Brennstäbe entspricht und der zur Mes­ sung in die Gitterzellen eingeführt wird. Der Stab ist biegsam und mit einem Belastungsmesser versehen, der eine bei Einführung des Stabs in eine Gitterzelle auftretende Biegung des Stabs erfaßt und ein die gemessene Federkraft repräsentierendes elektrisches Signal erzeugt.

Die US-PS 4 865 800 offenbart eine Inspektionsvorrich­ tung für ein Brennelement-Stützgitter, die mit einer berüh­ rungsfreien Meßeinrichtung ausgestattet ist. Die Meßein­ richtung weist eine Lichtquelle und ein Betrachtungssystem auf, das ein oder mehrere Bilder des Brennelement-Stützgit­ ters aufzeichnet. Aus den erfaßten Werten wird dann berech­ net, ob das Stützgitter im zulässigen Toleranzbereich liegt oder nicht.

Aus der DE 31 07 372 A1 ist ein Meßgerät zur Kontrolle der äußeren Geometrie von Brennelementkästen und Brennele­ menten bekannt, bei dem eine Oberflächenveränderung der Brennelemente oder Brennelementkästen während der Lagerung der aktiven Elemente in der Reaktoranlage gemessen wird. Das Meßgerät ist mit einer Meßstütze versehen, an der be­ rührungsfrei arbeitende, Abstandsmaße aufnehmende Sensoren angebracht sind.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Inspek­ tionsvorrichtung für ein bei einem Kernbrennelement vorge­ sehenes Stützgitter zu schaffen, die eine Vielzahl von Zel­ len in kurzer Zeit und genau inspizieren kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ange­ gebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Inspektionsvor­ richtung wird eine Vielzahl von an der bewegbaren Platte vorgesehenen Stiftfühlern aufgrund der Bewegung der be­ wegbaren Platte in Richtung zum Stützgitter in Längsrichtung der Zellen jeweils in die Zellen des Stützgitters ein­ geführt. Wenn hierbei der Kontaktdruck der in jeder Zelle vorgesehenen Federn innerhalb des vorbestimmten Druckbe­ reichs liegt, wird der Stiftfühler sanft bzw. problemlos in die Zelle eingeführt. Wenn aber der Kontaktdruck größer als der vorbestimmte Druckbereich ist, wird der Stift­ fühlern nicht in die Zelle eingeführt, so daß er teil­ weise auf der Außenseite der bewegbaren Platte vorspringen kann bzw. vorsteht. Dieses Vorstehen des Stiftfühlers wird durch den Sensor erfaßt, um zu beurteilen, ob die Zelle eine gewünschte und ausreichende Größe besitzt oder nicht.

Weitere Merkmale vorliegender Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Inspektions­ vorrichtung, und

Fig. 3 eine Frontansicht, die einen vergrößerten Teil der Inspektionsvorrichtung einschließlich des be­ wegbaren Plattenabschnitts zeigt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3, in denen Teile, die identisch mit in anderen Zeichnungen ge­ zeigten Teilen sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, ein Ausführungsbeispiel der Inspektionsvor­ richtung beschrieben.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Inspektionsvor­ richtung 1 gezeigt, bei der ein Paar von Schienen 4 parallel in Längsrichtung auf einer Oberseite 3 eines Rahmens 2 verlegt bzw. montiert sind. Genauer gesagt sind die Schienen 4 auf einem Teil der oberen Fläche bzw. Oberseite 3, der von der Gesamtoberfläche des Rahmens 2 einen Kantenbereich 3a nicht umfaßt wird, angebracht. Auf diesen Schienen 4 ist eine Basis 5 montiert.

Die Basis 5 ist im wesentlichen aus einer Basis­ platte 6, einer Drehwelle 7 und einem Tisch 8 gebildet.

In der Basisplatte 6 sind an Eckbereichen einer unteren Flä­ che bzw. Unterseite eines rechteckförmigen glatten Ab­ schnitts 11 Führungen 12 vorgesehen sind, aufgrund der die Basisplatte 6 frei auf den Schienen 4 gleiten und auch an beliebiger Position auf den Schienen 4 fest­ gelegt werden kann.

Die Drehwelle 7 verläuft vertikal auf dem Mittelabschnitt der Basisplatte 6, so daß sie um jeden vorbestimmten Winkel, beispielsweise 90°, um ihre Vertikalachse drehen kann.

