EP2026907B1

EP2026907B1 - Arbeitselektrode für eine elektrodynamische fragmentierungsanlage

Info

Publication number: EP2026907B1
Application number: EP06701855A
Authority: EP
Inventors: Daniel Emanuel Maurer; Reinhard MÜLLER-SIEBERT
Original assignee: Selfrag AG
Current assignee: Selfrag AG
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: EP2266701A1; JP5049297B2; AU2006338157B2; AU2006338157C1; US8125129B2; US20090153009A1; CA2642411C; AU2006338157A1; ES2383785T3; DK2266701T3; CA2642411A1; ATE488299T1; DE502006008364D1; WO2007093063A1; JP2009526636A; ATE549089T1; AU2011200094A1; DK2026907T3; EP2266701B1; AU2011200094B2

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine Arbeitselektrode für eine elektrodynamische Fragmentierungsanlage, Wechselteile für eine solche Arbeitselektrode sowie eine Verwendung der Arbeitselektrode gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

STAND DER TECHNIK

Bei der elektrodynamischen Fragmentierung von Material, wie beispielsweise Beton, werden zwischen einer mit Hochspannungspulsen beaufschlagten Arbeitselektrode und einer üblicherweise auf neutralem Potential liegenden Basiselektrode Hochspannungsdurchschläge durch das zu zerkleinernde Material erzeugt, wodurch es zur Zerkleinerung des Materials kommt. Dabei findet bei jedem Hochspannungsdurchschlag auch ein geringfügiger Materialabtrag an der Arbeitselektrodenspitze statt, so dass diese nach einer gewissen Einsatzdauer abgenutzt ist und ausgetauscht werden muss. Auch kann ein Elektrodenwechsel bei einem Wechsel des mit der Anlage aufzuschliessenden Materials erforderlich werden, um eine Kontamination des Endprodukts mit unerwünschtem Elektrodenmaterial zu verhindern. In beiden Fällen muss bei elektrodynamischen Fragmentierungsanlagen mit nicht austauschbaren Elektrodenspitzen die gesamte Arbeitselektrode inklusive Isolator ausgewechselt werden, was ein kosten- und zeitintensives Unterfangen darstellt, nicht zuletzt deshalb, weil die Arbeitselektroden auf ihrer Anschlussseite üblicherweise an ein mit Isolatoröl gefülltes System angekoppelt sind. Als weiterer Nachteil ergibt sich hieraus, dass es unwirtschaftlich ist, nicht vollständig verbrauchte Elektroden aufzubrauchen, da der Installationsaufwand gemessen an der Restnutzungsdauer relativ hoch ist.
Aus dem Stand der Technik sind weiter Hochspannungselektroden bekannt, bei denen die Elektrodenspitze von einem austauschbaren Wechselteil gebildet ist und welche dadurch die zuvor genannten Nachteile weitestgehend vermeiden. Derartige Hochspannungselektroden sind beispielsweise in SU 1790069 A1 , SU 1781892 A1 , JP 2003 001137 A und US 2005/0150668 A1 gezeigt. Diese Hochspannungselektroden weisen jedoch den Nachteil auf, dass es bei starken Druckpulsationen im Arbeitsraum zu einem Sichlösen des die Elektrodenspitze bildenden Wechselteils kommen kann, weshalb derartige Hochspannungselektroden relativ wartungsintensiv sind.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Arbeitselektrode zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist oder diese zumindest teilweise vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die Arbeitselektrode und die Wechselteile für eine solche Arbeitselektrode gemäss den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Demgemäss betrifft ein erster Aspekt der Erfindung eine Arbeitselektrode für eine elektrodynamische Fragmentierungsanlage mit einer austauschbaren Elektrodenspitze. Die Arbeitselektrode umfasst einen Isolatorkörper, z.B. aus Kunststoff oder aus einem keramischen Material, mit einem zentralen Leiter aus einem elektrisch gut leitenden, bevorzugterweise metallischen Material, z.B. aus Aluminium, Kupfer oder rostfreiem Stahl, welcher den Isolator axial durchsetzt. An einem Ende ist der zentrale Leiter ausgestaltet zur Ankopplung an einen Hochspannungsgenerator zur Beschickung der Arbeitselektrode mit Hochspannungspulsen. An seinem anderen Ende, dem sogenannten Arbeitsende, welches im Betrieb in den mit Prozessflüssigkeit, z.B. Wasser, und dem zu zerkleinernden Material gefüllten Arbeitsbereich der Fragmentierungsanlage eintaucht, trägt der zentrale Leiter eine Elektrodenspitze, welche im Betrieb den Ausgangspunkt für die Spannungsdurchschläge bildet. Die Elektrodenspitze wird von einem austauschbaren, einstückigen oder mehrteiligen Wechselteil gebildet.
