DE1254896B

DE1254896B - Device for generating short-term hydraulic pressure surges with high energy

Info

Publication number: DE1254896B
Application number: DE1964G0041904
Authority: DE
Inventors: Edward Carl Schrom
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1963-11-13
Filing date: 1964-10-30
Publication date: 1967-11-23
Also published as: NL6413034A; GB1068440A; SE321841B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

B06bB06b

Deutsche KL: 42 s-1/02 German KL: 42 s -1/02

Nummer: 1254 896Number: 1254 896

Aktenzeichen: G 41904IX a/42 sFile number: G 41904IX a / 42 s

Anmeldetag: 30. Oktober 1964Filing date: October 30, 1964

Auslegetag: 23. November 1967Opening day: November 23, 1967

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung kurzzeitiger hydraulischer Druckstöße hoher Energie für die Bearbeitung von Metallen und sonstige mechanische Arbeitszwecke, mit einer aus zwei koaxialen Elektroden bestehenden, in einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit angeordneten Funkenentladungseinrichtung. The invention relates to a device for generating short-term high hydraulic pressure surges Energy for the processing of metals and other mechanical work purposes, with one of two existing coaxial electrodes, arranged in an electrically insulating liquid spark discharge device.

Elektrohydraulische Arbeitsverfahren zur Umwandlung elektrischer Energie in nutzbare mechanische Arbeit sind bekannt. Verfahren dieser Art xo können beispielsweise zur Verformung von Metallen verwendet werden. Dabei wird die in einer Funkenentladung freigesetzte Energie in eine steile Druckwelle umgesetzt, die durch ein das Entladungsgebiet umgebendes hydraulisches Arbeitsmedium übertragen wird, um die Arbeitskraft an der gewünschten Stelle auszuüben. Man kann auf diese Weise Metallteile, die mit dem Arbeitsmedium in Verbindung stehen, schmieden, bohren, biegen u. dgl. Andere Anwendungsgebiete der Elektrohydraulik sind Zertrümmern von Gestein, Einrammen von Pfählen, Verdichten von Werkstoffen und Schwingungserzeugung. Electro-hydraulic work processes for converting electrical energy into usable mechanical energy Work are known. Processes of this type can be used, for example, for deforming metals be used. The energy released in a spark discharge is transformed into a steep pressure wave implemented, which are transferred through a hydraulic working medium surrounding the discharge area to exercise the work force in the desired location. In this way, metal parts can be that are in contact with the working medium, forge, drill, bend, etc. Others Areas of application for electrohydraulics are rock smashing, pile driving, Compaction of materials and generation of vibrations.

Bekannte Elektrodenanordnungen für elektrohydraulische Anlagen enthalten zwei gegenüberliegende Polstücke, die eine Uberschlagsstrecke für die Funkenentladung definieren. Die Polstücke werden durch eine Metallfolie verbunden, um einen Stromweg für das Zünden des Funkens zu schaffen. Zum Erzeugen des Funkens wird eine hohe Spannung an die Polstücke angelegt, durch die das Metall der Folie verdampft und eine ionisierte Zone in der Entladungsstrecke zwischen den Polstücken erzeugt wird. Die elektrische Energie wird dabei im allgemeinen durch einen Entladungskreis geliefert, der einen Kondensator als Energiespeicher enthält und einen Impuls an das eine Polstück der Elektrodenanordnung liefert, während das andere Polstück auf einem niedrigeren Potential, gewöhnlich Masse, gehalten wird. Nach dem Verdampfen der Folie wird die Ionisation in der Übergängsstrecke und der Energiefluß durch den Hochspannungsfunken zwischen den Polstücken aufrechterhalten. Die Entladung besteht in einem einzigen kurzen Funken, und die Ionisation der Entladungsstrecke ist daher ein nur sehr kurz dauernder Zustand, außerdem muß bei den bekannten Elektrodenanordnungen für jede Entladung eine neue Folie eingesetzt werden. Bei vielen Anwendungsgebieten läßt sich jedoch das gewünschte Ergebnis bequemer und einfacher durch wiederholte Energieeinwirkung erreichen. Für die zu leistende Gesamtarbeit reicht nämlich häufig eine Einrichtung zur Erzeugung kurzzeitiger
hydraulischer Druckstöße hoher EnergieKnown electrode arrangements for electrohydraulic systems contain two opposing pole pieces which define a flashover path for the spark discharge. The pole pieces are connected by a metal foil to create a current path for igniting the spark. To generate the spark, a high voltage is applied to the pole pieces, through which the metal of the foil evaporates and an ionized zone is created in the discharge path between the pole pieces. The electrical energy is generally supplied by a discharge circuit which contains a capacitor as an energy store and supplies a pulse to one pole piece of the electrode arrangement, while the other pole piece is kept at a lower potential, usually ground. After the film has evaporated, the ionization in the transition section and the flow of energy through the high-voltage spark between the pole pieces are maintained. The discharge consists of a single short spark, and the ionization of the discharge path is therefore only a very short-lasting state; in addition, with the known electrode arrangements, a new film must be used for each discharge. In many areas of application, however, the desired result can be achieved more conveniently and simply by repeated application of energy. For the overall work to be done, one device for generating short-term energy is often sufficient
high energy hydraulic pressure surges

Anmelder:Applicant:

General Electric Company,General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. E. SommerfeldDr.-Ing. E. Sommerfeld

und Dr. D. v. Bezold, Patentanwälte,and Dr. D. v. Bezold, patent attorneys,

München 23, Dunantstr. 6Munich 23, Dunantstr. 6th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Edward Carl Schrom, Schenectady, N. Y.Edward Carl Schrom, Schenectady, N.Y.

