DE19532219A1

DE19532219A1 - Energiewandler zur Hochleistungspulserzeugung

Info

Publication number: DE19532219A1
Application number: DE19532219A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Hofmann
Original assignee: Tzn Forschungs- und Entwicklungszentrum Unterlues 29345 Unterlues De GmbH; Tzn Forschung & Entwicklung
Current assignee: Rheinmetall W&M GmbH
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2015-09-02
Also published as: GB9617676D0; NL1003891A1; GB2304604A; FR2738168B1; JPH09117455A; GB2304604B; FR2738168A1; NL1003891C2; DE19532219C2; US5748563A

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiewandler nach Oberbegriff des Anspruches 1.

Der Stand der Technik weist eine Vielzahl von Energiewandlern aus. Aus deren Einsatz ergeben sich die unterschiedlichsten Konstruktionen.

So befaßt sich die DE-PS 35 06 583 mit dem Aufbau eines Energiewandlers zur Zerstörung von Nierensteinen.

Bei diesem und anderen bekannten Energiewandlern befindet sich das den Hoch leistungspuls erzeugende Elektrodensystem in der gleichen mit Flüssigkeit als Arbeits medium gefüllten Wanne wie das zu bearbeitende Material. Durch die Wechselwirkung des zerkleinerten Materials mit dem Elektrodensystem tritt eine große Schwankung des Energieumsatzes auf.

Weitere Nachteile der vorgenannten Lösungen liegen in der Tatsache, daß die Materia lien nur naß zerkleinert werden können und die Verschmutzung des Arbeitsmediums Schwankungen beim Umsatz der Energie ergeben. Durch die Einbindung des Wandlers in das Arbeitsmedium, beispielsweise Wasser, ist nur eine Vorzugsebene gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Energiewandler zu entwickeln, der eine trockene Zerkleinerung ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die erfinderischen Merkmale des Patentanspruches l gelöst.

Durch die Schaffung eines gekapselten Energiewandlers zur Hochleistungspulserzeugung ergibt sich, neben der trockenen Zerkleinerung oder Umformung des zu bearbeitenden Materials, der Vorteil, daß er eine breite Verwendbarkeit aufweist. Ohne wesentliche Veränderung an der Anlagetechnik ist der Energiewandler integrierbar. Es entfällt die Trocknungsstufe des zu zerkleinernden oder gleichfalls umzuformenden Materials. Rotierende Teile in der Bearbeitungszone entfallen.

In den Unteransprüchen enthalten sind die vorzugsweisen Ausgestaltungen. Die flexible Gestaltung der Membran birgt den Vorteil in sich, daß sie geringe Energie verluste beim Energieumsatz in Druckimpulse zur Folge hat. Damit besitzt der Energie wandler selbst einen geringen Energieverbrauch. Auch die elliptische Form der Innenwandung des Gehäuses trägt zum geringeren Energieverbrauch bei. Mit der Konzentration der Druckwellen zur Membran wird eine Reduzierung des Gesamtenergieumsatzes, bezogen auf die zu zerkleinernden Stoff mengen erreicht.

Die erfinderische Lösung findet überall dort Anwendung, wo eine Druckeinwirkung direkt auf das Material erwünscht ist, z. B. beim Recycling.

Anhand eines Ausführungsbeispieles sollen der Aufbau und die Wirkungsweise näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Energieversorgung zur Erzeugung von Hochlei stungspulsen

Fig. 2 ein Prinzipdruckverlauf eines Hochleistungspulses am Werkstoff

Fig. 3 ein mechanischer Aufbau des gekapselten Energiewandlers

Fig. 4 einen in der Fig. 3 mit A-A gekennzeichneten Schnittverlauf.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird über einen Netzanschluß 30, einer Hochspannungs erzeugung mit Ladestrombegrenzung 31 und einem Hochspannungsgleichrichter 32 in einer Kondensatorbatterie 33 die Energie zur Erzeugung von elektrischen Hochlei stungspulsen gespeichert.

Diese wird mittels eines Leistungsschalters 34 über ein Energieleitsystem 35 zu einem Energiewandler 36 geleitet. Die Rückführung zur Regelung der Energieversorgung erfolgt über eine Steuerungs- und Sicherheitstechnik 37. Zwischen einer im Energie wandler 36 befindlichen Anoden-Elektrode 5 und Masse-Elektroden 4, mindestens eine vorzugsweise drei, die sich in einem flüssigen Arbeitsmedium befinden, bildet sich ein Plasmakanal aus. In diesen wird die Energie der Kondensatorbatterie 33 im µs-Bereich eingespeist. Dadurch kommt es zur Verdichtung einer Schicht im Arbeitsmedium. Diese Schicht dehnt sich kugelförmig aus und ist der Energieträger. Am zu bearbeitenden Werkstoff wird dann über eine am Energiewandler 36 befindliche Membran 14 ein wie in Fig. 2 gezeigter Druckverlauf erzeugt.

Im Verlauf der Entwicklungsphase dieser elektrischen Entladung erfolgt ein schnelles Aufweiten des Plasmakanals. Hierbei entsteht an seiner Hülle eine Druck-Dichte- Änderung, die sich als Hochleistungspuls im Arbeitsmedium ausbreitet. So erzeugt, je nach Bemessung des Entladekreises, ein Hochleistungspuls von einer µs-Dauer einen Spitzendruck bis zu 1000 bar. Der prinzipielle Arbeitsbereich liegt bei 200 bis 600 bar. Die Hochleistungspulse werden Träger der Energie, d. h. das Werkzeug.

