DE69804140T2 - Herstellungsverfahren eines identifikationskerns für ultraschallsiegel - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Identitätskernen für Ultraschallsiegel, wobei jeder Kern einen verlöteten Stapel von Scheiben mit mindestens einer Nut aufweist und die Identität zumindest teilweise durch die zufällige Winkelstellung der verschiedenen Nuten in dem Stapel von Scheiben definiert ist.
• Solche Kerne wurden in der Druckschrift EP-A-0 658 250 beschrieben.
• Sie sind dazu bestimmt, in Siegel oder Markierorgane eingebaut die Überwachung und Erfassung von gefährlichen Materialien, insbesondere radioaktiven Materialien, zu erlauben, deren Kontrolle zu ermöglichen und Mißbrauch zu bekämpfen.
• Gemäß den Regeln des Vertrags über die Nichtweiterverbreitung von Kernbrennstoffen muß jeglicher Transport und jede Lagerung von radioaktiven Materialien einer permanenten Kontrolle durch internationale Inspektoren unterliegen. Die Inspektoren müssen zur Erfüllung ihrer Mission Behälter versiegeln und die Siegel hinsichtlich ihrer Identität und ihrer Integrität verifizieren.
• In der obigen Druckschrift werden Bolzen zum Verschließen eines Behälters beschrieben, die einen Identitätskern enthalten. Setzt man auf den Kopf des Bolzens ein Ultraschall-Lesegerät, dann kann man diese Identität lesen und zugleich überprüfen, ob der Bolzen seit der letzt-vorausgegangenen Verifikation manipuliert worden ist.
• Man arbeitet mit Zufallsphänomenen für die Definition der Identität, um zu vermeiden, daß das Siegel in Fälschungsabsicht kopiert wird. So schlägt die oben zitierte Druckschrift vor, Identitätskerne zu bilden, indem eine gewisse Anzahl von mit Nuten versehenen Scheiben so gestapelt wird, daß die Identität nach einer geeigneten Verlötung der Einheit zumindest teilweise durch die zufällige Lage der Nuten in dem Stapel definiert wird, d. h. von Hohlräumen, die nach der Verlötung zur Quelle von Ultraschallechos werden. Die Identität wird also erzeugt, indem eine zufällige Zusammenstellung von Scheiben zu einem gemeinsamen Block verlötet wird, wobei die Scheiben ihrerseits bei ihrer individuellen Herstellung einen Zufallsaspekt aufweisen.
• Diese Kerne werden gegebenenfalls mit einem Integritätsstift kombiniert, der eine Sollbruchzone für den Fall einer Verletzung dieser Integrität besitzt. Setzt man ein Ultraschall-Lesegerät auf einen Bolzen mit einem solchen Kern, dann kann man das Ultraschall-Meßergebnis speichern, das einerseits der Identität dieses Siegels und andrerseits in Höhe des Integritätsstifts der Integrität des Bolzens entspricht.
• Die vorliegende Erfindung betrifft das Herstellungsverfahren für die Identitätskerne, die für solche oder andere Siegel geeignet sind. Man hat nämlich festgestellt, daß die individuelle Fertigung der Kerne komplex ist angesichts der großen erforderlichen Zahl (man braucht nach jeder Intervention einen neuen Kern), der geringen Abmessung der Kerne (Durchmesser 12 mm, Höhe 5mm) und insbesondere angesichts der Qualitätserfordernisse. Man muß beispielsweise absolut ebene Scheiben verwenden, deren Dicke kaum einen Millimeter übersteigt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist in den beiliegenden Ansprüchen definiert.
• Die Erfindung wird nun im Einzelnen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt eine Scheibe eines erfindungsgemäß hergestellten Kerns.
• Fig. 2 zeigt im axialen Schnitt einen Stapel von Scheiben, der bereit ist zum Verlöten im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Fig. 3 zeigt einen Verfahrensschritt nach dem Verlöten, nämlich das Zerschneiden des Stapels in einzelne Tabletten.
• Fig. 4 zeigt von oben eine solche Tablette, die für eine Kombination mit einem Integritätsstift verändert wurde.
