Ultraschallschneiden / Ultraschallbearbeitung Ultraschallmesser, Sonotroden, Materialbearbeitung mittels Ultraschall Ultraschallschneiden Die Überlagerung von Schwingungen beim Schneiden führt zu deutlich reduziertem Kraftaufwand in Vorschubrichtung. Erfolgt die Schwingungsüberlagerung mit Ultraschallfrequenz, so kann auf makroskopische SägeBewegungen verzichtet werden, und man erreicht eine höhere Präzision beim Schneiden. Zudem führen die Vibrationen zu einer Reduzierung der Reibung zwischen Klinge und Schneidgut, wodurch sich ein leichtgängiges Schneidgefühl einstellt; eventuelle Anhaftungen des Scheidgutes an der Klinge werden, ähnlich wie bei Kreisklingen, reduziert. Da die überlagerte Vibration bidirektional erfolgt, wird die Deformation des Schneidgutes beträchtlich reduziert. Dadurch bringt das Ultraschallschneiden weitere Vorteile wie eine hohe Qualität der erzeugten Schnittkanten ohne Ausbrüche oder – risse, und es besteht bei bestimmten Materialien die Möglichkeit des simultanen Versiegelns der Schnittkanten. 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. schallmesser daher auf die Eigenschaften des Schneidgutes optimal abgestimmt sein. Zudem sind das Handling des Schneidsystems sowie dessen Integration in industrielle Anlagen wichtige Gesichtspunkte in der Auslegungsphase. Die ATHENA Technologie Beratung GmbH besitzt Expertise und jahrelange Erfahrung in der modellbasierten Auslegung, dem Aufbau und der Erprobung piezoelektrischer Ultraschallkonverter und Sonotroden. Ausgehend von den Anforderungen der Applikation nutzen wir unser ATHENA-Simulationsprogramm UltraToolSim und die Finite Elemente Methode (FEM) zur Dimensionierung Optimierung und Ausgestaltung von Ultraschallsystemen. Gern unterstützten wir Sie beim Aufbau Ihres Schneidsystems. Aufbau von Prototypen Für die Erprobung der Ultraschallschneidtechnologie bauen wir kurzfristig Funktionsprototypen auf und erproben diese. Dies ermöglicht es in einer frühen Phase des Projektes Aussagen über das Potenzial der Technologie zu treffen. Ein Beispiel ist unsere patentierte ATHENASonotrode, eine innovative Klinge für das Ultraschallschneiden, die eine gleichmäßige Amplitudenverteilung mit Schwingungsrichtung parallel zur Schnittkante aufweist (Bild 3). Für dieses Sonotrodenkonzept sind wir auf der Suche nach Lizenznehmern, die in ihren jeweiligen Anwendungsfeldern Produktentwicklungen anstreben. Bild 1: Beispiele für Materialproben, welche mit den bei der ATHENA Technologie Beratung GmbH vorhandenen Prototypen geschnitten wurden Auslegung und Aufbau anwendungsspezifischer Ultraschall-Schneidsysteme Ultraschallmesser und –schneidsysteme bestehen in der Regel aus piezoelektrischen Ultraschallwandlern zur Erzeugung der Schwingungen und speziellen Sonotroden oder Klingen als Schnittstelle zum Prozess. Die Bandbreite an Eigenschaften zu schneidender Materialien bedingt, dass sich Schneidsysteme nicht für alle Materialien gleichermaßen eignen. Um ein möglichst gutes Schneidergebnis zu erzielen, muss das Ultra- Bild 2: Handgeführter Prototyp mit ATHENA-Sonotrode mit Anwendungsbeispiel „Zerschneiden eines Telefonbuchs“ Messtechnische Analyse von Ultraschallsystemen Zur experimentellen Analyse der Leistungsfähigkeit von Ultraschall(schneid)systemen setzen wir moderne Messtechnik wie Laser-Vibrometer ein. Damit führen wir Betriebsschwingungsanalysen durch und nutzen die Informationen zum Modellabgleich und zur experimentellen Optimierung der Systeme. Bild 4: Durch reine Ultraschall-Axialschwingungen ohne Rotation in eine Eierschale gebohrte Löcher. Bild 3: Beispiel einer Laser-Scanning-VibrometerMessung an einem handgeführten UltraschallmesserPrototypen Beim Ultraschallschneiden kommt es zwischen Leerlaufbetrieb und Schneidprozess zu deutlichen Lastwechseln für das System. Eine effiziente, robuste Regelung der elektrischen Signale ist daher notwendige Voraussetzung für den stabilen Betrieb von UltraschallSchneidsystemen. Die Ansteuerung des Schneidsystems muss in der Lage sein auf kurzfristige Lastwechsel zu reagieren. Die Technologie des Ultraschallschneidens selbst erfahren Die bei der ATHENA Technologie Beratung GmbH vorhandenen Ultraschallmesser-Prototypen bieten Ihnen die Möglichkeit, das Potenzial des Ultraschallschneidens für Ihren Anwendungsbereich kurzfristig und unkompliziert zu bewerten. Senden Sie uns nach Absprache Ihre Materialproben zu oder vereinbaren Sie einen Termin für einen Laborbesuch. In einem halben Tag kommt man erfahrungsgemäß schon zu sehr guten Potenzialeinschätzungen! Ultraschallbearbeitung / Ultraschallbohren Während in früherer Zeit unter Ultraschallbearbeitung Prozesse verstanden wurden, bei denen eine Schleifmittel-Suspension unter dem schwingenden Ultraschallwerkzeug für den eigentlichen Materialabtrag gesorgt hat, rücken heutzutage Prozesse in den Vordergrund, bei denen harte und spröde Werkstoffe allein durch die Vibration geschädigt werden („Mikrostoß-Bohren“) oder bei denen ein rotierendes Werkzeug zusätzlich in Axialrichtung zu Ultraschall-Resonanzschwingungen angeregt wird. !NEU! Piezokeramiken mit Elektroden erhalten Sie in unserer Piezothek: http://shop.myathena.de !NEU! Kontakt Peter Bornmann, Technische Entwicklung der ATHENA Technologie Beratung GmbH ATHENA Technologie Beratung GmbH Technologiepark 13 33100 Paderborn Tel.: +49-52 51-3 90 65 61 Fax: +49-52 51-3 90 65 63 E-Mail: [email protected] http://www.myATHENA.de
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