DE102012222656A1

DE102012222656A1 - Electrode assembly, useful for producing shock waves to treat food products, comprises container including transfer medium, and two electrodes extending on two opposite sides of container from outside into container

Info

Publication number: DE102012222656A1
Application number: DE201210222656
Authority: DE
Inventors: Mathias Bellm; Christian Seidler; Sven Gedrat; Michael Riffel
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-12

Abstract

The assembly (11) comprises a container (12) including a transfer medium (15), and two electrodes (25a, 25b) extending on two opposite sides of the container from the outside into the container, where ends (27a, 27b) of the electrodes are spaced apart from each other and are flattened perpendicular to their longitudinal extension. The electrode ends are roughened with a micro-roughness and depressions of less than 100 microns. An insulation part is formed around some areas of the electrodes. The insulation part is 1-5 mm shorter than the height of the electrode ends. The assembly (11) comprises a container (12) including a transfer medium (15), and two electrodes (25a, 25b) extending on two opposite sides of the container from the outside into the container, where ends (27a, 27b) of the electrodes are spaced apart from each other and are flattened perpendicular to their longitudinal extension. The electrode ends are roughened with a micro-roughness and depressions of less than 100 microns. An insulation part is formed around some areas of the electrodes. The insulation part is 1-5 mm shorter than the height of the electrode ends. The insulation part in the longitudinal extension of the electrodes has different thicknesses and/or made of different materials. A front area of the insulation part extending close to one of the electrode ends is made of a mechanically more stable and resilient material, where the rear portion of the insulation part is made of plastic. The front part of the insulation is formed towards the end of the electrode, and the remainder part of the insulation partially overlaps towards the side of the container.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der TechnikField of application and state of the art

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung von Stoßwellen, insbesondere zur Behandlung von Lebensmitteln. The invention relates to an electrode arrangement for generating shock waves, in particular for the treatment of foods.

Das grundlegende Funktionsprinzip der Behandlung von Lebensmitteln mit Stoßwellen ist beispielsweise aus der US 2008/0171115 A1 bekannt. Eine beispielhafte Elektrodenanordnung ist aus der DE 4437477 A1 bekannt. Dort ist allerdings zwischen den mit einem Abstand zueinander versehenen Elektrodenenden ein dünner Kupferdraht gespannt.The basic operating principle of the treatment of food with shock waves is for example from the US 2008/0171115 A1 known. An exemplary electrode arrangement is known from DE 4437477 A1 known. There, however, a thin copper wire is stretched between the spaced electrode ends.

Aufgabe und LösungTask and solution

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Elektrodenanordnung zu schaffen, mit der Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und es insbesondere möglich ist, Stoßwellen gut zu erzeugen und hohe Standzeiten der Elektroden zu erreichen. The invention has for its object to provide an aforementioned electrode arrangement, can be avoided with the problems of the prior art and it is particularly possible to produce shock waves well and to achieve long service life of the electrodes.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Elektrodenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This object is achieved by an electrode assembly having the features of claim 1. Advantageous and preferred embodiments of the invention are the subject of further claims and are explained in more detail below. The wording of the claims is incorporated herein by express reference.

Es ist vorgesehen, dass die Elektrodenanordnung einen Behälter mit einem Übertragungsmedium darin aufweist, vorzugsweise eine Flüssigkeit wie Wasser. An zwei gegenüberliegenden Behälterseiten sind Elektroden angebracht bzw. reichen mit Elektrodenenden von außen in den Behälter hinein, so dass die Elektrodenenden einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen. It is provided that the electrode arrangement has a container with a transmission medium therein, preferably a liquid such as water. On two opposite sides of the container electrodes are mounted or extend with electrode ends from the outside into the container, so that the electrode ends have a certain distance from one another.

Erfindungsgemäß sind die Elektrodenenden im Wesentlichen abgeflacht. Dadurch wird einerseits ein gutes Zündverhalten der Elektrodenanordnung erreicht. Andererseits ist die Abnutzung der Elektroden bzw. vor allem an den Elektrodenenden weitaus geringer, da der Zündfunke sozusagen an den relativ großen Flächen der abgeflachten Elektrodenenden startet. Durch die weitaus geringere Abnutzung ist nicht nur die Standzeit der Elektroden viel größer, sondern es ergeben sich auch dauerhaft gleichbleibende Zündbedingungen. Dies wiederum verbessert die Reproduzierbarkeit bzw. sorgt eben für gleichmäßig gute Stoßwellen. According to the invention, the electrode ends are substantially flattened. As a result, a good ignition behavior of the electrode arrangement is achieved on the one hand. On the other hand, the wear of the electrodes or especially at the electrode ends is much lower because the spark starts, so to speak, on the relatively large areas of the flattened electrode ends. Due to the much lower wear not only the service life of the electrodes is much larger, but it also results permanently consistent ignition conditions. This in turn improves the reproducibility or ensures uniformly good shock waves.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektrodenenden senkrecht zu ihrer Längserstreckung abgeflacht, also im Wesentlich gerade abgeschnitten. Dadurch kann erreicht werden, wenn die Elektroden vorteilhaft axial zueinander fluchten, dass beide Flächen der Elektrodenenden jeweils gleichen Abstand zueinander aufweisen, so dass tatsächlich keine bevorzugten Stellen für das Zünden wegen eines möglicherweise geringeren Abstandes bestehen oder entstehen. In an advantageous embodiment of the invention, the electrode ends are flattened perpendicular to their longitudinal extent, so cut substantially straight. It can thereby be achieved if the electrodes are advantageously aligned axially relative to one another, that both surfaces of the electrode ends each have the same distance from each other, so that in fact there are no preferred locations for the ignition because of a possibly smaller distance or arise.

