用于强化产品表面的装置、方法以及其用途

1.一方面，本发明涉及一种通过伴随小射弹撞击的机械效应或通过伴随由金属箔的电蒸发致使的等离子体致使的冲击波撞击的机械效应来强化工件、特别是金属工件的表面的方法。本发明还包括一种用于执行该方法的装置。射弹的撞击会导致工件的表面层中产生塑性变形从而引入残余机械应力。这些致使最终产品的功能机械属性的显著改善。本发明的一般应用注定要用于工程生产，特别是在航空航天工业中，并且通常在制造例如受到疲劳断裂的威胁的机械高应力部件的地方。


背景技术：

2.已知众多技术程序和方法通过作用于尤其是由金属材料所制造工件的表面层来改善制造的产品的机械属性。这提高了表面的机械抗性、抗气蚀性、抗粘附性和耐腐蚀性。这些方法通常基于通过在表面以下引入合适水平的压缩残余应力以及其深度梯度来改变表面层中的应力的原理。此种表面强化方法例如是喷丸强化，其中撞击工件表面的射弹是加速钢球。该方法相当常用，但残余应力可达到的值和材料的影响深度并不大。因此，当今正在引入更先进的方法，诸如通过一定功率激光照射在液体覆盖的工件表面上生成的光线束的作用来进行表面强化。这种高功率光束的短时间辐射在工件表面上生成冲击和变形波，这致使材料进行强化。像这样的新技术在延长关键应力零件的使用寿命方面具有巨大的潜力，所述关键应力零件诸如飞机和火箭发动机、空间装置结构、蒸汽涡轮叶片、高性能泵叶轮、核反应堆容器等等。
3.上面提及的先进的激光技术虽然已经在工业中得到使用，但由于投资和运营成本非常高，阻碍了其更广泛的使用。这些花费在激光表面增强上的成本通常占整个产品价格的很大一部分。还有必要克服几个复杂问题，诸如需要对要处理的表面进行直接光学触及并且需要用一层液体覆盖它。


技术实现要素：

4.迄今为止已知的通过作用于工件表面来改善其机械属性的技术中所提及的问题通过根据本发明的以下方法来消除：强化射弹的撞击的工件的表面和相关联的残余应力引入表面层，其特征在于一种过程，其中由聚合物材料制成的特别是呈聚合物条带形式的射弹被定向到工件的表面并允许对其进行撞击，其中金属箔先前被施加到聚合物条带，并且通过电容器的放电引入电流脉冲，并且脉冲足够大，可熔化金属箔，使其蒸发，并且随后将其转变成膨胀的等离子体，这至少部分地通过其膨胀压力在对着被处理工件表面的方向上加速所述射弹。
5.根据本发明，实施根据本发明的过程也是有利的，其本质在于，由电流脉冲生成的等离子体，除了膨胀压力之外，还被由以下因素致使的电磁洛伦兹力加速：在所生成的磁场中，电流传递通过该等离子体。
6.根据本发明，实施根据本发明的过程也是有利的，其本质在于，射弹在工件表面的
方向上被引导通过喷嘴内的通道。
7.根据本发明，实施根据本发明的过程也是有利的，其本质在于，工件表面的强化在周期性重复的功能循环中进行，其中在每个循环开始时，特别是呈条带形式的聚合物物体在其长度方向上移位达桥之间的一个间隔距离，该桥之前在聚合物条带上的金属箔中形成并通过金属箔的局部变窄而产生，并且然后该条带的移动在循环的剩余时间内停止，以便通过放电产生等离子体。
8.特别地，使用根据本发明的装置来实施该方法是有利的，其本质在于，靠着工件的表面定位有特别是呈聚合物条带形式的聚合物物体的表面，在所述聚合物条带的背离工件表面的一侧上的表面上是带有桥的金属箔，并且该金属箔与两个电极电接触，一个是第一电极并且另一个是在它旁边、特别是在聚合物条带的长度方向上的第二电极，在第一电极与第二电极之间存在桥，并且其中两个电极中的每一个是电导体，具有第一导体的第一电极和具有第二导体的第二电极具有两个电容器电极板中的一个，其中所述两个电容器电极板位于电介质的相对两侧，并且这些导体连接起来，其中一个经由开关连接到高压源的输出。
9.在根据本发明的装置中实施该方法也是有利的，其本质在于，在工件表面与金属箔的相对部分之间，设置有一个喷嘴，其嘴部靠着工件的表面并且其内部通道靠着聚合物物体的表面，所述聚合物物体主要具有传递通过移位机构的活动部分的聚合物条带的形状。
10.在根据本发明的装置中实施该方法也是有利的，其本质在于，开关包括火花隙输入、火花隙输出以及它们之间的气隙。
