Dipl.-Ing. Rainer M. Zange

Anwendungsbezogenes Prozeßmodell der Wandlung elektrischer Energie in Energie des Leistungsschallimpulses.

Gegenstand der Arbeit ist die Beschreibung der Wandlung elektrischer Energie in mechanische Energie von Leistungsschallimpulsen. Entsprechend der Energiewandelkette gliedern sich die Untersuchungen in:

• Umsatz der Energie in der Unterwasserfunkenstrecke,
• Zusammenhang zwischen Leistungs- und Druckzeitverlauf,
• Schalleinkopplung in das Zerkleinerungsgut und
• Zerkleinerung von mineralischen Werkstoffen am Beispiel Beton und Verbundglas.

Bei den Untersuchungen zum Energieumsatz in der Unterwasserfunkenstrecke werden zur Beschreibung der Energieumwandlung notwendige ausgewählte Abhängigkeiten von Parametern in den einzelnen Phasen der Entladung betrachtet. Zwischen dem Leistungszeitverlauf an der Unterwasserfunkenstrecke und einem piezoelektrisch gemessenen Druckzeitverlauf wird ein Zusammenhang ermittelt.
Dazu sind zunächst der Versuchsaufbau und die Druckmeßaufnehmer hinsichtlich des Signalantwort-verhaltens zu analysieren.
In den gemessenen Leistungs- und Druckzeitverläufen werden geeignete Bewertungsparameter definiert, die auf die zeitlichen Abläufe bei der Entstehung von Leistungsschallimpulsen begründet sind. Die Wahl hinreichend anlagenunabhängiger Bezugsgrößen ermöglicht einen Vergleich der Ergebnisse bei verschiedenen Entladungsverläufen.
Mit Hilfe eines linearen eindimensionalen Modellansatzes, bei dem das senkrechte Auftreffen ebener Wellen auf ebene Schichten betrachtet wird, werden Vorgänge beim Schalldurchgang durch querhomogene Stoffe und Stoffschichtungen untersucht. Das Schalleitungsmodell bietet die Möglichkeit der Betrachtungen von Belastungen in Stoffen und insbesondere an Grenzflächen in Verbundwerkstoffen beim Schalldurchgang von Impulsen. Eine weitgehend normierte Darstellung der Ergebnisse des Schalleitungsmodells erlaubt eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Materialien und Abmessungen (Korngrößen, Schichtdicke). Man erhält mit dem Schalleitungsmodell Aussagen zur Einstellung der Impulsbreite und -amplitude für unterschiedliche Materialpaarungen.
Mit dem vorgestellten Berechnungsweg zur anwendungsbezogenen Dimensionierung eines Entladekreises werden mit Hilfe von experimentell gefundenen Abhängigkeiten gezielt Entladekreisparameter berechnet. Eingangsgrößen für die Berechnung sind anlagenunabhängige Bezugsgrößen, mit denen die Abhängigkeiten zwischen Leistungs- und Druckzeitverlauf dargestellt wurden. Die Dimensionierung erfolgt leistungsorientiert. Mit Hilfe des in der Hochspannungstechnik genutzten Homogenitätsgrades erfolgt für vorgegebene Elektrodengeometrien die Überprüfung der Zündsicherheit.
Zur Untersuchung der Zerkleinerungs- und Trennwirkung der Leistungsschallimpulse sowie zur Überprüfung der Ergebnisse aus den vorangegangenen theoretischen Untersuchungen werden Zerkleinerungsversuche am Werkstoff Beton und Verbundglas durchgeführt.