In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektrodenenden aufgeraut, also nicht völlig glatt bzw. poliert. Dadurch ist es möglich, dass ein Funke an den Mikrospitzen bzw. Erhebungen der Aufrauung zündet, so dass die Zündung leichter erfolgen kann. Gleichzeitig ist eben eine derart große Anzahl von diesen Mikrospitzen vorhanden, deren Höhe vorzugsweise auch noch in etwa gleich ist, so dass der Funke immer wieder an anderer Stelle zünden kann. Eine Mikrorauheit der Flächen der Elektrodenenden kann Vertiefungen von weniger als 1 mm aufweisen, vorzugsweise zwischen 1 µm und 50 µm oder 100 µm. Dies sind die mittleren Rauwerte. Sie können in anderer Angabe im Bereich von Ra 12,5 bis Ra 1,6 als Rauheitsklasse liegen. Dazu können die Elektrodenenden angeschliffen sein, alternativ ist Ätzen oder Funkenerosion möglich. Die Aufrauung der abgeflachten Elektrodenenden dient dazu, dass sich hier ein inhomogenes E-Feld bildet mit E-Feld-Spitzen an den verschiedenen Spitzen bzw. Erhebungen der Aufrauung. So werden die Bedingungen für eine Initialzündung verbessert und damit die Erzeugung der Stoßwellen. In yet another embodiment of the invention, the electrode ends are roughened, so not completely smooth or polished. This makes it possible that a spark ignites at the microtips or elevations of the roughening, so that the ignition can be made easier. At the same time just such a large number of these microtips is present, the height of which is preferably also about the same, so that the spark can ignite again and again elsewhere. A microroughness of the surfaces of the electrode ends may have recesses of less than 1 mm, preferably between 1 μm and 50 μm or 100 μm. These are the mean rough values. Otherwise, they can be in the range of Ra 12.5 to Ra 1.6 as the roughness class. For this purpose, the electrode ends may be ground, alternatively, etching or spark erosion is possible. The roughening of the flattened electrode ends serves to form an inhomogeneous E field with E field peaks at the various peaks or elevations of the roughening. This improves the conditions for initial ignition and thus the generation of shock waves.

Der Behälter kann einen Durchmesser von weniger als 50 cm aufweisen, beispielsweise 30 cm bis 10 cm. Ein Durchmesser der Elektroden kann von 0,5 cm bis 3 cm reichen, vorteilhaft etwa 2 cm. Die Länge der Elektroden innerhalb des Behälters kann von 4 cm bis 20 cm reichen bzw. ein Abstand der Elektroden kann im Bereich weniger Zentimeter liegen, beispielsweise 2 cm bis 5 cm oder sogar 10 cm. Unter Umständen kann er auch nur 0,1 cm bis 0,5 cm betragen. Ein größerer Elektrodenabstand zieht zwar den Zündfunken in die Länge und sorgt somit für bessere Stoßwellen, macht aber gleichzeitig die Bedingungen für die Zündung schwieriger. The container may have a diameter of less than 50 cm, for example 30 cm to 10 cm. A diameter of the electrodes can range from 0.5 cm to 3 cm, advantageously about 2 cm. The length of the electrodes within the container may range from 4 cm to 20 cm or a distance of the electrodes may be in the range of a few centimeters, for example 2 cm to 5 cm or even 10 cm. Under certain circumstances, it can also be only 0.1 cm to 0.5 cm. Although a larger electrode gap will lengthen the spark and thus provide better shockwaves, it also makes the conditions for the ignition more difficult.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist um die Elektroden herum zumindest bereichsweise eine Isolierung vorgesehen. Dadurch sollen Leckströme in dem Übertragungsmedium, die nicht zwischen den Elektro- denenden fließen und somit zum Zündfunken beitragen, reduziert werden. So werden die Zündbedingungen verbessert und damit auch die Erzeugung der Stoßwellen. Vor allem kann dadurch die E-Feldstärke zwischen den Elektroden groß gehalten werden. Falls es sich beim Übertragungsmedium um Wasser handelt, kann es vorteilhaft deionisiert, destilliert und entgast sein, zumindest zu Beginn des Vorgangs. Jedenfalls ist die elektrische Leitfähigkeit des Übertragungsmediums bzw. des Wassers besonders vorteilhaft sehr reduziert bzw. niedrig. In a further embodiment of the invention, insulation is provided around the electrodes at least in regions. This is intended to reduce leakage currents in the transmission medium which do not flow between the electrode ends and thus contribute to the ignition spark. Thus, the ignition conditions are improved and thus the generation of shock waves. Above all, this makes it possible to keep the E field strength between the electrodes large. If it is the transmission medium is water, it may be advantageous deionized, distilled and degassed, at least at the beginning of the process. In any case, the electrical conductivity of the transmission medium or of the water is particularly advantageously very reduced or low.

