Methodische Auslegung von berührungslosen Handhabungssystemen mittels Leistungsultraschall
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die ultraschallbasierte berührungslose Handhabung ermöglicht die schonende Manipulation vieler hochempfindlicher Werkstücke. Sowohl bruch- als auch oberflächenempfindliche Bauteile, wie z. B. Wafer und Glasscheiben, lassen sich in der Produktion so schonend und energieeffizient handhaben. Obwohl zuvor die physikalischen Grundlagen dieser Technologie ausreichend bekannt waren, fehlte bisher eine grundlegende Auslegungsmethode, welche den industriellen Einsatz ermöglicht. Bisher erfolgte die Auslegung der Handhabungssysteme primär nach den Eigenschaften zugekaufter Ultraschallerzeuger, während die Anforderungen möglicher Handhabungsprozesse kaum berücksichtigt wurden. Im Rahmen des durchgeführten Forschungsprojekts wurde aus diesem Grund eine neue Methode entwickelt, welche die Prozessanforderungen fokussiert. Ausgehend von diesen wird das Handhabungssystem mithilfe von Simulationen komponentenweise ausgelegt und abschließend das Gesamtsystem abgestimmt. Zudem musste aufgrund der größeren Flexibilität der entstehenden Systeme eine neue, frequenzflexible Regelung erstellt werden. Um die einzelnen Schritte bei der Auslegung erfolgreich durchführen zu können, mussten verschiedene Probleme gelöst werden. So wurde beispielsweise erstmals eine Möglichkeit zur gezielten Auslegung von rechteckigen Plattensonotroden geschaffen, die simulative Auslegung von Verbundschwingern untersucht und der Einfluss der Schnittstellen betrachtet. Außerdem wurde eine vollkommen neue Strategie zur Regelung von Schwingungsformen entwickelt, welche in einer kaskadierten Regelung die Resonanzregelung überwacht und so den erfolgreichen Betrieb jedes ausgelegten Handhabungssystems sicherstellt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Iterative Coupling of Physicallybased and FEM Simulation. In: NAFEMS (Hrsg.): NAFEMS European Conference: Multiphysics Simulation. European Conference: Multiphysics Simulation. Frankfurt, 16.-17.10.2012, S. 88–91
Distel, F.; Hofmann, D.; Huang, H.; Reinhart, G.
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Auslegung einer Plattensonotrode für ultraschallbasierte Handhabungswerkzeuge mit einer CFD-FEM-Kopplung. In: NAFEMS (Hrsg.): Strömungsberechnungen (CFD) in der Systemsimulation. Bamberg, 12.-13.10.2013, S. 91–98
Locmelis, E.; Distel, D.; Reinhart, G.
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Automated Design and Optimization of Rectangular Plate Sonotrodes for Squeeze Film Levitation. International Conference on Vibration Problems 2013. Lissabon, 9.- 12.09.2013. Electronic Proceedings
Distel, F.; Reinhart, G.
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Automatisierte methodische Auslegung berührungsloser Handhabungssysteme. Konstruktion (2013) 4, S. 86–90
Distel, F.; Reinhart, G.
