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Die Erfindung betrifft ein
Aufprallkalibrierungswerkzeug zum Einsatz bei einem
Fremdkörper-Überwachungssystem, wie es bei einem betriebsfähigen nuklearen
Dampferzeugungssystem (NDES) verwendet wird, um ein
mögliches langes Abschalten zur Reparatur von
Reaktoreinbauten zu verhindern. Es besteht die Gefahr,
insbesondere direkt nach einem Ausfall, daß Überbleibsel
von Reparaturmaterial- oder Werkzeugstücken im Reaktor
verbleiben und von der umlaufenden Flüssigkeit fortbewegt
werden. Des weiteren ist bekannt, daß nicht festgemachte
Befestigungselemente und andere Teile aufgrund dieser
Strömung in Schwingungen geraten können. Je nach Masse
und Geschwindigkeit dieser Fremdkörper rufen sie typisch
eine Schwingungsfrequenz relativ normaler Verteilung im
Bereich von 0,1 bis 100 kHz hervor, wobei die meisten
Fremdkörper Schwingungen im Bereich von 1,0 bis 10 kHz
erzeugen.
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Fremdkörper-Überwachungs Systeme werden
normalerweise zum Erfassen, Auffinden und Kennzeichnen von
metallischen Fremdkörpern sowohl in Reaktoren als auch in
Dampferzeugern verwendet. Zum besseren Verständnis dieser
Systeme siehe folgende Abhandlungen: Thompson, J.P. et
al, "STOCHASTIC TREATMENT OF LOOSE PART IMPACT SIGNALS",
[Stochastische Behandlung von
Fremdkörper-Aufprallsignalen], American Nuclear Society, 1983 Winter Meeting;
Lubin, B.T. et al, "STATISTICAL ANALYSIS OF LOOSE PART
MONITORING SYSTEM SIGNALS TO DIAGNOSE THE PRESENCE OF A
LOOSE PART ON THE SECONDARY SIDE OF A PWR STEAM
GENERATOR", [Statistische Analyse von Fremdkörper-
Überwachungssystemsignalen zur Feststellung des
Vorhandenseins eines Fremdkörpers auf der Sekundärseite
eines DWR-Dampferzeugers] jt. ASME/IEEE Power Generation
Conference, Oktober 1986 sowie die darin aufgeführte
Literatur.
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Zur Bestimmung, ob die Fremdkörper festsitzen
oder sich bewegen, werden Signaländerungen, die eine
Zustandsänderung des möglichen Fremdkörpers anzeigen
können, aufgenommen.
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Im typischen Aufbau einer Einrichtung zur
Überwachung eines NDES wird eine Reihe von
Beschleunigungsmessern (Meßwandlern) verwendet, die zur Aufnahme
von Impulssignalen, die von dem Aufprall eines
Fremdkörpers verursacht sein könnten, angebracht sind. Früher
wurden diese Signale an der Beschleunigungsmesserposition
hinsichtlich der Reaktion auf die Aufprallenergie eines
schwerkraftgetriebenen Gewichts, das an einer bekannten
Position relativ zum Beschleunigungsmesser auf die
Struktur aufprallt, kalibriert, die in g der
Beschleunigung ausgedrückt wird. Die Bundesaufsichts- und
-genehmigungsbehörde für kerntechnische Anlagen der USA
legt in Vorschriftsrichtlinie 1.133 (Ref. 1) funktionelle
Mindestanforderungen an ein Fremdkörper-Überwachungs-
System fest.
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Aufprallwerkzeuge sind vorbekannt, können jedoch
unzweckmäßig sein, wenn versucht wird, sie zum präzisen
Aufprallen genau in Kontakt mit einer Werkstückstruktur
zu positionieren. Siehe zum Beispiel:
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1.) Japanische Patentzusammenfassungen, Band
8, Nr. 68 (P-264) (1505), 30 März 1984 und JP-A 58214838
(FUJITSU K.K.), 14 Dezember 1983; in denen zur
Kontaktherstellung mit der Werkstückstruktur kein Zylinder
vorhanden ist.
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2.) US-A-4 689 985, das einAufprallhammerende
aufweist, das manuell von einem Handgriff in
Aufprallkontakt mit einer Werkstückstruktur geschwungen wird. Die
Aufprallkraft wird gemessen und angezeigt.
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3.) GB-A-595 191 weist eine Platte 6 auf, die
Abschnitte der Werkstückstruktur optisch verdeckt und
somit ein Positionieren verhindert und nur vertikal
arbeitet.
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4.) US-A-4 470 293, die gleich dem japanischen
Literaturhinweis oben ist.