Vorteilhaft verläuft die Isolierung bis ganz an die Behälterseite bzw. um die Elektrode herum und durch eine Behälterseite bzw. Behälterwand. Des Weiteren sollte eine Isolierung um die Elektroden umlaufend ausgebildet sein, um eben die genannten Leckströme möglichst zu reduzieren. Advantageously, the insulation extends all the way to the container side or around the electrode and through a container side or container wall. Furthermore, an insulation should be formed circumferentially around the electrodes in order to reduce the aforementioned leakage currents as much as possible.

Des Weiteren ist es vorteilhaft möglich, die Isolierung nicht vollständig bis auf die Höhe der Elektrodenenden bzw. bis nach ganz vorne zu führen, sondern sie kurz davor enden zu lassen. Dabei kann die Isolierung mindestens 0,2 mm kürzer sein als die Elektroden, vorteilhaft 1 mm bis sogar 5 mm kürzer. Bei den vorgenannten Durchmessern der Elektroden ist dadurch die am Außenumfang freiliegende Fläche der Elektroden relativ gering, so dass Leckströme zuverlässig reduziert werden und ein gutes Zündverhalten gegeben ist. Gleichzeitig wird die Isolierung durch das leichte Zurückversetzen geschont vor mechanischer Beanspruchung bzw. Abnutzung aufgrund der häufigen Zündfunken. Furthermore, it is advantageously possible not completely to lead the insulation to the level of the electrode ends or to the very front, but to let them end shortly before. The insulation may be at least 0.2 mm shorter than the electrodes, advantageously 1 mm to even 5 mm shorter. In the aforementioned diameters of the electrodes, the surface of the electrodes which is exposed on the outer circumference is thereby relatively small, so that leakage currents are reliably reduced and good ignition behavior is ensured. At the same time, the insulation is protected by the slight receding from mechanical stress or wear due to the frequent ignition sparks.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass eine Isolierung im Längsverlauf der Elektrode unterschiedliche Abschnitte aufweist, und zwar mit unterschiedlicher Dicke und/oder aus unterschiedlichem Material. Die zu verwendende Dicke der Isolierung ist natürlich im Zusammenhang mit dem Isolier-Material zu sehen bzw. vor allem mit einer Festigkeit der Isolierung. So ist es beispielsweise möglich, den vorderen Bereich der Isolierung, der bis an oder kurz vor das Elektrodenende reicht, aus mechanisch stabilerem bzw. belastbarerem Material herzustellen. Dies kann vorteilhaft Keramik sein, insbesondere eine Spezialkeramik wie SiN, Al₂O₃ odgl.. In einem hinteren Bereich kann die Isolierung dann aus mechanisch weniger stabilem bzw. belastbarem Material bestehen, beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff. Für die elektrischen Isoliereigenschaften reichen hier Stärken von einigen mm, und im hinteren Bereich der Elektrode, also zur Behälterseite hin oder durch sie hindurch, ist die mechanische Belastung geringer, da der Abstand zum Zündfunken selbst größer ist. Die Dicke einer Isolierung aus Kunststoff kann größer sein als diejenige einer Isolierung aus Keramik. Eine Dicke der Keramik kann etwa im Bereich des Durchmessers der Elektroden liegen, also 0,5 cm bis 2 cm betragen. Für eine Isolierung aus Kunststoff kann die Dicke vorteilhaft etwas größer sein, beispielsweise 50 % bis 100 % größer. In a further embodiment of the invention, it is possible that an insulation in the longitudinal direction of the electrode has different sections, with different thickness and / or of different material. The thickness of the insulation to be used is of course to be seen in connection with the insulating material or especially with a strength of the insulation. Thus, it is possible, for example, to manufacture the front region of the insulation, which extends as far as or shortly before the end of the electrode, from mechanically more stable or more resilient material. This can be advantageous ceramic, in particular a special ceramic such as SiN, Al ₂ O ₃ or the like .. In a rear area, the insulation can then consist of mechanically less stable or resilient material, for example of a suitable plastic. Strengths of a few mm are sufficient here for the electrical insulating properties, and in the rear region of the electrode, ie towards or through the container side, the mechanical load is lower because the distance to the spark itself is greater. The thickness of a plastic insulation may be greater than that of ceramic insulation. A thickness of the ceramic may be approximately in the range of the diameter of the electrodes, ie 0.5 cm to 2 cm. For plastic insulation, the thickness may advantageously be slightly larger, for example 50% to 100% larger.

