DE2857114C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schermaschine für verstrahlte Kern­ brennstoffelemente, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine solche Schermaschine ist durch die DE 26 39 059 A1 bekannt und weist zwei über jeweils eine Koppelstange steuerbare Klemmbacken zum Einspannen eines Brennstoffelements und eine vor diesen ange­ ordnete, ebenfalls durch eine Koppelstange bewegliche Scherklinge auf, wobei die vordere der beiden Klemmbacken unabhängig von der anderen beweglich ist, um ein Zusammendrücken des Brennstoffele­ ments während des Schnittvorganges auszugleichen.

Da unterschiedliche Reaktoren Brennstoffelemente mit unterschiedli­ chen Abmessungen verwenden, ist es erforderlich, eine jeweils ent­ sprechende Scherklinge zu verwenden, die bei der bekannten Scherma­ schine auswechselbar ist. Ein solcher Auswechselvorgang darf jedoch nur ferngesteuert vorgenommen werden, da die hohe Verstrahlung der Schermaschine, die in einem abgesicherten Raum, einer sog. heißen Zelle, untergebracht ist, den Zutritt von Personen unmöglich macht.

Das Auswechseln der Scherklinge erfordert das Zerlegen der bekann­ ten Schermaschine und benötigt somit eine hohe Standzeit. Der Aus­ tausch anderer, mit dem Schervorgang befaßter Elemente, etwa des Gegenhaltes für das Brennstoffelement oder der Klemmbacken, ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs ge­ nannte, bekannte Schermaschine dahingehend weiterzubilden, daß im Betrieb selbst dann, wenn mit dem Schervorgang befaßte Elemente versetzt oder sonstwie ausgetauscht werden müssen, nur verhältnis­ mäßig kurze Standzeiten erfolgen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruchs gelöst. Hierbei ist der gesamte Scherkopf der Schermaschine auswechselbar, der die wesentlichen mit dem Schervorgang befaßten Teile besitzt.

Es ist zwar bereits bekannt (DE-AS 20 09 081), eine Schermaschine mit einem auswechselbaren Scherkopf auszubilden, doch bei dieser bekannten Maschine ist der Scherkopf durch Schrauben befestigt, die in der heißen Zelle nur mittels z. B. Manipulatoren gehandhabt wer­ den können; der Austausch des Scherkopfes stellt daher bei der be­ kannten Schermaschine eine schwierige, ein hohes Maß an Sorgfalt erfordernde Arbeit dar, wobei noch höhere Standzeiten in Kauf ge­ nommen werden müssen, als sie bei der eingangs genannten, gattungs­ bildenden Maschine auftreten.

Erfindungsgemäß sind jedoch zwischen den Klemmbacken sowie der Hal­ terung für die Scherklinge einerseits und der jeweils zugeordneten Koppelstange andererseits Schnellkupplungen in Form von Bajonett­ verschlüssen und eines Kupplungshakens vorgesehen, die das rasche und zuverlässige An- und Abkoppeln des Scherkopfes an die Scherma­ schine bzw. von dieser ermöglichen.

Bevorzugt enthält die Schermaschine weitere Einrichtungen zum Aus­ richten und Festhalten des Scherkopfes in der Maschine.

Der Antrieb der Koppelstange für die Klingenhalterung kann hydrau­ lisch erfolgen. Die Schermaschine kann mit einer Vorschubeinrich­ tung versehen sein, die das zu zerlegende Brennstoffelement zwi­ schen zwei Arbeitshüben der Maschine selbsttätig um eine bestimmte Strecke nachführt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schermaschine liegt da­ rin, daß der ausgebaute Scherkopf nicht nur durch einen für den je­ weiligen Arbeitsvorgang geeigneten, anderen Scherkopf ersetzt, son­ dern auch zur Wartung an einer anderen Stelle abtransportiert wer­ den kann.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Schermaschine mit auswechselbarem Scherkopf,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht des in Fig. 1 gezeigten auswechselbaren Scherkopfs,

Fig. 3 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2,

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 gestri­ chelt umrandeten Ausschnitts und

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung für die Zufuhr eines zu zerlegenden Brennstoffelements zur Schermaschine.

