DE1598398A1 - Vorrichtung zum Entnchmen von in einer verschlossenen Huelle enthaltenem Gas oder zum Einbringen von Gas in eine solche Huelle durch Punktieren - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. RICHARD MÜLLER-BÖRNEH PATENTANWALT DIPL.-ING. HANS-HEINRICH WEV BERLIN-DAHLEM · PODBIELSKIALLEE 68 MÜNCHEN 22 ■ WIDENMAYERSTRASSE 49 TELEFON: 76 29 07 ■ TELEGRAMME: PROPINDUS TELEFON : 22 55 85 ■ TELEGRAMME: PROPINDUS

17 474/5 „P_flö«_Aft Berlin, den 14· Juni 1966

Europäische A-fcomgemeinschaft (EURATOM), Brüssel (Belgien)

Vorrichtung zum Entnehmen von in einer verschlossenen Hülle enthaltenem Gas oder zum Einbringen von G-as in eine solche Hülle durch Punktieren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entnehmen von in einer verschlossenen Hülle enthaltenem Gas oder zum Einbringen von Gas in eine solche Hülle durch Punktieren* Sie bezieht sich besonders auf eine ferngesteuerte Vorrichtung, die das Punktieren oder Unterdrucksetzen eines schwer zugänglichen, geschlosse—- nen Behälters oder Raumes ermöglicht, insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, das durch Punktieren erfolgende Entnehmen von Spaltungsgas aus einem Brennstoffstab eines Kernreaktors·

Die Brennstoffstäbe von Kernreaktoren bestehen bekanntlich aus einem Kern, der chemische Verbindungen aus spaltbarem und aus brutfähigem Material enthält· BLe unter Einwirkung des Ueutro« nenbeschussea in der Spaltzone, dem Kern, des Reaktors herbeigeführten Reaktionen bewirken die Bildung von radioaktiven Nebenprodukten, zu denen Gase gehören, deren Aktivität oder Zusammensetzung dem Verbrennungsgrad der spaltbaren Verbindung entspricht

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Die mechanischen Eigenschaften dieser Verbindungen sind im all gemeinen mittelmässig, so dass sie eine widerstandsfähigere Metallhülle benötigen, die ausserdem den Vorteil hat, dass sie die radioaktive Verseuchung verhindert, indem sie sämtliche Spaltprodukte in dem von ihr gebildeten, geschlossenen Raum zurückhält·

Der Verbrennungsgrad lässt sich nach dem einfachen Entnehmen durch Punktieren der im Innern der Metallhülle enthaltenen radioaktiven Gase mittels ihrer Untersuchung bestimmen·

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe lässt sich in mehrere Punkte zergliedern:

1» das Verfugen über eine die Gammastrahlen zurückhaltende Kammer;

2» die Herstellung einer unter Vakuum stehenden Kammer ₉ in der das Gas zu seiner späteren Untersuchung aufbewahrt wird;

3· das Durchführen der Punktion ohne Zutritt von Aussenluft·

Man hat für diese verschiedenen Punkte bereits eine gewisse Anzahl von Lösungen gefunden·

Pur den ersten Punkt verwendet man im allgemeinen eine abgeschirmte Zelle für gefährliche Manipulationen oder man führt die Vorgänge in einer Schutzflüssigkeit aus.

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Für den zweiten Punkt, d»h. die Herstellung einer unter Vakuum stellenden Kammer, besteht eine erste Lösung darin, dass man die Metallhülle in einen an den Entnahmekreislauf angeschlossenen, abgedichteten Raum bringt· Die Nachteile dieser Lösung bestehen darin, dass ein entsprechend grosser Raum erforderlich ist, in welchem das Vakuum hergestellt werden muss (Dauer und Güte der Entgasung), und dass die geometrische Form des Raumes zwangsläufig von der des zu punktierenden Brennstoffstabes abhängig ist#

Eine weitere Lösung dieses Punktes besteht in der Herstellung einer Dichtverbindung, die gegen die Oberfläche der zu punktierenden Hülle angepresst werden soll» Auf diese Weise lässt sich eine unter Vakuum stehende kleine Kammer verwenden, in welcher das Punktieren oder Entnehmen des Gases durchgeführt v/erden kanne Der Nachteil dieser Lösung liegt in der Notwendigkeit, eine geometrische Form der Dichtung oder aber eine geometrische 3?orm des zu punktierenden Brennstoffstabes vorzusehen, die das Anpassen des einen Elements an das andere ermöglicht»

