DE3706848C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für einen Schlag- Eich-Hammer, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus den US-Patentschriften 44 22 320 und 43 99 685 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungssystem für die Stromerzeugung in Kernkraftwerken anzugeben, bei dem das Einstellen der Zeitverzögerung und der Kenndaten der Amplitudenabhängigkeit einfach gesteuert werden kann und der Aufprall des Schlaghammers auch nach oben erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den meisten Kernreaktoren befindet sich eine Überwachungseinrichtung für gelöste Teile. In der Industrie ist es wohlbekannt, daß das Vor­ handensein eines gelösten Teils im Primärkühlkreislauf auf eine vermin­ derte Reaktorsicherheit hinweisen kann. Ein Überwachungssystem für ge­ löste Teile muß ein gelöstes Metallteil mit einem Gewicht von 0,11 kg bis 13,6 kg entdecken können, das mit einer kinetischen Energie von 0,68 Joule oder mehr auf die Innenseite der Druckbegrenzungsfläche des Reaktorkühlkreislaufes im Umkreis von 0,91 m eines Fühlers auftrifft. Ferner muß der Alarmlogikteil der Einrichtung zwischen einem kurzzei­ tigen Signal, das durch den Aufprall eines gelösten Teils hervorgerufen wird und den normalen Hintergrundsignalen, die durch den Lärm der hydraulischen, mechanischen und elektrischen Geräte und elektrischen Spitzen mit einer hohen Amplitude ausgelöst werden, unterscheiden können.

Wie nach dem Stand der Technik bekannt ist, besteht das herkömmliche Verfahren beim Einstellen des Überwachungssystems für gelöste Teile da­ rin, auf die Außenseite der Primärdruckbegrenzungsfläche entweder frei fallende Gewichte oder Pendelgewichte aufprallen zu lassen. Wird die Masse des Gewichts mit der Höhe, aus der es fallengelassen wurde, multipliziert, wird mit Hilfe des Ergebnisses die Aufprallenergie be­ stimmt. Diese Daten werden dann zum Einstellen der Zeitverzögerung und der Kenndaten der Amplitudenabhängigkeit des Überwachungssystems für gelöste Teile verwendet. Dieses Verfahren, bei dem frei fallende Ge­ wichte oder Pendelgewichte eingesetzt werden, kann jedoch schwierig zu kontrollieren sein und es läßt sich darüber hinaus im Falle von Flächen, wo der Aufprall nach oben erfolgen muß, oftmals nicht durchführen.

Die Erfindung löst das oben erwähnte Problem auf einfache Art und Weise. Sie bezieht sich auf einen instrumentierten Hammer, der aus dem bekannten Stand der Technik entwickelt wurde und dem Bedienpersonal die Messung der Aufprallenergie jedes einzelnen Hammerschlages ermöglicht. Der Hammer besteht aus einem Hauptkörper mit einer Längsbohrung, in der ein Trägheitszapfen gleitend gelagert ist. Eine Feder in der Längs­ bohrung hält den Trägheitszapfen von dem ersten oder Aufprallende des Hammers entfernt. Im Bereich des einen Endes des Trägheitszapfens be­ findet sich eine Nut. Wenn der Hammer das erste Mal gegen die Ober­ fläche des Reaktors geschlagen hat, wird die Stange durch die Bewe­ gungsenergie zu einer nach vorne gerichteten Bewegung gegen den Feder­ druck veranlaßt. Die Nut auf der Stange schaltet einen optischen Schal­ ter, der am anderen Ende des Hammers angebracht ist. Die relative Ge­ schwindigkeit zwischen dem Hammer und dem Trägheitszapfen wird von einem Computer bestimmt, der von dem optischen Schalter Signale empfängt und danach die Aufprallenergie des Schlages berechnet.

Ein Vorteil der Erfindung ist es, einen Schlaghammer bereitzustellen, mit dessen Hilfe das Bedienpersonal die Aufprallenergie jedes Hammerschlages messen kann.

