Details

Autor(en) / Beteiligte

• Mracek, Maik
• Wallaschek, Jörg
• Gausemeier, Jürgen

Titel

Untersuchung des dynamischen Verhaltens gekoppelter piezoelektrischer Ultraschallmotoren mit Stoßkontakt

Ist Teil von

• HNI-Verlagsschriftenreihe : 297 (Alle Bände)

Ort / Verlag

Paderborn : Heinz-Nixdorf-Inst., Univ. Paderborn

Erscheinungsjahr

2011

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Beschreibungen/Notizen

• Paderborn, Univ., Diss., 2010
• ger: Hauptursache für die eingeschränkten Einsatzgebiete von piezoelektrischen Linearmotoren ist ihr begrenztes Leistungsvermögen. Die Arbeit beschreibt einen Ansatz, durch Bündelung einzelner Motoren einen starken Gesamtantrieb zu entwickeln. Das Betriebsverhalten von piezoelektrischen Ultraschallsystemen wird sehr stark von äußeren Einflüssen und von Parameterstreuungen der Systemkomponenten bestimmt. Im Idealfall sollte sich die Vorschubkraft der einzelnen Motoren zur Vorschubkraft des gesamten Antriebs addieren und die Leerlaufgeschwindigkeit der einzelnen Motoren gleich der des Gesamtantriebs sein. Aber auf Grund unvermeidlicher Parameterstreuungen und infolge von schwer modellierbaren Wechselwirkungen ist die Vorhersage der Gesamteigenschaften komplizierter und benötigt daher eine genauere Modellbildung. Nach einer Einführung werden die Grundlagen, chronologische Entwicklung des Forschungsgebiets, Funktionsprinzipien und Leistungsgrenzen zu piezoelektrischen Ultraschallantrieben erläutert. Mathematische Ersatzmodelle zur Beschreibung der Kontaktvorgänge werden vorgestellt und nach Komplexität geordnet.Daran schließt sich die Entwicklung eines allgemeinen Kontaktmodells für Mikrostoßantriebe an. Mit diesem Modell wird sowohl ein Einzelantrieb als auch mehrere, gekoppelte Antriebe modelliert und das Systemverhalten beschrieben.Im nächsten Schritt werden verschiedene Ansteuerstrategien entwickelt und mit Hilfe des Modells analysiert. Zur experimentellen Untersuchung der Kopplung von einzelnen Motoren wurde ein Prüfstand aufgebaut, dergenaue Messungen im Leistungsbereich der verwendeten Motoren ermöglicht. Eine Gegenüberstellung der experimentellen Ergebnisse zu den Simulationsergebnissen rundet diesen Teil ab. Die Arbeit schließt mit einer Bewertung der Ergebnisse und einem Ausblick auf zukünftige Forschungsfelder.
• eng: The main reason for the limited range of applications of piezoelectric linear motors is their small force and power range. This thesis presents an approach to achieve drives with higher power by bundling multiple motors. But in this case many other questions arise: The electromechanical behaviour of the individual motors differs slightly due to manufacturing and assembly tolerances. The individual motor characteristics are strongly dependent on the driving parameters (frequency, voltage, temperature, pre-stress, etc.). In the most simple case, the thrust of single motors should simply add up to the total thrust of the drive and the no-load velocity should be the same for single motors and for the total drive. But due to the variations of motor parameters, mentioned above, the composition of the overall characteristics is difficult and needs a proper modelling.In the first part basic principles of linear piezoelectric ultrasonic motors will be given. This part ends with the description of a novel miniaturized ultrasonic linear motor with a very simple mechanical structure, which can be produced at low cost. The characteristics and performance limits of this motor will be illustrated.An overview of the fundamentals of contact processes follows, and a simplified contact model for the complex ultrasonic micro-impact process is derived. This contact model was succesfully implemented in a motor model to predict the driving behaviour of single motors and a set of coupled motors.Finally driving strategies for a single motor as well as for a bundle of motors will be presented. The investigated strategies have been analyzed theoretically and were tested experimentally on a test rig. The thesis closes with an evaluation of the results and an outlook on further developments.