• Fig. 5 zeigt im Schnitt die Verbindung eines gemäß Fig. 4 veränderten Kerns und eines Integritätsstifts während des Verlötens dieser beiden Elemente.
• In Fig. 1 sieht man von oben eine Scheibe aus Blech. Der Identitätskern muß eine bestimmte Anzahl solcher Scheiben enthalten. In dieser Ausführungsform besitzt die Scheibe 1 von im allgemeinen kreisförmigem Umriß und einer Dicke von 1 mm ein zentrales Loch 2 eines Durchmessers von 3,6 mm und seitlich mindestens eine Nut 3, die sich von der Peripherie radial bis in die Nähe des zentralen Lochs 2 erstreckt. Die Breite dieser Nut beträgt beispielsweise 1,5 mm. Solche Scheiben können in großer Zahl durch Stanzen hergestellt werden. Freilich müssen diese Scheiben vollkommen eben sein und dürfen keine Stanzkanten besitzen.
• Würde man Scheiben nur einer Dicke und mit nur einer einzigen Nut verwenden, dann wäre die Anzahl von unterscheidungsfähigen Identitätskernen, die man so herstellen kann, begrenzt. Möchte man diese Anzahl bei konstanter Meßgenauigkeit erhöhen, dann kann man zwei, drei oder sogar vier Nuten vorsehen und/oder die Dicke der Scheiben variieren. Die verschiedenen Arten von Scheiben werden dann zufällig kombiniert. Der Winkel zwischen zwei benachbarten Nuten soll ausreichend groß sein, um nicht allzu sehr die mechanische Stabilität der Scheiben zu schwächen, beispielsweise größer als 40º und vorzugsweise größer als 60º.
• Nachfolgend werden Kerne aus Scheiben mit einer Dicke zusammengesetzt, die von 0,9 bis 1,3 mm variiert, aber die Erfindung ist nicht auf diesen Fall beschränkt.
• Nach der Herstellung der Scheiben durch Stanzen stapelt man eine große Anzahl von Scheiben ungeordnet in einer rohrförmigen Hülse 4, die in Fig. 2 zu sehen ist. Die Hülse besitzt an einem Ende ein Loch 5 und kann am anderen Ende durch einen Gewindestopfen 6 verschlossen werden. Die Abmessungen dieser Hülse 4 sind so gewählt, daß man ihr Innenvolumen mit einer gegebenen Anzahl von Scheiben, beispielsweise 50 Scheiben, füllen kann und daß dieser Stapel durch Anziehen des Stopfens 6 komprimiert werden kann.
• Dann schiebt man durch das Loch 5 der Hülse einen Lötstab 7 in den zentralen Kanal, der aus der Gesamtheit der Löcher 2 der Scheiben gebildet wird.
• Alle Komponenten (Hülse, Stopfen, Scheiben) müssen vor der Montage einen vollkommen sauberen Oberflächenzustand besitzen.
• Die so mit einem komprimierten Stapel von Scheiben und einem Lötstab gefüllte Hülse wird dann in einen Ofen eingesetzt. Wie üblich, kann der Innenraum dieses Ofens evakuiert und/oder mit einer inerten Atmosphäre gefüllt werden. Außerdem können der Anstieg und der Abfall der Temperatur nach den Erfordernissen programmiert werden.
• Beim Verlöten dringt dann Lötmaterial durch Benetzung in alle Zwischenräume zwischen Metall und Metall ein und benetzt alle Wände einschließlich der Wände der Hohlräume, die durch die Nuten 3 der Scheiben gebildet werden. Gegebenenfalls kann eine kleine Menge des Lötmaterials ein an der Wand verbliebenes Teilchen festkleben, was ein weiterer Zufallsfaktor ist. Nach Beendigung des Lötvorgangs sind die Scheiben in einer zufälligen gegenseitigen Winkelstellung miteinander verlötet und bilden einen kompakten Block.
• Nach der Entnahme aus dem Ofen eliminiert man, beispielsweise auf einer Drehbank, den Boden der Hülse und den Stopfen, und die verbleibende Säule wird senkrecht zu ihrer Achse in eine Serie von Tabletten einer bestimmten Dicke zerschnitten, beispielsweise mittels Elektroerosion.