Das Wechselteil weist eine Kontaktfläche auf, die als axialer Anschlag des Wechselteils am zentralen Leiter dient und am Arbeitsende des zentralen Leiters unter axialer Druckvorspannung an eine Anschlagfläche des zentralen Leiters angrenzt. Dabei können die Kontaktfläche des Wechselteils und/oder die Anschlagfläche des zentralen Leiters z.B. als stumpfe Anschlagflächen mit rein radialer Erstreckung oder auch als konusförmige Flächen mit radialer und axialer Erstreckung ausgebildet sein.
Weiter ist das Wechselteil an dem der Elektrodenspitze abgewandten Ende mit dem zentralen Leiter über eine erste Verschraubung verbunden, zur Befestigung des Wechselteils am zentralen Leiter und zur Erzeugung der Druckvorspannung zwischen der Kontaktfläche und der Anschlagfläche. Zudem weist das austauschbare Wechselteil zwischen der ersten Verschraubung und der Kontaktfläche und/oder weist der zentrale Leiter zwischen der ersten Verschraubung und der Anschlagfläche einen Dehnungsbereich, bevorzugterweise mit einer Länge von mindesten dem Zweifachen, noch bevorzugter mindestens dem Vierfachen des Durchmessers der ersten Verschraubung auf, welcher nach dem Prinzip der Dehnschraube durch elastische Dehnung unter einer Zugvorspannung steht und dadurch die Druckvorspannung zwischen Kontaktfläche und Anschlagfläche erzeugt.
Derartige Arbeitselektroden mit konstruktiv vorgesehenen Dehnbereichen sind robust und können auch bei starken Druckpulsationen im Arbeitsraum über eine lange Zeit wartungsfrei betrieben werden, da zwischen dem zentralen Leiter und dem austauschbaren Wechselteil lediglich Schwellkräfte auftreten, nicht jedoch Wechselkräfte. Auch weisen sie den Vorteil auf, dass bei einem Verschleiss der Elektrode oder bei einer Änderung des zu zerkleinernden Materials lediglich die Elektrodenspitze gewechselt werden muss und z.B. ein Öffnen eines ölgefüllten Hochspannungssystems zwecks Austausch der gesamten Arbeitselektrode überflüssig wird. Hierdurch lassen sich die wartungsbedingten Ausfallzeiten und Betriebskosten elektrodynamischer Fragmentierungsanlagen deutlich senken. Zudem sind solche Arbeitselektroden besonders betriebssicher und es ergibt sich eine einfache Austauschbarkeit und eine sichere Befestigung des Wechselteils.
Bevorzugterweise ist der Dehnungsbereich des Wechselteils und/oder des zentralen Leiters als Dehnschaft oder als Dehnhülse ausgebildet, wobei dieser im erstgenannten Fall bevorzugterweise an einem Ende das Aussengewinde und im letztgenannten Fall bevorzugterweise das Innengewinde der ersten Verschraubung bildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Wechselteil einstückig ausgebildet, in einer anderen aus mehreren Bauteilen gebildet, was im erstgenannten Fall den Vorteil eines einfachen, robusten Aufbaus ergibt und im letztgenannten Fall grössere konstruktive Freiräume für die Ausgestaltung des Wechselteils einräumt.
Dabei ist es bei mehrteiligen Wechselteilen bevorzugt, wenn die Kontaktfläche des Wechselteils von einem bevorzugterweise als Mutter, bevorzugterweise als Sechskant- oder Stirnlochmutter ausgebildeten Anschlagelement gebildet wird, welches mit einem weiteren Bauteil des Wechselteils, welches das Aussengewinde oder das Innengewinde der ersten Verschraubung bildet und einstückig mit der Elektrodenspitze ausgebildet ist, eine zweite Verschraubung bildet. Hierdurch wird es möglich, zuerst die Elektrodenspitze bzw. dass diese bildende Bauteil des Wechselteils mittels der ersten Verschraubung am zentralen Leiter zu befestigen und sodann mittels des Anschlagelements und der zweiten Verschraubung die Druckspannung zwischen Kontaktfläche und Anschlagfläche zu erzeugen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Ausführungsformen mit langen Dehnungsbereichen zwischen der ersten und der zweiten Verschraubung verwendet werden, da hierbei ein Vorspannen auch ohne eine wesentliche Einbringung von Torsionskräften in den Dehnungsbereich möglich ist, so dass der Dehnungsbereich optimal für seine Funktion dimensioniert werden kann.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Arbeitselektrode mit anspruchsgemässer ersten Verschraubung weist das Wechselteil zwischen Elektrodenspitze und Kontaktfläche, z.B. kurz vor der Elektrodenspitze, einen Bereich mit nicht-rotationssymmetrischem Querschnitt auf, so dass dessen Kontur mit einem Einschraubwerkzeug formschlüssig erfasst werden kann zum Ein- und Ausschrauben des Wechselteils. Bei der zuvor genannten Ausführungsform kann hiermit zudem der Wechselteilkörper beim Anziehen der zweiten Verschraubung gegen ein Verdrehen festgehalten werden, wodurch sich eine Einbringung von Torsionskräften in den Dehnungsbereich dieser Ausführungsform vollständig verhindern lässt.
