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Elastomere werden vielfach als Dichtungsmaterial für verschiedene Anwendungen eingesetzt.
In vielen Bereichen ist die Funktion der Dichtung auch bei tiefen Temperaturen erforderlich. Daher ist das Verständnis des Versagensmechanismus von großer Bedeutung.
Normalerweise werden Elastomere oberhalb ihres Glass-Gummi Umwandlungsbereiches eingesetzt, wobei die minimale Einsatztemperatur nicht exakt definiert ist. Daher ist es sinnvoll, diese untere Temperatureinsatzgrenze in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften zu bestimmen. Hierfür werden die Ergebnisse der thermischen Analyse mit den Resultaten des Druckverformungsrests aus einer abgewandelten Messung mit der Dynamisch Mechanischen Analyse (DMA) kombiniert.
Weiterhin werden Ergebnisse von Bauteilversuchen vorgestellt und diskutiert.
Die vorgestellten Untersuchungen wurden zum großen Teil auf Untersuchungen im Rahmen der Dissertation von M. Jaunich durchgeführt.
Sicherheitsbewertung von Lagerbehältern bei Auslaufen einer befristeten Zwischenlagergenehmigung
(2013)
Bei der sicherheitstechnischen Begutachtung der behälterspezifischen Aspekte nach Ablauf einer Zwischenlagergenehmigung ist entsprechend einer Neubeantragung zu verfahren. Die Sicherheitsbewertung erfolgt nach dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik bei Berücksichtigung der zur Behälterbauart bereits vorliegenden Sicherheitsnachweise und Begutachtungsergebnisse sowie der physikalischen und chemischen Alterungseinflüsse der bisherigen Zwischenlagerung. Am Beispiel einer beantragten weiteren Zwischenlagerung nach Auslaufen einer auf 20 Jahre befristeten Genehmigung und dem notwendigen Behältertransport zu einem neuen Zwischenlager werden Erfahrungen bzgl. der durchgeführten Sicherheitsbewertung zur Erfüllung der Technischen Annahmebedingungen des neuen Behälterlagers dargestellt.
It is important to evaluate the effect of thermal ageing on the sealing performance of metal gaskets under high temperature for long-term usage. Therefore, in order to gain representative data for this kind of metal-sealed lid System, BAM is currently performing laboratory tests of different gasket types with aluminum and silver jackets at three different temperatures under static conditions up to four years so far, using test flanges for gaskets with full scale cross section diameter but much smaller outer diameter. On the other hand, in order to investigate the applicability of the numerical methodology to evaluate the long-term behavior of the metal gaskets, such as a correlation between seal pressure force and holding time, CRIEPI is developing a modeling method including material tests (tensile and creep tests) at high temperature. In this paper, the applicability of the finite element method (ABAQUS) to predict the recovery displacement and residual seal pressure force of the gasket complex was verified by comparing the calculated values with BAM’s laboratory test results under the joint research agreement between BAM and CRIEPI.
Existing spent nuclear fuel (SF) and high active waste (HAW) management policies and practices worldwide are the result of past presumptions that sufficient reprocessing and/or disposal capacity would be available in the near term. Consequently, in the past many countries have developed specific solutions for different periods of time due to their individual national nuclear policies.
In Germany the concept of dry interim storage in dual purpose metal casks before disposal is being pursued for SF and HAW management and transport and storage licenses have been issued accordingly. The current operation licenses for existing storage facilities have been granted for a storage period of up to 40 years. This concept has demonstrated its suitability for over 20 years so far. Relevant safety requirements have been assessed for the short-term as well as for the long-term for site-specific operational and accidental storage conditions. But in the meantime significant delays in the national repository siting procedure occurred which will make extended storage periods necessary in the future.
Dual purpose casks for the transportation and storage of spent nuclear fuel and other radioactive materials require very high leak-tightness of lid closure Systems under accident conditions as well as in the long-term to prevent activity release. For that purpose metal seals of specific types with an inner helical spring and outer metal liners are widely used and have shown their excellent performance if certain quality assurance requirements for fabrication and assembling are satisfied. Well defined surface roughness, clean and dry inert conditions are therefore essential. No seal failure in a loaded cask happened under these conditions until today.
Nevertheless, the considered and licensed Operation period is limited and all safety assessments have been performed and approved for this period of time which is 40 years in Germany so far. But in the meantime longer storage periods might be necessary for the future and therefore additional material data will be required. BAM is involved in the qualification and evaluation procedures of those seals from the early beginning. Because long-term tests are always time consuming BAM has early decided to perform additional tests with specific test seal configurations to gain a better understanding of the long-term behavior with regard to seal pressure force, leakage rate and useable resilience which is safety relevant mainly in case of accidental mechanical loads inside a storage facility or during a subsequent transport. Main test parameters are the material of the outer seal jacket (silver or aluminum) and the temperature. This paper presents the BAM test program including an innovative test mock-up and most recent test results. Based on these data extrapolation models to extended time periods are discussed, and also future plans to continue tests and to investigate seal behavior for additional test parameters are explained.
Langzeituntersuchungen an Metalldichtungen mit innen liegendem Federkern und doppelter Ummantelung
(2013)
In Deutschland werden in Transport- und Lagerbehältern (TLB) wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle gegenwärtig über einen Zeitraum von bis zu 40 Jahren zwischengelagert. Aufgrund der Situation der noch nicht abgeschlossenen Endlagersuche werden hier möglicherweise Verlängerungen in Betracht zu ziehen sein. Im Deckeldichtsystem der TLB werden in der Regel Metalldichtungen vom Typ Helicoflex® eines französischen Herstellers verwendet, die aus einem innen liegenden Spiralfederkern und zwei Ummantelungen bestehen. Die Ermittlung der Fliess- und Relaxationseigenschaften der Dichtungskomponenten über den vorgesehenen langen Betriebseitraum sind vor dem Hintergrund des Erhalte eines geforderten hohen Dichtniveaus ein wichtiger Untersuchungsgegenstand.