(V. St. A.)(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 13. November 1963
(323 362)Claimed priority:
V. St. v. America November 13, 1963
(323 362)

einzelne Entladung nicht aus, und außerdem läßt sich die Energieübertragung auf das Werkstück bei wiederholten Entladungen besser steuern, regeln und einjustieren.single discharge does not occur, and besides, can better control, regulate and adjust.

Es ist auch eine Funkenentladungseinrichtung zur Erzeugung kurzzeitiger Druckstöße hoher Energie in einer Wasserumgebung für die Bearbeitung von Metallen bekannt, bei welcher koaxiale Elektroden verwendet werden. Bei dieser bekannten Einrichtung ist aber das Problem der Isolierung zwischen den beiden Elektroden noch nicht gelöst, insbesondere kann der Zündfunke den ringförmigen Zwischenraum an beliebigen Stellen überspringen.It is also a spark discharge device for generating short-term high energy pressure surges in a water environment for working metals is known in which coaxial electrodes be used. In this known device, however, the problem of insulation between the both electrodes not yet released, in particular the ignition spark can form the annular gap skip anywhere.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Elektrodenanordnung hoher mechanischer und elektrischer Festigkeit angegeben werden, die sich zur selbsttätigen Erzeugung wiederholter Funkenentladungen in elektrohydraulischen Anlagen bei möglichst gutem Umwandlungswirkungsgrad eignet.The present invention aims to provide an electrode arrangement with a high mechanical and electrical properties Strength specified, which is capable of automatically generating repeated spark discharges in electro-hydraulic systems with the best possible conversion efficiency.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art der ringförmige Zwischenraum zwischen den Elektroden von einem Isolierkörper vollständig ausgefüllt ist, der aus dielektrischen Teilchen besteht, welche durch ein Binde-The invention consists in that in a device of the type mentioned at the beginning of the ring-shaped The space between the electrodes is completely filled by an insulating body made of dielectric Consists of particles, which by a binding

709 689/103709 689/103

mittel zusammengehalten und mit den Elektroden verbunden sind.are held together and connected to the electrodes.

Der Isolierkörper kann aus Keramik, bestimmten Oxyden oder auch aus Asbest oder Glasfaserteilchen gebildet sein und soll dieselben Erosionseigenschaften aufweisen wie die Leiterwerkstoffe, aus denen die Elektroden bestehen.The insulating body can be made of ceramic, certain oxides or asbestos or glass fiber particles be formed and should have the same erosion properties as the conductor materials from which the Electrodes exist.

Zur Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine stabförmige Innenelektrode etwas über das entsprechende Ende einer rohrförmigen Außenelektrode vorspringt und daß der Isolierkörper eine konische Endfläche aufweist, die die Enden der Elektroden verbindet.For a further development of the invention it is provided that a rod-shaped inner electrode something about the corresponding end of a tubular outer electrode protrudes and that the insulating body a has conical end surface connecting the ends of the electrodes.

Ferner kann in Weiterbildung der Erfindung auf der Außenseite der rohrförmigen Außenelektrode eine Anordnung zum Zuführen einer Flüssigkeit verschiebbar angeordnet sein. Die Funkenentladungseinrichtung ist vorzugsweise federnd gelagert.Furthermore, in a further development of the invention, on the outside of the tubular outer electrode an arrangement for supplying a liquid can be arranged displaceably. The spark discharge device is preferably resiliently mounted.

Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inThe invention is explained in more detail with reference to the embodiments shown in the drawing. The drawing shows in

F i g. 1 eine vereinfachte Schnittansicht einer Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung mit den zugehörigen elektrischen Anschlüssen,F i g. 1 is a simplified sectional view of an electrode arrangement according to the invention with the associated electrical connections,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung undF i g. FIG. 2 shows a schematic illustration of another embodiment of an electrode arrangement according to FIG of the invention and

F i g. 3 ein Schaltbild eines Entladungskreises niederer Impedanz, der sich zur Speisung einer Funkenelektrodenanordnung eignet.F i g. 3 is a circuit diagram of a low-impedance discharge circuit which is used to feed a spark electrode arrangement suitable.

Kurz gesagt, enthält eine Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung einen sich in Längsrichtung erstreckenden massiven Stab aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, einen ebenfalls aus einem elektrisch leitenden Werstoff bestehenden hohlen koaxialen Mantel, dessen Länge etwa der des Stabes entspricht und dessen Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser des Stabes, so daß ein im Querschnitt ringförmiger Zwischenraum gebildet wird, und einen massiven isolierenden Abstandshalter, der den ringförmigen Zwischenraum einnimmt und den Stab und den Mantel über die Länge der Elektrode zu einer durchgehenden massiven Konstruktion verbindet. Die isolierende Abstandshalteranordnung der Elektrode wird vorzugsweise aus gebundener Keramik hergestellt, die bezüglich Funkenentladungen wenigstens annähernd das gleiche Erosionsverhalten wie die verwendeten leitenden Werkstoffe zeigt. Wenn dieser Elektrodenanordnung von einer zugeordneten Hochspannungsquelle ein Impuls zugeführt wird, entsteht jeweils ein Funken zwischen den freiliegenden Enden des Mittelstabes und des diesen umgebenden Mantels.In short, an electrode assembly according to the invention includes a longitudinal direction extending solid rod made of an electrically conductive material, one also made of an electrically conductive material existing hollow coaxial jacket, the length of which is about that of the rod corresponds and whose inner diameter is larger than the diameter of the rod, so that a in cross section annular gap is formed, and a solid insulating spacer that occupies the annular space and the rod and jacket over the length of the electrode connects to a continuous solid construction. The insulating spacer assembly of Electrode is preferably made of bonded ceramic, which is safe with respect to spark discharges shows at least approximately the same erosion behavior as the conductive materials used. When this electrode arrangement is supplied with a pulse from an associated high-voltage source a spark is created between the exposed ends of the central rod and the latter surrounding mantle.