11.在根据本发明的装置中实施该方法也是有利的，其本质在于，电导体的形状是扁平的，其宽度大于厚度。要将所需的机械应力传送到金属物体的表层，生成足以致使工件表面中的材料塑性变形的冲击波。为此，有必要达成非常高的压缩力。为此所需的能量首先在电容器中逐渐积累，在电容器放电之后，它会在几十纳秒内转移到由导电箔桥电离形成的等离子体。膨胀的等离子体将供应的能量转换成射弹的动能。因此，它靠着工件加速到每秒几公里的高速，并将大部分这种能量传递给工件。通常，需要处理更大的区域，并且这需要在计算机控制的过程中快速重复许多射弹撞击。
12.在图12至图14b中说明并在示例5和示例6中呈现的根据本发明的解决方案特别包括根据示例1至示例4的以下对实施方案的修改：
[0013]-开关一方面包括连接到第一导体的火花隙输入，且另一方面包括连接到同一导体的火花隙输出；此外，它们之间具有间隙，和/或-在工件的表面与金属箔的一部分之间，聚合物条带与工件表面直接接触，并且该聚合物条带与金属箔机械连接，传递通过移位装置的活动部分，和/或
[0014]-从电容器通向电极的电导体的形状是扁平的，其宽度大于厚度，这些电导体中的一个电导体就其本身而言同时是电容器电极板，而另一个导体被开关中断。
[0015]
所提出的解决方案的优点是工件表面不会被箔桥烧蚀产品污染，因为聚合物条保护它。可通过电路的电气参数来改变由等离子体膨胀引起的压力脉冲的长度，这与用一个冲击波增加处理区域的可能性一起允许层受到影响的深度更大。
[0016]
要将所需的机械应力引入金属物体的表层，电容器放电会生成足够强的冲击波，
以致使工件表面的材料发生塑性变形。为此，有必要达成非常高的压缩力。使这成为可能的能量首先在电容器中逐渐积累，并在其放电之后，在几十到几百纳秒的时间内传递到由导电箔桥电离形成的等离子体。膨胀的等离子体将所供应的能量的一部分转换成冲击波，该冲击波经由聚合物条直接馈送到工件，以使得不会像示例1至4中的实施方案那样形成塑料射弹。通常，需要对更大的区域进行处理，并且为此有必要在计算机控制的过程中快速重复许多冲击波对工件表面预选定区域的撞击。通过承载新箔桥的聚合物条带的机械移位和通过在电容器放电之前将其压靠在工件的选定位置进行固定来确保快速循环重复。
[0017]
由于无感电容器非常快速地放电到箔桥中，因此通过该桥的蒸发和电离形成等离子体。生成的等离子体通过其膨胀产生冲击波，该冲击波通过聚合物条带被引导进入工件表面，该表面与组件32、34、37和41直接接触。该冲击波致使工件表面层的塑性变形，并且因此在其中留下残余压缩应力。
[0018]
根据本发明，实施根据本发明的方法也是有利的，其本质在于，由电流脉冲生成的等离子体被额外俘获在工件与支撑体之间，并且因此等离子体膨胀压力增加。
[0019]
根据本发明，实施根据本发明的方法也是有利的，其本质在于，通过聚合物层使由电流脉冲生成的等离子体与工件和/或与支撑体隔离。
[0020]
根据本发明，实施根据本发明的方法也是有利的，其本质在于，以周期性重复的功能循环实施工件表面的强化，其中在每个循环开始时，组件32、34和37在其长度方向上移位达一个间隔距离，所述间隔距离在先前在聚合物条带上的金属箔中由其局部变窄形成而产生的桥之间，并且然后该条带的移动在循环的其余部分停止以通过放电实现等离子体形成。
附图说明
[0021]
附图示意性地示出了根据本发明的用于强化材料表面层的冲击波发生器的替代实施方案。另外，图5中还有说明图片。这说明了本发明中使用的洛伦兹力的空间方向。图1中示出的第一示例性实施方案在此主要用于阐明功能原理，并且因此为了简单起见，省略了对于该说明不是必需的一些细节。只有在图2、图3和图4的进一步说明中才是实际适用的布置。其他直接适用的实施方案一方面在图6、图7和图8中示出，而另一方面在图9、图10和图11中示出。
[0022]
在克服根据图6的解决方案的缺点中的一些的替代优选实施方案中，这些冲击波用于强化根据本发明的金属材料的表面层。这些是示意图，主要用于阐明该装置的设计示例的功能原理，并且因此为了清楚和简化，省略了对本说明不是必需的一些细节，例如用于处理工件表面的预选定位置的具有箔桥的聚合物条带和横移器的机械移位。
[0023]
为清楚起见，x轴线和y轴线的比例也不同，因为电容器和连接带线是用最大厚度为几十微米的箔层压的，这在附图中会非常混乱。
