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\u00fcllten Prozessgef\u00e4\u00df 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\u00fcr ist die bei solch kurzer Spannungsanstiegszeit h\u00f6here Durchschlagsfestigkeit von Wasser gegen\u00fcber Feststoffdurchschl\u00e4gen [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\u00fchrt zur Bildung von d\u00fcnnen Plasmakan\u00e4len mit lokalen Temperaturen von bis zu 10^4 K.
Die sprungartige, thermische Expansion sowie der vakuuminduzierende Zusammenbruch des Plasmas nach einem Hochspannungsimpuls f\u00fchren zu Druckschwankungen von 10^9 bis 10^10 Pa [1].<\/p>\n
Das angelegte elektrische Feld f\u00fchrt zu internen Ladungsverschiebungen, wodurch die nachfolgende Entladung bevorzugt entlang interner Korngrenzen erfolgt.
Neben diesen Polarisationseffekten f\u00fchren auch unterschiedliche akustische Eigenschaften innerhalb der Feststoffprobe zu einer sortenreinen Auftrennung der Probe durch die ausgel\u00f6sten 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\u00fchrung. Es wurde bisher ausschlie\u00dflich als Zerkleinerungstechnik eingesetzt.
Mit diesem Promotionsvorhaben sollen weitere Anwendungsm\u00f6glchkeiten der EDF zum vollst\u00e4ndigeren Recycling von ausgew\u00e4hlten Werkstoffverbunden untersucht werden. Hierzu z\u00e4hlen Glasfaserverst\u00e4rkte Kunststoffe (GFK), Carbonfaserverst\u00e4rkte Kunststoffe (CFK) und D\u00fcnnschicht Photovoltaikmodule (DPV).<\/p>\n
Durch die bereits durchgef\u00fchrten Versuche konnte das Prozessverst\u00e4ndnis der EDF verbessert werden. Dar\u00fcber hinaus wurde in der Photovoltaik ein Bereich identifiziert, der ein sehr hohes technisches und wirtschaftliches Potential f\u00fcr die Anwendung von Hochspannungsimpulsen zur Verbundtrennung aufweist.<\/p>\n
Die bisherigen Ergebnisse weisen auf potentielle Vorteile von EDF gegen\u00fcber mechanischer Zerkleinerung beim Recycling von GFK und der R\u00fcckgewinnung von Verst\u00e4rkungsfasern hin.
Die bisherigen Versuche mit GFK konnten zeigen, dass bei der Behandlung von Faserverbund-Kunststoffen mit Glasfaserverst\u00e4rkung im Vergleich zu einer mechanischen Verbundtrennung die Faser-Matrix-Trennung durch EDF deutlich besser erfolgt. Diesem Vorteil steht zumindest im Labor-Ma\u00dfstab ein um mindestens einen Faktor von 2,5 h\u00f6herer Energieverbrauch gegen\u00fcber.
Es wird somit empfohlen, weitere Entwicklungsschritte zur Hochskalierung der derzeitigen Laboranlage vorzunehmen.<\/p>\n
Die Vorhabens-Teilergebnisse wurden bereits im Rahmen mehrerer Ver\u00f6ffentlichungen sowohl durch die Hochschule Pforzheim als auch durch Dritte kommuniziert.<\/p>\n
—————
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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