Modellierung und Optimierung reibungsbasierter Ultraschall-Pulvertransportprozesse

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Der Transport feiner Pulver mit hohen adhäsiven und kohäsiven Eigenschaften stellt eine Herausforderung für konventionelle Transportsysteme dar. Ultraschallschwingungen ermöglichen es, die hohen adhäsiven Kontaktkräfte und die Reibungseigenschaften zu manipulieren. Ein neu entwickeltes Pulvertransportsystem nutzt diese Ultraschallschwingungen, um die effektiven Tangentialkräfte im Pulver-Rohrkontakt zu reduzieren. Durch den koordinierten Einsatz von Ultraschallpulsen während einer niederfrequenten harmonischen Axialschwingung des Transportrohres wird ein kontinuierlicher Pulvertransport ermöglicht. Nach einer Einführung in die Grundlagen der Reibung und der Reibungsmanipulation sowie der Charakterisierung von Pulvern wird das System vorgestellt, das auf Reibungsmanipulation basiert, einschließlich der Leistungselektronik und Ansteuerungshardware. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Anregungsparameter des Systems ein großes Optimierungspotential bieten. Es wird ein effizientes, modulares Modell des Systems präsentiert, das das Transportprozessmodell, ein Modell der Rohrschwingung und ein kennlinienbasiertes Modell des Pulver-Rohrkontakts umfasst. Mithilfe dieses Modells werden die Anregungsparameter hinsichtlich Amplituden, Frequenzen der Schwingungen und Schaltzeiten des Ultraschallpulses optimiert.