Für den dritten Punkt, der aus der Durchführung des Einstichs besteht, lassen sich folgende Lösungen anwenden:

Eine erste Lösung sieht die Verwendung einer Durchschlag- oder Durchstossnadel vor, die mit einer Vorrichtung mit einem metallischen (zcB» einem Tombak-) Faltenbalg oder einer torischen Dichtung zum Herbeiführen der Abdichtung versehen isto

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Eine weitere Lösung besteht in der Verwendung einer durch eine Dichtung hindurohtretenden Bohrklinge oder Bohrspitze_o Bei dieser Lösung liegen die Schwierigkeiten in dem heiklen Problem der Dichtheit der Dichtverbindung beim Vorschub und der Drehbewegung des Bohrers und in der Tatsache, dass sich Späne bilden, die in den Evakuierungskreislauf gelangen könnten_e

Eine dritte Lösung würde gegebenenfalls in der Verwendung eines durch eine die Abdichtung gewährleistende Linse einfallenden Laserstrahls bestehen·

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäss der Erfindung eine Vorrichtung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch zwischen der Vorrichtung und der zu punktierenden Hülle mit dieser"eine enge Verbindung herstellende Einspannbacken, eine Einstechhohlnadel und eine vorher evakuierte, mittels einer verformbaren Hülse mit der Nadel verbundene Kapsel enthaltende, steuerbare Einrichtung, die die Nadel an die Hülle heranbringt und dann durch eine im wesentlichen axiale, zum Durchstechen der Hülle ausreichende Stosskraft die Hülle durchsticht und zugleich eine Abdichtung zwischen der Hülle und der Nadel herstellt, und durch eine Abschervorrichtung, die nach dem Punktieren und dem Pullen der Kapsel zum Herausnehmen der Kapsel mit durch die Nadel in diese eingebrachtem Gas zunächst die verformbare Hülse durch Zusammenpressen verschliesst und dann durchtrennto

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Der Einstich erfolgt also vorteilhafterweise durch einen drehungsfreien langsamen Vorschub der ein passendes Profil aufweisenden Hohlnadel» Gremäss einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung erfolgt das Evakuieren der Kapsel ausserhalb des in der Hülle enthaltenen gasförmigen Mediums»

Ber Erfindungsgegenstand ist anhand der Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten AusführungsbeispieIs näher erläutert» Es zeigen:

Pig· 1 einen axialen Schnitt durch ein Einstechwerkzeug,

Pig ο 2 einen axialen Schnitt durch die Punktiervorrichtung, und

Pig. 3 einen die Abschervorrichtung veranschaulichenden

axialen Teilschnitt (in Bezug auf Pig» 2 um 90° gedreht ) „

Das in Pig» 1 dargestellte Einstechwerkzeug enthält eine Nadel 1, die mit einem unmittelbar an der Spitze der Nadel seitlich austretenden axialen Kanal 2 versehen ist· Die Nadel besitzt ausserdem einen Haltebund 3, der zur Aufnahme einer nicht dargestellten, die Nadel eng umschliessenden Dichtung bestimmt ist· Eine verformbare Hülse 4, z.B· aus Kunststoff, verbindet den Kanal 2 der Nadel 1, beispielsweise durch Aufschieben auf eine mit der Nadel fest verbundene Verlängerung, in abdichtender Weise mit einer kalibrierten Kapsel 5, an die sie, beispielsweise

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mittels eines durchbohrten Stopfens 7» in ebenfalls abdichtender Weise angeschlossen ^ist» Das andere Ende der Kapsel 5 ist abdichtend mit einer verformbaren Hülse 8 verbunden, die an eine nicht dargestellte Bvakuierungsvorrichtung angeschlossen ist, die in der Kapsel 5 ein Vakuum herstellt»

