@INPROCEEDINGS{Dunst2019,
  author = {Dunst, P. AND Hemsel, T. AND Bornmann, P. AND Littmann, W. AND Sextro,
	W.},
  title = {Modellbasierte und experimentelle Charakterisierung von intensiven
	UltraschallStehwellenfeldern für die Zerstäubung hochviskoser Flüssigkeiten},
  booktitle = {DAGA 2019},
  year = {2019},
  address = {Rostock},
  abstract = {Für die Zerstäubung hochviskoser Flüssigkeiten werden
	
	neben Düsenzerstäubern vor allem UltraschallStehwellenzerstäuber angewendet
	[1]. Diese ermöglichen
	
	ohne weitere Maßnahmen zwar keine gerichtete
	
	Zerstäubung, benötigen jedoch im Gegensatz zu
	
	Düsenzerstäubern keine hohen Drücke und haben keine
	
	hohen Austrittsgeschwindigkeiten.
	
	Zur Erzeugung der Ultraschallwellen werden typischerweise
	
	piezoelektrische, mit Bolzen verschraubte LangevinWandler verwendet
	[1-4], die eine starke Schallabstrahlung
	
	bei einer elektrischen Eingangsleistung von bis zu einigen
	
	Kilowatt erzeugen können.
	
	Wie bei jedem anderen schwingenden System emittiert der
	
	Ultraschallwandler zunächst eine Wanderwelle. Mit einem
	
	Reflektor, der gegenüber der Sonotrode angeordnet ist, wird
	
	eine stehende Welle erzeugt. Im Resonanzabstand zwischen
	
	Reflektor und Wandler werden abgestrahlte und reflektierte
	
	Wellen so überlagert, dass höhere Schalldruckamplituden
	
	erzielt werden.
	
	Ein einfacher Ansatz zur Maximierung des Schallpegels im
	
	Stehwellenfeld ist die Erhöhung der
	
	Schwingungsamplituden des Wandlers, die jedoch zu
	
	Schäden oder zumindest zu einer Verringerung der
	
	Lebensdauer führen kann. Hohe Schalldrücke werden auch
	
	bei geringen Abständen zwischen Wandler und Reflektor
	
	erreicht. Das Volumen des Schallfeldes ist in diesem Fall
	
	jedoch für die meisten Prozesse zu klein. Ein weiterer
	
	Ansatz ist die Verwendung zweier entgegengesetzt
	
	angeordneter Wandler [5]. In diesem Fall erfordert jedoch
	
	die Erzeugung einer stehenden Welle eine genaue
	
	Abstimmung von Frequenz und Phase beider Wandler, was
	
	eine komplexe Steuerung erfordert. Ebenso ist es möglich,
	
	geometrische Randbedingungen des Stehwellensystems zu
	
	optimieren, sodass es zu optimaler Interferenz der Wellen
	
	kommt.
	
	Im Folgenden wird der Anschaulichkeit halber
	
	vereinfachend angenommen, dass der Wandler an seiner
	
	Sonotrodenoberfläche einzelne Schallstrahlen aussendet, die
	
	in Nähe des Wandlers nahezu parallel verlaufen und sich mit
	
	zunehmender Entfernung vom Wandler auffächern. Ein
	
	einfaches Stehwellensystem, bestehend aus ebener
	
	Sonotrode und ebenem Reflektor, erzeugt bei kleinem
	
	Abstand zwischen Sonotrode und Reflektor sehr hohe
	
	Schallpegel, da nahezu sämtliche ausgesandten
	
	Schallstrahlen in Richtung der Sonotrode reflektiert werden
	
	positive Interferenz entsteht. Erhöht man jedoch den
	
	Abstand zwischen Sonotrode und Reflektor, so nehmen die
	
	Verluste durch Schallstrahlen, die den Prozessraum
	
	verlassen, zu. Wie Abbildung 1 gezeigt, werden nur
	
	Schallstrahlen, die in etwa parallel zur Rotationsachse
	
	verlaufen, zum Wandler zurück reflektiert und tragen zum
	
	Stehwellenfeld bei.
	
	Die Strahlen haben zudem abhängig vom Abstrahlwinkel
	
	unterschiedliche Weglängen. Die Stehwellenbedingung ist
	
	demnach nur für Strahlen in der Nähe der Rotationsachse
	
	exakt erfüllt. Um dies zu vermeiden, müssen die Geometrien
	
	von Wandler und Reflektor optimiert werden.
	
	In den folgenden Abschnitten wird zunächst ein
	
	Optimierungsansatz vorgestellt. Mithilfe eines FiniteElemente-Modells
	werden die Auswirkungen einer
	
	optimierten Geometrie auf den maximalen Schalldruckpegel
	
	untersucht. Ergebnisse werden durch Messungen an einem
	
	experimentellen Aufbau eines Stehwellensystems validiert.
	
	Es wird gezeigt, wie sich die Optimierung der geometrischen
	
	Randbedingungen auf die Zerstäubung hochviskoser
	
	Flüssigkeiten auswirkt.},
  comment = {Preprint: \url{https://groups.uni-paderborn.de/ldm/publications/download/Dunst2019_DAGA.pdf}},
  file = {Dunst2019:download\\Dunst2019_DAGA.pdf:PDF},
  owner = {ekubi},
  timestamp = {2019.06.17}
}