Ein anderer Vorteil der Erfindung ist in der Bereitstellung eines Schlaghammers zu sehen, mit dem Eichungen auf Flächen jeder Ausrichtung möglich sind, einschließlich der Flächen, auf die der Aufprall nach oben erfolgen muß.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Hammers Größe 1;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Hammers Größe 2;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Hammers Größe 3;

Fig. 4 eine Schnittansicht, die den inneren Aufbau des Hammers nach Fig. 1 zeigt;

Fig. 5 einen Trägheitszapfen;

Fig. 6 einen Aufriß entlang der Linien 6-6 der Fig. 4;

Fig. 7 eine Anzeigeeinheit für die kinetische Energie.

Wie am besten aus den den Fig. 1 und 4 zu erkennen ist, besteht der Hammer 10 allgemein aus einem Kopf 12, einer Abdeckung 14, einem Halte­ griff 16, einem optischen Schalter 18 (Fig. 4), einem Trägheitszapfen 20 (Fig. 5) und einer Führungsbuchse 22 (Fig. 4).

Obwohl der Kopf 12 im Querschnitt kreisförmig dargestellt ist, kann er jede geeignete Form haben und wird vorzugsweise aus einem Werkstoff mit einer für das Schlagen auf die Primärdruckbegrenzungsfläche geeig­ neten Härte und Stabilität hergestellt, wie zum Beispiel Stahl 4140 mit einer kadmierten Oberfläche. Der Einsatz eines derartigen Werkstoffes ist auch für Werkzeuge mit verschiedenen Gewichten in den entsprechen­ den Größen, die bei engen Räumlichkeiten verwendet werden können, möglich. Der Kopf 12 umfaßt ein erstes oder Aufschlagende 24, mit vor­ zugsweise konvexer Form, um beim Aufschlagen auf die Druckbegren­ zungsfläche einen guten Kontakt an einem einzigen Punkt zu gewähr­ leisten. Das gegenüberliegende Ende 26 (Fig. 4) des Kopfes 12 erstreckt sich bis zu einem Durchmesser über den Rest des Kopfes 12 hinaus radial nach außen und dient zur Befestigung der Abdeckung 14 an diesem. Die Abdeckung 14 wird vorzugsweise aus einem stabilen und gleichzeitig leichten Werkstoff gebaut, so daß sie nur einen kleinen Prozentsatz der Masse des Hammers 10 ausmacht. Das Gewicht des Haltegriffes 16 ist in der Bestimmung des dynamischen Gewichts des Hammers 10 nicht enthalten, da der Haltegriff 16 vom Kopf 12 elastisch isoliert ist.

Die Abdeckung 14 ist mit dem Kopf 12 am gegenüberliegenden Ende 26 durch Schrauben 28 verbunden, deren Gewinde durch die Abdeckung 14 geht und die in Gewindelöcher 30 (Fig. 6) im Ende 26 eingeschraubt sind. Abstandshalter 32 dienen dazu, eine korrekte Positionierung der Ab­ deckung 14 beim Anziehen der Schrauben 26 zu gewährleisten.

Wie am besten aus der Fig. 6 zu sehen ist, besteht der Haltegriff 16 aus einem elastischen Befestigungsschaft 36 und einem Griff 38. Der Be­ festigungsschaft 36 besteht aus verstärktem Gummi mit einer im allge­ meinen zylindrischen Form. Der Griff 38 besteht aus rohrförmigem nichtrostendem Stahl mit einem Innendurchmesser, der zur Erreichung einer Feinpassung möglichst nahe dem Außendurchmesser des Befesti­ gungsschaftes 36 liegt. Zur Befestigung des Schaftes 36 am Kopf 12 und dem Griff 38 können beliebige geeignete Mittel, wie zum Beispiel Epo­ xidharz-Klebkitt, verwendet werden. Um ein Verrutschen des Griffes 38 auf dem Befestigungsschaft 36 zu verhindern und zu gewährleisten, daß der bevorzugte Abstand von etwa 1,25 cm zwischen dem Kopf 12 und dem Griff 38 aufrecht erhalten wird, kann ein Walzenzapfen 40 durch den Griff geführt werden. Eine durch einen Einsatz 39 mit dem Griff 38 ver­ bundene Muffe 37 dient als Halter für einen Kabelbaum 64 angrenzend an eine Gummi-Durchgangstülle 41, durch die der Kabelbaum 64 in den Griff 38 geführt wird.

