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Piezoelektrische Ultraschallantriebe

Piezoelektrische Ultraschallantriebe

Led by:  Dr.-Ing. Jens Twiefel
E-Mail:  twiefel@ids.uni-hannover.de
Year:  2019

Piezoelektrische Antriebe bestehen aus einem Stator und einem Rotor. Hierbei bezeichnet der Stator ein ortsfestes und der Rotor ein bewegtes Teil, unabhängig davon, ob es sich um einen rotatorischen oder translatorischen Antrieb handelt. Der Stator wird zu hochfrequenten Strukurschwingungen angeregt, sodass sich die Oberflächenpunkte auf elliptischen Trajektorien bewegen. Wird nun der Rotor gegen den Stator gepresst, wird er von diesen elliptischen Bewegungen mitgezogen. Der Vortrieb beruht auf den reibkraftschlüssigen Prozessen im Kontakt zwischen den beiden Körpern. Zeit- und ortsabhängig kommt es dabei zum Haften, Gleiten und Separieren der Kontaktpartner.

Bei den Antrieben unterscheidet man zwischen Steh- und Wanderwellenmotoren. Stehwellenantriebe erzeugen die elliptische Trajektorie des Stators durch die gezielte Überlagerung von zwei Stehwellen bzw. Eigenschwingungsformen. Abbildung 26 zeigt einen rotatorischen Stehwellenmotor. Im Gegensatz dazu wird bei den Wanderwellenmotoren die elliptische Trajektorie durch eine möglichst ideal fortschreitende Welle erzeugt. Für bestimmte Geometrien kann man dies durch die Überlagerung von zwei Stehwellen erreichen, die einen räumlichen und zeitlichen Versatz zueinander aufweisen. Aber auch die Kombination von Schwingungsquelle, Wellenleiter und Absorber ist möglich.

Das Institut für Dynamik und Schwingungen befasst sich seit vielen Jahren mit der grundlegenden Untersuchung von Stehwellen- und Wanderwellenmotoren. Ein Fokus liegt auf der Integration dieser vielversprechenden Antriebstechnik in neue Anwendungsfelder, um auch dort von den Vorteilen wie

• geräuschloser Betrieb
• hohe Positioniergenauigkeit
• gutes Start-Stopp-Verhalten
• große Haltekraft ohne Energieversorgung

zu profitieren. Hierfür werden sowohl theoretische, modellbasierte Untersuchungen durchgeführt sowie Prototypen experimentell charakterisiert und validiert.