Der Tisch 8 ist eine quadratförmige Platte, die an der Dreh­ welle 7 befestigt ist. In Übereinstimmung mit der Schritt­ drehung der Drehwelle 7, die um jeweils einen vorbestimmten Winkel (beispielsweise 90°) gedreht wird, wird der Tisch 8 innerhalb einer Horizontalebene um den vorbestimmten Winkel gedreht.

Zusätzlich ist eine Stütze 13 an einem Un­ terkantenabschnitt der Basisplatte 6 befestigt. Die Stütze 13 ist mit einem Stab 15 einer Betätigungseinrichtung 14 verbunden. An einem Seitenbereich des Rahmens 2 in seiner Längsrichtung ist ein Zylinder 16 der Betätigungs­ einrichtung 14 mittels eines Paares von Stützen 17 horizon­ tal befestigt. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Mechanis­ mus wird die Basisplatte 6 auf den Schienen 4 gleitend ver­ schoben, während die Stange 15 innerhalb des Zylinders 16 bewegt wird. Weiterhin ist ein Halte- bzw. Stützgitter 21 vorhanden, das auf dem Tisch 8 montiert ist.

Das Stützgitter 21 ist dadurch gebildet, daß plattenförmige Riemen bzw. Bänder bzw. Befestigungen senkrecht zueinander in Gitterform zusammengebaut sind. In diesen Git­ tern sind Räume (die als Zellen 22 bezeichnet werden) gebil­ det, in die Kernbrennstäbe eingeführt werden.

Zwei benachbarte Seitenflächen 23 des Stützgitters 21 stehen jeweils in Kontakt mit zwei Kontaktelementen 24, die an zwei benachbarten Seiten des Tischs 8 angeordnet sind. Weiterhin werden die anderen Seitenflächen 25, die sich an die vorste­ hend genannten Seitenflächen 23 des Stützgitters 21 an­ schließen, durch zwei Druckelemente 26 gedrückt, die jeweils an den anderen beiden Seiten des Tischs angeordnet sind.

Weiterhin steht eine Tragstütze 31, die sich vertikal erstreckt, auf dem Kantenbereich 3a, der teilweise die Oberseite 3 des Rahmens 3 belegt. Weiter­ hin ist ein Paar von Schienen 32 vertikal parallel an einer Seitenfläche 31a der Tragstütze 31 in deren Längsrichtung verlegt bzw. angebracht. Mit diesen Schienen 32 steht ein paar von Führungen 33 jeweils in frei gleitender Weise in Eingriff. Ferner ist eine Stütze 34 an diesen Führungen 33 befestigt und hält eine bewegbare Platte 41 in horizontaler Lage.

Des weiteren ragt ein Oberkantenbereich 34a der Stütze 34 in das Innere der Tragstütze 31 und ist mit einer Stange 43 ei­ ner Betätigungseinrichtung 42 verbunden. An einer Seitenfläche 31a der Tragstütze 31 ist ein Zylinder 44 der Betätigungseinrichtung 42 vertikal durch ein Paar von Klam­ mern bzw. Stützen 45 befestigt bzw. festgehalten. Während sich die Stange 43 in dem Inneren des Zylinders 44 bewegt, gleiten die in Eingriff mit den Schienen 32 stehenden Füh­ rungen 33 an den Schienen 32. Zusammenhängend mit der Bewe­ gung dieser Führungen 33 wird die bewegbare Platte 41 auf­ wärts oder abwärts bewegt.

Eine obere Fläche bzw. Oberseite 41a der bewegbaren Platte 41 besitzt quadratische Form, wobei ihre Fläche gleich groß wie ein Viertel der Oberfläche des Stützgitters 21 ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist jeweils ein vertikal durch die bewegbare Platte 41 hindurchgehendes Durchgangsloch 46 an einer Position gebildet, die der Position jeder Zelle 22 des Stützgitters 21 jeweils entspricht. Weiterhin ist je­ weils ein Stift-Meßfühler bzw. Stiftfühler 51 in jedes der Durchgangslöcher 46 eingefügt, so daß er an der bewegbaren Platte 41 hängt. An jedem Stiftfühler 51 ist eine Platte 52 mit kleiner Dicke montiert.