Wie am besten aus der Fig. 4 ersichtlich ist, umfaßt der Kopf 12 eine Längsbohrung 42 zur gleitenden Lagerung des Trägheitszapfens 20. Die Bohrung 42 ist am anderen Ende 26 offen und nahe dem Aufschlagende 24 des Kopfes 12 geschlossen. Ein erster Anschlagring 44 ist am Ende der Bohrung 42 angebracht, um ein korrektes Spannen der Feder 46 gegen den zweiten Anschlagring 48 auf dem Trägheitszapfen 20 zu ermöglichen. Eine größere Gewindebohrung 50 befindet sich am Ende der Längsbohrung 42 am Ende 26 zum Einschrauben der Führungsbuchse 22. Die Führungsbuchse 22 hat eine Mittelbohrung 52, in der der Trägheitszapfen 20 zwischen einer ersten normalerweise zurückgeschobenen Position und einer zweiten ein­ gefügten Position gleiten kann. Ist die Führungsbuchse 22 in die Bohrung 50 eingeschraubt, liegt ihre Mittelbohrung 52 auf einer Achse mit der Längsbohrung 42 und dient zur Begrenzung der Bewegung des Träg­ heitszapfens 20 in Richtung auf das gegenüberliegende Ende 26 sowie zur korrekten Positionierung des Trägheitszapfens 20 in Abhängigkeit von dem optischen Schalter 18.

Wie die Fig. 5 zeigt, verjüngt sich der Durchmesser des Trägheits­ zapfens 20 an seinem vorderen Ende, an seinem rückwärtigen Ende ist er im Querschnitt rechteckig. Dadurch wird ein erhöhter Schulterteil 54 ge­ bildet, der eine Bewegung des zweiten Anschlagrings 48 bei einer Posi­ tionierung in der Längsbohrung gegen die Vorspannung der Feder 46 ver­ hindert. Der Trägheitszapfen 20 umfaßt ebenso eine Einrichtung zur Ein­ stellung seiner Position in der Längsbohrung 42, wie zum Beispiel einen radial vorstehenden Federstift 56. Der Federstift 56 erstreckt sich von dem Trägheitszapfen 20 um ein kleineres Maß als der Durchmesser der Längsbohrung 42 nach außen, um eine Bewegung zu ermöglichen; das Maß liegt jedoch über dem Durchmesser der Mittelbohrung 52 in der Führungs­ buchse 22. Daher drückt der Stift 56 während des Zusammenbaus des Hammers 10 gegen die Führungsbuchse 22 und die entsprechende Positio­ nierung der Führungsbuchse 22 wird zum Einstellen der Position des Trägheitszapfens 20 und einem Schlitz 58 in Abhängigkeit zu dem opti­ schen Schalter 18 verwendet. Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, erstreckt sich der Schlitz 58 durch den Trägheitszapfen 20 nahe seinem rückwär­ tigen Ende und er hat vorzugsweise eine längliche Form und liegt in einem Winkel von etwa 90° zur Längsachse des Trägheitszapfens 20. Daher durchläuft der Schlitz 58 den optischen Schalter 18 wenn sich der Träg­ heitszapfen 20 in der Längsbohrung 42 bewegt. Dadurch fällt die von einem Teil des optischen Schalters 18 ausgesandte Lichtenergie durch den Schlitz 58 und der Lichtsensor im optischen Schalter 18 wird für die Zeit betätigt, die der Schlitz 58 zum Passieren des Schalters be­ nötigt.

Wie in den Fig. 4 und 6 dargestellt, ist der optische Schalter 18 am Kopf 12 mit Schrauben 60 befestigt; hierbei kann jeder beliebige, ge­ eignete Typ eingesetzt werden, der einen Lichtsendeteil und einen Lichtsensor hat. Der Schalter 18 ist so angebracht, daß der Trägheits­ zapfen 20 zwischen dem Lichtsendeteil und dem Lichtsensor des Schalters 18 beweglich ist. Die Betätigung des optischen Schalters 18 durch eine Bewegung des Schlitzes 58 durch den Schalter und das daraus resultie­ rende Signal werden an die Anzeigeeinheit für kinetische Energie 2 (siehe Fig. 7) über den Kabelbaum 64 übertragen.