Eine in Fig. 1 gezeigte Schermaschine hat einen auswech­ selbaren Scherkopf 1 mit einer beweglichen Scherklinge 2 zum Abscheren von durch eine Öffnung 3 in den Scherkopf eingeführten Brennstoffelementen. Das Brennstoffelement wird dabei von einer Klemmvorrichtung 5 in Anlage an einem Gegenhalt 4 gehalten. Die Scherklinge 2 ist über eine hydraulisch betätigbare Koppelstange 6 betätigbar und die eine äußere und eine innere Klemmbacke 7 bzw. 8 aufweisende Klemmvorrichtung 5 ist mittels nachstehend im einzelnen beschriebener, hydraulisch betätigte Koppel­ stangen betätigbar.

Der Scherkopf 1 hat ein Gehäuse mit einer oberen Wand 9, einer Seitenwand 10, einer unteren Wand 11 mit einer Öffnung 12, durch welche die abgeschnittenen Stücke des Brennstoffelements herausfallen, und Stirnwänden 13, 14 (Fig. 4 bzw. 2, 3). Die andere Seite des Gehäuses ist von einer Wand 15 verschlossen, welche die Klemmvor­ richtung 5 und den Gegenhalt 4 trägt. Die bewegliche Klinge 2 wird von einer Halterung 16 getragen, welche ihrerseits an einem Querstück 17 befestigt ist (Fig. 4). Dieses ist gleitend auf linearen Lagern 18, 19 an den oberen Rändern der Wände 10 bzw. 15 geführt. Ein weiteres lineares Lager 20 an der Unterseite der oberen Wand 9 hält die Flächen der Lager 18, 19 in gegenseitiger An­ lage. Ein Führungsrahmen 21 an der der Scherklinge 2 abgewandten Seite der Halterung 16 bewegt sich entlang Führungslagern 22, 23 an der Innenseite der Seitenwand 10. Die Führungslager 22, 23 sind einstellbar, um damit das Spiel zwischen der Klinge 2 und dem Gegenhalt 4 einstel­ len zu können. Bei den Lagern 18, 19, 20, 21, 22 und 23 handelt es sich um trockene Lager, welche sich jeweils aus einem Stahlstreifen 24 am Gehäuse des Scherkopfs und einem unter der Bezeichnung Glacier DU im Handel befindlichen Verbundmaterial 25 an den beweglichen Teilen zusammensetzen. Das Verbundmaterial hat eine Unterlage aus Stahl und eine stoffschlüssig darauf angebrachte Lage aus gesinterter Bronze, deren Hohlräume mit Poly­ tetrafluoräthylen ausgefüllt sind und welche mit einer Schicht aus Polytetrafluoräthylen überzogen ist. Die Halterung 16 durchsetzt eine Öffnung in der Stirnwand 14 und hat einen hakenförmigen Ansatz 26 für den Eingriff mit einer Öffnung 28 nahe dem Ende der Koppelstange 6. Ferner hat die Halterung 16 eine Stirnfläche 27, welche sich auf dem Ende der Koppelstange 6 abstützt.

Die äußere Klemmbacke 7 der Klemmvorrichtung 5 ist am Ende einer hohlen Schubstange 29 befestigt. Bei der Bewegung der Schubstange 29 in Richtung auf den Gegen­ halt 4, also nach rechts in Fig. 2, bringt die äußere Klemmbacke 7 das Brennstoffelement in Anlage am Gegen­ halt 4. Eine an der Schubstange 29 hervorstehende Nase 30 greift an einer Stufe 31 der inneren Klemmbacke 8 an und nimmt diese mit in Richtung auf den Gegenhalt 4. Außerdem ist die innere Klemmbacke 8 mittels einer in der Bohrung der Schubstange 29 geführten Schubstange 32 entlang Führungsschienen 64 bewegbar. Die Schubstangen 29, 32 haben an ihren äußeren Enden Bajonettkupplungen für den Anschluß von hydraulisch betätigten Koppelstangen beim Einbau des Scherkopfs in die Schermaschine. Die Bajonettkupplungen sind nachstehend anhand von Fig. 5 beschrieben.

Die Seitenwand 10 des Scherkopfs hat einen keilförmigen Vorsprung 33, und an der Stirnwand 14 stehen abgeschrägte Erhebungen 34 hervor, welche dazu dienen, den Scherkopf in der richtigen Stellung innerhalb der Schermaschine aus­ zurichten. Das Einsetzen des Scherkopfs in die Scherma­ schine geschieht wie folgt:

Vor dem Aufnehmen des Scherkopfs wird ein Bolzen 35 in eine Bohrung 36 in der oberen Wand 9 des Gehäuses einge­ führt. Ein in das Gehäuse hineinragendes Endstück des Bolzens 35 greift dabei am Querstück 17 an und hält die Klingenhalterung damit in der hinteren Endstellung fest (Fig. 3). Die äußere und die innere Klemmbacke befinden sich dabei vorzugsweise in Stellungen möglichst nahe dem Gegenhalt 4, d. h. also in Fig. 2 möglichst weit nach rechts versetzt. Der Scherkopf wird nun von einem Kran aufgenommen, welcher an einer Trageinrichtung 37 an der oberen Wand 9 angreift. Beim anschließenden Ab­ senken in die Schermaschine wird der Scherkopf von (nicht gezeigten) oberhalb von Führungswänden 38, 39 der Maschine angeordneten Führungsrahmen und der Außen­ seite der Seitenwand 10 angreifenden Führungsstegen 40, 41 in die richtige Stellung geführt. Der hakenförmige Ansatz 26 der Halterung 16 kommt dabei in Eingriff mit der Öffnung 28 der Koppelstange 6, worauf dann die abge­ schrägten Erhebungen 34 der Stirnwand 14 an fest mit der Schermaschine verbundenen Rampen 42 auflaufen, so daß der Scherkopf in Richtung auf die Führungswand 38 vor­ geschoben wird. Darauf wird dann ein Keil 43 über eine von einer Schraubspindel 44 angetriebene Schubstange 45 in Richtung auf den keilförmigen Vorsprung 33 vorgescho­ ben. Dadurch wird der Scherkopf in Richtung auf die Füh­ rungswände 38 und 39 bewegt, bis er mit seiner Stirn­ wand 13 bzw. der Wand 15 daran in Anlage kommt. Eine die Stirnwand 13 durchsetzende Öffnung 65 fluchtet dabei mit einer Sichtöffnung 66 in der Führungswand 38, so daß der Innenraum der Schermaschine beobachtet werden kann.