Mit Vorteil weist das Wechselteil hierfür im Bereich zwischen Elektrodenspitze und Kontaktfläche mindestens zwei parallele Spiegelflächen auf. Solche Spiegelflächen sind einfach herzustellen und erlauben das Verdrehen bzw. Verdrehsichern des Wechselteils mit handelsüblichen Gabelschlüsseln.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Arbeitselektrode weist das Wechselteil in einem Bereich angrenzend an seine Kontaktfläche an seinem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst auf. Dabei ist es bei Ausführungsformen mit einem z.B. als Mutter ausgebildeten Anschlagelement, welches die anspruchsgemässe Kontaktfläche bereitstellt, bevorzugt, wenn dieses Anschlagelement an seinem dem zentralen Leiter zugewandten Ende an seinem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst aufweist.
In beiden Fällen dient der radiale, umlaufende Wulst der Feldentlastung im Bereich des Austritts des zentralen Leiters aus dem Isolator, wodurch sich die Standzeit des Isolators und des zentralen Leiters deutlich verlängern lässt.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Arbeitselektrode ist zwischen dem Wechselteil und dem zentralen Leiter eine Dichtung, bevorzugterweise ein O-Ring angeordnet, zur Verhinderung eines Eindringens von Prozessflüssigkeit und Schmutz in den Befestigungsbereich zwischen dem Wechselteil und dem zentralen Leiter. Insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen das Wechselteil über die zuvor erwähnte erste Verschraubung mit dem zentralen Leiter verbunden ist, lässt sich hierdurch eine Verschmutzung und Beschädigung derselben verhindern.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Arbeitselektrode weist der zentrale Leiter im Bereich seines arbeitsseitigen Endes dort, wo er aus dem Isolatorkörper austritt, an seinem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst auf.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Arbeitselektrode weist der zentrale Leiter im Bereich seines arbeitsendseitigen Austritts aus dem Isolatorkörper einen Bereich mit einem nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt auf, bevorzugterweise zwei parallele Spiegelflächen, zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Werkzeug wie z.B. einem Gabelschlüssel.
Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn der zentrale Leiter an seiner arbeitsendseitigen Stirnseite mindestens zwei Stirnlöchern aufweist zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Stirnlochschlüssel.
Durch diese Ausgestaltungen wird es möglich, den zentralen Leiter bei der Montage und/oder Demontage des Wechselteils gegen ein Verdrehen im Isolator zu sichern, welches bei kraftschlüssig z.B. durch Einpressen oder Einschrumpfen im Isolator befestigten zentralen Leitern zu einem Sichlösen bzw. Zerstören der Verbindung mit dem Isolator führen könnte.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Arbeitselektrode ist die Elektrodenspitze als Kugelkalotte oder als Rotationsparaboloid ausgeformt. Solche Formen stellen einen örtlich definierten Durchschlagsausgangspunkt bereit, bei gleichzeitig guter Standzeit der Elektrodenspitze
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Wechselteil für eine Arbeitselektrode gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung. Das Wechselteil weist einen langgestreckten, elektrisch leitenden Grundkörper auf, bevorzugterweise aus einem Metall oder einer Metallegierung, welcher an einem Ende ein erstes Aussengewinde zur Befestigung desselben an einem zentralen Leiter einer Arbeitselektrode trägt und an seinem anderen Ende eine Elektrodenspitze. Dabei ist zwischen der Elektrodenspitze und dem ersten Aussengwinde ein zweites Aussengewinde angeordnet, welches zum Aufschrauben eines Anschlagelements mit einer Kontaktfläche zum axialen Angrenzen an eine Anschlagfläche am zentralen Leiter vorgesehen ist. Zwischen der Elektrodenspitze und dem zweiten Aussengewinde weist der Grundkörper einen Bereich mit nicht-rotationssymmetrischem Querschnitt auf, so dass er in Rotationsrichtung um seine Längsachse herum mit einem geeigneten Einschraubwerkzeug formschlüssig ergriffen werden kann, zum Ein- bzw. Ausschrauben des Grundkörpers in den zentralen Leiter der Arbeitselektrode und zum Sichern desselben gegen Verdrehen beim Anziehen eines auf dem zweiten Aussengewinde angeordneten mutternartigen Anschlagelements zwecks Erzeugung einer Duckvorspannung zwischen der Kontaktfläche des Anschlagelements und der Anschlagfläche des zentralen Leiters. Bevorzugterweise weist der Grundkörper hierfür im Bereich zwischen der Elektrodenspitze und dem zweiten Gewinde mindestens ein Paar paralleler Spiegelflächen auf, welche mit einem Gabelschlüssel geeigneter Grösse zusammenwirken können. Des Weiteren weist der Grundkörper zwischen dem ersten Aussengewinde und dem zweiten Aussengewinde einen Dehnschaft auf, bevorzugterweise mit einer Dehnschaftlänge von mindestens dem Zweifachen, bevorzugterweise mindestens dem Vierfachen des Durchmessers des ersten Aussengewindes.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Wechselteils umfasst dieses des Weiteren, angeordnet auf dem zweiten Aussengewinde, ein Anschlagelement mit einer Kontaktfläche zum axialen Angrenzen an eine Anschlagfläche des zentralen Leiters, welches bevorzugterweise ebenfalls mindestens zwei parallele Spiegelflächen zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Gabelschlüssel aufweist.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein anderes Wechselteil für eine Arbeitselektrode gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung. Das Wechselteil weist ebenfalls einen langgestreckten elektrisch leitenden, bevorzugterweise metallischen Grundkörper auf, welcher an einem Ende ein Innengewinde trägt zum Befestigen des wechselteils an einem zentralen Leiter einer Arbeitselektrode und an seinem anderen Ende in eine Elektrodenspitze ausläuft. Zwischen der Elektrodenspitze und dem Innengewinde ist eine Anschlagschulter zum axialen Anschlagen an einer Anschlagfläche des zentralen Leiters angeordnet. Zudem weist der Grundkörper zwischen der Anschlagschulter und der Elektrodenspitze einen Bereich mit nicht-rotationssymmetrischem Querschnitt auf, so dass er in Rotationsrichtung um seine Längsachse herum mit einem geeigneten Einschraubwerkzeug formschlüssig mitgenommen werden kann, zum Einschrauben des Grundkörpers in die Aufnahmeöffnung des zentralen Leiters der Arbeitselektrode zwecks Befestigung des Wechselteils am zentralen Leiter und Erzeugung einer Duckvorspannung zwischen der Kontaktfläche des Anschlagelements und der Anschlagfläche des zentralen Leiters. Bevorzugterweise weist der Grundkörper hierfür im Bereich zwischen der Elektrodenspitze und dem Anschlagelement mindestens ein Paar paralleler Spiegelflächen auf, welche mit einem Gabelschlüssel entsprechender Grösse ergriffen werden können. Zwischen dem Innengewinde und der Anschlagschulter ist der Grundkörper des Wechselteils als Dehnhülse ausgebildet ist, bevorzugterweise mit einer Dehnhülsenlänge, die mindesten dem Zweifachen, bevorzugterweise mindestens dem Vierfachen des Durchmessers ihres Innengewindes entspricht.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das Wechselteil einstückig ausgebildet ist.
Auch ist es bevorzugt, wenn die Anschlagschulter von einem umlaufenden radialen Wulst des Wechselteils gebildet wird, welcher als Feldentlastung dienen kann.
Die Wechselteile gemäss dem zweiten und dritten Aspekt der Erfindung stellen bevorzugte Handelswaren dar und ermöglichen den Bau von Arbeitselektroden, bei denen die Elektrodenspitze ohne Abkopplung der Elektrode vom Spannungszuführungssystem auf einfache Weise gewechselt werden kann.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung der Arbeitselektrode gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung zum elektrodynamischen Fragmentieren von bevorzugterweise schlecht leitenden Materialien wie Beton oder Schlacke. Bei solchen Verwendungen treten die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zu Tage.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Arbeitsende einer ersten erfindungsgemässen Arbeitselektrode;
Fig. 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemässen Wechselteils der Arbeitselektrode aus Fig. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Arbeitsende einer zweiten erfindungsgemässen Arbeitselektrode;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch das Arbeitsende einer dritten erfindungsgemässen Arbeitselektrode; und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch das Arbeitsende einer vierten erfindungsgemässen Arbeitselektrode.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt das Arbeitsende einer ersten erfindungsgemässen Arbeitselektrode im Längsschnitt. Wie zu erkennen ist, umfasst die Elektrode einen zylindrischen und zum Arbeitsende hin kegelstumpfförmig ausgebildeten Isolatorkörper 1 aus einem thermoplastischen Kunststoff, im vorliegenden Fall Polyethylen, mit einem in seinem Zentrum angeordneten zentralen Leiter 2 aus rostfreiem Stahl, welcher in den Isolatorkörper 1 eingepresst und dadurch spielfrei in diesem befestigt ist. Der zentrale Leiter 2 weist an seiner arbeitsendseitigen Stirnfläche im Randbereich zwei gleichmässig verteilte kleinere Stirnlöcher 23 sowie eine grössere zentrale SacklochBohrung auf, welche zum Arbeitsende hin, an welchem der zentrale Leiter 2 unter Bildung eines umlaufenden radialen Wulstes 14 aus dem Isolatorkörper 1 austritt, geöffnet ist und im Bereich ihres geschlossenen Endes ein Innengewinde bildet. Angeordnet in der zentralen Bohrung des zentralen Leiters 2 ist ein anspruchsgemässes Wechselteil 4, welches mit einem endseitigen Aussengewinde 15 in das Innengewinde der zentralen Bohrung eingeschraubt ist und so unter Bildung einer anspruchsgemässen ersten Verschraubung 7 am zentralen Leiter 2 befestigt ist.
