Modellierung und Optimierung reibungsbasierter Ultraschall-Pulvertransportprozesse

Der Transport feiner Pulver mit in der Regel sehr hohen adhäsiven und kohäsiven Eigenschaften stellt für viele konventionelle Transportsysteme eine große Herausforderung dar. Durch die Anwendung von Ultraschallschwingungen können insbesondere die hohen adhäsiven Kontaktkräfte und damit auch die Reibungseigenschaften manipuliert werden. Ein neu entwickeltes Pulvertransportsystem nutzt 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 Reibungsmanipulation von Festkörpern und Pulvern sowie der Charakterisierung von Pulvern wird das Pulvertransportsystem auf Basis der Reibungsmanipulation inklusive der Leistungselektronik und der Ansteuerungshardware vorgestellt. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Anregungsparameter des Pulvertransportsystems ein großes Optimierungspotential aufweisen. Es wird ein effizientes, modulares Modell des Pulvertransportsystems vorgestellt, welches neben dem eigentlichen Modell des Transportprozesses ein Modell der Rohrschwingung und ein kennlinienbasiertes Modell des Pulver-Rohrkontakts beinhaltet. Mithilfe des Modells des Pulvertransportsystems werden Anregungsparameter hinsichtlich Amplituden und Frequenzen der auftretenden Schwingungen sowie der Schaltzeiten des Ultraschallpulses optimiert.