Die oben beschriebene Elektrodenkonstruktion zeichnet sich durch einige wesentliche Merkmale gegenüber den bekannten Konstruktionen aus. Durch die Verbundkonstruktion der einzelnen Teile der Elektrodenanordnung ergeben sich hohe Stoßfestigkeit und mechanische Unempfindlichkeit auch bei wiederholter Erzeugung von Druckwellen. Da sich am Arbeitsende der Elektrodenanordnung keinerlei öffnungen befinden, werden Spannungskonzentrationen im Betrieb vermieden. Da die ganze Konstruktion praktisch massiv ist, kann das Arbeitsmedium nicht eindringen und die Druckwelle auch nicht in unerwünschter Weise in das Innere der Anordnung übertragen. Der Abstandshalter aus gebundener Keramik verleiht der Elektrodenanordnung auch ein im Vergleich zu den bekannten Anordnungen überlegenes thermisches Verhalten. Die Elektrodenanordnung hält insbesondere die im Betrieb auftretenden Temperatursprünge aus und gewährleistet bei wiederholter Funkenerzeugung eine gleichförmige Erosion der Arbeitsspitze der Elektrodenanordnung. Eine gleichförmige Erosion der Elektrodenspitze ist für reproduzierbare Ergebnisse und die Steuerbarkeit des Verfahrens bei wiederholter Funkenerzeugung wünsehenswert. Eine Keramikzusammensetzung in Form dichter, massiver und hochwarmf ester Teilchen eignet sich für diese Zwecke und kann leicht mit einem Bindemittel zu dem gewünschten Bauteil verarbeitet werden. Wenn die Keramikzusammensetzung mit den angrenzenden Oberflächen in dem zu isolierenden Bereich verbunden wird, bildet sie außerdem eine mechanische Verstärkung für die gesamte Elektrodenanordnung. Als Bindemittel für die Keramikteilchen können irgendwelche flexiblen Kleber für die zuThe electrode construction described above has a number of essential features compared to the known constructions. Due to the composite construction of the individual parts of the Electrode arrangement results in high shock resistance and mechanical insensitivity even with repeated generation of pressure waves. Since at the working end of the electrode arrangement there is no There are openings, stress concentrations are avoided during operation. Since the whole construction is practically massive, the working medium cannot penetrate and neither can the pressure wave into undesirably transferred into the interior of the arrangement. The spacer made from bonded Ceramic also gives the electrode arrangement a superior feature compared to the known arrangements thermal behavior. The electrode arrangement holds in particular those that occur during operation Jumps in temperature and ensures uniform erosion with repeated generation of sparks the working tip of the electrode assembly. Uniform erosion of the electrode tip is for reproducible results and the controllability of the process with repeated spark generation are desirable. A ceramic composition in the form of dense, solid and highly heat-resistant particles is suitable for this purpose and can easily be processed into the desired component with a binder will. When the ceramic composition with the adjacent surfaces in the to be insulated Area is connected, it also forms a mechanical reinforcement for the entire electrode arrangement. As a binder for the ceramic particles, any flexible adhesive can be used for the too

ao verbindenden Werkstoffe verwendet werden. Ein flexibles oder elastisches Bindemittel ergibt eine bessere Stoßfestigkeit als spröde glasartige Bindemittel und gewährleistet dadurch den Zusammenhalt der verbundenen Konstruktion in der elektrohydraulischen Anlage. Der isolierende Abstandshalter kann auch noch zusätzlich verstärkt werden, indem beispielsweise mindestens ein isolierendes Fasermaterial, wie Glasgewebe, durchlaufende Fasern aus Glas u. dgl. in dem Bereich zwischen den leitenden Teilen angeordnet werden.ao connecting materials are used. A flexible or resilient binder makes a better one Impact resistance as a brittle glass-like binder and thus ensures the cohesion of the connected construction in the electro-hydraulic system. The insulating spacer can can also be additionally reinforced by, for example, at least one insulating fiber material, such as glass fabric, continuous fibers made of glass and the like in the area between the conductive parts to be ordered.