Einerseits ist es möglich, dass eine Isolierung, insbesondere eine vordere Isolierung an den Elektrodenenden, quasi rohrartig ausgebildet ist und vollständig direkt an der Elektrode anliegt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass zumindest die vordere Isolierung zu dem Elektrodenende hin kappenartig ausgebildet ist und einerseits, gerade hin zum Elektrodenende, direkt an der Elektrode anliegt und sie umgibt. Andererseits kann eine kappenartige vordere Isolierung die restliche Isolierung zur Behälterseite hin zumindest teilweise übergreifen. So ist eine gute mechanische Verbindung möglich, so dass sich verschiedene Bestandteile der Isolierung nicht voneinander lösen. On the one hand, it is possible that an insulation, in particular a front insulation at the electrode ends, is quasi-tubular and rests completely directly on the electrode. Alternatively, it can be provided that at least the front insulation is formed like a cap towards the end of the electrode and on the one hand, directly to the end of the electrode, directly abuts the electrode and surrounds it. On the other hand, a cap-like front insulation at least partially overlap the remaining insulation to the container side. So a good mechanical connection is possible, so that do not dissolve different components of the insulation.

In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, unter den Elektroden eine Art Reflektor vorzusehen, der die entstehenden Stoßwellen als parallele Wellen nach oben bzw. in die Richtung lenkt, wo die Stoßwellen genutzt werden. Üblicherweise ist dies in einem Behälter mit Übertragungsmedium darin der obere Bereich. In yet another embodiment of the invention, it is possible to provide a kind of reflector under the electrodes, which directs the resulting shock waves as parallel waves upwards or in the direction where the shock waves are used. Usually in a container with transfer medium, this is the upper area.

Zusätzlich ist ein großer Elektrodenabstand möglich, der einen hohen Funkenwiderstand ergibt und somit einen höheren Wirkungsgrad bei kleinerem Maximalstrom. So können auch günstigere Leistungsschalter für die Schaltung verwendet werden bzw. deren Lebensdauer erhöht werden.In addition, a large electrode spacing is possible, which results in a high spark resistance and thus a higher efficiency at a lower maximum current. So cheaper circuit breaker for the circuit can be used or their life can be increased.

Vor allem kann auch in der Anfangsphase des Zündens bzw. Durchschlages eine hohe Leistung erreicht werden, da eine Strom- Spannungsphasenverschiebung gering ist. Im Wesentlichen zählt zur Erzeugung von Stoßwellen nämlich die Zeit der ersten Viertelperiode der gedämpften elektrischen Schwingung. Bei einer beispielhaften Periodendauer von 12 µs entspricht dies 3 µs. Durch den größeren möglichen Abstand der Elektrodenenden wird die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung eben geringer und es schwingt weniger Blindleistung zurück in den Kondensator. Durch die vorbeschriebene Isolierung ist auch ein solcher größerer Elektrodenabstand möglich, da eben kein Leckstrom von den Außenseiten der Elektroden durch das Wasser entsteht. Above all, a high power can be achieved even in the initial phase of the ignition or breakdown, since a current-voltage phase shift is low. Essentially, the generation of shockwaves includes the time of the first quarter period of the damped electrical oscillation. For an exemplary period of 12 μs this corresponds to 3 μs. Due to the larger possible distance of the electrode ends, the phase shift between current and voltage is just lower and it swings less reactive power back into the capacitor. By the above-described isolation, such a larger electrode spacing is possible, since just no leakage current from the outer sides of the electrodes formed by the water.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen- Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit. These and other features will become apparent from the claims but also from the description and drawings, wherein the individual features each alone or more in the form of sub-combinations in an embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous and protectable Represent embodiments for which protection is claimed here. The subdivision of the application into individual sections as well as intermediate headings does not restrict the general validity of the statements made thereunder.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:Embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and are explained in more detail below. In the drawings show:

1 eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung mit einem Behälter, 1 an electrode arrangement according to the invention with a container,

2 eine vereinfachte Darstellung einer Abwandlung der Elektrodenanordnung aus 1 mit langer Isolierung um die Elektroden, 2 a simplified representation of a modification of the electrode assembly of 1 with long insulation around the electrodes,

3 eine Abwandlung der Elektrodenanordnung aus 2 mit einer Isolierung um die Elektroden, die etwas kürzer ausgebildet ist, 3 a modification of the electrode assembly 2 with an insulation around the electrodes, which is a little shorter,

4 eine weitere Abwandlung der Elektrodenanordnung aus 2 mit Keramikkappen auf den Elektrodenenden und 4 a further modification of the electrode assembly 2 with ceramic caps on the electrode ends and

5–8 mehrere Verläufe von Strom und Spannung an den Elektroden für verschiedene Betriebsfälle. 5 - 8th several curves of current and voltage at the electrodes for different operating cases.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the embodiments

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung 11 dargestellt mit einem vereinfacht gezeichneten Behälter 12. Der Behälter weist in der 1 eine linke Behälterseitenwand 13a und eine rechte Behälterseitenwand 13b sowie einen konvex gewölbten Behälterboden 13c auf. In der Praxis kann der Behälter 12 rund oder rechteckig bzw. quadratisch sein mit einem Durchmesser von beispielsweise etwa 20 cm bis 30 cm. Die Behälterseitenwände 13a und 13b sollen derart gegenüberliegend sein, dass die durch sie hindurchgesteckte Elektroden 25a und 25b einander gegenüberliegen bzw. axial fluchten. In the 1 is an electrode arrangement according to the invention 11 represented with a simplified drawn container 12 , The container has in the 1 a left container sidewall 13a and a right side container wall 13b and a convexly curved container bottom 13c on. In practice, the container can 12 be round or rectangular or square with a diameter of, for example, about 20 cm to 30 cm. The container side walls 13a and 13b should be so opposite, that the inserted through them electrodes 25a and 25b opposite each other or axially aligned.