Die Nadel 1 ist einer Einspannvorrichtung zugeordnet, die Klemmbacken 9 besitzt, die an eine mit Innengewinde versehene Muffe 10 angelenkt sind, welche auf einer mit Aussengewinde versehenen Ratsche 11 angebracht ist» Die seitlichen Aussenflächen der Klemmbacken sind abgeschrägt, wobei nicht dargestellte, gegen diese flächen angelegte passende Anschläge das festspannen der Klemmbacken beim Arbeiten der Ratsche 11 gewährleisten· Ausserdem sind die Stirnflächen der Klemmbacken nach innen abgeschrägt, um das Auseinanderspreizen der Klemmbacken beim Anbringen dea Werkzeuges an der zu punktierenden Hülle zu ermöglichen»

Das Vakuum in der Kapsel 5 wird ausserhalb der Gammakammer hergestellt, v/obei selbstverständlich die nicht dargestellte, unter dem Haltebund 5 der Nadel angeordnete Dichtung die seitliche Austrittsöffnung des Kanals 2 verschliesst» Nachdem in der Kapsel 5 das Vakuum hergestellt ist,.wird die Hülse 8 zur Herbeiführung einer Abdichtung zunächst zugepresst und dann abgeschert, worauf das Einstechwerkzeug mit seiner Kapsel gebrauchsfertig ist»

Darauf wird das gesamte Werkzeug mit seiner unter Vakuum stehen-

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den Kapsel 5 in die die Gammastrahlen zurückhaltende Kammer eis» geführt, um in ihr an der Vorrichtung angebracht zu werden_e

Die in Pigo 2 dargestellte Vorrichtung besitzt einen Halter 15* der mit einer an ein ferngesteuertes Transport- oder Manipuliergerät angeschlossenen Befestigungsvorrichtung 16 iest verbunden isto Auswechselbare Einspannbacken 17» die sich dem Aussenduroh*¹· messer der zu punktierenden Hülle anpassen lassen, sind am Ende von Armen 18 befestigt, die an auf dem Halter 15 angebrachten Schwenkzapfen 19 angelenkt sind und durch an die Kolbenstange 21 eines Druckzylinders 22 angelenkte Lenker 20 betätigt werden* Ein weiterer, doppeltwirkender Druckzylinder 23 ist am Ende der Kolbenstange 21 des ersten Druckzylinders 22 befestigt, wüte*«*

rend seine Kolbenstange an das hintere Ende eines Spannfutters 24 angeschlossen ist,"das in einer auf den Trageteilen 26 des Halters 15 angebrachten Aufnahme 25 verschiebbar ist·

Die Maschine enthält ausserdem in Pig» 3 dargestellte Abscherbacken 27, die am ©ade von um Zapfen 29 schwenkbaren Armen 28 befestigt (s· auch Pig. 2) und mit ihrem anderen Ende an durch Druckzylinder 51 betätigte Arme 30 angelenkt sind.

Die Maschine hat folgende Arbeitsweise: Zunächst wird das, wie vorstehend beschrieben, vorher vorbereitete Einstechwerkzeug zwischen den Backen des Spannfutters 24 (das Werkzeug ist in Pig· 2 nicht dargestellt) angebracht, indem der Druckzylinder

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23 betätigt wird, der das Spannfutter aus seiner Aufnahme 25 herausschiebt· Auf diese Weise v/erden die Backen des Spannfutters durch ihre eigene Elastizität auseinandergespreizt, worauf das Werkzeug zwischen die Backen eingeführt und das Spannfutter durch den Rücklauf des doppeltwirkenden Druckzylinders 23 geschlossen wird, womit das Werkzeug eingespannt isto

Nach dem Anbringen der zu punktierenden Hülle zwischen den geöffneten Klemmbacken 17 (Jig» 2) wird der beispielsweise pneumatische Druckzylinder 22 in zwei aufeinanderfolgenden Stufen betätigt* Zunächst wird: er mit niedrigem Druck gespeist,, so &&&&, »Istk seine Kolbenstange in Sichtung auf die ztt

iKvgfe trad Mt EtIfe der- lenker 20 die um die he3xm&Gim--mkei3&£iti Axme 18 nach aussen sehieirt* Dabei wertem <üe Klemmbacken 17 gegen die (nicht dargestellte) Hülle angelegt Während dieses Vorgangs ist auch das Werkzeug bis zu der Stelle an die Hülle herangebracht worden, an welcher die Spitze der Nadel 1 (Fig· 1) mit ihr in Berührung tritt· Im Verlaufe dieser Annäherungsbewegung werden die Backen 9 des Werkzeugs durch das Ende der Hülle auseinandergespreizt, so dass sie sich gegen deren Seitenflächen anlegen·