Ein Sensor 53 ist an einer Position angebracht, die um einen vorbestimmten Abstand oberhalb der Befestigungsstelle zwi­ schen der Stütze 34 und der bewegbaren Platte 41 liegt.

Der Sensor 53 besitzt eine Berührungsnadel 54. Wenn folglich die Platte 52 oder der Stiftfühler 51 diese Berüh­ rungsnadel 54 berührt und drückt, erfaßt der Sensor 53 den Druck.

Im folgenden wird das Inspektionsverfahren zur Inspektion der Größe der Zellen 22 des Stützgitters 21 mit Hilfe der gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel ausgebil­ deten Inspekionsvorrichtung 1 beschrieben.

Zunächst wird die Betätigungseinrichtung 14 betätigt, um die Basis 5 in Richtung zum anderen Kantenbereich 3b, der die Oberseite 3 des Rahmens 2 teilweise belegt, zu bewegen. Gleichzeitig wird die Betätigungseinrichtung 42 angetrieben, um die bewegbare Platte 41 nach oben zur höheren oder oberen Position der Tragstütze 31 zu bewegen.

Nachfolgend werden die Druckelemente 26 horizontal in Rich­ tung zur Außenseite des Tischs 8 bewegt und das Stützgitter 21 wird auf dem Tisch 8 montiert. Dann werden die benachbarten Seitenflächen 23 des Stützgitters 21 jeweils in Berührung mit den am Tisch 8 vorgesehenen Kontaktelementen 24 ge­ bracht, während die anderen Seitenflächen 25 jeweils durch die Druckelemente 26 gedrückt werden, so daß das Stützgitter 21 auf dem Tisch 8 fixiert ist.

Anschließend wird die Betätigungseinrichtung 14 betätigt, um die Basis 5 in Richtung zu dem einen Kantenbereich 3a zu be­ wegen, der die Oberfläche 3 des Rahmens 2 teilweise belegt, so daß die Basis 5 an der vorbestimmten Position an dem einen Kantenbereich 3a angeordnet wird.

Danach wird die Betätigungseinrichtung 42 betätigt, um die bewegbare Platte 41 nach unten zu bewegen, so daß die Stift­ fühler 51 jeweils in eine jeweilige der Zellen, deren Anzahl ungefähr ein Viertel der Gesamtanzahl der im Stützgitter vorhandenen Zellen ist, benachbart zur Tragstütze 31 einge­ führt werden.

Wenn hierbei der Kontaktdruck der Federn jeder Zelle 22 in­ nerhalb des vorbestimmten Druckbereichs liegt, wird der Stiftfühler 51 rasch in die Zelle 22 eingeführt. Wenn ande­ rerseits der Kontaktdruck größer als der vorbestimmte Druck­ bereich ist, wird der Stiftfühler 51 nicht in die Zelle 22 eingeführt, so daß er von der Oberseite 41a der bewegbaren Platte 41 vertikal nach oben vorsteht. Wenn somit einer oder mehrere Stiftfühler 51 vertikal nach oben vorstehen, sind die an diesen Stiftfühlern 51 montierten Platten 52 zwangsweise nach oben angehoben und drücken die Berüh­ rungsnadel 54 des Sensors 53 nieder bzw. betätigen diese. Folglich ist es möglich, eine defekte Zelle 22 aufzufinden.

Danach wird die Betätigungseinrichtung 42 betätigt, um die bewegbare Platte 41 nach oben anzuheben, wonach die Dreh­ welle 7 um 90° in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, was von oben beobachtet wird. Anschließend wird die Betätigungsein­ richtung 42 erneut betätigt, um die bewegbare Platte 41 nach unten zu bewegen, wonach die Inspektion von Zellen 22, deren Anzahl ungefähr ein Viertel der Gesamtzahl der im Stützgitter 21 vorgesehenen Zellen beträgt, in der Nähe der Tragstütze 31 durchgeführt wird. Durch Wiederholung des vor­ stehend erläuterten Ablaufs ist es möglich, alle im Stütz­ gitter 21 vorgesehenen Zellen 22 zu inspizieren.