In dem Behälter 12 befindet sich Wasser 15 als Übertragungsmedium bzw. er ist vollständig mit Wasser gefüllt. Nach oben zu ist er mit einer Membran 17 abgedeckt, die ringsum auf den Behälterseitenwänden 13a und 13b aufliegt. Von oben kann ein Druckdeckel 19, beispielsweise in In the container 12 there is water 15 as a transmission medium or he is completely filled with water. He is up with a membrane 17 Covered all around on the container side walls 13a and 13b rests. From the top can be a pressure lid 19 , for example in

Form einer stabilen Stahlplatte, aufgedrückt werden, wie die Pfeile zeigen. Zwischen Membran 17 und Druckdeckel 19 befindet sich hier beispielhaft ein Fleischstück 21, welches mit einer entstehenden Stoßwelle behandelt werden soll, wie aus der eingangs genannten US 2008/0171115 A1 bekannt ist. Anstelle dessen könnte auch ein anderes Behandlungsgut darauf aufgelegt sein sowie überhaupt eine ganz andere Anordnung vorgesehen sein, beispielsweise auch, um Behandlungsgut sozusagen im Durchlaufverfahren zu behandeln. Shape of a stable steel plate, to be pressed on, as the arrows show. Between membrane 17 and pressure lid 19 Here is an example of a piece of meat 21 which is to be treated with an emerging shock wave, as from the aforementioned US 2008/0171115 A1 is known. Instead, another item to be treated could be placed on top of it and a completely different arrangement could be provided, for example also for treating items to be treated in a continuous process, so to speak.

In den Behälterseitenwänden 13a und 13b sind Durchführhülsen 23a und 23b vorgesehen, vorteilhaft aus Kunststoff. Auch die Behälterseitenwände 13a bis 13c können, selbst wenn sie aus Stahl bestehen, an der Innenseite elektrisch isoliert sein, um die eingangs genannten Leckströme zu minimieren. An ihren hinteren Enden sind die Elektroden 25a und 25b mit Anschlüssen 26a und 26b versehen, mit denen sie an eine übliche und dem Fachmann bekannte Ansteuerung angeschlossen werden können. In the container side walls 13a and 13b are bushings 23a and 23b provided, advantageously made of plastic. Also the container side walls 13a to 13c can be electrically insulated on the inside, even if they are made of steel, to minimize the leakage currents mentioned above. At their rear ends are the electrodes 25a and 25b with connections 26a and 26b provided with which they can be connected to a conventional and known to the expert control.

Die Elektroden 25a und 25b weisen zueinander hin gerichtete Elektrodenenden 27a und 27b auf, welche Endflächen 28a und 28b aufweisen. Es ist zu erkennen, dass die Elektroden 25a und 25b im Wesentlichen senkrecht abgeschnitten sind, so dass die Endflächen 28a und 28b parallel zueinander sind, so dass es keinen einzelnen Punkt eines geringsten Abstandes gibt. Die eingangs beschriebene Oberflächenrauheit der Endflächen 28a und 28b ist schematisch durch kleine Spitzen verdeutlicht, wobei die Oberflächenrauheit im zuvor genannten Bereich liegen kann, insbesondere mit einer Rauigkeit von 1 µm bis 10 µm. The electrodes 25a and 25b have mutually facing electrode ends 27a and 27b on which end surfaces 28a and 28b exhibit. It can be seen that the electrodes 25a and 25b are cut off substantially vertically, so that the end faces 28a and 28b parallel to each other so that there is no single point of least distance. The surface roughness of the end surfaces described above 28a and 28b is schematically illustrated by small peaks, the surface roughness may be in the aforementioned range, in particular with a roughness of 1 .mu.m to 10 .mu.m.

Der Abstand der Elektroden 25a und 25b bzw. Endflächen 28a und 28b kann im Bereich von knapp 1 mm pro kV an angelegter Spannung reichen, wenn die angelegte Spannung relativ groß ist. Dies entspricht dem zuvor beschriebenen ersten Fall, wenn die Kapazität der versorgenden Schaltung eher gering ist. Ist die Kapazität eher groß und dafür die angelegte Spannung gering entsprechend dem vorgenannten zweiten Fall, so kann der Abstand etwas über 2 mm pro kV betragen. Insgesamt ergibt sich damit ein Abstand von etwas über 4 mm bis knapp 30 mm. Der Durchmesser der Elektroden 25a und 25b kann zwischen 10 mm und 20 mm liegen, vorteilhaft bei etwa 16 mm.The distance of the electrodes 25a and 25b or end surfaces 28a and 28b can range from just under 1 mm per kV of applied voltage if the applied voltage is relatively large. This corresponds to the first case described above, when the capacity of the serving circuit is rather low. If the capacitance is rather large and the applied voltage is low in accordance with the aforementioned second case, the distance may be slightly more than 2 mm per kV. Overall, this results in a distance of just over 4 mm to almost 30 mm. The diameter of the electrodes 25a and 25b may be between 10 mm and 20 mm, advantageously about 16 mm.

