Untersuchung der Erzeugung von Hochgeschwindigkeits-Feststoffstrahlen aus Wassereis über spontane Phasenumwandlung von Wasser (I) in Wasser (s) bei Düsenaustritt durch Druck- und Temperaturführung

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Stand der Technik innerhalb der Wasserstrahltechnologie ist die Bearbeitung von harten Werkstoffen (Metall, Keramik, Kunststoffe, etc.) mit zum Wasserstrahl hinzugesetzten Abrasivmitteln. Für viele Anwendungszwecke, u. a. in der Medizin, ist dieses Abrasivmittel (i. A: Granatsand) jedoch nicht geeignet, andererseits hat der reine Wasserstrahl auch bei hohen Drücken bis 400 MPa nur ungenügende Schneidleistungen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll Wassereis als alternatives Abrasivmittel untersucht werden, wobei das Eis durch eine kontrollierte Phasenumwandlung direkt im Schneidstrahl entstehen soll: Das Wasser wird bei 200 MPa Druck im Liquidus-Gebiet seines Phasendiagramms auf ca. -20 °C abgekühlt, zur Düse gefördert und dort auf Umgebungsdruck entspannt und beschleunigt. Es tritt eine spontane Phasenumwandlung ein, wodurch ein Eisstrahl mit einer Geschwindigkeit von ca. Mach 2 generiert wird. Die abrasiven Eigenschaften dieses Eisstrahls sollen experimentell untersucht und das Gesamtsystem modelliert werden.