Bei der Anzeigeeinheit 62 handelt es sich im Grunde um einen kleinen Computer, der die Aufprallenergie des Hammers 10 auf die Primärdruck­ begrenzungsfläche berechnet. Diese Daten werden folgendermaßen abgelei­ tet: Die relative Geschwindigkeit zwischen dem Kopf 12 und der Träg­ heitsstange 20 kann durch die Formel V = Entfernung geteilt durch Zeit bestimmt werden, wobei V = Geschwindigkeit, Entfernung = Schlitzbreite und Zeit = Zeitraum, den Schlitz 58 zum Passieren des optischen Schal­ ters 18 benötigt. Die Aufprallenergie, mit der der Hammer 10 auf die Primärdruckbegrenzungsfläche aufschlägt, wird mit Hilfe der folgenden Gleichungen bestimmt:

E = 1/2 M(k*d/t)²

wobei

E
= Aufprallenergie
M	= Masse des Hammers 10
k	= f (Stoßkoeffizient+Schaltzeitfehler)
t	= der von Schlitz 58 benötigte Zeitraum zum Passieren des optischen Schalters 18
d	= Schlitzbreite

Hinweis: k*d wird experimentell bestimmt, indem eine bekannte Masse über eine bekannte Entfernung fallengelassen wird (deren Aufprall­ energie auf Grund allgemeiner Berechnungen bekannt ist), das Ergebnis auf dem Meßgerät 66 abgelesen wird, und am k*d-Glied im Computer even­ tuell erforderliche Korrekturen vorgenommen werden, damit die richtige Aufprallenergie auf dem Meßgerät 66 angezeigt wird. Da es sich hierbei um einen nichtlinearen Verlauf handelt, werden zur Ableitung der Soft­ warekoeffizienten bei der Computerkalibrierung zwei Fall-Entfernungen von den äußersten Bereichsgrenzen zugrunde gelegt. Außerdem sind klei­ nere Korrekturen am Wert von d (Schlitzbreite) mit Hilfe eines Poten­ tiometers in dem Computer möglich.

Wie bereits ausgeführt, werden Hämmer mit drei verschiedenen Gewichten verwendet. Aus Vereinfachungsgründen wurde der innere Aufbau des 0,125 kg schweren Hammers beschrieben. Die grundsätzliche Konstruktion und das Funktionsprinzip sind bei allen drei Hämmern gleich. Wie aus den Fig. 2 und 3, die den 1 kg schweren Hammer 110 und den 15 kg schweren Hammer 210 zeigen, ersichtlich ist, liegt der entscheidende Unterschied im Aufbau in der Masse des Kopfes. Ferner ist bei dem 15 kg schweren Hammer 210 der Haltegriff zur leichteren Handhabung auf eine andere Art angebracht. Der Kopf 212 ist am vorderen und rückwärtigen Ende oben sowie am rückwärtigen Ende unten mit Schraubösen 214 ver­ sehen. Ein geeignetes Material, wie zum Beispiel eine Nylonschnur 216 wird an Schraubösen 214 befestigt und zur leichteren Handhabung mit einem nicht scheuerndem Material wie zum Beispiel einem Gummischlauch 218 ummantelt.

Der Schlitz 58 in dem Trägheitszapfen 20 hat ferner bei jedem Hammer­ gewicht eine geringfügig andere Breite. Die Länge L des Schlitzes 58 beträgt bei jedem Hammergewicht vorzugsweise 2,5 mm. Die Breite W des Schlitzes 58 beträgt bei dem 0,125 kg schweren Hammer vorzugsweise 2 mm, bei dem 1 kg schweren Hammer 1,5 mm und bei dem 15 kg schweren Hammer 1 mm. Eine Fertigungstoleranz von plus oder minus 0,075 mm ist annehmbar. Was den Werkstoff anbetrifft, besteht der Hammer 10 und seine Bauteile wie der Kopf, der Trägheitszapfen, die Führungsbuchse, die Anschlagringe und Schrauben zum größten Teil aus nichtrostendem Stahl.

