Ein neuartiges, piezoelektrisch betriebenes Ultraschall-Schlagbohrwerkzeug ohne Rotationsfreiheitsgrad wurde für die Entnahme von Gesteinsproben bei Raumfahrtmissionen vorgestellt. Das Kernstück des Bohrwerkzeugs ist die mit einer linear geführten Schlagmasse realisierte lose Verbindung von Anregesystem und Werkzeug, die für die Frequenzkonversion, d.h. die Umsetzung der Anregefrequenz im Ultraschallbereich in Schlagimpulse mit geringerer Frequenz, verantwortlich ist. Vor dem Hintergrund einer Effizienzsteigerung wird das Bohrwerkzeug in dieser Arbeit experimentell und mithilfe von numerischen Simulationen untersucht. Die Untersuchungen leisten einerseits einen Beitrag zum Aufbau eines tiefgehenden Systemverständnisses und stellen andererseits mathematisch-physikalische Modelle bereit, die für eine systematische Optimierung im Rahmen einer Parameterstudie geeignet sind. Es wurden drei prinzipiell unterschiedliche Modellansätze umgesetzt und bewertet. Das hinsichtlich Rechenzeit und Ergebnisqualität.geeignetste Modell wird unter Verwendung eines einfachen impulsbasierten Abbaumodells mit Messungen validiert.

    A novel piezoelectrically driven percussion drill working without rotation was introduced for rock probing in future space missions. The distinctive feature of the drilling device is the loose coupling between excitation system and tool realised by a linear guided free mass, which is responsible for the frequency conversion to the transformation from the excitation frequency in ultrasonic range into beating impulses with lower frequency. Against the background of an improvement in efficiency the drilling device is investigated in the present work by means of experimental studies as well as with the aid of numerical simulations. On the one hand this research makes a contribution to the building up of a deep system understanding, on the other hand this work provides mathematic-physical models, which are suitable for a systematic optimisation within a parameter study. Three in principle different modelling approaches have been implemented and evaluated. The most applicable model regarding computation time and quality of results is validated with measurements by usage of a simple momentum based model for material removal.


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    Titel :

    Numerische und experimentelle Untersuchung eines Ultraschall-Schlagbohrwerkzeugs


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2009


    Format / Umfang :

    221 Seiten, Bilder, Tabellen, 239 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch