Reduktion der Losbrechkraft im Pneumatikzylinder unter Nutzung von Ultraschallschwingungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jens Twiefel; Professor Dr.-Ing. Jörg Wallaschek
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280032959

Pneumatische Zylinder sind für viele Applikationen interessant, in denen ein sanftes und genaues Anfahren erforderlich ist. Bedingt durch die hohen Haftkräfte zwischen Kolben und Dichtung sowie der einhergehenden hohen Losbrechkräfte kann dies bisher nicht in ausreichender Weise erreicht werden. Eine zufriedenstellende Lösung dieses Problems ist auch mit den bisher untersuchten Lösungsansätzen nicht möglich sondern wird bestenfalls durch die Einbringung negativer Nebeneffekte erkauft. Eine alternative, neuartige Technologie zur Losbrechkraftreduktion stellt die Überlagerung der Prozessbewegung mit hochfrequentem Ultraschall dar. In ersten Vorversuchen am Institut für Dynamik und Schwingungen konnte gezeigt werde, dass dieser Ansatz ein vielversprechendes Lösungskonzept zur Verbesserung des Betriebsverhaltens von Pneumatikzylindern ist. Im Rahmen des hier beantragten Forschungsprojektes soll, aufbauend auf diesen eigenen Vorversuchen und Erkenntnissen sowie auf den Forschungsarbeiten anderer Wissenschaftler, die Losbrechkraftreduktion bei Pneumatikzylindern durch Ultraschallüberlagerung gezeigt und validiert werden. Das primäre Ziel ist hierbei ein grundlegender quantifizierter Nachweis der technischen Nutzbarkeit. Dieser wird durch experimentelle Untersuchungen sowie modellbasierter Beschreibung der Kontaktmechanik unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften und Merkmale von Dichtung und Ultraschallschwingung erarbeitet. Hieraus werden Hinweise für die Auslegung von Reibungsreduktionssystemen mit Metall-Kunststoffkontakt abgeleitet und in einer Auslegungsrichtlinie zusammengefasst. Im abschließenden Arbeitspaket wird diese Richtline an einem Aufbau validiert. Zur Valedierung dieser Richtlinie wird ein funktionstüchtiger ultraschallunterstützter Pneumatikzylinder aufgebaut, mit dem zusätzlich der Effekt der Reibungsreduktion in Pneumatikzylindern praxisnah veranschaulicht werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen