Modellierung und Analyse von Wanderwellen in Hohlzylindern beim Ultraschall-Wanderwellentransport von Schüttgütern

Das Prinzip der Schüttgutförderung mittels Ultraschall-Wanderwellen ist bereits seit Anfang der 1990er-Jahre bekannt. Trotz allem sind einige Fragestellungen, die in diesem Zusammenhang bezüglich der Anregung und Ausbreitung von Wanderwellen auftreten, bisher nicht abschließend beantwortet. In der vorliegenden Arbeit werden, basierend auf Schalentheorien nach FLÜGGE und MIRSKY-HERRMANN, mathematisch-mechanische Modelle entwickelt, mit denen sich für radialsymmetrische Wellen die Anregung und Ausbreitung in axialer Richtung auf einem hohlzylindrischen Wellenleiter abbilden und analysieren lassen. Basierend auf den entwickelten Modellen und den berechneten Dispersionskurven werden das Auftreten des schon früher beobachteten Amplitudenminimums und des Stehwellenanteils in der Nähe des anregenden Piezowandlers erklärt. Ferner werden die stark frequenzabhängigen Schwingungsformen von Hohlzylindern bei radialsymmetrischer Anregung und die dabei entstehenden elliptischen Oberflächenpunktbahnen anhand der Modelle bestimmt und analysiert. Die Eignung der verwendeten Modelle, die Schwingungsformen bei radialsymmetrischer Anregung sowie die sich einstellenden Oberflächenpunktbahnen zu beschreiben, wird anhand mehrerer Messreihen an verschiedenen, prototypisch aufgebauten Systemen nachgewiesen. Abschließend werden Empfehlungen zur Auslegung eines Ultraschall-Wanderwellentransport-Systems hinsichtlich einer gleichmäßig guten Förderung und einer möglichst großen Förderstrecke gegeben.