Wie in Zusammenschau mit Fig. 2, welche das erfindungsgemässe Wechselteil 4 in der Seitenansicht zeigt, erkennbar ist, bildet das Wechselteil 4 an seinem anderen Ende eine halbkugelförmige Elektrodenspitze 3, welche im Betrieb als Ausgangspunkt für die Hochspannungsdurchschläge dient. Zwischen Elektrodenspitze 3 und der ersten Verschraubung 7 weist das Wechselteil 4 ein zweites Aussengewinde 16 auf, welches eine als anspruchsgemässes Anschlagelement 10 dienende Sechskantmutter 10 unter Bildung einer anspruchsgemässen zweiten Verschraubung 11 trägt. Dabei grenzt die Mutter 10 mit ihrer dem Arbeitsende abgewandten Stirnfläche 5, welche die anspruchsgemässe Kontaktfläche 5 bildet, axial stumpf und unter Druckvorspannung an die arbeitsseitige Stirnfläche 6 des zentralen Leiters 2 an, welche die anspruchsgemässe Anschlagfläche 6 bildet und fliessend in den Wulst 14 übergeht. Um das Vorhandensein einer Druckvorspannung zwischen der Kontaktfläche 5 und der Anschlagfläche 6 auch bei starken Druckpulsationen jederzeit zu gewährleisten, weist das Wechselteil 4 im Bereich zwischen dem ersten Gewinde 7 und dem zweiten Gewinde 11 einen als Dehnschaft 8 ausgebildeten Dehnungsbereich auf, der eine Länge von etwa dem Dreifachen des Durchmessers der ersten Verschraubung 7 besitzt. Um ein Eindringen von Prozessflüssigkeit und Schmutz in die zentrale Bohrung im zentralen Leiter 2 zu verhindern, ist zwischen dem Dehnschaft 8 und der zweiten Verschraubung 11 ein O-Ring 13 in einer umlaufenden Nut im Wechselteil 4 angeordnet, welcher den zwischen dem Wechselteil 4 und der Wandung der zentralen Bohrung gebildeten Kreisringspalt abdichtet. Des Weiteren weist das Wechselteil 4 im Bereich zwischen der zweiten Verschraubung 11 und der Elektrodenspitze 3 vier unter einem Winkel von 90° zueinander stehende Spiegelflächen 12 auf, welche mit einem Gabelschlüssel zusammenwirken können zum Ein- und Ausschrauben des Wechselteils 4 in den zentralen Leiter 2 hinein und aus diesem heraus und/oder zum Verdrehsichern des Wechselteils 4 beim Anziehen der zweiten Verschraubung 11.
Soll bei der gezeigten Arbeitselektrode die Elektrodenspitze 3 gewechselt werden, sei es weil diese abgenutzt ist oder sei es weil eine Spitze aus einem anderen Material zum Einsatz kommen soll, so wird zuerst der zentrale Leiter 2 mittels eines in die zwei Stirnlöcher 23 eingreifenden Stirnlochschlüssels gegen ein Verdrehen im Isolator 1 gesichert und gegebenenfalls auch das Wechselteil 4 mittels eines die Spiegelflächen 12 ergreifenden Gabelschlüssels gegen ein Verdrehen im zentralen Leiter 2 gesichert und sodann die Mutter 10 auf dem zweiten Aussengewinde 16 mittels eines Schraubenschlüssels gelöst. Anschliessend wird das Wechselteil 4 mit Hilfe eines Gabelschlüssels aus dem zentralen Leiter 2 herausgeschraubt. Sodann wird ein neues bzw. anderes Wechselteil 4 in die zentrale Bohrung des zentralen Leiters 2 eingeschraubt und anschliessend die Mutter 10 dieses Wechselteils 4 zur Erzeugung der Druckvorspannung zwischen Kontaktfläche 5 und Anschlagfläche 6 mit einem bestimmten Drehmoment angezogen, wodurch der Dehnschaft 8 elastisch unter Zugspannung gedehnt wird. Dabei werden gleichzeitig zur Vermeidung einer Torsionsbeanspruchung des Dehnschafts 8 und zur Vermeidung einer Verdrehung des zentralen Leiters 2 im Isolator 1 das Wechselteil 4 mit einem Gabelschlüssel an den Spiegelflächen 12 und der zentrale Leiter 2 mittels eines in seine zwei Stirnlöcher 23 eingreifenden Stirnlochschlüssels gegen Verdrehen gesichert. Bevorzugterweise werden der Stirnlochschlüssel zur Sicherung des zentralen Leiters 2 gegen Verdrehen und der Gabelschlüssel zur Sicherung des Wechselteils 4 gegen Verdrehen von einem einzigen Spezialwerkzeug gebildet, so dass die Montage/Demontage vereinfacht wird und ein Verdrehen des Wechselteils 4 gegenüber dem zentralen Leiter 2 beim Anziehen bzw. Lösen der Mutter 10 von vornherein ausgeschlossen ist.