[0024]
图12示出了根据本发明的第一优选变型实施方案的装置的图解。
[0025]
图13示出了根据本发明的第二优选变型实施方案的装置的图解。
[0026]
图14a和图14b示出了设置有金属箔的聚合物条带的细节。
[0027]
图14a示出了具有金属箔71的聚合物条带32的构造。在这种情况下，条带总是在各个脉冲之间以桥34之间的间距在垂直于图12和图13中示出的平面的方向上移位。
[0028]
图14b示出了绝缘层37，其具有用于电极33和66的开口，保护支撑体41，这对于根据在示例5和示例6中进一步描述两个变型实施方案的装置的正确运行是必需的。在这种情况下，所有三个层都牢固地接合在一起，以使得具有桥34的金属箔71位于聚合物条带32的层与绝缘层37之间。
[0029]
图14a仅示出了具有桥34的两个金属箔片71以及它们在图14b中示出的绝缘层37中的对应开口。然而，在实践中，它将是具有大量带有桥34的金属箔片71的长条带。替代地，它可在纵向上布置，但然后使其在x轴线方向上的脉冲之间移动-图12和图13。
具体实施方式
[0030]
示例1
[0031]
在根据图1的简单实施方案的该示例中，在附图的上部有被强化的工件10的详细部分，而用于将所需残余应力施加到该工件10的表面层的装置本身在图1的下部示出。在该附图中，发射的射弹100的轨迹因此被竖直向上引导。该示例性实施方案中的装置的重要部件具有轴对称的圆形形状。它们在附图中绘制在传递通过对称轴线的竖直平面的区段中。实际上，这些部件彼此紧密接触，并在强化过程中牢固地连接在一起。然而，为了图1中的图示清楚起见，这些部件被绘制成相对于彼此竖直偏移，以使得在附图中可看到它们之间的气隙。从上到下看，这些部件首先是(a)喷嘴主体31的圆盘-原则上这不是必需的，但其使用改进了装置的功能参数。然后在喷嘴31下方插入(b)聚合物条带32，其形状可能不同，但在这种情况下，它也具有与喷嘴主体31的形状基本相同的圆盘形状。在底部，(c)支撑体41优选地也是圆盘形状。
[0032]
金属箔71从下方邻接聚合物条带32。它搁置在底部上，所述底部具有两个电极，即第一电极33和第二电极66。两者都安装在支撑体41中。为了引导和加速所形成的射弹100，喷嘴31在其对称轴线方向的中间具有通孔。它被定向成其上端被靠在被强化的工件10的表面上。与在其通孔中具有圆形入口的其他常规喷嘴不同，此处喷嘴主体31在该孔的下边缘的入口处具有锐边93。金属箔71可以呈具有恒定宽度和厚度的扁平条带的形式，但优选地它在两个电极33与66之间具有局部变窄。该装置的功能由该图1右下部分中绘制的电路来确保。特别地，存在由已知方法制作的高压源83，并且还存在开关84，该开关在已知的实施方案中通常制作用于切换大电流和高电压。来自高压源83的电流通过第一导体44传导到第一电极33。相反，来自高压源83的第二端子的电流相似地通过第二导体46从开关84传导到第二电极66。
[0033]
通过闭合开关84，在两个电极33与66之间施加高电压。然而，电路被金属箔71短路。这致使高强度电流在短时间内流过电路。通过欧姆加热，金属箔71首先在极短的时间内熔化，并且然后立即蒸发。随后，由这些金属蒸气形成等离子体。等离子体膨胀并且同时向上抵靠喷嘴31在聚合物条带32上施加高压缩力。聚合物条带32的中心部分被锐边93切掉并且只有这部分向上延伸。如此成形为圆盘的切掉部分被推动通过喷嘴31中的通孔。然后它像射弹100一样从顶部的该开口飞出，撞击工件10的表面并在其中产生冲击波，引起期望的变形，并留下残余应力。
[0034]
示例2
[0035]
根据图1的简单第一实施方案主要意在解释在根据本发明的装置中产生射弹100
的基本原理。它适于在实际工程生产中使用，例如，如图2、图3和图4中所指示。
[0036]
如图1中所示，在图2的顶部也有被强化的工件10的一部分，而用于形成射弹100的实际装置在附图的底部。它以快速连续的方式执行周期性地重复生成和许多相继生成的射弹100的加速。在该实施方案中，除了基本的温度膨胀之外，还对经加速的等离子体产生了额外的力效应。最后，同样在该示例性实施方案中，电路适于在给定的供应电能水平下达成极高的短期电输出。