Den elektrischen Eigenschaften der Elektrodenanordnung kommt bei einem Dauerbetrieb mit hohen Entladungsfrequenzen besondere Bedeutung zu. Einzelentladungen in elektrohydraulischen Anlagen dauern nur kurz und bewirken praktisch keine Erosion der Arbeitsspitze der Elektrodenanordnung, bei in kurzem Abstand aufeinanderfolgenden Entladungen treten dagegen mit der Zeit eine thermische Erosion und wachsende elektrische Beanspruchungen auf, die Isolationsfehler an schwachen Punkten längs der Elektrode zur Folge haben können. Die Isolationsschwierigkeiten nehmen außerdem dadurch zu, daß die Elektrode von Impuls zu Impuls heißer wird. Um kurze Entladungszyklen zu ermöglichen, muß die Elektrodenisolation auf der ganzen Länge gleichförmige dielektrische Werte haben und frei von Hohlräumen, Unstetigkeiten u. dgl. sein. Es ist außerdem bei den hohen Betriebsspannungen wünschenswert, Induktionseffekte in der Elektrode möglichst klein zu halten, um örtliche Erhitzungen und Leistungsverluste zu vermeiden. Aus diesen Gründen wird bei der vorliegenden Elektrodenanordnung eine koaxiale Anordnung der Leiterteile mit vorzugsweise gleichförmigen Abständen verwendet. Der Abstand zwisehen den koaxialen Pol- oder Leiterteilen wird so gewählt, daß sich bei der Entladungsspannung der zugehörigen Schaltungsanordnung die geringstmöglichen Induktionsverluste ergeben. Für den Energieumsetzungswirkungsgrad ist es wünschenswert, die restliche Elektrodenimpedanz so klein wie möglich zu halten. Dies läßt sich dadurch weitgehend erreichen, daß die Polelemente aus elektrisch gut leitenden Werkstoffen hergestellt werden. Eine niedrige Impulsimpedanz der Elektrode trägt ebenfalls zur Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrades bei, da dann bei jedem Stromimpuls nur ein einziger Funkenüberschlag auftritt. Wenn während eines Stromimpulses eine Schwingung auftritt, die eineThe electrical properties of the electrode arrangement come with a continuous operation with high Discharge frequencies are of particular importance. Single discharges in electrohydraulic systems last only briefly and cause practically no erosion of the working tip of the electrode arrangement, with in Shortly spaced successive discharges, on the other hand, cause thermal erosion over time and increasing electrical stresses causing insulation faults at weak points along the Electrode. The isolation difficulties also increase because the electrode gets hotter from pulse to pulse. To enable short discharge cycles, must the electrode insulation has uniform dielectric values along its entire length and is free of voids, Discontinuities and the like. It is also desirable at the high operating voltages To keep induction effects in the electrode as small as possible in order to avoid local heating and power losses to avoid. For these reasons, the present electrode arrangement becomes a coaxial one Arrangement of the conductor parts with preferably uniform distances used. The distance between the two the coaxial pole or conductor parts is chosen so that the discharge voltage of the associated circuit arrangement result in the lowest possible induction losses. For the energy conversion efficiency it is desirable to keep the remaining electrode impedance as small as possible. This can largely be achieved by that the pole elements are made of electrically conductive materials. A low one Pulse impedance of the electrode also contributes to the improvement of the conversion efficiency, because then only a single sparkover occurs with each current pulse. If during a Current pulse an oscillation occurs, the one

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Unterbrechung des Funkens und ein Wiederzünden mediums ab. Verluste entstehen unter anderem durchInterruption of the spark and a re-ignition medium. Losses arise through, among other things

bei einem geringeren Energiepegel zur Folge hat, die Kreisimpedanz und die zur Ionisation des Ar-at a lower energy level, the circuit impedance and the ionization of the ar-

geht nutzbare Arbeitsenergie verloren. beitsmediums an der Elektrodenspitze erforderlicheusable work energy is lost. medium required at the electrode tip