Fig. 3 zeigt das Arbeitsende einer zweiten erfindungsgemässen Arbeitselektrode im Längsschnitt. Wie zu erkennen ist, umfasst die Elektrode hier ebenfalls einen zylindrischen und zum Arbeitsende hin kegelstumpfförmig ausgebildeten Isolatorkörper 1, in dessen Zentrum ein zentraler Leiter 2, gebildet aus einer eingepressten Zylinderhülse 19 mit einem in der Hülse 19 befestigten Zuganker 20 mit Aussengewinde, angeordnet ist. Die Zylinderhülse 19 ist zum Arbeitsende hin geöffnet und nimmt in dieser Öffnung ein einstückiges, anspruchsgemässes Wechselteil 4 auf, welches innerhalb der Zylinderhülse 19 mit einem von diesem gebildeten endseitigen Innengewinde 17 mit dem Aussengewinde des Zugankers 20 verschraubt und dadurch am zentralen Leiter 2 befestigt ist, unter Bildung einer anspruchsgemässen ersten Verschraubung 7. An seinem anderen Ende bildet das Wechselteil 4 eine rotationsparaboloidförmige Elektrodenspitze 3. Zwischen der Elektrodenspitze 3 und dem Innengewinde 17 der ersten Verschraubung 7 weist das Wechselteil 4 einen umlaufenden radialen Wulst 14 auf, welcher als Feldentlastung dient und eine anspruchsgemässe Anschlagschulter 18 darstellt, welche die anspruchsgemässe Kontaktfläche 5 bereitstellt, mit der das Wechselteil 4 axial unter Druckvorspannung an der aus dem Isolator 1 herausragenden Stirnfläche 6 der Zylinderhülse 19 des zentralen Leiters 2, welche die anspruchsgemässe Anschlagfläche 6 bildet, angrenzt. Um das Vorhandensein einer Druckvorspannung zwischen der Kontaktfläche 5 und der Anschlagfläche 6 auch bei starken Druckpulsationen jederzeit zu gewährleisten, weist das Wechselteil 4 im Bereich zwischen dem ersten Gewinde 7 und der Anschlagschulter 18 einen als Dehnhülse 9 ausgebildeten Dehnungsbereich auf, der eine Länge von etwa dem Dreifachen des Durchmessers der ersten Verschraubung 7 besitzt. Um das Ein- und Ausschrauben des Wechselteils 4 in den zentralen Leiter 2 zu erleichtern und ein Anziehen der ersten Verschraubung 7 zwecks Erzeugung der Druckvorspannung zwischen der Kontaktfläche 5 und der Anschlagfläche 6 zu ermöglichen, weist das Wechselteil 4 im Bereich zwischen der Anschlagschulter 18 und der Elektrodenspitze 3 zwei parallele Spiegelflächen 12 auf, welche mit einem Gabelschlüssel ergriffen werden können.
Soll bei der in Fig. 3 gezeigten Arbeitselektrode die Elektrodenspitze 3 gewechselt werden, wird das Wechselteil 4 aus der Zylinderhülse 19 des zentralen Leiters 2 herausgeschraubt, indem die beiden Spiegelflächen 12 mit einem geeigneten Gabelschlüssel ergriffen werden. Sodann wird ein neues bzw. anderes Wechselteil 4 in die zentrale Bohrung des zentralen Leiters 2 eingeschraubt und mit einem bestimmten Drehmoment angezogen, so dass über die Verschraubung 7 zwischen Wechselteil 4 und dem Zuganker 20 des zentralen Leiters 2 eine gewünschte Druckvorspannung zwischen Kontaktfläche 5 und Anschlagfläche 6 erzeugt wird, indem die Dehnhülse 9 elastisch unter Zugspannung gedehnt wird.
