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Kombinierte Ultraschall-Magnet-Levitationsführung für den Einsatz in Werkzeugmaschinen

Kombinierte Ultraschall-Magnet-Levitationsführung für den Einsatz in Werkzeugmaschinen

Leaders:  Dr.-Ing. Jens Twiefel
Email:  twiefel@ids.uni-hannover.de
Team:  Dr.-Ing. Jens Twiefel (Piezo- und Ultraschalltechnik)
Year:  2019
Sponsors:  DFG

Bei der Squeeze-Film-Ultraschalllevitation wird die Kompressibilität der Luft zum Aufbau eines tragenden Luftpolsters genutzt. In Verbindung mit einer magnetischen Vorspannung und durch wiederholte Kompression und Entspannung der Luft entsteht in einem Luftspalt von 10-30 μm der tragende Luftfilm. Dabei ist die Tragkraft abhängig von der Schwingungsamplitude der eingesetzten Ultraschalltransducer. Durch Messung des Luftspalts und Regelung der Tragkraft entsteht ein aktives Lager, das auf Wechselbelastungen reagiert und somit die Position des gelagerten Objekts aktiv ausregelt.

Von besonderem Interesse ist hierbei die Untersuchung der Ultraschalllevitationstechnologie auf ihre Eignung für den Einsatz als Lagerkomponente in produktionstechnischen Maschinen. Dazu muss die Stabilität des tragenden Luftfilms sowie eine gewisse Levitationskraft gesichert sein. Im Zuge des von der DFG geförderten Projektes werden mit Hilfe von Computersimulationen des Spaltdrucks sowie anhand von umfangreichen experimentellen Untersuchungen am realen System die Betriebsbereiche dieser vielversprechenden Lagertechnologie ermittelt. Daneben werden die aktiven Positioniereigenschaften der Linearführung untersucht.

Hierbei beruht die Aufgabenstellung in einer Mehrfreiheitsgradregelung des Schlittens mit Hilfe von bidirektional wirkenden Ultraschall-Magnet- Levitationsaktoren. Diese Art der Aktorik kommt im Rahmen dieses Projektes zum ersten Mal zum Einsatz und bildet eine neuartige, berührungslose Lagertechnologie, die in einem gemeinsamen Patent beschrieben wird.