Die physikalische Grundlage der elektrodynamischen Fragmentierung ist die Induzierung eines gepulsten Hochspannungsdurchschlags durch einen Festkörper. Dabei entsteht ein dünner Plasmakanal mit hoher Energiedichte. Wird in dem Kanal eine Energie von 10-100 Joule/cm in wenigen Mikrosekunden deponiert, führt dies zu Temperaturen um 104 K und zu Drücken von bis zu 1010 Pa. Der ursprünglich nur 10-50 µm breite Kanal expandiert und sendet Stoßwellen in das umgebende Material. Durch diese Stoßwellen und durch radial propagierende Risse können Einschlüsse aus einer Matrix herausgelöst oder das Material an Grenzflächen aufgetrennt werden.
Damit die Hochspannungsentladung durch den Festkörper erfolgt, muss dieser von einer dielektrischen Flüssigkeit mit höherer Durchschlagfeldstärke umgeben sein. Für steile Spannungsanstiege ist Wasser eine geeignete Flüssigkeit, da seine Durchbruchfeldstärke unter diesen Bedingungen größer ist als die der meisten Festkörper.
Die selektive Zerstörung an Grenzflächen, Korngrenzen und Inhomogenitäten bildet die Grundlage für zahlreiche Anwendungen der elektrodynamischen Fragmentierung (FRANKA-Verfahren). Im Rahmen des Programms UMWELT wurde das Potenzial des FRANKA-Verfahrens für das Recycling von Beton auf hohem Qualitätsniveau (Separation in Kieselsteine, Sand und Zementmehl), für die Metallabtrennung und die Schwermetallimmobilisierung von Schlacken aus Müllverbrennungsanlagen, den verbesserten Aufschluss von Mineralien, das Bohren in Felsgestein und das kontaminationsarme Mahlen untersucht.
Für diese Arbeiten wurden mehrere FRANKA-Anlagen mit unterschiedlichen Pulsparametern und für Durchsätze von bis zu 1 t/h entwickelt und aufgebaut. Die meisten dieser Anwendungen wurden in enger Kooperation mit Industriepartnern durchgeführt. (FRANKA-0, FRANKA-Stein)
Bohrungen in hartem Felsgestein (Granit) mit großem Durchmesser sind zum Gründen von Hochhäusern auf Betonpfählen vielerorts erforderlich. Bisher für diesen Zweck eingesetzte Bohrwerkzeuge sind verschleißanfällig und teuer. Ihr Ersatz durch ein relativ verschleißarmes elektrodynamisches Bohrwerkzeug erscheint daher attraktiv. Für grundlegende Experimente zum Abtragen von Oberflächen und zum Bohren in Felsgestein wurde die Anlage FRANKA-xyz entwickelt. In dieser Anlage kann ein Hochspannungspulsgenerator in allen Richtungen über dem in einem Wasserbecken gelagerten Objekt bewegt werden. In Abtragversuchen mit automatischem Vorschub an großen Betonblöcken wurde bisher eine Abtragrate von ca. 900 kg/h erreicht.