[0037]
在这种布置中，经形成并加速的射弹100因此被重复发射，以使得它们逐渐向上离开喷嘴31。喷嘴31不是必需的，但它改进了飞行射弹100的加速和方向，因为它将电荷载流子集中在等离子体中并防止它们逃逸到侧面。如图1中所示，对于射弹100的这种引导和加速，喷嘴31在中间具有开口，用于经发射的射弹100的通过和加速。为了快速重复生成射弹100，为射弹100供应材料的聚合物条带32从左侧进入装置。其上侧紧密邻接喷嘴31的下侧。还存在薄金属箔71，如图1中所示。在这种情况下，它牢固地连接到聚合物条带32的下侧。它通过气相沉积、压制或相似的已知技术直接形成在聚合物条带32的下侧。在图3顶部绘制的实际聚合物条带32沿其整个长度具有恒定的宽度和厚度。相比之下，如图3的下部所示，该金属箔71在周期性重复的纵向距离处局部变窄成桥34。这可在聚合物条带32上实施，例如经由通过合适形状的掩模真空沉积蒸发材料或通过蚀刻掉图案的不需要的部分。还如图3中所示，金属箔71留在各个桥34之间，其全宽等于聚合物条带32的宽度，以形成足够大的接触表面27，在所述接触表面上：第一电极33搁置在桥34的一侧上，并且在其旁边特别是在聚合物条带32的行进方向上，第二电极66邻接。
[0038]
两个电极以机械方式而非电气方式连接到固定支撑体41，以使得即使在装置操作时它们也保持不动。它们从支撑体41的上表面略微突出，并且因此在功能循环的初始状态下与金属箔71电接触。聚合物条带32很长，因为它必须包含形成许多连续形成的射弹100的材料。因此，要节省空间，其上形成有金属箔71的该聚合物条带32被缠绕成螺旋状，如图2的左侧部分所示。该螺旋状在装置期间逐渐旋转并展开。聚合物条带32传递通过的移位装置35用于引起该移动。它以公知的布置中的一种方式实施。而且，在这种情况下，在所供应的聚合物条带32下方存在支撑体41，该支撑体牢固地连接到整个装置的固定部分。聚合物条带32由非导电材料制成，所述材料诸如双轴定向的pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或聚酰亚胺(kapton)。与附接的或直接形成的金属箔71一起，聚合物条带32在条带的长度方向上以对应于两个电极33、66之间的距离的步长逐渐移动。图2中示出的电导体44、46通过形成在支撑体41中的开口通向电极33、66。它们是第一导体44和第二导体46，两者都设置有非常有效的电绝缘体85，因为对其提出了极高的要求。它必须是具有极高介电强度的材料，因为该过程涉及高电压和两个导体44、46之间的非常小的距离。必须确保仅在成对相邻电极之间生成等离子体。两个电极33、66略高于支撑体41的上表面突出，以确保它们与所供应的金属箔71的接触表面27电接触。在它们的相对端，这些导体通向电容器50的箔53。在此，电容器用于在重复的功能循环中的每个的短时间内存储在每个循环结束时使用的电能，以生成等离子体，并且然后生成射弹100。要存储该能量，电容器50在每个循环的初始阶段期间从高压源83充电。在这种情况下，高压源83是相对复杂但通常已知的电气装置。
[0039]
在这种情况下，对电路的重要要求是所有电路部件的极低电感。其值越低，电容器50的放电持续时间越短，并且供应给桥34的瞬时最大电功率的值越高。这些主要是由设计
抑制的可能的寄生电感的三个部件。一方面，它的一部分可能存在于电容器50中，因为电容器50通常不是为要求极低电感而设计的。此外，即电极33和66的引线电感的分量。有必要的是，引线必须尽可能短且扁平，并且它们之间的距离最小。最后，在电容器50的输出端要求电开关84中存在的部件通过其关闭等离子体爆炸过程90来起动。因此，将电容器50和到电极33和66的导体44、46两者制造得尽可能平坦，并且在它们之间具有尽可能小的电介质厚度是极其有利的。图2示出了一种布置，其中以开关84设计为火花隙的方式解决了开关过程中的低电感问题。当电容器被充电时，电流根本不会传递通过该火花隙。它的两个部分，即火花隙输入80和火花隙输入81通过空气或另一种合适的介电气体彼此分离。只有当火花隙80的输入端和火花隙81的输入端之间的电压差超过空气的电气强度值时，才会随着电流的通过而确立非常短期的电连接。因此，火花隙基本上起自动操作开关84的作用。替代地，火花隙可由辅助电极控制并由高压脉冲切换。