Nach Beendigung der Inspektion aller im Stützgitter 21 vor­ gesehenen Zellen 22 wird die Betätigungseinrichtung 42 betä­ tigt, um die bewegbare Platte 41 nach oben zu bewegen und sie an der oberen Position der Tragstütze 31 anzuordnen. Danach wird die Betätigungseinrichtung 14 be­ wegt, um die Basis 5 in Richtung zum anderen Kantenbereich 3b der Oberseite 3 des Rahmens 2 zu bewegen und sie an der vorbestimmten Position am anderen Kantenbereich 3b zu posi­ tionieren. Hierauf wird das Stützgitter 21 vom Tisch ent­ fernt, so daß eine Reihe von Inspektionsvorgängen beendet ist.

Wie vorbestehend beschrieben, ist es mit der gemäß den Grundzügen vorliegender Erfindung ausgestalteten Zellgrößen- Inspektionsvorrichtung 1 möglich, die Inspektion aller einer Vielzahl von Zellen 22 rasch und glatt bzw. problemlos durch einfaches Durchführen von maximal vier Betätigungen bzw. Ab­ läufen vorzunehmen. Daher ist es möglich, alle Zellen in ex­ trem kurzer Zeit zu inspizieren. Anders ausgedrückt ist es möglich, die für die Durchführung des Inspektionsvorgangs erforderliche Arbeitszeit erheblich zu reduzieren, wodurch die für diesen Untersuchungsvorgang erforderlichen Kosten gleichfalls beträchtlich verringert werden. Da weiterhin die Inspektion objektiv durchführbar ist, besteht keine Gefahr, daß Unterschiede aufgrund von Unterschieden zwischen den Einzelpersonen auftreten, so daß eine Standardisierung des Inspektionsvorgangs erreichbar ist.

Vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung des vor­ stehend beschriebenen Berührungsnadel-Sensors 53 beschränkt, sondern es ist auch möglich, verschiedene Sensorarten einzu­ setzen. Beispielsweise kann ein Sensor benützt werden, der aus einer Leuchtdiode (oder einem lichtaussendenden Element) und einer Lichtempfangsdiode (oder einem lichtempfangenden Element) besteht. In diesem Fall wird die oberhalb der be­ wegbaren Platte 41 befindliche horizontale Ebene durch die­ sen Sensor abgetastet, wodurch es möglich ist, die Position des einer defekten Zelle entsprechenden Stiftfühlers 51 zu spezifizieren.

Durch einfaches Einführen eines Stiftfühlers in eine jeweilige Zelle ist es somit möglich, die Zellgröße für eine Vielzahl von im Stützgitter vorhandenen Zellen zu untersuchen. Damit ist es möglich, alle Zellen in extrem kurzer Zeit zu inspizieren, wodurch der für die Durchführung des Inspektionsvorgangs der Kernbrennelementanordnung erforderliche Zeit- und Kostenaufwand beträchtlich reduziert wird.

Claims (3)

1. Inspektionsvorrichtung für die Zellen eines Stützgit­ ters (21), das durch rechtwinkling zueinander erfolgendes Zusammenbauen mehrerer Streifen in Gitterform gebildet ist und damit eine Vielzahl von Zellen (22) zur Einführung von Kernbrennstäben besitzt, mit
einer Basis (5) auf der das Stützgitter (21) montiert ist,
einer bewegbaren Platte (41), die parallel zu der Git­ terebene des Stützgitters (21) geführt und bezüglich der Gitterebene sowohl parallel als auch senkrecht bewegbar ist,
einer Vielzahl von Stiftfühlern (51), die an der be­ wegbaren Platte (41) senkrecht zur Plattenebene in frei gleitender Weise vorgesehen sind und von denen jeder in ei­ ne jeweilige Zelle (22) einführbar ist, wenn die bewegbare Platte (41) in Richtung zum Stützgitter (21) bewegt wird, und
Sensoren (53), mit denen erfaßbar ist, ob die Stift­ fühler (51) nach dem Bewegen der Platte (41) in Richtung zum Stützgitter (22) relativ zu der Platte (41) verschoben sind.

2. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sensoren (53) Berührungsnadeln (54) aufweisen, die bei Berührung durch einen fehlerhaft nicht in die Zelle eingeführten Stiftfühler (51) den Berührungs­ druck erfassen.

3. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sensoren (53) als Photosensoren mit einem Leuchtelement und einem Lichtempfangselement ausge­ bildet sind.