Forschungsprojekte der Arbeitsgruppe »Piezo- und Ultraschalltechnik«

Piezo- und Ultraschalltechnik

• Taktile Displays für Virtual-Reality-Anwendungen

  Jeder Büro- oder Heimcomputer kann Grafik und Sound in einer Qualität darstellen, die kaum einer Verbesserung bedarf. Haptische Eindrücke hingegen beschränken sich in der Regel nur auf die Konturen von Tastatur und Maus. Im Rahmen eines von der DFG geförderten Projektes entwickelt das IDS in Zusammenarbeit mit dem Institut für Mikroproduktionstechnik und dem Welfenlab ein taktiles Display, das ein Ertasten von unterschiedlichen virtuellen Oberflächenstrukturen wie Textilien, Leder, Holz und Kunststoff ermöglichen soll.

  Leitung: Dr.-Ing. Jenns Twiefel

  Jahr: 2019

  Förderung: DFG
• Reibungsreduktion im Pneumatikdichtkontakt

  Pneumatikzylinder finden ihre Anwendung in vielseitigen Stellaufgaben technischer Systeme. Im Zuge erhöhter Wirtschaftlichkeit und Prozessqualität wird, neben dem Erreichen von Endpositionen, die exakte Einhaltung bestimmter Weg-Zeit Profile gefordert. Dies wird durch das Nachschwingen des Kolbens bei Überwindung der zwischen Dichtung und den beweglichen Zylinderteilen bestehenden Haftreibkräften verhindert. Im Rahmen dieses DFG-Projektes wird der Effekt der Reibungsreduktion durch Ultraschall im Metall-Elastomer Kontakt untersucht.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Team: Dr.-Ing. Jens Twiefel (Piezo- und Ultraschalltechnik)

  Jahr: 2019

  Förderung: DFG
• Auswirkung von Ultraschallschwingungen auf die inkrementelle Blechumformung

  Durch Einsatz von Ultraschallschwingungen in der inkrementellen Blechumformung kann eine Reduzierung der Umformkraft erreicht werden. Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung der Auswirkungen von Ultraschallschwingungen auf den Umformprozess sowie die grundsätzliche Erfoschung der Vorgänge, auf denen der sog. akusto-elastische Effekt beruht.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Jahr: 2019
• Kombinierte Ultraschall-Magnet-Levitationsführung für den Einsatz in Werkzeugmaschinen

  Aufgrund zunehmender Miniaturisierung gewinnen aerodynamische und aerostatische Luftlager zunehmend an Bedeutung. Die Einsatzgebiete erstrecken sich von Mikro-Turbomaschinen bis hin zu Präzisionsanwendungen. Geringe Reibung und Verschleißfreiheit sind die dominierenden Vorteile dieser Lager. Von Nachteil ist die mangelnde Fähigkeit zur Aufnahme mechanischer Wechsellasten. Dieses Problem können aktive Ultraschalllager beheben.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Team: Dr.-Ing. Jens Twiefel (Piezo- und Ultraschalltechnik)

  Jahr: 2019

  Förderung: DFG
• Ultraschallunterstütztes Laserstrahlschweißen

  Im Teilprojekt A3 des von der DFG geförderten Sonderforschungsbereichs 1153 "Tailored Forming" wird in Zusammenarbeit mit dem Laserzentrum Hannover e.V. untersucht, wie beim Laserstrahlfügen von gleichartigen (Stahl-Stahl) und artfremden Mischverbindungen (Stahl-Edelstahl) eine Ultraschallanregung des Schmelzbades den Fügeprozess beeinflusst und damit die Umformbarkeit des Mischverbunds verbessert bzw. generell erst ermöglicht.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Team: M. Sc. Christian Nowroth (Piezo- und Ultraschalltechnik)

  Jahr: 2019

  Förderung: DFG
• Mechanisms of Ultrasonic Wire Bonding

  This project thoroughly investigates the mechanisms of ultrasonic wire bonding, including the contact and friction behavior at the two interfaces, the oxide removal process and microweld formation at the bonding interface, and energy flows. A better understanding on the underlying mechanisms leads to a better control and enhancement of the bonding process. The project is funded by German Research Foundation.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Jahr: 2019
• Molecular Dynamics Simulation of Ultrasonic Joining Mechanisms

  The influence of ultrasonic vibration on microweld formation and breakage, interdiffusion as well as other mechanisms stays unclear. Experimental investigation on these mechanisms is either extremely difficult or very costly. Since these mechanisms occur at atomic level, molecular dynamics simulation becomes a proper and powerful method to investigate these mechanisms. Significant impact of ultrasonic vibration on these mechanisms are revealed.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Jahr: 2019
• Potentiale des Ultraschalleinsatzes beim Niedertemperatursintern

  Das Niedertemperatursintern ist aufgrund des Umstiegs von fossilen Brennstoffen in der Energiegewinnung und in der Mobilität von hoher Relevanz. Windkraftanlangen und Fahrzeuge für die Elektromobilität übernehmen immer mehr Aufgaben. Somit steigen die Anforderungen an die Elektronik im Hinblick auf die thermische und elektrische Wärmeabfuhr. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, müssen bestehen Verfahren weiter verbessert werden. In diesen Untersuchungen wird die Wirkung von Ultraschall auf den Prozess erforscht.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Team: Dr.-Ing. Jens Twiefel (Piezo- und Ultraschalltechnik)