[0040]
至于所需的电容器的极低电感值，是通过其不寻常的布置来达成的。它是在两侧设置有电容器板53的平面薄介电板52。
[0041]
形成等离子体的桥34的金属材料可能是铜、铝或金，由于所需的量少，根本不存在成本问题。合适地，桥34的表面密度与形成射弹100的聚合物条带32的表面密度相当。因此，确保了动量的有效传递。
[0042]
支撑体41扮演重要作用，它可能具有相对较薄的板的特性。它用于捕获反冲并防止等离子体在与工件10相对的方向上膨胀。支撑体41的存在提高了能量传递到射弹100的效率。因为箔桥34的厚度很小，通常从个位数到几十微米，所以就等离子体泄漏而言，支撑体41的表面与聚合物条带32之间的侧间隙可忽略不计。
[0043]
喷嘴31也可由高分子材料制成，但其使用寿命很短，并且必须经常更换，例如可在每个功能循环之后将与所供应的聚合物条带32上的金属箔71的桥34一起形成的新喷嘴31插入到装置中。然而，如果喷嘴31要具有较长的使用寿命而不需要频繁更换，则它必须由具有高密度和韧性的陶瓷材料制成。二氧化锆材料是特别合适的。然而，如果电容器50很好地适于由桥34形成的电载荷，从装置的能量效率的角度来看，这也是合乎需要的，则可能够用金属制作喷嘴31，因为电容器50的放电发生得如此之快以至于聚合物条带32在电流脉冲结束之前不会断裂。用于构造金属喷嘴31的合适材料具有高熔点、高密度和高硬度。钨和钼是特别合适的。如果使用冷却剂流通过内部冷却通道冷却，则合乎需要的是该材料也具有高导热性。
[0044]
要提高工件10在更大表面区域上的属性，工件必须在各个功能循环之间以小步长移动，即在每个功能循环开始时，由横移器61移动所述工件。新强化的位置始终在喷嘴31的嘴部之前，以使得从喷嘴31飞出的射弹100依次击中工件表面10的确定位置。
[0045]
要解释产生射弹并引起其移动的正在进行的过程，图4示出了所述装置的中心部分的放大视图，其中当前发生爆炸90。相似地，对于先前的附图，被强化的工件10的一部分在顶部示出，而用于向该工件10的表面层施加所需应力的装置本身在附图的底部。电导体44、46被示出为具有通向电极33和66的绝缘体85。
[0046]
在图2、图3和图4中示出的根据本发明的用于强化工件10表面上的层的冲击波发生器的该示例性实施方案按照由射弹100的撞击引起机械应力的原理操作。这些是通过由桥34形成的等离子体的膨胀生成和加速的，该桥是金属箔71的变窄形式。当就在操作循环
之前或即将结束时，来自电容器的放电在火花隙输入80与火花隙输出81之间传递，该电流还在位于两个电极33与66之间的位置处传递通过金属箔71。由于电桥34的低电阻和带电电容器50上的高电压，该电流具有大约千安培的强度。极端电阻加热至多在桥34不仅熔化而且还立即蒸发的温度下发生。最终，当金属蒸气原子失去其一些电子时，它被电离。
[0047]
所有这些都是由来自电容器50的强短期电流脉冲的作用致使的，该电流脉冲传递通过经由电极33、66连接到电路的桥34。这在同样长的周期性重复功能循环中重复实施。在每个循环开始时，在其电介质52相对两侧的两个电容器板53之间没有电压。响应于前一循环的放电的移位装置35开始移动聚合物条带32并在其长度方向上逐渐将其移位达等于电极33、66之间的距离的距离并且同时也是桥34之间的距离。在这个新位置，然后固定条带。这必须是桥34位于第一电极33与第二电极66之间的位置，这两个电极都在桥34的相对端处与金属箔71导电接触。开关84在每个周期开始时闭合，并且电流从高压源83流过它。同时，横移器61将工件10移动到合适的位置，在该位置它在剩余的操作循环中也保持静止。然而，电流不传递通过电极33和66，因为它们的电路被火花隙输入80与火花隙输出81之间的气隙中断。电容器50由高压电源83充电，并且这反映在位于其电介质52相对两侧的电容器板53之间的电压逐渐增加。当火花隙输入80与火花隙输出81之间的火花隙处的电压差超过空气的电气强度值时，操作循环的这部分终止。据说具有3mv/m的值。这意味着在火花隙输入80与火花隙输出81之间的间隙为0.7mm时，当电容器50中的电压通常达到2kv至5kv时可预期放电。电容器50可具有μf单位量级的容量，以使得在持续约50ns的放电下，可将数十mw量级的功率传递到等离子体，而供应的能量仅为焦耳单位量级。