Nach dem Einsetzen des Scherkopfs in die Schermaschine werden die Schubstangen 29, 32 der Klemmvorrichtung 5 mit koaxial angeordneten Koppelstangen 46 bzw. 47 ver­ bunden. Die äußere Koppelstange 46 ist drehbar in einem Kreuzkopf 48 gelagert. Der Kreuzkopf 48 ist mittels zweier oberhalb und unterhalb der Achse der Koppelstan­ gen angeordneter hydraulischer Zylinder 49 bewegbar, von denen der untere in Fig. 1 zu erkennen ist. Am Kreuzkopf 48 ist ein hydraulischer Zylinder 50 für die Betätigung der inneren Koppelstange 47 angebracht. Die innere Koppelstange 47 ist längsverschieblich und nicht verdrehbar innerhalb der äußeren Koppelstange 46 geführt. Der Kreuzkopf 48 hat (nicht gezeigte) Einrichtungen zum gemeinsamen Verdrehen der Koppelstangen um 90°. Die äußere Koppelstange 46 hat an ihrem Ende zwei einander gegenüber auswärts hervorstehende Klauen 51, welche sich in Umfangsrichtung jeweils über etwas weniger als 90° erstrecken (Fig. 5). Die Schubstange 29 hat an ihrem Ende zwei einander gegenüber einwärts hervorstehende Klauen 52. Zum Verbinden der Koppelstange 46 mit der Schubstange 29 werden die auswärts gerichteten Klauen 51 der Koppelstange 46 zwischen die einwärts gerichteten Klauen 52 der Schubstange eingeführt und die Koppelstange 46 dann relativ zur Schubstange 29 um 90° verdreht, so daß die Klauen nach Art einer Bajonettkupplung in gegen­ seitigen Eingriff kommen. Die innere Koppelstange 47 und die innere Schubstange 32 haben gleichartige Klauen 53 bzw. 54. Nach dem Einsetzen und Ausrichten des Scherkopfs werden die Koppelstangen 46, 47 mittels der beiden hydraulischen Zylinder 49 in Richtung auf die Schubstangen 29, 32 vorgeschoben, bis die Enden der Schubstange und Koppelstangen ineinandergreifen, worauf die Einrichtung zum Verdrehen des Kreuzkopfs 48 betä­ tigt wird, um die die Koppelstangen und Schubstangen miteinander verbindenden Bajonettkupplungen in Eingriff zu bringen.

Nach dem Einbau des Scherkopfs ist der Bolzen 35 zu ent­ fernen, damit sich die Klinge 2 bewegen läßt.

Die Schermaschine ist so in einer Schutzwand aus Beton eingebaut, daß der Scherkopf innerhalb des ummauerten Raums liegt, die hydraulischen Zylinder 49, 50 zum Bewegen der Koppelstangen 46, 47, die Schraubspindel 44 für die Betätigung der Schubstange 45 und der hydrauli­ sche Zylinder 56 für die Betätigung der Koppelstange 6 jedoch außerhalb desselben an der anderen Seite der Schutzwand. Die Koppelstangen 6, 46 und 47 sowie die Schubstange 45 sind durch die Schutzwand hindurchgeführt. Die hydraulischen Zylinder und die Schraubspindel sind somit durch die Schutzwand vor dem stark radioaktiven Innenraum getrennt, so daß ihre Wartung vereinfacht ist.

Das Zerlegen von bestrahlten Brennstoffelementen mittels der Schermaschine ist nachstehend anhand von Fig. 6 erläutert. Die bestrahlten Brennstoffelemente werden in einem Schutzbecken unter Wasser aufbewahrt. Ein zu zerlegendes Brennstoffelement wird in einem Transport­ behälter 57 dem die Schermaschine enthaltenden Gebäude zugeführt. Der Transportbehälter 57 wird dann an einer in den Schutzraum 59 führenden Schleuse 58 angeschlossen. Dann wird das zu zerlegende Brennstoffelement mittels einer Vorschubeinrichtung 61 aus dem Behälter 57 in ein innerhalb des Schutzraums 59 untergebrachtes Führungs­ rohr 60 geschoben. Dieses ist um ein Gelenk 62 ver­ schwenkbar und befindet sich zum Einführen eines Brenn­ stoffelements aus dem Behälter 57 in der in Fig. 6 gestrichelt gezeichneten Stellung. Anschließend wird es dann in die ausgezogen gezeichnete Stellung bewegt, in welcher das Brennstoffelement mittels einer von einem Motor 64 angetriebenen Schubstange 63 in Richtung auf den Scherkopf 1 vorgeschoben wird. Der Antrieb der Schubstange 63 ist so programmiert, daß das Brenn­ stoffelement zwischen jeweils zwei Arbeitshüben der Scherklinge 2 um ein vorbestimmtes Stück vorwärts bewegt wird. Die meisten Brennstoffelemente haben an beiden Seiten Endstücke, welche keinen Kernbrennstoff enthalten. Diese Endstücke sollen nicht in derart kleine Teile zer­ legt werden wie die den Kernbrennstoff enthaltenden Teile der Brennstoffelemente. Die Schubstange 63 schiebt das Brennstoffelement deshalb zunächst durch die Öffnung 3 so weit in den Scherkopf hinein, daß das vordere End­ stück abgetrennt werden kann. Wenn dann anschließend die den Kernbrennstoff enthaltenden Teile des Brenn­ stoffelements in den Scherkopf gelangen, wird das Element zwischen jeweils zwei Arbeitshüben der Scher­ maschine um ca. 25 bis 50 mm vorgeschoben. Die abge­ trennten Stücke des Brennstoffelements fallen in per­ forierte Körbe in einem Lösungsbecken, welches Salpeter­ säure zum präferentiellen Lösen des Kernbrennstoffs enthält.