Graphisch ist in der 1 dargestellt, dass eine Zündung 29 gut erfolgt durch die beschriebenen parallelen Endflächen 28a und 28b. Des Weiteren ist der parallel geschaltete Wasserwiderstand R_W eingezeichnet zwischen den Elektroden 25a und 25b. Durch diesen fließt ein Leckstrom durchs Wasser, wie eingangs beschrieben, und zwar ausgehend von den Umfangsflächen der Elektroden.Graphically is in the 1 shown that an ignition 29 Well done by the described parallel end surfaces 28a and 28b , Furthermore, the parallel connected water resistance R _{W is} drawn between the electrodes 25a and 25b , Through this, a leakage current flows through the water, as described above, and starting from the peripheral surfaces of the electrodes.

In der 2 ist eine weitere Elektrodenanordnung 111 dargestellt, wobei aufgrund der Vereinfachung nur die zwei Behälterseitenwände 113a und 113b dargestellt sind. In diesen befinden sich Durchführhülsen 123a und 123b, in denen Elektroden 125a und 125b angeordnet sind mit Endflächen 128a und 128b an den Elektrodenenden. In the 2 is another electrode arrangement 111 shown, due to the simplification, only the two container side walls 113a and 113b are shown. In these are bushings 123a and 123b in which electrodes 125a and 125b are arranged with end faces 128a and 128b at the electrode ends.

Auch in 2 ist der parallel geschaltete Widerstand des Wassers R_W dargestellt. Hier ist eine Isolierung 130a und 130b jeweils über den Elektroden 125a und 125b vorgesehen bzw. übergreift diese. Diese Isolierung sorgt dafür, dass der eingezeichnete Widerstand R_W sehr groß ist bzw. Leckströme eigentlich nicht mehr auftreten durch die besonders große Länge der Isolierungen 130a und 130b, die die Endflächen 128a und 128b überragt, die Zündung beeinflusst und so auch mechanisch stark in Mitleidenschaft gezogen wird. Also in 2 is the parallel resistor of the water R _W shown. Here is an insulation 130a and 130b each above the electrodes 125a and 125b provided or overlaps this. This insulation ensures that the drawn resistor R _{W is} very large or leakage currents actually no longer occur due to the particularly long length of the insulation 130a and 130b that the end faces 128a and 128b surpassed, the ignition is affected and thus also mechanically severely affected.

Deswegen werden zwar die Vorteile durch den sehr großen Wasserwiderstand R_W aufgrund der Isolierungen 130a und 130b geschätzt, eine verbesserte Ausführungsform ist jedoch in 3 dargestellt. Die dort gezeigte Elektrodenanordnung 211 weist Isolierungen 230a und 230b an den Elektroden 225a und 225b auf, die kurz vor den Elektrodenenden 227a und 227b bzw. deren Endflächen 228a und 228b aufhören, beispielsweise 1 mm oder 2 mm kürzer sind. Durch dieses geringe Zurückversetzen werden die vorderen Bereiche bzw. Kanten der Isolierungen 230a und 230b mechanisch geschont vor den Auswirkungen der Zündung 229 bzw. vor den entsprechenden Stoßwellen. Gleichzeitig kann auch hier ein nicht eingezeichneter paralleler Wasserwiderstand R_W nahezu genauso groß erreicht werden wie bei der Darstellung der 2. Therefore, although the benefits of the very large water resistance R _W due to the insulations 130a and 130b However, an improved embodiment is appreciated 3 shown. The electrode arrangement shown there 211 has insulation 230a and 230b at the electrodes 225a and 225b on, just before the electrode ends 227a and 227b or their end surfaces 228a and 228b stop, for example 1 mm or 2 mm shorter. This small recalculation will cause the front areas or edges of the insulation 230a and 230b mechanically protected from the effects of ignition 229 or before the corresponding shock waves. At the same time, a not shown parallel water resistance R _{W can be achieved} almost as large as in the representation of 2 ,