[0048]
由于流动电流的高强度，在导体44、46周围生成强磁场。其磁场力线大致呈圆形，彼此相对地定向，如图4的右下部分中所示。在第一电极33与第二电极66之间形成的电弧30周围也形成了相似的力线。由此，很大的力作用在导体中的电子上，如此定向以使得导体彼此远离移动。两个金属导体44、46因此以足够的强度储备紧固在装置中。然而，该分离力也作用于在两个电极33、66之间形成的电弧30中的电荷载流子上。这些电荷载流子通过作用在它们上的力被推到聚合物条带32的切掉部分上，从而加之由爆炸90致使的膨胀被压入喷嘴31中的通孔中。由这些力引起的移动是合乎需要的，因为在喷嘴31内它使射弹100朝向工件10的表面加速。
[0049]
在每次爆炸90之后，聚合物条带32由移位装置35移动，因此在喷嘴31下方总是有新的桥34。整个过程因此可快速重复，并且因此可在短时间内处理工件10的大表面。对于高重复率，则有必要确保不仅对喷嘴31而且对支撑体41和火花隙或其他开关元件(诸如，级联的igbt晶体管)的适当冷却。聚合物条带32可通过通常可用的柔性印刷电路板制造技术来制造。形成射弹100的部分通过利用在喷嘴31中的孔的入口边缘上形成的锐边93进行切割而分离。聚合物材料的边缘残余物作为聚合物废料91从装置中排出，其可回收。
[0050]
解释性图片
[0051]
图5主要示出了根据本发明的装置的示意图，但与示例性实施方案相比，图5的目的不是示出装置的各个部件的实际形状。目标是说明装置操作期间生成的力的解释。具体地，它描述了用于生成洛伦兹力的原理，该力作用于等离子体并将其加速到喷嘴31。在图5的右侧，为简单起见，喷嘴31未作为整体绘制，而是仅绘制了喷嘴31中的轴向孔即用于将等离子体引导到工件10的孔的轮廓。在图5的右侧，指示了完全扁平设计的电容器50。选择它
是因为它的电感极低。在图5的中间，示意性地示出了从电容器50通向第一电极33的第一导体44和从电容器50通向第二电极66的第二导体46。在两个电极33和66上方传递在下侧上设置有金属箔71的聚合物条带32。第二导体46被由火花隙输入80和火花隙输出81组成的火花隙中断。
[0052]
所使用的实施方案中的电容器50是介电层52，该介电层在其两个平坦侧面(即，如图5中上方和下方所示)上设置有板53。两个导体，即第一导体44和第二导体46，都连接到这些电容器板53，每个导体与电容器板中的一个连接。一旦通过火花隙从电容器发生放电，不仅在导体44、46中，而且在由桥34的材料形成的等离子体中产生电荷载流子的移动。在那里，从第一电极33引导到第二电极66的电荷载流子形成电弧30。两个导体44和46以很大的力相互排斥，并且因此必须紧固以防止它们彼此远离移动。为了进一步解释，从图5中的该弧线30中选择一个点，然后将电磁效应矢量绘制到该点。与电弧30中的电荷载流子的移动相切，在选定点绘制电流矢量21。根据法拉第定律，在这个电流矢量21周围会产生磁场。在此，该磁场23的感应场线具有近似圆形的形状。
[0053]
该监测点处的磁场22的强度由垂直于电流矢量21的另一个矢量表示。两个相互垂直的矢量21和22确定洛伦兹力20。它在给定点处的矢量垂直于前两个矢量，并且因此在图5中指向上方。这意味着洛伦兹力20在该向上(即进入喷嘴31)方向上排斥电弧30中的电荷载流子。由于高电流强度，这是对加速射弹100的总力的非常重要的力贡献。
[0054]
示例3
[0055]
前面描述的图示主要是解释问题，因为作用效果代表了难以在二维图像中描绘的空间复杂关系。因此，在这些先前的附图中有必要进行重大简化。然而，在这些解释之后，现在可描述第三实施方案，如图6、图7和图8中所示。该示例原则上描述了已实现或可实现的实施方案。它们的特征在于在产生和发射射弹100方面提供了良好的效率。为此目的，需要进行几种修改，特别是那些导致电路中的电感绝对最小的修改，因此缩短放电的持续时间。这导致瞬时电功率的最大可达成值。合乎需要的是使所有导体平坦，且它们之间的电介质高度最小。同时，在一方面电容器50与另一方面聚合物条带32和活动桥34之间具有最小长度的最短可能导体44和46也是合乎需要的。由于电容器50直接是射弹100的发生器的组成部分这一事实，因此在这种情况下现在达成了该第二小距离因数。
