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Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung (IP A), Stuttgart. Herrn Prof. Dr.-Ing. mult. H.-I. Warnecke danke ich fur seme wohlwollende Unterstützung und Förderung, welche die Durchfuhrung meiner Arbeit ermöglichte. Herrn Prof. Dr.-Ing. Ph. Hartl danke ich fur die Übernahme des Korreferats und die eingehende Durchsicht und Diskussion des Manuskripts. Herrn Prof. Dr.-Ing. K.-H. Westhaus danke ich fur die Durchsicht und seine Anregungen zum Manuskript. Besonderen Dank möchte ich Herrn Prof. Dipl.-Ing. U. Ahrens fur die vielen fachlichen Diskussionen zum Thema sagen. Von den Kollegen des Instituts, die mich bei der Durchfuhrung dieser Arbeit unterstützt haben, möchte ich besonders Herrn Prof. Dr.-Ing. R. D. Schraft, Herrn Dr.-Ing. M. Schweizer, Herrn Dr.-Ing. S. Forster und Herrn Dipl.-Ing. A. Merklinger erwähnen. Frau L. Schuhmacher, welche mich bei der Manuskripterstellung und dem Layout in hilfreicher Weise unterstützt hat, gilt mein besonderer Dank. Die technische Seite der Arbeit mit vielen Versuchsdurchfuhrungen und Diskussionen haben insbesonders Herr Dipl.-Ing. O. Haag und Herr N. Vasiliadis unterstützt. Sie hatten besonderen Anteil am praktischen Erfolg des vorgeschlagenen Konzepts.
List of contents
1 Einleitung.- 1.1 Problemstellung.- 1.2 Zielsetzung.- 1.3 Vorgehensweise.- 2 Ausgangslage.- 2.1 Begriffe und Definitionen.- 2.2 Anwendungsgebiete der Ultraschalltechnik.- 2.3 Übersicht der Meßaufgaben und Randbedingungen fur Sensoren.- 2.4 Stand der Technik.- 2.5 Stand der Forschung.- 3 Anforderungen an Schallköpfe für Ultraschallsensoren.- 3.1 Allgemeine Anforderungen an den Ultraschallsensor.- 3.2 Spezifische Anforderungen an die Schallköpfe.- 3.3 Abschätzung der erreichbaren Leistungseigenschaften.- 3.4 Konkretisierung der Anforderungen für vier Typenklassen von Schallköpfen.- 3.5 Anforderungen an das Schallkopf-Konstruktionsverfahren.- 4 Analyse der Lösungsmöglichkeiten zur Konstruktion von Ultraschallköpfen.- 4.1 Zerlegung in funktionale Komponenten.- 4.2 Analyse der Lösungsmöglichkeiten für die funktionalen Komponenten eines Schallkopfes.- 4.3 Bewertung und Auswahl von Lösungsvarianten für die akustischen Komponenten.- 4.4 Konstruktion von Schallkanälen.- 4.5 Fragenkatalog zur Konstruktion akustischer Ultraschallelemente.- 5 Experimentell gestützter Entwurf von Schallkanälen.- 5.1 Vorgehensweise unter Einsatz der Simulationstechnik und der Meßtechnik an Labormustern.- 5.2 Meßtechnische Erfassung der Kenngrößen zur Analyse und Bewertung von Schallköpfen.- 5.3 Verfahren zur Herstellung von Versuchsmustern.- 5.4 Verfahren zur Simulation der Ultraschallabstrahlung (BEM und FEM).- 5.5 Zusammenfassung der vorgeschlagenen empirisch/heuristischen Methodik.- 6 Untersuchungen zum anwendungsspezifischen Entwurf von Schallköpfen.- 6.1 Meßtechnische Ermittlung der Ausgangsparameter.- 6.2 Regelkatalog für achsensymmetrische Schallkanal-Konstruktionen.- 6.3 Nicht-achsensymmetrische Schallkanäle.- 6.4 Übersicht der erfaßten Effekte.- 7 Erprobunganhand von Fallbeispielen.- 7.1 W-Schallkopf.- 7.2 F-Schallkopf.- 7.3 N-Schallkopf.- 7.4 Gruppenstrahler- Schallkopf..- 7.5 Vergleichende Bewertung.- 8 Zusammenfassung und Ausblick.- 9 Literaturverzeichnis.
