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Entwurf und Modellierung von magnetorheologischen Ventilen

 
: Steck, A.

Heimsheim: Jost-Jetter Verlag, 2004, 150 S.
Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2004
IPA-IAO Forschung und Praxis, 400
ISBN: 3-936947-36-8
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IPA ()
elektromagnetisches System; Magnetorheologische Flüssigkeit; Flüssigkeit; Ventil; Rheologie

Abstract
Steuerbare magnetorheologische Flüssigkeiten bieten in hydraulischen Antrieben Verbesserungspotenzial gegenüber konventionellen Hydraulikölen. Die Wirkung des magnetorheologischen Effektes und die Strömung magnetorheologischer Flüssigkeiten werden bereits in unterschiedlichen Anwendungen, beispielsweise Stoßdämpfern und Kupplungen, eingesetzt. Allerdings stellt die Auslegung von magnetorheologischen Ventilen, speziell die Berechnung des erforderlichen Magnetfeldes, zur Zeit ein Hemmnis für die Anwendung dieses Antriebsprinzips dar. Die heute in der Regel eingesetzten Numerischen Verfahren zur Berechnung von Magnetkreisen eignen sich nicht für die Entwurfsphase von magnetorheologischen Ventilen.
Für den Entwurf und die Dimensionierung von magnetorheologschen Ventilen werden geeignete Verfahren und Hilfsmittel entwickelt. Ausgehend von geeigneten Ventilformen werden dazu die Teilsysteme und die Einflussfaktoren auf die statischen und dynamischen Eigenschaften solcher Ventile identifiziert. Die relevanten Merkmale und Aufgaben des Entwurfsverfahrens werden berücksichtigt. Der Einfluss und die Wirkungsrichtung der Vielzahl der interdependenten Einflussparameter werden analysiert und anhand von geeigneten Kenngrössen der statischen und dynamischen Eigenschaften bewertet, um den Entwurf von magnetorheologischen Ventilen einer Optimierung zugänglich zu machen.
Die Netzwerkmethode liefert ein für die Groboptimierung von magnetischen Kreisen ausreichendes Rechenmodell. Ihre Anwendung für die Berechnung von magnetorheologischen Ventilen erfordert die Untersuchung der Einsetzbarkeit, die Überprüfung der Annahmen und die Anpassung der Details sowie eine Erweiterung der Methode zur Berücksichtigung dynamischer Vorgänge. Daher erfolgt die Konzeption eines Netzwerkmodells des elektromagnetischen Systems von magnetorheologischen Ventilen. Unter Rückgriff auf die Netzwerkmethode werden ein iteratives Berechnungsverfahren und die Berechnungsgrundlagen für den Entwurf von magnetorheologischen Ventilen entwickelt und an veschiedenen Ventilkonzepten exemplarisch dargestellt. Im Rahmen der Untersuchung des dynamischen Verhaltens von magnetorheologischen Ventilen werden die Einflüsse von Systemparametern und die Auswirkung von Parametervariationen untersucht und ein Simulationsmodell erstellt.
Zum Nachweis der Anwendbarkeit wurden mit dem entwickelten Entwurfsverfahren magnetorheologische Ventile dimensioniert und optimiert. Anhand von FEM-Berechnungen und Messungen am Versuchsmuster wurde die ausreichende Genauigkeit der Magnetberechnungen, die Homogenität des Feldes und die Übereinstimmung mit den theoretisch ermittelten Werten festgestellt und somit die Eignung des entwickelten Entwurfsverfahrens, der Berechnungsgrundlagen und des Simulationsmodells zur Auslegung von magnetorheologischen Ventilen nachgewiesen.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-21347.html