F i g. 1 zeigt eine Elektrodenanordnung, die alle Energie. Bei dem weiter unten noch genauer zu bedie obenerwähnten wünschenswerten Eigenschaften 5 schreibenden bevorzugten Kondensatorentladungsaufweist. Die dargestellte Elektrodenanordnung 1 kreis ist die an die Elektrodenanordnung gelieferte umfaßt im wesentlichen einen länglichen Körper 2 Energie durch die folgende Gleichung gegeben:
mit einer Arbeitsspitze 3 am einen Ende und einem _
Anschlußteil 4 am anderen Ende. Der Elektroden- '
körper ist eine Verbundkonstruktion aus einem elek- io dabei bedeuten / die elektrische Energie in Joule trisch leitenden Stab 5, der in der Mittelachse der (Wsec), C die Kondensatorkapazität in Farad und V Anordnung verläuft und sich über deren ganze Lange die Spannung in Volt. Bei der bevorzugten Anorderstreckt, einer hohlzylinderförmigen Außenelek- nung wird die der Elektrodenanordnung zugeführte trode 6, deren Innendurchmesser größer ist als der Energie durch Verändern der Spannung gesteuert. Außendurchmesser des Stabes 5 und letzteren ko- 15 Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer axial umgibt, und einem Isolierkörper 7 als Ab- koaxialen Elektrodenanordnung gemäß der Erfinstandshalteranordnung, die den im Querschnitt ring- dung. Die in Schnittansicht dargestellte Elektrodenförmigen Zwischenraum zwischen den leitenden anordnung enthält eine Vorrichtung zur Zuführung Teilen ausfüllt. Die Abstandshalteranordnung kann des Arbeitsmediums und eine Federanordnung, die aus einer Dispersion feinteiliger Keramik in einem 20 die Elektrodenanordnung nach einer Entladung wiefiüssigen Bindemittel hergestellt werden, das im Zwi- der an einen bestimmten Ort zurückführt. Diese schenraum zwischen den Leiterteilen verfestigt wer- Anordnung eignet sich besonders für Anwendungsden kann, so daß sich eine über die ganze Länge gebiete, bei denen eine senkrechte Anordnung der des Elektrodenkörpers erstreckende Isolation ergibt. Elektrode in einem das Arbeitsmedium enthaltenden Die Arbeitsspitze 3 der Elektrodenanordnung wird 25 Behälter unzweckmäßig oder unmöglich ist. Die in durch die gegenüberliegenden Enden der Leiter- F i g. 2 dargestellte selbstversorgte Anordnung 15 entteile 5, 6 gebildet, die durch die aus gebundener hält einen Elektrodenkörper 16 mit einer Arbeits-Keramik bestehende Abstandshalteranordnung ver- spitze 17 und einem Anschlußende 18. Auf der bunden sind, sie kann eine ebene Stirnfläche auf- Außenseite des Elektrodenkörpers ist eine Anordweisen, die senkrecht zur Mittelachse des Elektroden- 30 nung 19 zur Zuführung des Arbeitsmediums angekörpers verläuft. Der Anschlußteil 4 der Elektrode ordnet, die mit dem Anschlußteil des Elektrodenenthält einen leitenden Ring 8, der direkt mit der körpers über eine Feder 20 verbunden ist. Bei dieser Außenseite der mantelförmigen Außenelektrode 6 Anordnung wird die Elektrode durch die Rückholverbunden ist, ferner eine isolierende Scheibe 9, die kraft der Feder wieder in die ursprüngliche Lage den Ring 8 gegen das benachbarte Ende des Mittel- 35 gebracht, wenn sie durch eine Funkenentladung nach leiters isoliert, und elektrische Leitungen 10,11, die hinten verschoben worden war. Man erreicht hierdie Elektrodenanordnung mit einem Hochspannungs- durch auf einfache Weise, daß sich die Elektrodenentladungskreis verbindet. Die Verbindung erfolgt anordnung bei den aufeinanderfolgenden Funkenvorzugsweise über ein Koaxialkabel 12 mit einem entladungen immer an der gleichen Stelle befindet. Mittelleiter 13 und einem Außenleiter 14, der die 40 Die Spitze 17 der Elektrodenanordnung ist koriisch Rückleitung bildet und geerdet sein kann. Die Iso- ausgebildet, um die Betriebseigenschaften zu erlierscheibe 9 ist so bemessen, daß sich eine wesentlich reichen, die sonst schwer zu verwirklichen sind. Durch längere Überschlagsstrecke ergibt, als es dem Ab- den zulaufenden Isolierkörper ergibt sich für einen stand von Innenleiter 5 und Außenleiter 6 der Elek- gegebenen Abstand zwischen den leitenden Elementen trodenanordnung entspricht, um Überschläge am 45 eine längere Überschlagsstrecke an der Arbeitsfläche Anschlußende zu verhindern. Hinsichtlich des Um- der Anordnung. Durch den größeren Abstand wird Wandlungswirkungsgrades ist es außerdem zweck- der Spitzendruck der bei der Entladung entstehenden mäßig, die Impedanzen der Elektrodenanordnung Druckwelle vergrößert, wobei dieser Vorteil ohne und des Koaxialkabels aneinander anzupassen. Erhöhung der Querabmessungen der Elektroden-F i g. 1 shows an electrode arrangement, all energy. In which the above-mentioned desirable properties 5 to be described in more detail below, has a preferred capacitor discharge. The illustrated electrode assembly 1 circle is the supplied to the electrode assembly essentially comprises an elongated body 2 energy given by the following equation:
with a working tip 3 at one end and a _
Connector 4 at the other end. The electrode '
body is a composite construction from an elec- io mean / the electrical energy in joule trically conductive rod 5, which runs in the central axis of the (Wsec), C the capacitor capacitance in Farad and V arrangement and over its entire length the voltage in volts . In the case of the preferred arrangement, a hollow cylindrical external elec- tricity, the electrode 6 fed to the electrode arrangement, the internal diameter of which is greater than the energy, is controlled by changing the voltage. The outer diameter of the rod 5 and the latter is approximately 15 FIG. 2 shows a further embodiment of an axially surrounding, and an insulating body 7 as a coaxial electrode arrangement according to the inventive spacer arrangement, which is annular in cross-section. The electrode-shaped space between the conductive arrangement, shown in sectional view, contains a device for supplying parts. The spacer arrangement can be the working medium and a spring arrangement which is produced from a dispersion of finely divided ceramic in a binding agent which, after a discharge, resembles the electrode arrangement and which in the meantime returns to a specific location. This intermediate space between the conductor parts is particularly suitable for applications, so that there is an area over the entire length in which a vertical arrangement of the insulation extending over the electrode body results. Electrode in a container containing the working medium. The working tip 3 of the electrode arrangement becomes impractical or impossible. The in through the opposite ends of the ladder F i g. 2, the self-supplied arrangement 15 shown, parts 5, 6 formed by the spacer arrangement consisting of bonded holds an electrode body 16 with a working ceramic, pointed 17 and a connection end 18. On the bonded, it can have a flat face on the outside of the The electrode body is an arrangement that runs perpendicular to the central axis of the electrode opening 19 for supplying the working medium. The connecting part 4 of the electrode connects to the connecting part of the electrode containing a conductive ring 8 which is connected directly to the body via a spring 20. With this outer side of the jacket-shaped outer electrode 6 arrangement, the electrode is connected by the return connection, furthermore an insulating disk 9, which by force of the spring is brought back into the original position of the ring 8 against the adjacent end of the center 35 when it is caused by a spark discharge conductor insulated, and electrical lines 10,11 that had been moved back. The electrode arrangement is achieved here with a high voltage by simply connecting the electrode discharge circuit. The connection is made in the case of the successive sparks, preferably via a coaxial cable 12 with a discharge always in the same place. Center conductor 13 and an outer conductor 14, which forms the 40 The tip 17 of the electrode arrangement is Korean return line and can be grounded. The ISO designed to erlierscheibe the operating properties 9 is dimensioned in such a way that there are substantially enough that are otherwise difficult to achieve. Due to a longer flashover distance than the insulating body tapering towards the end, the distance between the conductive elements corresponds to the electrode arrangement for a position of inner conductor 5 and outer conductor 6 in order to prevent flashovers at 45 a longer flashover distance at the work surface connection end. With regard to the rearrangement. As a result of the greater distance, the conversion efficiency is also expedient, the peak pressure of the pressure wave produced during the discharge being increased to a moderate extent, this advantage being adapted to one another without and of the coaxial cable. Increase in the transverse dimensions of the electrode