Darstellung der Erfindung
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein
Werkzeug zur zweckmäßigen Erzeugung eines standardmäßigen
wiederholbaren Aufpralls auf eine NDES-Struktur zur
Bestimmung der Reaktion eines Beschleunigungsmessers auf
einen Aufprall bekannter Energie an einer vorbestimmten
Position an der Struktur. Das Werkzeug erhöht die
Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Aufprallenergie
gegenüber der früheren Methode, bei der ein auf die
Struktur aufprallendes schwerkraftgetriebenes Gewicht
oder ein manuell geschwungener Hammer verwendet wurde.
Die Verwendung dieses Werkzeugs erhöht die Genauigkeit
der Kalibrierung der Reihe von Beschleunigungsmessern in
einem Fremdkörper-Überwachungssystem.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug besteht aus einem
hohlen Zylinder mit einem äußeren Ende, einer
Mittelbohrung, die für genaues Positionieren und Kontakt des
Zylinders sorgt, und einem inneren Ende auf. Ein Stößel
mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende ist mit dem
ersten Ende zur Ausführung von hin- und hergehenden
Bewegungen im Zylinder befestigt zum abwechselnden und
genauen aufprallerzeugenden Aus fahren aus dem und
Einfahren in das äußere Ende des Zylinders aufgrund einer
Kombination aus einer rotierenden Welle und
Nockenmitteln.
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Eine große Feder im Zylinder steht zur
Vorspannung des Stößels in Richtung zum äußeren Ende des
Zylinders mit einem Flansch am Stößel in Eingriff und
treibt bei Freigabe der Feder den Stößel in die Aus
fahrposition und zum Aufprall an eine angrenzende Struktur,
an die das Zylinderende angelegt worden war. Dies erzeugt
einen wiederholbaren Aufprall.
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Aufgrund der Tatsache, daß das Werkzeug einen
hohlen Zylinder und eine Mittelbohrung am inneren Ende
aufweist und Schaftrotiermittel und Nockenmittel entfernt
von der Werkstücksstruktur, wo die Sicht nicht behindert
wird, umf aßt, ermöglicht es genaues Positionieren und
Kontakt des Zylinders.
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Am inneren Ende des Zylinders ist zur tragenden
Lagerung einer quer dazu verlaufenden drehbaren Welle ein
Gehäuse angebracht. Die Welle treibt drehend zwei
beabstandete Nockenplatten, die zum Treiben eines quer zum
benachbarten zweiten Ende des Stößels befestigten
Mitnehmerstiftes Nockenflächen aufweisen. Die Nockenform
bewegt den Stößel hin und her und zieht seinen Flansch
gegen die große Feder zurück, um diese zusammenzudrücken.
Die Nockenfläche ist so geformt, daß sie beim
Fortschreiten der Drehung den Stiftmitnehmer losläßt, so daß
sich die Feder nicht mehr im zusammengedrückten Zustand
befindet und dadurch den Stößel in den Aufprallzustand
treibt. Eine kleinere Feder dämpft den Stoß im Werkzeug,
um eine Beschädigung des Stiftes, der Nockenfläche und
des Flansches zu verhindern. Eine Handkurbel treibt die
Welle an. Eine volle Umdrehung der Kurbel erzeugt einen
wiederholbaren Aufprall zur Kalibrierung der
Beschleunigungsmesser. Das Werkzeug wird mittels eines
Griffes am Gehäuse gehalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 ist eine Vorderansicht eines gemäß den
Grundsätzen der Erfindung konstruierten
Aufprallkalibrierungswerkzeugs;
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Figur 2 ist eine Schnittansicht des Werkzeugs
entlang Linie 2-2 gemäß Figur 1, wobei bestimmte Teile
zur Verdeutlichung ganz dargestellt sind;
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Figur 3 ist eine bruchstückartige Seitenansicht
der linken Seite des Werkzeugs gemäß Figur 1;
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Figur 4 ist eine bruchstückartige Schnittansicht
entlang Linie 4-4 gemäß Figur 1;
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Figur 5 ist eine Draufsicht des Werkzeugs gemäß
Figur 1;
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Figur 6 ist eine Vorderansicht des Stößels, der
großen Feder und des Mitnehmerstiftes des Werkzeugs von
Figur 1;
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Figur 7 ist eine Seitenansicht des Stößels, der
großen Öffnung und des Stiftes von Figur 6.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung
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Die Nummer 10 bezeichnet im allgemeinen das
erfindungsgemäße Aufprallkalibrierungswerkzeug zur
Erzeugung eines standardmäßigen wiederholbaren Aufpralls
auf einer Struktur zur Bestimmung der Reaktion eines
Beschleunigungsmessers auf den Aufprall einer bekannten
Energie an einer vorbestimmten Position an der Struktur.