Nach dem Einführen eines Brennstoffelements in die Öff­ nung 3 werden die Koppelstangen 46, 47 von den beiden Zylindern 49 gemeinsam vorwärts bewegt, so daß die innere und die äußere Klemmbacke 8 bzw. 7 das Brennstoff­ element in Anlage am Gegenhalt 4 bringen. Darauf wird dann die Koppelstange 6 betätigt, um die Scherklinge 2 vorzuschieben und das über den Gegenhalt 4 hinaus hervor­ stehende Stück des Brennstoffelements abzuscheren. Durch das Abscheren des Brennstoffelements mittels der Scher­ klinge 2 wird dieses zusammengedrückt. Gleichzeitig wird die innere Klemmbacke 8 mittels des hydraulischen Zylin­ ders 50 vorgeschoben, um das zusammengedrückte Stück des Brennstoffelements in Anlage am Gegenhalt zu halten. Nach dem Abscheren des Brennstoffelements wird die Scherklinge 2 zurückgezogen und die Klemmbacken 7, 8 werden rück­ wärts bewegt, so daß die Schubstange 63 das Brennstoff­ element zum Abscheren eines weiteren Stücks vorwärts bewegen kann.

Zum Warten oder Auswechseln des Scherkopfs 1 kann dieser mühelos aus der Schermaschine ausgebaut werden. Dazu werden die äußere und die innere Koppelstange 46 bzw. 47 um 90° verdreht, um die Bajonettkupplungen 51, 52 bzw. 53, 54 zwischen ihnen und den Schubstangen 29 bzw. 32 der Klemmbacken 7 bzw. 8 zu lösen, worauf die Koppel­ stangen dann zurückgezogen werden. Die Schraubenspindel 44 wird betätigt, um den Keil 43 zurückzuziehen.

Darauf läßt sich der Scherkopf 1 aus der Maschine heben. Während der Wartung des Scherkopfs kann dann ein Ersatz- Scherkopf verwendet werden, oder es kann auch ein Scher­ kopf für eine andere Art von Brennstoffelementen einge­ setzt werden. Vor dem Herausheben des Scherkopfs aus der Schermaschine wird er mittels (nicht gezeigter) Sprüh­ düsen abgesprüht, um einen möglichst großen Anteil der daran anhaftenden radioaktiven Teilchen zu entfernen. Falls der ausgebaute Scherkopf der Wartung bedarf, kann eine weitere Dekontaminierung notwendig sein, bevor die Wartung ausgeführt werden kann. Da die Wartung an einer von der Maschine entfernten Stelle stattfinden kann, ist es möglich, die Maschine inzwischen mit einem anderen Scherkopf weiter zu betreiben. Dadurch verringert sich die Stillstandszeit der Maschine auf ein Mindestmaß.

