Piezoelektrische, resonant betriebene Ultraschall-Leistungswandler mit nichtlinearen mechanischen Randbedingungen:
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Paderborn
HNI
2003
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| Schriftenreihe: | HNI-Verlagsschriftenreihe
124 |
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| adam_text | Titel: Piezoelektrische, resonant betriebene Ultraschall-Leistungswandler mit nichtlinearen mechanischen Ra
Autor: Littmann, Walter
Jahr: 2003
Inhalt
1 Einleitung 11
2 Wirkungen von Ultraschall bei der Materialbearbeitung 13
2.1 Allgemeines 13
2.2 Wirkung von Ultraschall auf Werkstoffeigenschaften 15
2.3 Wirkung von Ultraschall auf Kontaktvorgänge 17
2.4 Ultraschallbasierte Verbindungsverfahren 18
2.4.1 Ultraschallschweißen von Metallen und Drahtbonden 19
2.4.2 Flip-Chip Bonden mit Ultraschall 21
2.5 Ultraschallunterstützte Bearbeitung duktiler Werkstoffe 21
2.5.1 Ultraschallunterstütztes Drehen 22
2.5.2 Ultraschallbohren mit geometrisch bestimmter Schneide 24
2.6 Prozesse zur Ultraschallbearbeitung spröder Werkstoffe 26
2.6.1 Ultraschallbohren und-fräsen spröder Materialien 29
2.6.2 Ultraschallschleifen 32
2.6.3 Ultraschallschneiden 34
2.7 Prozesse mit hoch- und niederfrequenter Schwingungsüberlagerung 34
2.8 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 38
3 Charakterisierung unbelasteter Longitudinalschwinger 41
3.1 Das Gesamtsystem: Grundfunktionen und Halbwellensynthese 41
3.2 Analyse des piezoelektrischen Anregekonverters 44
3.2.1 Messung von Admittanzen 45
3.2.2 Frequenzgänge des Anregekonverters 48
3.2.3 Ersatzschaltbild eines piezoelektrischen Schallwandlers 50
3.2.4 Parameteridentifikation für das Ersatzschaltbild 51
3.2.5 Ersatzparameter für den Konverter 54
3.3 Transformationsstücke zur Steigerung der Amplitude 57
3.3.1 Modellbildung und elektromechanisches Ersatzschaltbild 58
3.3.2 Praktische Ausführung von Amplitudentransformatoren 63
3.3.3 Transformationsstufe mit radialem Querschnittsübergang 64
3.3.4 Experimentelle Untersuchungen an Transformationsstücken 69
3.3.5 Festigkeitsnachweis in Transformationsstücken 71
4 Charakterisierung von Longitudinalschwingern mit Belastung 73
4.1 Wirkung einer durch eine Feder und einen Dämpfer modellierten Last 73
4.1.1 Frequenzgänge mit Last 73
4.1.2 Identifikation der Lastparameter durch Messungen in Resonanz 75
4.2 Kontaktmodell 76
4.3 Optimierung 81
4.3.1 Energiefluss in Ultraschallwandlern 82
4.3.2 Wirkungsgrad am Ersatzschaltbild 83
4.3.3 Bestimmung des Wirkungsgrades durch Messungen in Resonanz 85
4.3.4 Lastanpassung durch Amplitudentransformation 86
4.4 Resonante Anregung piezoelektrischer Longitudinalschwinger 88
4.4.1 Konzepte für die elektrische Ansteuerung 88
4.4.2 Parallelabstimmung von Schallwandlern 89
4.4.3 Adaptiver Phasenregler für resonanten Betrieb 91
4.5 Experimentelle Untersuchungen 93
4.6 Praktische Anwendungen von Messungen unter Belastung 98
5 Entwicklung eines zylindrischen Ultraschallwerkzeugs 99
5.1 Anforderungen an das Ultraschallwerkzeug 99
5.2 Biegeplatte zur Anregung von Zylindern mit großem Durchmesser 101
5.2.1 Theoretische Untersuchung von Kreisplatten 102
5.2.2 Experimentelle Analyse von Kreisplatten 104
5.3 Zylinderschwingungen 106
5.3.1 Modalanalyse 106
5.3.2 Dimensionierung von Zylindern 113
5.4 Experimentelle Untersuchungen 114
5.4.1 Frequenzgang und Ersatzparameter 114
5.4.2 Messung der Schwingungsform: Auslenkung in axialer Richtung 117
5.4.3 Messung der Schwingungsform: Auslenkung in radialer Richtung 118
5.4.4 Schwingungsverhalten bei Belastung 120
5.5 Biegeplatte als Amplitudentransformator 126
5.5.1 Modellbildung und Dimensionierung abgesetzter Platten 126
5.5.2 Experimentelle Untersuchungen 131
6 Zusammenfassung 135
Literaturverzeichnis 137
Lebenslauf 143
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