• Fig. 3 zeigt diese Säule im Axialschnitt nach dem Zerschneiden in neun Tabletten, wie z. B. die Tablette 8. Die Höhe jeder Tablette beträgt 5,2 mm. Die Schnittebenen verlaufen zufällig bezüglich der Übergänge zwischen zwei benachbarten Scheiben. Jede Tablette besitzt ihre eigene Identität, die im wesentlichen von der Winkelstellung der Metallscheiben der Tablette abhängt Sie kann und von einem Ultraschall-Lesegerät gelesen werden, das eine kreisförmige Spur abtastet, deren Durchmesser zwischen dem des zentralen Lochs 2 der Scheiben und der Peripherie der Tablette liegt. So bildet ein solcher Kern in Verbindung mit einer Verzögerungsleitung 13 (Fig. 5) einen Identitätskern, der durch Montage oder Verschweißen in einen Sicherheitsbolzen inkorporiert werden kann, der beispielsweise zum sicheren Verschließen eines mit radioaktiven Abfällen gefüllten Fasses dienen kann, wobei der zufällige Charakter der Struktur des Kerns den Schutz gegen ein Kopieren gewährleistet.
• Will man ein Siegel, ein Faß oder ein anderes zu kontrollierendes Objekt nicht nur identifizieren, sondern auch gegen eine verbotene Manipulation schützen, dann muß man den Kern mit einem Integritätsstift kombinieren, der bei einer solche Manipulation zerbricht. Hierzu fräst man eine Rinne entlang einer Mantellinie der bereits verlöteten Säule, wie in Fig. 2 gezeigt. Nach dem Zerschneiden in Tabletten (Fig. 3) besitzt jede so veränderte Tablette 8' also im Vergleich zur Tablette 8 in Fig. 3 einen zusätzlichen, offenen Einschnitt 9.
• Dieser Einschnitt 9 soll einen Integritätsstift 10 frei durchlassen, der eine Verlängerung des massiven Metallblocks 13 ist, welcher eine Verzögerungsleitung bildet und von den Ultraschallwellen durchquert wird, sobald der Block mit der Identitätstablette 8' verlötet ist. Der Intregritätsstift 10 besitzt eine Sollbruchstelle 11 verringerten Querschnitts, an der der Stift bei Anwendung von Zug-, Dreh- oder Scherkräften oder einer Kombination solcher Kräfte zerbricht. Der Stift wird bei der Endmontage an seinem Verankerungsende 12 mit einem nicht dargestellten mechanischen Element im Inneren des zu schützenden Bolzens verbunden.
• Der Block 13 (Verzögerungsleitung), gegebenenfalls mit seinem Integritätsstift 10, befindet sich in einer Löthülse 14 ähnlich der Löthülse 4. Der Stopfen 15 dieser Hülse besitzt einen zentralen Raum 16 für die Aufnahme eines Lötstabs, und er kann in die Hülse eingeschraubt werden, um den Block 13 sowie die darunterliegende Identitätstablette 8 oder 8' zu komprimieren. Die ganze Einheit wird nach einer Methode verlötet, die der anhand von Fig. 2 beschriebenen ähnelt. Dieses Mal dringt jedoch das Lötmaterial nicht mehr in den Stapel ein, sondern verlötet nur die Tablette 8 oder 8' und den Block 13 mit der Hülse 14. Man muß hier durch bekannte Mittel wie ein die Benetzung verhinderndes Produkt verhindern, daß das Lötmaterial in den Raum zwischen der Wand des Einschnitts 9 und den Stift 10 eindringt. Die von diesem Lötmaterial benetzten Bereiche sind durch eine dicke Linie 17 markiert.
