Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »Ultraschallschwinger«
Verfahren mit überlagerten Ultraschallschwingungen gewinnen in der Produktion immer stärker an Bedeutung. So sind diese Verfahren in der Lebensmittel- und Textilindustrie als Ultraschallschneid- und -schweißprozesse bereits seit langem etabliert. Sie verzeichnen auch bei zerspanenden Prozessen, etwa durch das Ultraschall-Drehen, starken Anwendungszuwachs. Die eingesetzten Schwingkörper werden jedoch immer komplexer. Die manuelle schwingungstechnische Auslegung im Hinblick auf definierte Schwingungsbewegungen durch einen Entwickler wird dadurch unwirtschaftlich oder sogar unmöglich. Zudem sind diese manuellen Auslegungsprozesse durch lange Nachbearbeitungszyklen belastet, da die Schwingkörper numerisch im Vorfeld nicht exakt beschrieben werden können.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes ersetzte das Fraunhofer IPT die zeitaufwändige manuelle Auslegung durch eine neue automatisierte, iterative Auslegungsmethodik. Diese erweitert das Anwendungsspektrum von Ultraschallschwingkörpern, indem gezielt auch komplexe Schwingungsmodi berechnet werden können. Außerdem wurde die bisher erforderliche spanende Nachbearbeitung auf ein Minimum reduziert.
Die Optimierung der komplexen Schwingkörper erfolgt mittels eines Evolutionsalgorithmus, der die Schwingungsformen anhand von Finite-Elemente-Berechnungen bewertet und die Schwingkörpergeometrie iterativ anpasst, um das vorgegebene Schwingverhalten zu erreichen.
Ablaufschema des Optimierungsalgorithmus
Das IGF-Vorhaben 17112 N der Forschungsgemeinschaft Ultrapräzisionstechnik e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.