Wenn die Nadel mit der Hülle in Berührung tritt, wird die Vorzugsweise aus hartem Kunststoff bestehende, unter dem Haltebund 3 der Nadel 1 angeordnete Dichtung gegen die Hülle fest angepresst· Darauf erfolgt in einer zweiten Stufe das Einstechen in die Hülle, indem der Druckzylinder 22 mit Hochdruck gespeist

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wirdo Im Verlaufe dieses EinstechVorgangs wird die Dichtung gegen die Hülle gepresst, so dass/sie eine vollkommene Abdiohtung herbeiführt· Wenn die Spitze der Nadel die Wand der Hülle durchstochen hat» wird der Kanal 2 der Nadel durch die Dichtung freigegeben und es findet der Punktionsvorgang, doho die Gasentnahme , s t at t ο

Da der Druckzylinder 22 ständig unter D_ruck gehalten wird> wird dann das Anpressen der Klemmbacken 9 des Werkzeugs mit Hilfe der Ratsche 11 herbeigeführt, die sich vorteilhafterweise mittels nicht dargestellter, doppeltwirkender Druckzylinder betätigen lässt. Der Rücklauf der Ratsche wird durch eine nicht dargestellte Sperrklinke verhindert, die ebenfalls durch einen doppeltwirkenden Druckzylinder betätigt werden kann» Die Ein— Spannkraft der Backen 9 muss zumindest gleich und vorzugsweise etwas grosser sein als die Vorschubkraft des Hauptdruckzylinders 22 beim Einstich.

Nach dem !Füllen der Kapsel 5 mit dem in der Hülle enthaltenen G-as werden die Schneidbacken 27 der Abschervorrichtung (KLg* 3) durch Betätigung der Druckzylinder 31 an die Hülse 4 herangebracht· Dieser Vorgang erfolgt in zwei Stufen» Die Backen pressen zunächst die Hülse 4 in der Weise zu, dass sie völlig verschlossen und somit die Abdichtung der Kapsel 5 herbeigeführt wird, Worauf die plötzliche Speisung der Druckzylinder 31 mit Hochdruck das rasche und vollständige Abscheren der Hülse mit Hilfe

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der Schneidbacken 27 bewirkt, deren Schneiden ein leicht gerundetes Profil aufweisen. Um Fehlschaltungen zu vermeiden, sind die in die Druckzylinder 31 einmündenden Hoch- und Niederdruckkreislaufe vorzugsweise voneinander getrennt· Nach dem Abscheren der Hülse 4 kann die Vorrichtung von der Hülle abgespreizt (und somit gelöst) und die Kapsel 5 durch Auswerfen mit Hilfe des die Spannbacken 24 öffnenden Druckzylinders 23 wiedererlangt werden©

Die Vorrichtung und das Einstechwerkzeug nach der Erfindung haben die grossen Vorteile, dass das Evakuieren der Kapsel für die Entnahme der Gase gesondert und ausserhalb der zu punktierenden Hülle erfolgt und dass die Abdichtung während des Einst echens und während des Eunktierens, deh· der Gasentnahme, zwischen der zu punktierenden Hülle und der Kapsel sicher herbeigeführt wird, so dass jede äussere Verunreinigung, beispielsweise beim Punktieren einer Kernbrennstoffstabhülle, vermieden wird· Die Hülle und die Kapsel sind nach ihrer Trennung abgedichtet verschlossen, so dass die Kapsel praktisch gefahrlos gehandhabt werden kann» Ausserdem ist es möglich, eine zweite Punktierung der in der Hülle enthaltenen Eestgase vorzunehmen» Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet in jedem beliebigen Umgebungsschutzmedium (gegebenanfalls sogar in einer Flüssigkeit) einwandfrei»

Es ist selbstverständlich, dass an der beschriebenen Maschine zahlreiche Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dass

