Bei Aktoren auf Basis magnetorheologischer Fluide (MRF-Aktoren) wird durch ein magnetisches Feld die Fließgrenze der verwendeten Fluide hochdynamisch verändert. Kombiniert mit einer durchaus linearen Verstellung der Schubspannung stellen MRF-Aktoren eine interessante Alternative zu konventionellen Bremsen, Kupplungen und Dämpfern dar. Während sich aktuelle Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten vor allem mit Systemen zur Schwingungsdämpfung befassen, wird in diesem Beitrag der Entwurf eines rotatorisch wirkenden MRF-Aktors behandelt, mit dem anspruchsvolle Antriebsaufgaben aus dem Bereich steuerbarer Bremsen und Kupplungen gelöst werden können. Charakteristisch hierfür ist, dass der Aktor häufig die Funktion einer Feststellbremse im stromlosen Zustand aufweisen muss, um Sicherheitsanforderungen der Antriebstechnik zu genügen oder den Ruhestrom im Fahrzeug zu minimieren. Hierfür werden im Rahmen dieses Beitrags geeignete Konzepte und die Entwicklung eines rotatorischen MRF-Aktors vorgestellt, mit denen im stromlosen Zustand ein definierbarer Teil des Gesamtdrehmomentes durch einen Permanentmagneten übertragen werden kann, während durch Überlagerung eines weiteren von Elektromagneten erzeugten Feldes das übertragbare Drehmoment von einem minimalen bis zu einem maximalen Drehmoment verstellt werden kann. Besonderer Aufmerksamkeit wird dabei dem grundsätzlichen Zielkonflikt aus dem zur Verfügung stehendem Bauraum und übertragbarem Drehmoment gewidmet. Ein Vergleich mit am Markt verfügbaren rotatorischen MRF-Aktoren zeigt, dass mit dem neuartigen Konzept eine etwa dreimal so große Drehmomentdichte erzielt wird. Außerdem wird nachgewiesen, dass sich MRF-Aktoren mit den geschilderten Eigenschaften hervorragend für den Einsatz in anspruchsvollen Automatisierungsanwendungen und für die Bewegungssteuerung von Türen und Klappen in Fahrzeugen eignen, die mit konventionellen Kupplungen und Bremsen nicht zufriedenstellend gelöst werden können. Das Marktpotenzial der neuen Technologie wird anhand von typischen Anwendungen abschließend herausgestellt.
The novel actuator based on magnetorheological fluids represents an interesting alternative for conventional electromechanical brakes and clutches due to inherent characteristics like good controllability of force/torque or noiseless operation. While the focus of the actual matter of research is given mainly to magnetorheological dampers for vibration suppression, this paper deals with the optimised design of rotary brakes. Based on previous published concepts new approaches are proposed, analysed and realised to achieve a certain holding torque without electrical feeding. Superpositioning the fields of permanentand electromagnets the generated torque of the magnetorheological actuator can be varied from a minimal towards to maximal torque. Under consideration of available space and costs alternative approaches are suggested consisting of a cascaded design for the rheological force producing gaps and using magnetically hard materials instead of the cost-intensive permanent magnets. A comparison of the realised actuator with commercial available magnetorheological actuator shows that the torque density could be increased by factor three taken additional into account a holding toque without electrical feeding. Combining this features with the inherent good controllability the novel actuator is predestined for the motion control of comfort functionality of automobiles and for the application in many other industrial parts by substituting conventional electromechanical brakes.
Aktoren auf Basis magnetorheologischer Flüssigkeiten
Actors basing on magnetorheological fluids
2007
17 Seiten, 18 Bilder, 1 Tabelle, 14 Quellen
Conference paper
Storage medium
German