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Das Werkzeug 10 umf aßt ein hohles Zylinderglied
12 mit einer Mittelbohrung 14. Der Zylinder 12 besteht
zweckmäßigerweise aus einem Metall wie beispielsweise
Aluminium und weist angrenzend an einen aus gesenkten
Abschnitt 18 kleineren Durchmessers einen ausgesenkten
Abschnitt 16 größeren Durchmessers auf.
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Ein Stößel 20 mit einem ersten Ende 22 zum
Aufprallen und einem zweiten Ende 24 mit einer
querverlaufenden Öffnung 26 ist zum Ausführen von hin- und
hergehenden Bewegungen in der Bohrung 14 des Zylinders 12
angebracht. Der Stößel 20 weist in der größeren
Aussenkung 16 einen Flansch 28 auf.
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Eine große Feder 30 wirkt zur Vorspannung des
Stößels 20 in Richtung des an das Aufprallende 22 des
Stößels 20 angrenzenden äußeren Zylinderendes 32 in der
Aussenkung 14 gegen den Flansch 28. Ein hohler Endaufsatz
34 aus Kohlenstoffstahl wird fest auf das äußere
Zylinderende 32 geschraubt, um dessen Verschleiß zu
verhindern.
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Ein im allgemeinen mit der Zahl 40 bezeichnetes
hohles Nockentraggehäuse hat einen hohlen Endaufsatz 42
als Boden, der durch Aufschrauben an der Außenseite des
inneren Endes 44 des Zylinders 12 befestigt ist. Der
Stößel 20 verläuft durch den Endaufsatz 42 und in das
Gehäuse 40, wobei sich sein zweites Ende 24 zwischen der
rechten und linken Seitenplatte 46 bzw. 48 des Gehäuses
40 befindet. Ein Griff 50 ist durch Schweißen mit der
oberen Platte 52 des Gehäuses 40 verbunden.
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Wie in Figuren 3 und 4 dargestellt, hat die
rechte Seitenplatte 46 eine Gewindeöffnung 56, in die ein
hohler Lager- und Sperraufsatz 58 befestigt wird, um ein
erstes Ende der Welle 60 drehbar anzubringen und zu
halten. Das gegenüberliegende Ende der Welle 60 dreht in
einem geeigneten Lager in einer Öffnung in der linken
Platte 48 und wird von einer durch Schrauben 64 an der
Platte 48 befestigte Endanschlagplatte 62 gehalten.
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Die Welle 60 weist drehfest mit ihr verbundene
Nockenplatten 66 und 68 auf. Die Nockenplatten 66 und 68
sind identisch und definieren jeweils eine geneigte
spiralförmige Nockenfläche mit einem steilen Absatz 70.
Als Nockenmitnehmer für die Fläche 68 dient ein in der
querverlaufenden Öffnung 26 des Stößels 20 befestigter
Stift 72. Wenn der Stift 72 unter größerwerdendem Abstand
vom Drehungsmittelpunkt von Welle 60 entlang der
spiralförmigen Neigung läuft, wird der Stößel 20 in die
Zylinderbohrung 14 und den hohlen Aufsatz 34 zurückgezogen.
Die große Feder 30 wird von dem Flansch 28 gegen den
Endaufsatz 42 zusammengedrückt, bis der Stift 72 von dem
steilen Absatz 70 abfällt. Der Stößel 20 bewegt sich dann
unter Einfluß der Kraft von der freigegebenen Feder 30
vorwärts, bis er über den Endaufsatz 34 hinausgeht, und
das Stößelende 22 prallt an der vorbestimmten Stelle auf
die NDES-Struktur auf. So kann ein Beschleunigungsmesser
mit der wiederholbaren bekannten Energie des Aufpralls
genau kalibriert werden.
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Die Welle 60 wird mit Hilfe eines zu diesem Zweck
an der Welle angebrachten Kurbelarms 74 und Rollgriffs 76
gedreht. Eine kleine Feder 78 in der kleinen Aussenkung
18 leistet beim Rückprall des Stößels 20 während der
Bewegung nach dem Aufprall mechanische Unterstützung. Durch
Begrenzung des Ausfahrens des Stößelendes 22 verhindert
der Flansch 28, daß der Stift 72 die Nockenplatten 66 und
68 beschädigt. Während der Hin- und Herbewegung des
Stößels 20 nimmt ein Schlitz 80 die Welle 60 auf.
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Das Werkzeug wird zweckmäßig bedient, indem der
Endaufsatz 34 an der gewünschten Stelle an die NDES-
Struktur angelegt, der Griff 50 mit der einen Hand und
der Griff 76 mit der anderen umf aßt und die Welle 60 um
eine Umdrehung gedreht wird, wodurch der gewünschte
standardmäßige Aufprall erzeugt wird.