Da bei der Elektrodenanordnung 211 gemäß 3 immer noch eine nicht zu vernachlässigende mechanische Beeinträchtigung der vorderen Enden der Isolierungen 230a und 230b auftritt, ist in einer Elektrodenanordnung 311 gemäß 4 eine Abhilfe geschaffen. Dort sind nämlich die vordersten Bereiche der Isolierungen 330a und 330b durch größere Keramikkappen 331a und 331b ersetzt, die ähnlich wie in 3 bis kurz vor die Elektrodenenden 327a und 327b bzw. Endflächen 328a und 328b der Elektroden 325a und 325b reichen. Während auch hier die Isolierung 330a und 330b aus Kunststoff besteht, bestehen die Keramikkappen 331a und 331b eben aus Keramik, beispielsweise SiN oder Al₂O₃. Diese Keramiken sind neben ihrer Eigenschaft als gute elektrische Isolatoren mechanisch äußerst stabil bzw. robust und werden durch eine Zündung 329 bzw. die dadurch entstehenden Stoßwellen nicht beschädigt. Die Befestigung der Keramikkappen 331a und 331b auf den Elektroden 325a und 325b kann zum Einen durch eine enge Passung erreicht werden. Zum Anderen kann eine feste Verbindung mit den Isolierungen 330a und 330b hergestellt werden, beispielsweise indem eine Isolierung in die Keramikkappe eingegossen wird. As in the electrode assembly 211 according to 3 still a not insignificant mechanical impairment of the front ends of the insulation 230a and 230b occurs is in an electrode assembly 311 according to 4 a remedy created. There are namely the foremost areas of the insulation 330a and 330b through larger ceramic caps 331a and 331b replaced, similar to in 3 until just before the ends of the electrodes 327a and 327b or end surfaces 328a and 328b the electrodes 325a and 325b pass. While here too the insulation 330a and 330b made of plastic, the ceramic caps exist 331a and 331b just made of ceramic, for example SiN or Al ₂ O ₃ . These ceramics are in addition to their property as good electrical insulators mechanically extremely stable or robust and are by an ignition 329 or the resulting shock waves are not damaged. The attachment of the ceramic caps 331a and 331b on the electrodes 325a and 325b can be achieved by a close fit on the one hand. On the other hand, a firm connection with the insulation 330a and 330b be prepared, for example by an insulation is poured into the ceramic cap.

Wie zuvor angesprochen worden ist, kann ein Abstand d zwischen den Elektrodenenden 27a und 27b bzw. deren Endflächen 28a und 28b in 1 nach einer der eingangs genannten Formeln bestimmt werden, al- so abhängig von der zur Verfügung stehenden Kapazität in der Schaltung zur Ansteuerung der Stoßwellen sowie abhängig von der verwendeten Spannung. Der Abstand d wirkt sich derart auf das Zündverhalten bzw. die Stoßwelle aus, dass bei großem Abstand d die Stoßwelle besser bzw. energiereicher ist, weil sozusagen der Zündfunke länger gezogen werden kann. Dabei darf der Abstand bzw. die Strecke aber nicht zu lang sein, da ansonsten ein Leckstrom über das Wasser 15, der dann bei größerem Abstand immer wahrscheinlicher auftritt, zu groß wird und zu viel von der in einem Kondensator der Schaltung enthaltenen Energie wirkungslos vernichtet. Des Weiteren ist bei größerem Abstand d die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung geringer. Deswegen ergibt sich ein besserer Wirkungsgrad, weil weniger Blindleistung in den Kondensator der Schaltung zurückschwingt. As previously mentioned, a distance d between the ends of the electrodes can be 27a and 27b or their end surfaces 28a and 28b in 1 be determined according to one of the formulas mentioned above, thus depending on the available capacity in the circuit for controlling the shock waves and dependent on the voltage used. The distance d has such an effect on the ignition behavior or the shockwave, that at a large distance d, the shockwave is better or more energy-rich, because so to speak the spark can be pulled longer. However, the distance or the distance may not be too long, otherwise there is a leakage current through the water 15 which then becomes more likely to occur at a greater distance, becomes too large and destroys too much of the energy contained in a capacitor of the circuit without effect. Furthermore, with a larger distance d, the phase shift between current and voltage is lower. Therefore, a better efficiency results because less reactive power swings back into the capacitor of the circuit.

Für eine solche Ansteuerung wird eigentlich angestrebt, die Spannung zu erhöhen und die Kapazität herabzusetzen. Dadurch können einfachere bzw. preisgünstigere Kondensatoren verwendet werden bzw. die Lebensdauer der Kondensatoren bei gleicher Bauart erhöht werden. For such a control is actually desired to increase the voltage and reduce the capacity. As a result, simpler or less expensive capacitors can be used or the life of the capacitors can be increased with the same design.

Bei kleinerem Abstand d werden die Stoßwellen eben schwächer, wenngleich die Gefahr eines Leckstromes geringer ist, und die vorgenannte Phasenverschiebung wird auch größer, was negativ ist. At a smaller distance d, the shock waves are just weaker, although the risk of leakage current is lower, and the aforementioned phase shift is also larger, which is negative.

In 5 ist ein Fall dargestellt, dass gar keine Zündung erfolgt, weil ein zu großer Leckstrom durch das Wasser 15 aufgetreten ist. Dies ist der sogenannte Kriechfall. Es ist zu erkennen, dass zum Schaltzeitpunkt T_S der Strom I langsam ansteigt und die Spannung U nur langsam abfällt und beide danach asymptotisch gegen Null laufen. Eine Zündung im eigentlichen Sinn und damit eine Erzeugung einer Stoßwelle findet hier erkennbar nicht statt. In 5 is a case shown that no ignition occurs because too much leakage through the water 15 occured. This is the so-called creep case. It can be seen that, at the switching instant T _S, the current I rises slowly and the voltage U drops only slowly and both then run asymptotically towards zero. An ignition in the true sense and thus a generation of a shock wave does not take place recognizable here.