Im praktischen Einsatz dient die Führungsbuchse 22 zum Einstellen der Position des Trägheitszapfens 20 derart, daß die Vorderkante des Schlitzes 58 zur rückwärtigen Kante des optischen Schalters 18 eine Entfernung von 0,25 bis 0,63 mm aufweist. Darüber hinaus wird eine aus­ reichende Anzahl von Anschlagringen 44 und 48 eingesetzt, so daß das rückwärtige Ende des Trägheitszapfens 20 mit dem zweiten Ende 26 des Kopfes 12 auf gleicher Höhe liegt (0,000 bis 0,5 mm), wenn der Träg­ heitszapfen 20 vollständig in die Längsbohrung 42 in seine zweite eingefügte Position gegen die Feder 46 eingeschoben ist. Dann läßt man den Hammer 10 (eine bekannte Masse) zweimal am äußersten Ende des im voraus festgelegten Entfernungsbereiches fallen, liest die Anzeige am Meßgerät 66 ab und vergleicht diese mit den üblichen Berechnungen zur Bestimmung der Aufprallenergie. Eventuell erforderliche Korrekturen zum Kalibrieren der Anzeigeeinheit 42 werden mit Hilfe der Trimmpotentio­ meter R 14, R 15 und R 16 vorgenommen. Danach werden Hammerschläge in der erforderlichen Entfernung von den Sensoren des Überwachungssystems für gelöste Teile auf der Primärdruckbegrenzungsfläche ausgeführt, und die Anzeigen für die Aufprallenergie werden dem für das Überwachungssystem für gelöste Teile zuständigen Mitarbeiter für die Korrelation mit der Sensorreaktion des Überwachungssystems für gelöste Teile mitgeteilt. Der Hammer 10 stellt somit ein Mittel dar, mit dessen Hilfe auf eine Ober­ fläche jeder Ausrichtung geschlagen werden kann und Schätzungen sowie Ungenauigkeiten, die bei der Bestimmung der Aufprallenergie häufig an­ zutreffen sind, ausgeschlossen werden können.

Claims (7)

1. Vorrichtung für einen Schlag-Eich-Hammer, die einen Kopf mit einem ersten Aufschlagende und einem gegenüberliegenden Ende und eine Anzeigeeinheit, die von dem Hammer Signale empfängt und die Aufprallenergie des Hammers berechnet und anzeigt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) sie eine Längsbohrung (42) umfaßt, die sich zwischen den Enden (24, 26) des Kopfes (12) erstreckt;
• b) sie einen Trägheitszapfen (20) umfaßt, der in dieser Längsbohrung gleitend gelagert ist und zwischen einer ersten, normalerweise zurückgeschobenen Position und einer zweiten eingefügten Position beweglich ist;
• c) sie eine Einrichtung in der Längsbohrung (42) zum Vorspannen des Trägheitszapfens (20) in Richtung auf die erste, normale Position umfaßt;
• d) sie an dem gegenüberliegenden Ende des Kopfes (12) einen optischen Schalter (18) umfaßt;
• e) sie auf dem Trägheitszapfen (20) eine Einrichtung zum Betätigen des optischen Schalters (18) durch die Bewegung des Trägheitszapfens zwischen der ersten und zweiten Position umfaßt; und
• f) daß die Anzeigeneinheit (62) von dem optischen Schalter (18) Signale empfängt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Trägheitszapfen (20) nach dem Aufschlagen des Hammers (10) auf einer Fläche von der ersten zur zweiten Position bewegt.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannvorrichtung eine Feder (46) umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Betätigen des optischen Schalters (18) den erwähnten Trägheitszapfen (20) umfaßt, wobei dieser mit einem durchgehenden Schlitz (18) versehen ist, dessen Lage so gewählt ist, daß die Bewegung des Trägheitszapfens (20) zwischen der ersten und zweiten Position zu einer Bewegung des Schlitzes (58) durch den optischen Schalter (18) führt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Längsbohrung an einem Ende ein Gewinde aufweist; und
• b) sie eine in das Gewinde der Längsbohrung eingeschraubte Einrichtung zur gleitenden Lagerung und Einstellung der Position des Trägheitszapfens (20) in Abhängigkeit von dem optischen Schalter (18) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung eine Führungsbuchse (22) umfaßt.

7. Vorrichtung nach einm der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kopf (10) ein Haltegriff (16) befestigt ist.