Elektromagnetische Bremsen werden in der Antriebstechnik für das Verzögern bewegter Massen sowie für das Sichern statischer Positionen eingesetzt Die technische Entwicklung dieser Produktgruppe orientiert sich unmittelbar am Fortschritt der elektrischen Antriebstechnik, wobei primär zunehmende Leistungsdichten und Drehzahlen maßgeblich sind. Insbesondere das schnelle Verzögern großer Massen in Notsituation kann mit konventionellen Bremsen nur unbefriedigend durchgeführt werden. Die hohen Dissipationsleistungen führen bei gegenwärtig eingesetzten konventionellen Bremsen zu einer Überbelastung, deren Folge eine thermische Zerstörung der am Bremsvorgang beteiligten Komponenten ist Magnetorheologische Flüssigkeiten (MRF) bieten ein großes Potenzial, die geschilderten Nachteile zu umgehen. Durch die mit MRF befüllten Flüssigkeitsspalte kann bei entsprechender Dimensionierung mehr Dissipationsenergie aufgenommen, thermische Belastungsspitzen wegen des Volumens ausgeglichen und die entstehende Bremsenergie optimierter an die umgebenden Bauteile abgeführt werden. Dem gegenüber liegen die Vorzüge konventioneller Bremsen in der vollständigen Trennung der Reibflächen (Lüften), wodurch keine Leerlaufverluste im stationären Betrieb entstehen, während bei Flüssigkeitsbremsen durch viskose Reibung vor allem bei hohen Drehzahlen nicht tolerierbare Verluste hervorgerufen werden. Zunächst wurden die Anforderungen an MRF-Bremsen für den Einsatz in der elektrischen Antriebstechnik definiert und daraus die Notwendigkeit für den sicheren Betriebs bei typischen Drehzahlen bis 5.000 min-1 sowie eines verlustminimierten Leerlaufbetriebs zur Erzielung einer hohen Lebensdauer abgeleitet Darauf basierend wurde das Strömungsverhalten der MRF in radialen und axialen Scherspalten theoretisch untersucht Modelle für das Fließverhalten erstellt und anhand experimenteller Untersuchungen validiert. Die Ergebnisse ermöglichen ein gezieltes Scherspaltdesign für hohe Drehzahlen, das - auf axialen Scherspalten basierend strömungsmechanische Zustände wie Zirkulationsströmungen zur Homogenisierung des Partikel-Fluidgemisches MRF nutzt und so einen dauerhaften, die MRF nicht zerstörenden Betrieb ermöglicht. Wesentliche Projektergebnisse stellen die neuartigen Ansätze zur Steuerung des magnetischen Fluidsystems dar, mit denen erstmalig die nachteiligen viskosen Leerlaufverluste vermieden werden. Diese beruhen zum einen auf magnetisch induzierte Kräfte und zum anderen auf einem mechanischen Eingriff in das Fluidsystem. Begleitende Fluiduntersuchungen haben gezeigt dass mit den entwickelten Auslegungsmodellen für das Scherspaltdesign ein Einsatz von MRF-basierten Bremsen in der industriellen Antriebstechnik auch über lange Zeiträume möglich ist. Im Rahmen des Projektes konnte erstmalig der sichere Betrieb von MRF-basierten Bremsen für den Betrieb bei hohen Drehzahlen bis 5.000 min-1 gezeigt werden. Dies stellt die Grundlage für die Entwicklung von MRF-Bremsen dar, die die in der Ausgangsituation beschriebenen Vorteile, wie u.a. die Hochlastfähigkeit bei thermischen Belastungsspitzen, nutzen können. Zur Reduzierung der viskosen Leerlaufverluste konnten darüber hinaus Konzepte aufgezeigt werden, die ein vollständiges Freischalten von MRF- Bremsen ermöglichen. Die viskosen Verluste stellten bisher einen gravierenden Nachteil dar, der die Nutzung von MRF-basierten Bremsen in industriellen Anlagen verhindert hat Durch die Projektergebnisse, die neben der industriellen Nutzung auch auf automotive Anwendungen wie z.B. Fahrzeugkupplungen übertragbar sind, ist somit die Grundlage geschaffen, die MRF-Technologie vielfältig in kommerzielle Anwendungen zu überführen. Mit den im Projektverlauf gewonnen Erkenntnissen und entwickelten Entwurfsverfahren für die Gestaltung von Scherspalten kann die Entwicklung von funktionssicheren MRF-Bremsen für industrielle Anwendungen vorgenommen werden. Hohes Potential der MRF-Technologie besteht vor allem bei der Realisierung von Bremsen, die trotz einer Überlastfähigkeit eine wartungsfreie hohe Lebensdauer aufweisen. Darüber hinaus ergeben sich im Bereich Automobiltechnik insbesondere durch die Möglichkeit der Reduzierung bzw. Vermeidung von viskosen Leerlaufverlusten in der Kupplungstechnologie neue Anwendungsfelder, die zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit und -effizienz beitragen können.


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    Title :

    HLD-Fluidbrake: Hochlast- und Lebensdauerbremsen auf Basis magnetorheologischer Flüssigkeiten. Schlussbericht. Laufzeit: 01. Juni 2009 bis 30. Juni 2012


    Contributors:
    Maas, Jürgen (author) / Güth, Dirk (author)


    Publication date :

    2013


    Size :

    65 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen


    Type of media :

    Report


    Type of material :

    Print


    Language :

    German