Im Betrieb tritt an der mit einem inkompressiblen, 50 anordnung erreicht wird. Der Winkel, den die Stirnisolierenden Arbeitsmedium in Berührung stehenden fläche der Elektrodenspitze bezüglich der Mittelachse Arbeitsspitze 3 der Elektrode bei jedem Impuls, der der Elektrodenanordnung bildet, beeinflußt außervon der Stromversorgungsschaltung geliefert wird, dem die Form und Richtung der bei der Entladung eine Funkenentladung auf. Die ganze Elektrode und entstehenden Druckwelle. Eine vorstehende konische mindestens ein Teil des Stromzuführungskabels kön- 55 Spitze ist einer ebenen Stirnfläche oder anderen Können dabei in einer inkompressiblen Flüssigkeit an- figurationen vorzuziehen, da sich im Arbeitsmedium geordnet sein, die die bei den Entladungen ent- schmalere Druckwellen herstellen lassen und es stehenden Druckwellen an ein Werkstück weiterleitet, leichter möglich ist, eine Verstärkung von Druckdas sich ebenfalls mit ihr in Berührung befindet. Bei wellen durch mehrere rasch aufeinanderfolgende der elektrohydrodynamischen Metallverformung ist 60 Entladungen zu erreichen. Die Abmessungen und der es beispielsweise bekannt, eine Hohlmatrize zu ver- Winkel der konischen Elektrodenspitze definieren wenden, die durch einen mit der hydraulischen also eine schräge Fläche, mittels derer sich die Fun-Arbeitsflüssigkeit in Verbindung stehenden Metall- kenentladung beeinflussen läßt. Die Verbindung der rohling abgeschlossen ist. Der Betrag der auf das Elektroden 21, 22 mit dem als Abstandshalteranord-Werkstück übertragenen Energie und die Geschwin- 65 nung dienenden Isolierkörper 23 kann in derselben digkeit der Energieübertragung hängen sowohl von Weise geschehen, wie es in Verbindung mit F i g. 1 der Entladungscharakteristik des Stromversorgungs- beschrieben wurde. Die Verbundanordnung stellt eine teiles als auch vom Ionisationsverhalten des Arbeits- praktisch einstückige Konstruktion dar, bei der derIn operation occurs with an incompressible, 50 arrangement is achieved. The angle that the forehead insulators Working medium in contact surface of the electrode tip with respect to the central axis Working peak 3 of the electrode at each pulse that forms the electrode arrangement, has an outside influence the power supply circuit is supplied, which the shape and direction of the discharge a spark discharge. The whole electrode and the resulting pressure wave. A protruding conical At least part of the power supply cable can be at the tip of a flat end face or some other ability In this case, configurations in an incompressible liquid are preferable, since in the working medium be ordered, which allow the pressure waves, which are narrowed during the discharges, to be produced and it Forwards standing pressure waves to a workpiece, it is easier to intensify pressure is also in contact with her. In the case of waves, several rapidly successive ones electrohydrodynamic metal deformation can achieve 60 discharges. The dimensions and the it is known, for example, to define a hollow die to define the angle of the conical electrode tip turn, which by one with the hydraulic so an inclined surface, by means of which the fun working fluid related metal discharge can influence. The connection of the blank is complete. The amount of the electrodes 21, 22 with the spacer assembly workpiece transmitted energy and the speed 65 serving insulating body 23 can in the same The speed of the transfer of energy depend both on the manner in which it happened in connection with F i g. 1 the discharge characteristics of the power supply has been described. The composite arrangement represents a part as well as from the ionization behavior of the working practically one-piece construction, in which the

Zwischenraum zwischen den leitenden Teilen auf seiner ganzen Länge durch einen Isolierkörper ausgefüllt wird. Das Anschlußende 18 des Elektrodenkörpers kann wieder einen leitenden Teil 24 enthalten, der direkt an der Außenelektrode 22 befestigt ist. Zur Isolation ist außerdem ein Isolierring 25 vorgesehen, und die Stromzuführung erfolgt über ein Koaxial-Leistungs-Kabel 28, das über Leitungen 26, 27 angeschlossen ist.The space between the conductive parts is filled with an insulating body along its entire length will. The connection end 18 of the electrode body can again contain a conductive part 24, which is attached directly to the outer electrode 22. An insulating ring 25 is also provided for isolation provided, and the power is supplied via a coaxial power cable 28, which is via lines 26, 27 is connected.