Fig. 4 zeigt das Arbeitsende einer dritten erfindungsgemässen Arbeitselektrode im Längsschnitt. Wie zu erkennen ist, umfasst auch diese Elektrode einen zylindrischen und zum Arbeitsende hin kegelstumpfförmig ausgebildeten Isolatorkörper 1, in dessen Zentrum ein zentraler Leiter 2 angeordnet ist. Im vorliegenden Fall besteht der zentrale Leiter 2 aus einem in den Isolator 1 eingepressten zylindrischen Metallstab 21, der am Arbeitsende der Elektrode, an welchem er aus dem Isolator 1 austritt, eine zentrale Sachloch-Bohrung und, angeordnet in dieser, einen Dehnschaftbolzen 22 aufweist. Der Dehnschaftbolzen 22 ist mit seinem dem Arbeitsende abgewandten Ende in der zentralen Bohrung durch Einschrauben in ein Innengewinde am Ende derselben befestigt und steht mit seinem anderen, arbeitsseitigen Ende, welches ebenfalls ein Aussengewinde trägt, aus der zentralen Bohrung des Metallstabs 21 hervor, wo er zusammen mit dem Innengewinde eines hutmutternförmigen Wechselteils 4 eine anspruchsgemässe erste Verschraubung 7 bildet. Um eine schädliche Torsionsbeanspruchung des Dehnschaftes 8 von vornherein auszuschliessen, ist zwischen Dehnschaftbolzen 22 und dem zylindrischen Metallstab 21 in einem Bereich direkt angrenzend an die erste Verschraubung 7 eine Passfeder 30 angeordnet, welche nach dem Einschrauben des Dehnschaftbolzens 22 in den zylindrischen Metallstab 21 durch axiales Einschieben in sich gegenüberliegende Passfedernuten 31, 32 im Gewinde des Dehnschaftbolzens 22 und in der Wandung der zentralen Sachlochbohrung installiert wurde. Das Wechselteil 4 ist hier durch Aufschrauben auf das Gewindeende des Dehnschaftbolzens 22 am zentralen Leiter 2 befestigt, wobei die dem Arbeitsende abgewandte Stirnseite 5 des Wechselteils 4, welche eine anspruchsgemässe Kontaktfläche 5 bildet; unter einer durch elastische Dehnung des Dehnschaftbolzens 22 hervorgerufenen Druckvorspannung axial an die Stirnseite 6 des zylindrischen Metallstabes 21 angrenzt, welche eine anspruchsgemässe Anschlagfläche 6 darstellt. Wie zuvor bereits angedeutet ist das Wechselteil 4 im vorliegenden Fall ähnlich einer Hutmutter aufgebaut, indem es einen sechskantigen Bereich mit drei Paaren von jeweils parallelen Spiegelflächen 12 zum Zusammenwirken mit einem Schraubenschlüssel aufweist und einen von diesem Bereich abstehenden Hut 3 mit der Form eines Rotationsparaboloiden, welcher die anspruchsgemässe Elektrodenspitze 3 darstellt. Ist diese Spitze 3 abgenutzt oder wird ein anderes Elektrodenmaterial gewünscht, kann dieses Wechselteil 4 problemlos mit einem Schraubenschlüssel demontiert und durch ein neues bzw. anderes ersetzt werden. Um eine gewünschte Druckvorspannung zwischen Kontaktfläche 5 und Anschlagfläche 6 sicherzustellen, wird das neu montierte Wechselteil 4 zweckmässigerweise mit einem Drehmomentschlüssel auf ein bestimmtes Drehmoment angezogen.
Fig. 5 zeigt das Arbeitsende einer vierten erfindungsgemässen Arbeitselektrode im Längsschnitt, welche sich von der in Fig. 4 gezeigten Arbeitselektrode im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Kontaktfläche 5 des Wechselteils 4 in einen umlaufenden radialen Wulst 14 ausläuft, welcher als Feldentlastung im Übergangsbereich zwischen dem Isolator 1 und dem zentralen Leiter 2 dient.
Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und auch in anderer Weise innerhalb des Umfangs der nun folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

Arbeitselektrode für eine elektrodynamische Fragmentierungsanlage, umfassend einen Isolatorkörper (1) mit einem zentralen Leiter (2), an dessen Arbeitsende eine Elektrodenspitze (3) angeordnet ist, welche von einem austauschbaren Wechselteil (4) gebildet ist, wobei das Wechselteil (4) mit einer Kontaktfläche (5) in axialer Richtung unter Druckvorspannung an eine Anschlagfläche (6) am Arbeitsende des zentralen Leiters (2) angrenzt und an seinem der Elektrodenspitze (3) abgewandten Ende mit dem zentralen Leiter (2) mit einer ersten Verschraubung (7) verschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselteil (4) zwischen der ersten Verschraubung (7) und der Kontaktfläche (5) und/oder der zentrale Leiter (2) zwischen der ersten Verschraubung (7) und der Anschlagfläche (6) einen Dehnungsbereich (8, 9) aufweist.
Arbeitselektrode nach Anspruch 1, wobei der Dehnungsbereich des Wechselteils und/oder des zentralen Leiters eine Länge von mindesten dem Zweifachen des Durchmessers der ersten Verschraubung (7) aufweist.
Arbeitselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Dehnungsbereich (8, 9) des Wechselteils und/oder des zentralen Leiters als Dehnschaft (8) ausgebildet ist, welcher insbesondere an einem Ende das Aussengewinde der ersten Verschraubung (7) bildet.
Arbeitselektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Dehnungsbereich (8, 9) des Wechselteils und/oder des zentralen Leiters als Dehnhülse (9) ausgebildet ist, welche insbesondere an einem Ende das Innengewinde der ersten Verschraubung (7) bildet.
Arbeitselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Wechselteil (4) einstückig ausgebildet ist.
Arbeitselektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Wechselteil (4) aus mehreren Bauteilen gebildet ist.
