Ultraschalltechnik

 

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Leistungsultraschall

Systeme der Ultraschalltechnik halten vermehrt Einzug in verschiedene Bereiche der Technik. Wir entwickeln Ultraschallsysteme, wie z.B. Ultraschallmesser (Video, 10 MB), Pulvertransport- oder Zerstäubungssysteme, ganzheitlich von der Konzeptphase über die Modellbildung und Simulation bis hin zu Aufbau und Erprobung von Prototypen. Unser Beitrag umfasst die Auslegung von Konvertern, die Entwicklung von Sonotroden, das Design der elektrischen Ansteuerung, die Optimierung von Prozessen und die Integration von Ultraschalleinheiten in Gesamtsysteme. Einen besonderen Schwerpunkt bildet dabei die Entwicklung, Analyse und Optimierung von Ultraschallsystemen für die Medizintechnik. Daneben beschäftigen wir uns mit der Entwicklung von Piezomotoren und Piezotransformatoren.

Entwicklung und Optimierung von Ultraschallkonvertern

DSC07519_cutPassend zur Ihrer Aufgabenstellung entwickeln wir Ultraschallkonverter zur Schwingungsanregung. Wir verwenden zur systematischen Auslegung und Optimierung von Konvertern analytische und numerische Berechnungsmodelle wie z.B. die Finite-Element-Methode (FEM), mit der wir das elektromechanische Verhalten und die Resonanzcharakteristik (inkl. Dämpfung) von Ultraschallwerkzeugen sehr realitätsnah abbilden können. Zur Durchführung von Machbarkeitsstudien und Funktionstests bauen wir  Prototypen kurzfristig selbst auf und können dabei auf umfangreiche Erfahrung beim Vorspannen und Kleben von Ultraschallkonvertern zurückgreifen. Für reproduzierbare Ergebnisse überwachen und dokumentieren wir beispielsweise durch elektromechanische Messungen den Vorspannprozess beim Aufbau von Ultraschallkonvertern. Für die messtechnische Beurteilung von Prototypen oder Serienprodukten steht uns darüber hinaus eine umfassende Prüfstandsumgebung zur Verfügung. Passend zur Ihrer Aufgabenstellung entwickeln wir Ultraschallkonverter zur Schwingungsanregung, neben Hochleistungskonvertern auch Hochfrequenzkonverter (bis ca. 500 kHz).

Ultraschall und Kavitation in FlüssigkeitenKavitation

Der Flüssigkeitsschall nimmt eine gewisse Sonderstellung in der Ultraschalltechnik
ein, da nur in Flüssigkeiten Kavitation auftritt. Kavitation (“Hohlraumbildung”) beschreibt die Entstehung, das Anwachsen und den Kollaps von dampf- oder gasgefüllten Bläschen in einer Flüssigkeit. Beim Kollaps der Bläschen entstehen lokal sehr hohe Drücke und Temperaturen sowie oberflächengerichtete Flüssigkeitsstrahlen (Micro-Jets). Ultraschallinduzierte Kavitation wird daher häufig zum Reinigen eingesetzt (Ultraschallreinigung). Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Sonochemie, wo Kavitation zum Auslösen oder zur Beeinflussung chemischer Prozesse eingesetzt wird. Zur Vorhersage von Kavitationszonen in Flüssigkeiten berechnen wir das vom Ultraschallwandler erzeugte Schallfeld mittels FEM. Zudem analysieren wir Ultraschallprozesse in Flüssigkeiten experimentell, bspw. durch Schallfeldmessungen und durch die Bestimmung von Kavitationszonen (Folientests, Sonolumineszenz, akustische Messungen). In unserem SHOWROOM finden Sie ein Beispiel für eine Sonolumineszenz-Messung.

Ultraschallakustik und Prozesstechnik

Im Bereich Ultraschallakustik untersuchen wir das Abstrahlverhalten von Ultraschallwandlern für Anwendungen in Luft und Wasser (z. B. ultraschallbasierte Abstandsmesssysteme,Ultraschallreinigung, Zerstäubung von Flüsigkeiten und Pulvern). Wir analysieren Wellenausbreitungen und Schallfelder modellbasiert und mittels innovativer messtechnischer Verfahren [W. Littmann, “Making Sound and Ultrasound Visible“, InFocus 1/2010]. Darauf aufbauend lassen sich die Ultraschallwandler gezielt optimieren, so dass sie die gewünschten Abstrahlcharakteristiken erhalten. Im Bereich der Prozess-/Verfahrenstechnik werden Eigenschaften von Substanzen durch Ultraschallschwingungen verändert. Ein Beispiel ist die Verbesserung der Fließfähigkeit thixotroper Pasten und Gele durch Ultraschall.

Ultraschallschneiden und Materialbearbeitung

SchneidenDie Überlagerung von Schwingungen beim Schneiden führt zu deutlich reduziertem Kraftaufwand in Vorschubrichtung. Erfolgt die Schwingungsüberlagerung mit Ultraschallfrequenz, so kann auf makroskopische Säge-Bewegungen verzichtet werden, und man erreicht eine höhere Präzision beim Schneiden. Das Anwendungsfeld für das Ultraschallschneiden ist sehr breit gefächert und umfasst unter anderem das Schneiden von Gummi, Kunststoffen, Lebensmitteln (auch im gefrorenen Zustand), Papier und Pappe, Textilien, Verbundwerkstoffen wie Carbon- und Glasfaserwerkstoffen (CFK, GFK), Hart- und Weichgewebe im Bereich der Medizintechnik. Schwingungsüberlagertes Bohren und Fräsen sind weitere Beispiele für die Vorteile der Schwingungsüberlagerung bei der Materialbearbeitung. Beispiele unserer Prototypen und Technologiedemonstratoren für das Ultraschallschneiden und die ultraschallunterstützte Materialbearbeitung finden Sie in unserem SHOWROOM.

Pulvermanipulation mittels Ultraschall

DispergierenBei der Handhabung von Pulvern und Feinstpulvern, beispielsweise in der Verfahrenstechnik oder der Pharmaindustrie, stoßen herkömmliche Systeme wie Rüttelförderer oder Schwingsiebe an Ihre Grenzen. Je geringer die Partikelgrößen (Nanotechnik, Nanopartikel) der Pulver sind, desto aufwendiger gestaltet sich deren Handhabung. Mittels Ultraschalltechnik lassen sich verschiedenste Pulver desagglomerieren, fördern, fluidisieren und dispergieren. Ein Anwendungsbeispiel unseres modularen Pulvermanipulationssystems finden Sie in unserem SHOWROOM.

Technologiedemonstratoren und Prototypen

Zum Nachweis der technischen Machbarkeit entwickeln, erproben und optimieren wir für unsere Auftraggeber Technologie-Demonstratoren und Funktionsprototypen. Auf Wunsch unserer Kunden begleiten wir die Entwicklung bis zum Erreichen der Serienreife bzw. bis zum Produktionsanlauf.

PatentAbo UltraschalltechnikDeckblatt_Patentabo

Mit dem PatentAbo erhalten Sie regelmäßig die wichtigsten Informationen über Ihr Technologiefeld übersichtlich zusammengestellt. Weitere Informationen und eine Beispielausgabe für den Bereich Ultraschalltechnik finden Sie hier.

 

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