Über die Membran 14 wird eine Folge von Hochleistungspulsen in dem zu bearbeiten den Werkstoff eingeleitet. Für den Energieumsatz sind der Spitzendruck, d. h. das Druckmaximum des ersten Pulses, und die Steilheit des Druckanstieges, je steiler desto höher der Druck, von entscheidender Bedeutung.

Durch den so erzeugten Druckimpuls ruft dieser eine Druck- und Zugbeanspruchung, die Aufhebung von Verbindungsgrenzen an Korngrenzen sowie die Zerstörung oder Umformung des Materials an Stoffunstetigkeitsstellen im Material des Werkstoffes hervor. Der innere Aufbau des Energiewandlers 36 stellt sich in Fig. 3 dar. Die Anoden-Elektrode 5 ist in einem Isolator 6 senkrecht und mittig in einem Gehäuse 1 angeordnet. Der Isolator 6, an dem sich ein Anschluß 7 für ein Hoch spannungskabel befindet, ist beidseitig mittels 0-Ring-Dichtungen 12, modifizierten Megi-HL-Buchsen 15 und O-Ring-Dichtungen 11 über Stützringe 3 und Innensechskantschrauben 20 im Gehäuse 1 befestigt. Die Masse-Elektroden 4 befinden sich zur Anoden-Elektrode 5 senkrecht am Gehäuse 1 und sind mit dem Gehäuse 1 über weitere Innensechskantschrauben 17 und Dichtung 10 (vgl. Fig. 4) verbunden. Die Masse- Elektroden 4 stehen zueinander in einer Ebene im Abstand von vorzugsweise 120°, ohne sich zu beruhen. Die innere Form des Gehäuses 1 ist ellipsenförmig. Über das Gehäuse 1 ist die Membran 14 gezogen, die durch einen Spannring 2, Innensechs kantschrauben 18 und Sechskantmuttern 16 zur Befestigung des Spannringes 2 am Gehäuse 1 an das Gehäuse 1 gepreßt wird. Im Gehäuse 1 befindet sich außerdem mindestens eine Entlüftungsbohrung 19 mit Schraube 13. Über diese Schraube 13 ist der innere Druck im Gehäuse 1 regulierbar.

Der Eintritt des Arbeitsmediums erfolgt über mindestens eine, vorzugsweise zwei Wasserbefüllungsvorrichtungen 22, 23 (Fig. 4). Die Wasserbefüllungsvorrich tungen 22, 23 können den entsprechenden Anforderungen angepaßt werden. Als die einfachste Variante ist ein Kugelventil, das die Wasserzufuhr und ein Kugelventil, das den Wasserausfluß regelt, verwendbar. Druckaufnehmer 24, die sich über Adapter 8 und Dichtung 9 im oberen Teil des Gehäuses 1, direkt unter der Membran 14, befinden, dienen zur internen Regelung des Arbeitsablaufes der eingangs beschriebenen Energie versorgung, so daß mittels Druckkontrolle zur Prozeßüberwachung einer Zerstörung der Membran 14 vorgebeugt wird, soll aber nicht Bestandteil des Ausführungsbeispieles sein.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse gekapselter Energiewandler
2 Spannring
3 Stützring
4 Masse-Elektroden
5 Anoden-Elektrode
6 Isolator
7 Anschluß Hochspannungskabel
8 Adapter für Drucksonde
9 Dichtungen für Bohrung Druckaufnehmer
10 Dichtungen für Bohrung Masseelektrode
11 O-Ring-Dichtungen für Megi-HL-Buchse
12 O-Ring Dichtungen für Isolator
13 Schraube für Entlüftungsbohrung
14 Gummimembran
15 modif. Megi-HL-Buchse
16 Sechskantmuttern
17 Innensechskantschrauben zur Befest. der Masseelektroden
18 Innensechskantschrauben zur Befest. des Spannringes
19 Entlüftungsbohrung
20 Innensechskantschrauben
22, 23 Wasserbefüllungsvorrichtung
24 Druckaufnehmer
30 Netzanschluß
31 Hochspannungserzeugung mit Ladestrombegrenzung
32 Hochspannungsgleichrichter
33 Kondensatorbatterie
34 Leistungsschalter
35 Energieleitsystem
36 Energiewandler
37 Steuerungs- und Sicherheitstechnik

Claims

1. Energiewandler (36) zur Hochleistungspulserzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiewandler (36) mittels einer alldichtenden Membran (14) gekapselt ist.

2. Energiewandler (36) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ab dichtende Membran (14) über einen Stützring (2) Über den oberen Teil eines Gehäuses (1) des Energiewandler (36) gezogen ist.

3. Energiewandler (36) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) aus flexiblem Material besteht.

4. Energiewandler (36) nach einem oder mehren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) des Energiewandlers (36) senkrecht eine Anoden-Elektrode (5) in einem Isolator (6) angeordnet ist und mindestens eine Masse-Elektrode (4) am Gehäuse gegenüber der Anoden-Elektrode (5) senkrecht und zueinander in einer Ebene befestigt sind.

5. Energiewandler (36) nach einem oder mehren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Gehäuses (1) eine elliptische Form aufweist.

6. Energiewandler (36) nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Gehäuse (1) das Arbeitsmedium befindet.

7. Energiewandler (36) nach einem oder mehren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) Wasserbefüllungsvorrichtungen (22; 23) zur Aufnahme des Arbeitsmediums in das Gehäuse (1) angebracht sind.

8. Energiewandler (36) nach einem oder mehren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenwandung des Gehäuses (1) Druckauf nehmer (24) eingebracht sind.