[0056]
在图6中以穿过竖直平面的截面示出示例性实施方案。部件的取向与先前实施方案中的相同，即，工件10在顶部，喷嘴31在其下方并且支撑体41在最底部。喷嘴31下方有狭缝，聚合物条带32与经沉积的金属箔71一起通过该狭缝。然而，在这种布置中，聚合物条带32在垂直于投影平面的方向上以不同的方式移动通过该槽，如图5中所示。在同一实施方案的另一附图中，即，在图7中，示出了射弹100的发生器的三个导电金属部件的透视图，其示出了聚合物条带32的移动方向和位置。
[0057]
然后，图8示出了具有经沉积金属箔71的聚合物条带32的实施方案。在该示例性实施方案中，聚合物条带32具有不同的取向，在这种情况下是由金属箔71的收缩形成的桥34的垂直取向。没有绘制电介质52，否则会使整个装置的显示由于其空间上非常复杂的布置而变得非常复杂。
[0058]
根据图6，作为射弹100的发生器的一部分的电容器50由恒定厚度的电介质层52形成，在附图的左侧不仅到达喷嘴开口31下方，而且甚至向左更远在支撑体41上方的边缘下
方。基本上，电介质52具有矩形形状，其通过形成火花隙输入80的小突起而复杂化。电介质52的上侧的金属箔71到达该间隙入口。在形成火花隙80的输入的该突起的对面，存在由气隙分离的同样宽的短金属突起。它由介电板52的成形突起固持在适当位置。虽然该短突起只是小的制作零件，但它执行两个任务。一方面，它是火花隙输出81，同时其远离电容器50的部分具有第二电极66的功能。在介电层52的下侧还有金属板53，它也具有几个功能。除了在电容器50中积累电荷的作用外，它还具有作为通向第一电极33的第一导体44的功能。聚合物条带32在两个电极33和66上方在电介质52的两侧的上方延伸。如图8中所示，对应的点形成金属箔71上的接触表面区域27。在聚合物条带32的宽度方向上彼此相邻的两个接触表面区域27总是经由桥34导电互连。
[0059]
射弹100的发生器和加速器的功能与结合图2描述的实施方案的不同之处仅在于布置，其中通过移位装置35使聚合物带32在其长度方向上移动，而电弧30在每个功能循环结束时在聚合物条带32的宽度方向上点燃，因此横向于其长度。这就是为什么聚合物条带32必须相当宽，这会导致一定的复杂性。
[0060]
示例4
[0061]
在最后的第四个描述的实施方案中，如图9、图10和图11中所示，所达成的聚合物条带32的宽度比图8中示出的布置中必不可少的宽度小。通过金属箔71的元件的斜交布置来达成较窄的尺寸，如图9中所示。这些元件，即由桥34互连的接触表面区域27，必须被成形为使得通过其圆形边缘在桥34中的每一个周围有足够的自由表面28，如图9中所示。该自由区域28的原因是从桥传递到周围区域的热的强度。然而，足够大的接触区域27必须保持在两个电极33和66中的每一个之上。
[0062]
下面的图10和图11然后示出了在金属箔71的各部分的斜交实施方案中电容器50的电容器板53、导体44、46和电极33、66的布置。图10和图11中的两种情况基本相同，并且彼此仅在不同的视角不同。图10的取向与上述图7中示出的布置非常相似。而且，此处没有绘制电介质52，因为它会使整个装置的图像非常复杂。没有绘制具有较小宽度的聚合物条带32，以与图7中相同的方式引导所述聚合物条带。在图10中，在第一电极33与第二电极66之间绘制了通过的电弧30。示出了洛伦兹力20如何通过从第一导体44中的电子电流推动电荷载流子的力来提升作用在这些载流子上的电弧30，所述第一导体因此也是斜交布置的。
[0063]
示例5
[0064]
