Elektrodynamische Fragmentierung<\/p>\n
Bei der Elektrodynamischen Fragmentierung werden ultrakurze Hochspannungsimpulse zur Aufschlusszerkleinerung von Feststoffen eingesetzt.
Das Probenmaterial befindet sich dabei in einem mit Wasser bef\u00c3\u00bcllten Prozessgef\u00c3\u00a4\u00c3\u0178 bei Normbedingungen.
Das Verfahren macht sich materialspezifische Unterschiede in der Durchschlagsfestigkeit einzelner Stoffe zu Nutze.
Bei einer Spannungsanstiegszeit von unter 500 ns schlagen Hochspannungspulse bevorzugt durch Feststoffe und nicht, wie intuitiv zu erwarten, durch das sie umgebende Wasserbad hindurch.
Grund daf\u00c3\u00bcr ist die bei solch kurzer Spannungsanstiegszeit h\u00c3\u00b6here Durchschlagsfestigkeit von Wasser gegen\u00c3\u00bcber Feststoffdurchschl\u00c3\u00a4gen [1].
Dieser Zusammenhang ist in Abb. 1 dargestellt.<\/p>\n<\/p>\n
Abb. 1: Grundprinzip der Elektrodynamischen Fragmentierung bei Elektrodenabstand (d). Maximale Spannung (Umax) nach Spannungsanstiegszeit (tUmax) erreicht.<\/p>\n
Ein elektrischer Durchschlag f\u00c3\u00bchrt zur Bildung von d\u00c3\u00bcnnen Plasmakan\u00c3\u00a4len mit lokalen Temperaturen von bis zu 10^4 K.
Die sprungartige, thermische Expansion sowie der vakuuminduzierende Zusammenbruch des Plasmas nach einem Hochspannungsimpuls f\u00c3\u00bchren zu Druckschwankungen von 10^9 bis 10^10 Pa [1].<\/p>\n
Das angelegte elektrische Feld f\u00c3\u00bchrt zu internen Ladungsverschiebungen, wodurch die nachfolgende Entladung bevorzugt entlang interner Korngrenzen erfolgt.
Neben diesen Polarisationseffekten f\u00c3\u00bchren auch unterschiedliche akustische Eigenschaften innerhalb der Feststoffprobe zu einer sortenreinen Auftrennung der Probe durch die ausgel\u00c3\u00b6sten Druckschwankungen [2].<\/p>\n
Das Verfahren der Elektrodynamischen Fragmentierung (EDF) befindet sich derzeit vor allem in der geologischen Analyse, dem Bergbau und in der High-Tech-Industrie (Silizium-Wafer-Herstellung) in der fortgeschrittenen Markteinf\u00c3\u00bchrung. Es wurde bisher ausschlie\u00c3\u0178lich als Zerkleinerungstechnik eingesetzt.
Mit diesem Promotionsvorhaben sollen weitere Anwendungsm\u00c3\u00b6glchkeiten der EDF zum vollst\u00c3\u00a4ndigeren Recycling von ausgew\u00c3\u00a4hlten Werkstoffverbunden untersucht werden. Hierzu z\u00c3\u00a4hlen Glasfaserverst\u00c3\u00a4rkte Kunststoffe (GFK), Carbonfaserverst\u00c3\u00a4rkte Kunststoffe (CFK) und D\u00c3\u00bcnnschicht Photovoltaikmodule (DPV).<\/p>\n
Durch die bereits durchgef\u00c3\u00bchrten Versuche konnte das Prozessverst\u00c3\u00a4ndnis der EDF verbessert werden. Dar\u00c3\u00bcber hinaus wurde in der Photovoltaik ein Bereich identifiziert, der ein sehr hohes technisches und wirtschaftliches Potential f\u00c3\u00bcr die Anwendung von Hochspannungsimpulsen zur Verbundtrennung aufweist.<\/p>\n
Die bisherigen Ergebnisse weisen auf potentielle Vorteile von EDF gegen\u00c3\u00bcber mechanischer Zerkleinerung beim Recycling von GFK und der R\u00c3\u00bcckgewinnung von Verst\u00c3\u00a4rkungsfasern hin.
Die bisherigen Versuche mit GFK konnten zeigen, dass bei der Behandlung von Faserverbund-Kunststoffen mit Glasfaserverst\u00c3\u00a4rkung im Vergleich zu einer mechanischen Verbundtrennung die Faser-Matrix-Trennung durch EDF deutlich besser erfolgt. Diesem Vorteil steht zumindest im Labor-Ma\u00c3\u0178stab ein um mindestens einen Faktor von 2,5 h\u00c3\u00b6herer Energieverbrauch gegen\u00c3\u00bcber.
Es wird somit empfohlen, weitere Entwicklungsschritte zur Hochskalierung der derzeitigen Laboranlage vorzunehmen.<\/p>\n
Die Vorhabens-Teilergebnisse wurden bereits im Rahmen mehrerer Ver\u00c3\u00b6ffentlichungen sowohl durch die Hochschule Pforzheim als auch durch Dritte kommuniziert.<\/p>\n
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Quellenangaben:<\/p>\n
[1] H. Bluhm. Pulsed Power Systems, Principles and Applications. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.<\/p>\n
[2] K. P. van der Wielen. Application of High Voltage Breakage to a Range of Rock Types of Varying Physical Properties, PhD Thesis, University of Exeter, 2013.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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