In der 6 ist eine verzögerte Entladung dargestellt, was ebenfalls schlecht ist. Strom I und Spannung U schwingen mehrfach, bevor sie gegen Null pendeln. Die Spannung fällt aufgrund der Entladung im Wasser zwischen dem Schaltzeitpunkt T_S und dem Zündzeitpunkt T_Z. Damit beträgt hier die Spannung zum Zündzeitpunkt T_Z schon nicht mehr 30 kV, sondern weniger, nämlich eben abzüglich des Verlusts, beispielsweise nur noch 25 kV. Dadurch sinkt die Energie im Kondensator deutlich ab, insbesondere auf weniger als die Hälfte. Somit ist die Stoßwelle erheblich schwächer. Es ergibt sich auch eine gedämpfte periodische Schwingung. In the 6 a delayed discharge is shown, which is also bad. Current I and voltage U oscillate several times before they oscillate towards zero. The voltage drops due to the discharge in the water between the switching time T _S and the ignition timing T _Z. Thus, the voltage at the ignition point T _Z is no longer 30 kV, but less, namely just minus the loss, for example, only 25 kV. As a result, the energy in the capacitor drops significantly, in particular to less than half. Thus, the shock wave is considerably weaker. There is also a damped periodic oscillation.

In der 7 hat zwar noch keine Vorentladung stattgefunden, aber es ergibt sich eine gedämpfte periodische Schwingung sowohl bei der Spannung U als auch beim Strom I. Hier liegt die Spannung immerhin bei den vollen 30 kV zum Zündzeitpunkt T_Z. Schaltzeitpunkt T_S und Zündzeitpunkt T_Z sind identischIn the 7 Although no pre-discharge has yet taken place, but there is a damped periodic oscillation both at the voltage U and the current I. Here, the voltage is still at the full 30 kV at the ignition time T _Z. Switching time T _S and ignition timing T _Z are identical

In 8 schließlich ist eine vorteilhafte gedämpfte Schwingung bzw. eine Entladung nahe dem aperiodischen Grenzfall dargestellt, also eine sehr gute. Es hat auch keine Vorentladung stattgefunden. Der Schaltzeitpunkt T_S entspricht dem Zündzeitpunkt T_Z. Der Strom I steigt schnell an und die Spannung U fällt schnell ab, Dabei kann ein leichtes Überschwingen mit maximal 20% stattfinden, und somit Strom und Spannung kurzzeitig sogar unter Null sinken. Hier konnte eine Vorentladung wie in 6 vermieden werden durch eine Isolierung der Elektroden. Eine deutliche elektrische Schwingung des Systems wie in den 6 und 7 konnte vermieden werden durch einen größeren Abstand der Elektrodenenden. Die Dauer des Stromanstiegs und Stromabfalls beträgt hier etwa 20 µsec, was aber nur ein beispielhafter Wert ist. In 8th Finally, an advantageous damped oscillation or a discharge near the aperiodic limit case is shown, so a very good. There has also been no pre-discharge. The switching time T _S corresponds to the ignition timing T _Z. The current I rises rapidly and the voltage U drops rapidly, it can take a slight overshoot with a maximum of 20%, and thus briefly drop current and voltage even below zero. Here could a pre-discharge as in 6 be avoided by insulating the electrodes. A significant electrical oscillation of the system as in the 6 and 7 could be avoided by a greater distance of the electrode ends. The duration of the current increase and current drop here is about 20 μsec, which is only an exemplary value.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2008/0171115 A1 [0002, 0027]
DE 4437477 A1 [0002]

Claims

Electrode arrangement for generating shock waves, the electrode arrangement having a container with a transmission medium therein and extending on two opposite sides of the container electrodes with electrode ends from the outside into the container, wherein the electrode ends have a distance from each other, characterized in that the electrode ends are substantially flattened.

Electrode arrangement according to claim 1, characterized in that the electrode ends are flattened perpendicular to their longitudinal extent.

Electrode arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrode ends are roughened, preferably with a micro-roughness with recesses of less than 1 mm, preferably less than 100 microns and more than 1 micron.

Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least in some areas an insulation is provided around the electrodes, wherein preferably the insulation extends all the way to the side of the container and fully circulates around the electrodes.

Electrode arrangement according to claim 4, characterized in that the insulation does not extend to the height of the electrode ends, and is preferably at least 0.2 mm shorter, in particular at least 1 mm to a maximum of 5 mm shorter.

An electrode arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that an insulation in the longitudinal course of the electrode has different sections, in particular different thickness and / or different material.

Electrode arrangement according to claim 6, characterized in that a front region of the insulation, which extends to shortly before the end of the electrode, consists of mechanically more stable or more resilient material, preferably ceramic, as a rear region, in particular the remaining insulation in the rear region Plastic exists.

Electrode arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the front insulation is formed like a cap toward the end of the electrode and in particular at least partially overlaps the remaining insulation towards the container side.