Zur Herstellung der oben beschriebenen, für wiederholte Entladungen geeignete Elektrodenanordnungen kann man einen 6,35 mm dicken Messingrundstab in der Achse eines Rohres aus rostfreiem Stahl, dessen Wandstärke 3,17 mm und dessen Außendurchmesser 25,4 mm betragen, anordnen. Der hohlzylinderförmige Zwischenraum zwischen dem Stab und dem Rohr kann dann vollständig mit einer Mischung aus etwa gleichen Teilen pulverförmigen Aluminiumoxyds und einer flüssigen Epoxyharz-Härter-Mischung gefüllt werden. Nach vollständigem Aushärten der Mischung bildet diese eine hohlraumfreie Isolation zwischen den leitenden Teilen, die sich über die ganze Länge des Elektrodenkörpers erstreckt. Der Arbeitsfläche der Elektrode kann die gewünschte konische Form mit vorspringender Stabspitze und diese mit dem Ende des Außenleiters verbindendem schräg verlaufenden Isolierkörper anschließend gegeben werden. Zur Herstellung des Anschlußteiles des Elektrodenkörpers wird auf das eine Ende des Edelstahlrohres ein Messingring gepaßt und dort, beispielsweise durch Hartlöten, befestigt. Anschließend wird der Isolierring 25 angebracht, und der Messingring 24 sowie das vorspringende hintere Ende des Messingstabes 21 können nun direkt mit Klemmen od. dgl. versehen werden. Als nächstes wird die Druckfeder 20 auf das Rohr 22 geschoben und an dem Messingring befestigt. Anschließend wird eine vorzugsweise ringförmige Wasserdüse 19, deren Innenöffnung 29 etwas größer ist^ls der Außendurchmesser des Stahlrohres, auf die Elektrodenanordnung geschoben und mit dem freien Ende der Feder 20 verbunden. Die Wasserdüse 19 und die Feder 20 bilden eine Halterung für die Elektrodenanordnung, die gewährleistet, daß sich letztere bei den Entladungen an einer bestimmten Stelle befinden. Ein Auslaß 30 der Wasserdüse liefert das über eine Zuführungsleitung 30« zugeführte Arbeitsmedium an die Arbeitsspitze der Elektrode.To produce the above-described electrode assemblies suitable for repeated discharges you can insert a 6.35 mm thick brass rod in the axis of a stainless steel tube Arrange steel with a wall thickness of 3.17 mm and an outside diameter of 25.4 mm. The hollow cylindrical space between the rod and the tube can then be completely with a mixture of roughly equal parts powdered aluminum oxide and a liquid epoxy resin hardener mixture be filled. After the mixture has completely hardened, it forms a cavity-free insulation between the conductive parts, which extends over the entire length of the electrode body. The working surface of the electrode can have the desired conical shape with protruding rod tip and this with the end of the Outer conductor connecting sloping insulating body are then given. For the production of the connection part of the electrode body is a brass ring on one end of the stainless steel tube fitted and fixed there, for example by brazing. Then the insulating ring 25 attached, and the brass ring 24 and the protruding rear end of the brass rod 21 can are now directly provided with clamps or the like. Next, the compression spring 20 is on the Tube 22 pushed and attached to the brass ring. Then a preferably ring-shaped Water nozzle 19, the inner opening 29 of which is somewhat larger ^ ls the outer diameter of the steel pipe, to which Electrode arrangement pushed and connected to the free end of the spring 20. The water nozzle 19 and the spring 20 form a holder for the electrode arrangement, which ensures that the latter are at a certain point during the discharges. An outlet 30 of the water nozzle delivers the working medium supplied via a supply line 30 ' to the working tip of the electrode.

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild eines zur Erzeugung wiederholter Entladungen geeigneten Kondensatorentladungskreises. Die Schaltungsanordnung 31 enthält einen Kondensator 32, der durch eine einstellbare Hochspannungsquelle 33 auf eine gewünschte spannung aufgeladen wird, worauf ein Schalter 34 geöffnet werden kann, um die Spannungsquelle 33 sicherheitshalber zur Vermeidung einer Rückspeisung von Energie abzuschalten. Die im Kondensator 32 gespeicherte Energie wird durch ein Dreielektroden-Gleichrichterelement 35 in ein Koaxial-Leistungskabel 36 entladen, an dessen Endklemmen 39 eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung angeschlossen ist. Der geerdete Außenleiter 37 und der Hochspannung führende Innenleiter 38 des Koaxialkabels 36 sind dabei mit der rohrförmigen Außenelektrode bzw. der stabförmigen Innenelektrode der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung verbunden. Der Entladungskreis für die Funkenentladung enthält also in Reihenschaltung den Kondensator 32, die Dreielektrodenröhre 35, das Leistungskabel 36, die Elektrodenanordnung und die Masserückleitung 40. Dem Kondensator 32 ist ein Strombegrenzungswiderstand 41 in Reihe mit einem Schalter 42 parallel geschaltet, so daß der Kondensator nach einer Funkenentladung noch vollständig entladen werden kann. Die Vernichtung der im Kondensator verbliebenen Restladung kann durch einen zweiten Schalter 43 verkürzt werden, der in einer bestimmten Zeitfolge nach dem Schalter 42 geschlossen wird. Bei wiederholten Funkenentladungen werden die Schalter 42, 43 normalerweise nur nach Arbeitsende, also nach der letzten Funkenentladung, geschlossen.F i g. 3 shows a circuit diagram of a capacitor discharge circuit suitable for generating repeated discharges. The circuit arrangement 31 contains a capacitor 32, which is adjustable by an High voltage source 33 is charged to a desired voltage, whereupon a switch 34 can be opened to the voltage source 33 to be on the safe side to avoid feedback to switch off from energy. The energy stored in the capacitor 32 is passed through a three-electrode rectifier element 35 is discharged into a coaxial power cable 36, to whose end terminals 39 an electrode arrangement according to the invention is connected is. The grounded outer conductor 37 and the high-voltage inner conductor 38 of the coaxial cable 36 are with the tubular outer electrode or the rod-shaped inner electrode of the invention Electrode assembly connected. The discharge circuit for the spark discharge thus contains in Series connection of the capacitor 32, the three-electrode tube 35, the power cable 36, the electrode arrangement and ground return 40. Capacitor 32 has a current limiting resistor 41 connected in series with a switch 42 in parallel, so that the capacitor after a spark discharge can still be fully discharged. The destruction of the remaining charge in the capacitor can be shortened by a second switch 43, which in a certain time sequence after Switch 42 is closed. With repeated spark discharges, the switches 42, 43 are normally only closed at the end of work, i.e. after the last spark discharge.