• Der letzte Herstellungsschritt dieses kombinierten Identifikations- und Integritätskerns besteht darin, den Kopf der Hülse zusammen mit dem Stopfen 15 durch einen Schnitt senkrecht zur Achse des Kerns entlang einer Linie 18 oben am Block 13 entsprechend der exakten gewünschten Dicke für die Verzögerungsleitung abzuschneiden. Außerdem entfernt man die nicht mehr erforderlichen Bereiche der Hülse 14 einerseits durch Abschneiden entlang einer Linie 19 senkrecht zur Achse unten an der Tablette 8' und andrerseits durch Abdrehen entlang eines Zylinders 20, wobei noch eine Hüllschicht von etwa 1mm Dicke um die vom Block 13 und der Tablette 8' gebildeten Einheit übrig bleibt. Die Seite, an der die Identität und die Integrität des Siegels gelesen wird, wird dann von der Schnittfläche gebildet. Mißt man mit einem Lesekopf entlang einer kreisförmigen koaxialen Spur um dem Kern, die auf halbem Weg zwischen dem zentralen Loch 2 und der Peripherie des Kerns verläuft, dann erhält man eine Antwort, die für mindestens 80% des Kreises Informationen über die Identität des Kerns und für den verbleibenden Kreisbogen Informationen bezüglich der Integrität des Stifts enthält. Diese beiden Typen von Informationen unterscheiden sich klar voneinander, da der Integritätsstift sich in dem zusätzlichen Einschnitt 9 befindet, der im Gegensatz zu den Nuten 3 der Scheiben keine Echos erzeugt, so lang er nicht zerbrochen wurde.
• Die Erfindung ist nicht auf die im Einzelnen oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann der Identitätskern alleine verwendet werden, um lediglich eindeutig die Identität eines Objektes zu definieren, mit dem er verbunden oder in das er inkorporiert ist. Außerdem ist klar, daß die Abmessungen und Formen, die oben angegeben wurden, nur zur Darstellung eines Ausführungsbeispiel dienen und bei Bedarf verändert werden können, ohne den Rahmen der Definition der beiliegenden Ansprüche zu überschreiten. Hinsichtlich der zu wählenden Materialien insbesondere für die Scheiben und das Lötmaterial und die Temperatur und Dauer des Lötvorgangs wird auf die umfangreiche diesbezügliche Literatur verwiesen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Identitätskernen für Ultraschallsiegel, wobei jeder Kern aus einer Verzögerungsleitung (13) und einem verlöteten Stapel von Metallscheiben (1) besteht, die mindestens eine Nut (3) besitzen, deren zufällige Winkelposition in dem Stapel die Identität definiert, dadurch gekennzeichnet, daß

- mit Nuten und einem zentralen Loch (2) versehene Scheiben (1) zuerst in großer Zahl in einer rohrförmigen Metallhülse (4) mit kreisförmigem Innenquerschnitt entsprechend dem der Scheiben (1) gestapelt werden,

- der Stapel in der Hülse (4) axial komprimiert wird und ein Lötstab (7) in den von der Gesamtheit der fluchtenden zentralen Löcher (2) gebildeten Kanal eingeführt wird,

- in einem Vakuumofen eine Verlötung erfolgt,

- nach der Entfernung der beiden Enden der Hülse die so erhaltene Säule senkrecht zu ihrer Achse in eine Vielzahl von individuellen Identitätstabletten (8) einer vorgegebenen Dicke zerschnitten wird,

- schließlich der Kern durch Anlöten eines als Verzögerungsleitung dienenden Metallblocks (13) an eine solche Tablette (8, 8') erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (3) eine längliche Form besitzen und sich radial von der Peripherie der Scheibe (1) bis zu einem Durchmesser erstrecken, der geringfügig größer als der des zentralen Lochs (2) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Scheiben (1) mehr als eine Nut (3) besitzen, der Winkel zwischen zwei benachbarten Nuten größer oder gleich 40º, vorzugsweise 60º ist.

4. Identitätskern, der nach dem Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, daß er Teil einer verlöteten Identitäts- und Integritätseinheit ist und eine zusätzliche Nut (9) aufweist, die nach dem Verlöten des Stapels gebildet wird und sich entlang der ganzen Dicke des Stapels erstreckt, um einen Integritätsstift (10) durchzulassen, der Teil des Metallblocks (13) ist sowie eine Sollbruchzone (11) für den Fall einer Verletzung der Integrität besitzt, wobei diese Verletzung beim Lesen der Identität der Kerns mit Ultraschallwellen erkennbar ist.