Die am stärksten dem Verschleiß unterworfenen Teile der Schermaschine sind die Scherklinge und der Gegenhalt. Da diese bei der erfindungsgemäßen Maschine in einem ausbaubaren Scherkopf enthalten sind, lassen sie sich mühelos auswechseln. Die einzigen übrigen beweglichen Teile innerhalb des stark radioaktiven Schutzraums sind diejenigen der Klemmvorrichtung. Falls diese der Wartung bedürfen, kann der Scherkopf mühelos ausgebaut werden.

Es gibt zahlreiche verschiedene Reaktortypen, welche mit vielen unterschiedlichen Arten von Brennstoffelementen arbeiten. Soll eine Wiederaufbereitungsanlage Brennstoff­ elemente von mehreren verschiedenen Reaktoren aufbereiten, so muß sie schnell auf die verschiedenen Arten von Brenn­ stoffelementen umstellbar sein. Durch die Verwendung eines mühelos auswechselbaren Scherkopfs schafft die Erfindung eine Schermaschine, welche schnell und mühelos auf verschiedene Arten von Brennstoffelementen umstell­ bar ist.

Die Scherklinge der erfindungsgemäßen Schermaschine wird von einem sehr groß bemessenen hydraulischen Zylinder betätigt, so daß die einem Reaktor entnommenen Brennstoff­ elemente ohne vorherige Demontage der Brennstoffstäbe zerschnitten werden können. Eine Ausnahme sind in einer bestimmten Art von gasgekühlten Reaktoren verwendete Brennstoffelemente mit aus Graphit geformten Ummantelungen und Zellengittern, welche vor dem Zerschneiden der Brenn­ stoffstäbe entfernt werden müssen. Bei den meisten in thermischen Reaktoren verwendeten Brennstoffelementen mit metallenen Mänteln und Stützgittern erübrigt die Ver­ wendung eines mit einem Druck von 350 t arbeitenden Antriebszylinders für die Scherklinge jedwede Vorbehand­ lung vor dem Zerschneiden.

Claims (1)

1. Schermaschine für verstrahlte Kernbrennstoffelemente, mit einer hin- und herbeweglichen Scherklinge, die von einer Koppelstange ange­ trieben ist, um Brennstoffelemente abzuscheren, die auf einem Gegen­ halt angeordnet sind, und mit zwei Klemmbacken, um ein abzuscherendes Brennelement in Berührung mit dem Gegenhalt zu halten, wobei die erste der Klemmbacken durch eine erste Koppelstange gegen den Gegenhalt be­ weglich ist, um das abzuscherende Brennelement an einer Stelle in Be­ rührung mit dem Gegenhalt zu halten, die von der Scherklinge entfernt ist, und wobei die zweite Klemmbacke nahe der Scherklinge angeordnet ist und durch eine zweite Koppelstange gegen den Gegenhalt vorwärts fahrbar ist, um jedes Zusammendrücken des Brennelements auszugleichen, das von der Scherklinge verursacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schermaschine einen auswechselbaren Scherkopf aufweist, der die Scherklinge (2), eine ver­ schiebliche Halterung (16) für die Scherklinge, den Gegenhalt (4) und die beiden Klemmbacken (7, 8) aufweist, und daß der Scherkopf lösbar als eine Einheit mit der Koppelstange (6) für die Scherklinge und der ersten und zweiten Koppelstange (46, 47) für die Klemmbacken in Ein­ griff bringbar ist, daß die erste und die zweite Koppelstange (46, 47) koaxial angeordnet und über Bajonettkupplungen (51 bis 54) mit den Klemmbacken (7, 8) verbindbar sind, und daß die Halterung (16) der Scherklinge (2) einen hakenförmigen Ansatz (26) hat, welcher zum lösba­ ren Verbinden der Halterung mit der ihr zugeordneten Koppelstange (6) in eine Öffnung (28) derselben greift.