Für die Leiterelemente der Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung werden vorzugsweise Werkstoffe guter elektrischer Leitfähigkeit, wie Kupfer, Messing und Stahl, verwendet, die außerdem eine genügende mechanische Festigkeit haben, um den wiederholten Stoßbeanspruchungen widerstehen zu können. Bevorzugte Isolierwerkstoffe zur Trennung der leitenden Elemente der Elektrodenanordnung sind dichte, hitzebeständige Werkstoffe, wie Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd und Calciumcarbonat. Weniger dichte keramische Werkstoffe und andere Isoliermaterialien, wie Asbest und Glasfasern, können jedoch bei geringeren elektrischen Beanspruchungen auch verwendet werden. Bei jeder keramischen Isolation ist es jedoch erforderlich, Hohlräume in dem endgültigen Isolierkörper möglichst zu vermeiden, um elektrische Durchschläge und ein Eindringen des Arbeitsmediums zu verhindern. Das Dielektrikum darf also nur wenig Flüssigkeit aufnehmen, damit ein Eindringen von Flüssigkeit in die Elektrode vermieden wird.Materials are preferably used for the conductor elements of the electrode arrangement according to the invention good electrical conductivity, such as copper, brass and steel, which also have a sufficient have mechanical strength to withstand repeated shock loads. Preferred Insulating materials for separating the conductive elements of the electrode arrangement are dense, heat-resistant materials such as aluminum oxide, zirconium oxide and calcium carbonate. Less dense ceramic Materials and other insulating materials, such as asbestos and fiberglass, can, however, with lower electrical stresses can also be used. However, with any ceramic insulation it is necessary Avoid voids in the final insulator as much as possible to electrical To prevent breakdowns and penetration of the working medium. The dielectric must therefore only be a little Aspirate liquid to prevent liquid from entering the electrode.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele steilen neuartige und vorteilhafte Elektrodenanordnung_en für elektrohydraulische Zwecke dar, die Erfindung ist jedoch nicht auf Einzelheiten dieser Ausführungsbeispiele beschränkt. Wenn an die Elektrodenanordnung beispielsweise nur relativ geringe Anforderungen hinsichtlich der Spannungsfestigkeit gestellt werden, können für die isolierende Abstandshalteranordnung auch weniger hochwertige Isolierwerkstoffe verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie sich j_n der Umgebung nicht ohne weiteres zersetzen.The exemplary embodiments described above represent novel and advantageous electrode _arrangements for electrohydraulic purposes, but the invention is not limited to the details of these exemplary embodiments. If the dielectric strength will be provided with respect to the electrode array, for example, only relatively low requirements, can be used for the insulating spacer assembly also less quality insulating materials may be used provided that they j around _n not readily decompose.

Wenn die Elektrode andererseits besonders hohen elektrischen Anforderungen ausgesetzt wird, kann es zweckmäßig sein, in die isolierende Zusammensetzung isolierende Verstärkungen, wie Fasermaterial usw., einzubauen.On the other hand, if the electrode is exposed to particularly high electrical requirements, it can it may be expedient to incorporate insulating reinforcements, such as fiber material, etc., into the insulating composition, to be built in.

Claims

Claims 1. Device for generating short-term hydraulic High-energy pressure surges for metal and other mechanical processing Work purposes, with one consisting of two coaxial electrodes, in one electrical insulating liquid arranged spark discharge device, characterized in that that the annular space between the electrodes (5, 6) of an insulating body (7) is completely filled, which consists of dielectric particles, which by a Binders held together and connected to the electrodes.

2. Device according to claim 1, characterized in that a rod-shaped inner electrode (21) a little over the corresponding end of a tubular outer electrode (22)

jumps and that the insulating body (23) has a conical end surface (17) which the ends of the Electrodes connects (Fig. 2).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that on the outside the tubular outer electrode (22) an arrangement (19) for supplying a liquid displaceable is arranged.

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4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Spark discharge device is resiliently mounted.

Considered publications:
Workshop and factory, 96th year, 1963, no. 5, 297, 298.

1 sheet of drawings