Arbeitselektrode nach Anspruch 6, wobei die Kontaktfläche (5) des Wechselteils (4) von einem Anschlagelement (10) gebildet ist, welches mit einem anderen Bauteil des Wechselteils (4), welches eine Paarungshälfte der ersten Verschraubung (7) bildet und einstückig mit der Elektrodenspitze (3) ausgebildet ist, eine zweite Verschraubung (11) bildet.
Arbeitselektrode nach Anspruch 7, wobei das Anschlagelement als Mutter (10), insbesondere als Sechskantmutter (10) oder Stirnlochmutter ausgebildet ist.
Arbeitselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Wechselteil (4) zwischen Elektrodenspitze (3) und Kontaktfläche (5) einen Bereich mit einem nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist, insbesondere zwei parallele Spiegelflächen (12), zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Einschraubwerkzeug, insbesondere mit einem Gabelschlüssel.
Arbeitselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Wechselteil (4) in einem Bereich angrenzend an seine Kontaktfläche (5) an seinem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst (14) aufweist.
Arbeitselektrode nach Anspruch 8 und nach Anspruch 10, wobei die Mutter (10) an ihrem dem zentralen Leiter (2) zugewandten Ende an ihrem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst (14) aufweist.
Arbeitselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Wechselteil (4) und dem zentralen Leiter (2) eine Dichtung (13), insbesondere ein O-Ring (13) angeordnet ist, zur Verhinderung eines Eindringens von Prozessflüssigkeit in einen zwischen diesen gebildeten Bereich, welcher der Befestigung des Wechselteils (4) am zentralen Leiter (2) dient.
Arbeitselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zentrale Leiter (2) im Bereich seines arbeitsseitigen Austritts aus dem Isolatorkörper (1) an seinem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst (14) aufweist.
Arbeitselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zentrale Leiter (2) im Bereich seines arbeitsendseitigen Austritts aus dem Isolatorkörper (1) einen Bereich mit einem nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist, insbesondere zwei parallele Spiegelflächen (12), zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Gabelschlüssel.
Arbeitselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zentrale Leiter (2) an seiner arbeitsendseitigen Stirnseite mindestens zwei Stirnlöcher (23) aufweist, zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Stirnlochschlüssel.
Arbeitselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenspitze (3) die Form einer Kugelkalotte oder eines Rotationsparaboloids aufweist.
Wechselteil (4) für eine Arbeitselektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend einen langgestreckten, elektrisch leitenden Grundkörper, welcher an seinem ersten Ende ein erstes Aussengewinde (15) trägt und an seinem anderen Ende in eine Elektrodenspitze (3) ausläuft, wobei zwischen Elektrodenspitze (3) und dem ersten Aussengwinde (15) ein zweites Aussengwinde (16) angeordnet ist, zum Eingreifen in ein entsprechendes Innengewinde eines Anschlagelements (10), und wobei der Grundkörper zwischen Elektrodenspitze (3) und dem zweiten Aussengewinde (16) einen nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist, insbesondere zwei parallele Spiegelflächen (12), zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Einschraubwerkzeug, insbesondere mit einem Gabelschlüssel, und zwischen dem ersten Aussengewinde (15) und dem zweiten Aussengewinde (16) einen Dehnschaft (8) aufweist, welcher insbesondere eine Länge von mindesten dem Zweifachen des Durchmessers des ersten Aussengewindes (15) aufweist.
Wechselteil (4) nach Anspruch 17, des Weiteren umfassend ein auf dem zweiten Aussengewinde (16) angeordnetes Anschlagelement (10), welches insbesondere mindestens zwei parallele Spiegelflächen (12) zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Gabelschlüssel aufweist.
Wechselteil (4) für eine Arbeitselektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend einen langgestreckten, elektrisch leitenden Grundkörper (4), welcher an einem Ende ein Innengewinde (17) trägt und an seinem anderen Ende in eine Elektrodenspitze (3) ausläuft, wobei zwischen Elektrodenspitze (3) und dem Innengewinde (17) eine Anschlagschulter (18) zum axialen Anschlagen an einer Anschlagfläche (6) am Arbeitsende eines das Wechselteil aufnehmenden zentralen Leiters (2) der Arbeitselektrode angeordnet ist, wobei der Grundkörper zwischen der Anschlagschulter (18) und der Elektrodenspitze (3) einen Bereich mit einem nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist, insbesondere mindestens zwei parallele Spiegelflächen (12), zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Einschraubwerkzeug, insbesondere mit einem Gabelschlüssel, und zwischen dem Innengewinde (17) und der Anschlagschulter (18) als Dehnhülse (9) ausgebildet ist, insbesondere über eine Länge die mindesten dem Zweifachen des Durchmessers des Innengewindes (17) entspricht.
Wechselteil (4) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einstückig ausgebildet ist.
Wechselteil (4) nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagschulter (18) von einem umlaufenden radialen Wulst (14) des Wechselteils (4) gebildet ist.
Verwendung der Arbeitselektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zum elektrodynamischen Fragmentieren von insbesondere schlecht leitendem Material, insbesondere von Beton oder Schlacke.