Experimentelle und modellbasierte Untersuchung von Stehwellenantrieben

Stehwellenantriebe werden seit einigen Jahren als Alternative zu elektromagnetischen Antrieben untersucht. Dabei eignen sie sich vor allem für Stellaufgaben im kleinen und mittleren Leistungsbereich. Obwohl diese Antriebe schon seit Jahren untersucht und auch eingesetzt werden, sind noch einige grundlegende Fragen zum Antriebsprinzip ungeklärt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Beantwortung dieser Fragen für piezoelektrische Stehwellenmotoren. Zu diesem Zweck wird in experimentellen Untersuchungen die Bewegungsbahn des Stößels während des Antriebsvorgangs ermittelt. Neben den experimentellen Untersuchungen liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit in der modellbasierten Beschreibung von Stehwellenmotoren, wobei die Modellierung in drei Abstraktionsstufen durchgeführt wird. Zunächst wird mit einem Minimalmodell das reibungsbasierte Antriebsprinzip untersucht. Im zweiten Bereich wird die Rückwirkung des Kontaktvorgangs auf die Strukturschwingung des Ultraschallschwingers untersucht. Abschließend wird ein elektromechanisches Gesamtmodell des Antriebs erstellt, welches sowohl die Strukturschwingungen als auch den Antriebsprozess mit abbildet.