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man dadurch den Bereich der Erfindung verlässt, und dass ihre Anwendung nicht auf Funktier-(Entnahme-)vorgänge beschränkt ist» Sie lässt sich insbesondere dazu verwenden, in eine Hülle oder eine Kammer ein Gas, und zwar ein Hochdruckgas, einzu-" bringen, um z»Bo. das Sprengen einer Kaminer herbeizuführen, die sich aus besonderen Gründen mechanisch schwierig öffnen lässt«

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Claims (1)

1. PATENTANWÄLTE

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   PATENTANWALT DIPL.-ING. RICHARD MÜLLER-BÖRNER PATENTANWALT DIPL.-ING. HANS-HEINRICH WEY

   BERLIN-DAHLEM ■ PODBtELSKIALLEE 68 _% MÜNCHEN 22 ■ WIbENMAYERSTRASSE 49

   TELEFON: 76 29 07 ■ TELEGRAMME: PROPINDUS Λ 1 TELEFON : 22 55 85 ■ TELEGRAMME: PROPINDUS

   474/5 Berlin, den 14. Juni 1966

   Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM), Brüssel (Belgien)

   Patentansprüche :

   1» Vorrichtung zum Entnehmen von in einer verschlossenen Hülle enthaltenem Gas oder zum Einbringen von Gas in eine solche Hülle durch Punktieren, gekennzeichnet durch zwischen der Vorrichtung und der zu punktierenden Hülle mit dieser eine enge Verbindung herstellende Einspannbacken (17), eine Einstechhohlnadel (1) und eine vorher evakuierte, mittels einer verformbaren Hülse (4) mit der Nadel (1) verbundene Kapsel (5) enthaltende, steuerbare Einrichtung, die die Nadel (1) an die Hülle heranbringt und dann durch eine im wesentlichen axiale, zum Durchstechen der Hülle ausreichende Stosskraft die Hülle durchsticht und zugleich eine Abdichtung zwischen der Hülle und der Nadel (1) herstellt, und durch eine Abschervorrichtung (27-31), die nach dem Punktieren und dem Pullen der Kapsel (5) zum Herausnehmen der Kapsel (5) mit durch die Nadel (i ) in diese eingebrachtem Gas zunächst die verformbare Hülse (4) durch Zusammenpressen verschlieast und dann durchtrennt»

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   FERNSCHREIBER: 018 4057

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise pneumatischer Druckzylinder (22) die Einspannbacken (17) betätigt»

   3· Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der der Betätigung der Einspannbacken (17) dienende Druckzylinder (22) in der steuerbaren Einrichtung enthalten ist,

   Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass zur Speisung des Druckzylinders (22) zwei Kreisläufe vorgesehen sind, von denen ein Mederdruckkreislauf zum Anlegen der Einspannbacken (17) und Heranführen der Uadel (1) an die zu durchstechende Hülle und ein Hochdruckkreislauf zum Durchstechen der Hülle und Anpressen der Dichtung gegen die Hülle dient»

   5β Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung der Abschervorrichtung (27) über zwei Kireisläufe gespeiste pneumatische HiIfs-Druckzylinder (31) vorgesehen sind, wobei ein Hiederdruckkreislauf dem Zupressen und Verschliessen der Hülse (4) und ein Hochdruckkreislauf dem raschen und vollständigen Abscheren der Hülse (4) dient*

   6» Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (1) einen Haltebund (3) für die gegen die Hülle anzupressende Dichtung aufweist·

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   7* Yorrichtung nach Anspruch 1 bia 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (1) einer zum Einspannen der Hülle dienenden Hilfsvorrichtung (9-11) zugeordnet ist, die beispielsweise mittels einer mit einer Sperrklinke versehenen Ratsche (11) betätigte Backen (9) aufweist_β

   8* Yorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Nadel (1) enthaltende Einstechwerkzeug in ein an die steuerbare Betätigungseinrichtung "angeschlossenes und beispielsweise durch einen kleinen doppeltwirkenden Druckzylinder (23) betätigtes Spannfutter (24) mit elastischen Spannbacken eingespannt ist»

   Hou/ttf

   Q0Ö686/041Q ORIGINAL INSPECTED