  Jahr: 2019
• Sonomechatronik

  Im Gebiet der Sonochemie existieren zahlreiche Prozesse, die durch die Wirkung von Ultraschall unterstützt oder erst ermöglicht werden. Hierbei wird akustische Kavitation eingesetzt. Am IDS werden unterschiedliche mechanische und elektronische Komponenten zur Erzeugung und Detektion von Kavitation erforscht und entwickelt. Ein aktuell untersuchtes Konzept zur Regelung der Kavitationsintensität wird hier vorgestellt. Die Verbindung von Sonochemie mit den Konzepten der Mechatronik nennen wir Sonomechatronik.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Jahr: 2019
• Material-Verfestigung durch Ultraschall-Kavitation

  Material-Verfestigung, auch Peening genannt, durch Ultraschall-Kavitation ist ein Verfahren zur mechanischen Oberflächenbehandlung. Durch das Kollabieren von Kavitationsblasen werden auf die zu behandelnde Oberfläche hohe Druckstöße ausgeübt und damit ihre Festigkeit erhöht. In diesem Projekt soll untersucht werden, wie sich Kavitationsfelder in kleinen Spalten ausbreiten. Ziel ist den Zusammenhang zwischen Betriebsparametern, wie Schwingungsamplitude und Arbeitsabstand, und der erreichbaren Material-Verfestigung zu erforschen.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Jahr: 2019
• Piezoelektrische Ultraschallantriebe

  Die fortschreitende Automatisierung und Technisierung stellt kontinuierlich höhere Anforderungen an die verwendeten Antriebskomponenten. Die Systeme sollen immer genauer und gleichzeitig energieeffizienter arbeiten, ohne an Dynamik einzubüßen. Speziell in hochpräzisen Klein- und Kleinstantrieben sind piezoelektrische Schwingungsantriebe eine vielversprechende Alternative zu konventionellen elektromagnetischen oder elektrodynamischen Antrieben.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Jahr: 2019
• Titansonotrode (TiAl6V4) aus dem 3D-Drucker

  Mittels Lasersinter 3D-Druck ist es mittlerweile möglich, komplexe Geometrien, mit dem aus der Luftfahrtindustrie bekannten Hochleistungswerkstoff Titan Grade 5 (TiAl6V4), herzustellen. Im Institut für Dynamik und Schwingungen wurden Schwingeigenschaften und Erwärmung einer 3D-gedruckten Ultraschallsonotrode und einer CNC-gefrästen Vergleichssonotrode untersucht und verglichen. Hierzu wurden die charakteristischen Ersatzparameter des äquivalenten elektro-mechanischen Ersatzsystems, als auch die Sonotrodenerwärmung im Betrieb untersucht.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Jahr: 2019
• Hochdynamische Regelung von Ultraschallwandlern

  Resonante Ultraschallaktoren besitzen ein breites Spektrum an Einsatzgebieten. Die Ultraschallenergie kann genutzt werden, um Prozesse wie Ultraschallschweißen oder Bonden zu realisieren oder Prozesse wie ultraschallunterstütztes Drehen oder Bohren zu beschleunigen und die Prozesseffizienz zu steigern. Im Verlauf solcher Prozesse ändern sich die auf einen Ultraschallwandler einwirkenden Prozessgrößen. Hieraus ergeben sich hohe Anforderungen an die Regelung und Signalverarbeitung.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Jahr: 2019
• Luft gekoppelte zerstörungsfreie Ultraschallprüfung

  Holzplattenwerkstoffe sind omnipräsent, ob als Möbel oder Baumaterial. Um die Qualität zu gewährleisten müssen Hersteller diese zerstörungsfrei prüfen. Denn Fehler können dazu führen, dass der geliebte Sessel zusammenbricht oder im schlimmsten Fall ein Gebäude einstürzt. Im Rahmen eines von der AIF geförderten Projektes entwickelt die Fagus-GreCon Greten GmbH & Co.KG in Zusammenarbeit mit dem IDS die nächste Generation an Verfahren diese zerstörungsfrei mit Luft gekoppelten Ultraschall zu prüfen und Qualitätsmängel bildlich darzustellen.

  Leitung: Dr.-Ing. Jens Twiefel

  Jahr: 2019

  Förderung: AIF
• Rückstandsfreie Restentleerung von Mischanlagen durch den Einsatz von Ultraschallschwingungen

  Das Ziel des Projektes ist es Partikelrückstände, die nach der Entleerung von Mischanlagen zurückbleiben, rückstandsfrei zu entfernen. Hierzu wird der Einsatz von Ultraschallschwingungen untersucht. Durch die Schwingungen der Oberflächen in den Mischanlagen aufgrund der Ultraschallanregung kommt es zu einer komplexen Wechselwirkung zwischen Partikeln und Oberflächen, wodurch die Partikelrückstände besser abfließen.

  Leitung: Jens Twiefel

  Team: Willi Ron (Piezo- un Ultraschalltechnologie)

  Jahr: 2023

  Förderung: „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)

  Laufzeit: 09/2021-08/2024