图12中示出的第一变型实施方案中的装置，其中工件10在上部被指示为与聚合物条带32紧密接触，所述聚合物条带意在将工件与高压电路电隔离并保护工件避免由箔桥的蒸发和聚合物条带32的一部分的烧蚀致使的产物污染。用于制作聚合物条带32的特别合适的材料是聚酰亚胺，其厚度至多为25微米就足够了。然而，胶水不适合用于将其连接到箔桥上，因为额外的胶水层不必要地吸收了冲击波的部分能量。在桥34的位置处变窄的金属箔71通过接触表面27与电极33和66直接接触。金属箔71和聚合物条带32的形状如图14a中所示。图14b示出了绝缘层37中用于电极33和66的开口。
[0065]
电极33和66传递通过在第二绝缘层37中制作的孔，这将爆炸的桥与支撑体41隔离并因此保护它免受等离子体烧蚀。第二绝缘层37还能够使支撑板41由导电金属材料制成。用于制作第二绝缘层37的材料也可以是聚酰亚胺，但可有利地使用更便宜和更厚的材料，例如bi-pet，所述材料可通过胶合与聚合物条带32和箔71连接。在此，金属箔71于支撑板41
之间的较厚层是有利的，因为它保护了支撑板41。用于支撑板41的合适材料例如是钼，该材料具有高度的耐磨性，并且还是电极33和66的合适材料，以使得支撑板41和电极33可制成为单个部件。由引线80和81形成的火花隙额外配备了辅助触发电极86，该电极在选定时刻由高压开关脉冲控制，并允许火花隙在低于自击穿放电电压的电压下操作，如在现有技术实施方案中那样。这使得可能够通过调整电容器的电压来设置所需的放电能量并借助于辅助触发电极86触发火花隙。
[0066]
示例6
[0067]
图13中示出的第二变型实施方案中的装置，其中工件10在上部同样被示出为与聚合物条带32紧密接触，所述聚合物条带意在将工件与高压电路电隔离并保护工件避免由箔桥的蒸发和聚合物条带32的一部分的烧蚀致使的产物污染，如在第一变型实施方案的示例中那样。
[0068]
然而，为了图示清楚起见，在图13中，这些部件被绘制成相对于彼此竖直偏移，以使得在附图中它们之间存在间隙。
[0069]
该功能与示例1的实施方案中描述的功能相似，但是火花隙被转移到相对侧并且其输入81整体连接到支撑板41和电极66作为一个(例如，通过钎焊)。它支持实现更好的冷却，并且同时火花隙不会约束对工件10的接近。由于工作电流传递通过支撑板41并在短时间内在其上出现高压，因此有必要以电绝缘方式对其进行安装。保护膜54保护带状线的电介质免受火花隙电极的烧毁，并且因此显著增加其使用寿命。合适的材料是聚酰亚胺、聚四氟乙烯或云母片。火花隙80和81可在常压下在空气中操作，但为了增加电极和绝缘体的使用寿命，非常方便的是将其充入氮气，以防止电极氧化和形成臭氧，这会破坏聚合物部分。通过增加工作气体压力，可能够进一步减小给定击穿电压的电极间间隙距离并减小火花隙的寄生电感。
[0070]
工业利用
[0071]
本发明特别适用于机械工程，特别是在航空航天工业中，并且通常在生产机械高应力部件的地方，其用于通过伴随小射弹撞击的机械效应来强化工件的表面，特别是金属表面，当射弹的撞击致使工件表面层发生塑性变形并引入残余机械应力时，这会致使最终产品的功能机械属性显著改善，特别是提高了表面的机械抗性、抗气蚀性、抗粘附性和耐腐蚀性。
[0072]
附图标记列表
[0073]
10 工件
[0074]
20 洛伦兹力
[0075]
21 电流
[0076]
22 磁场强度
[0077]
23 磁感应场线
[0078]
27 接触区域
[0079]
28 自由区域
[0080]
30 电弧
[0081]
31 喷嘴
[0082]
32 聚合物条带
[0083]
33 第一电极
[0084]
34 桥
[0085]
35 移位机构
[0086]
37 绝缘层
[0087]
41 支撑体
[0088]
44 第一导体
[0089]
46 第二导体
[0090]
50 电容器
[0091]
52 电介质
[0092]
53 电容器板
[0093]
54 保护膜
[0094]
61 横移器
[0095]
66 第二电极
[0096]
71 金属箔
[0097]
80 火花隙输入
[0098]
81 火花隙输出
[0099]
82 寄生电感
[0100]
83 高压源
[0101]
84 开关
[0102]
85 绝缘体
[0103]
86 辅助触发电极
[0104]
90 爆炸
[0105]
91 聚合物废料
[0106]
93 锐边
[0107]
100 射弹