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Neuartiges Kupplungskonzept
Kompetenzcenter Mechatronik/Adaptronik kombiniert Kugelsicherheitskupplung und axialen MFR-Aktor
Aus der Kombination der Technologien von MRF-Dämpfern und mechanischen Kugelsicherheitskupplungen resultiert ein neuartiges Kupplungskonzept, das unter anderem durch eine gute Skalierbarkeit zur Anpassung an unterschiedliche Drehmomentanforderungen besticht.
Magnetorheologische Flüssigkeiten (MRF) sind Suspensionen aus einer Trägerflüssigkeit und ferromagnetischen Partikeln. Unter Einfluss eines Magnetfeldes bilden sich Festkörperbrücken, die zu einer Erhöhung der übertragbaren Schubspannung führen. Aktuell werden sie unter anderem in einstellbaren Dämpfern und in Kupplungen eingesetzt. Die Kupplungen werden hauptsächlich als Glocken- oder Scheibenkupplung ausgeführt. In einem Spalt zwischen zwei Scheiben/Glocken, von denen eine mit der Eingangs- und eine mit der Ausgangswelle verbunden ist, befindet sich die MRF. Wird der Spalt von einem Magnetfeld durchflutet, lässt sich über die MRF ein Drehmoment übertragen.
Das neue Kupplungsprinzip „MRF-Kugelkupplung“ ist eine Kombination aus Kugelsicherheitskupplung und axialem MRFAktor. Bei mechanischen Kugelsicherheitskupplungen wird das Drehmoment über Kugeln übertragen, die über Tellerfedern in Senkungen gehalten werden. Je stärker die Federkraft, desto höher das Auslösemoment der Kupplung. Bei der MRF-Kugelkupplung wird diese Haltekraft von einem axialen MRF-Aktor geliefert. Eine Spule erzeugt im Spalt ein Magnetfeld und verhindert so ein Fließen der MRF durch selbigen. Folglich ist der Kolben des Aktors blockiert. Als Funktionsdemonstrator wurde am Fraunhofer LBF ein Drehmomentschlüssel (Mmax = 100 Nm) aufgebaut, der das Potenzial des Kupplungskonzepts bestätigt. Im Anschluss wurde im Rahmen der Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität (FSEM) eine auf diesem Kupplungsprinzip basierende Sicherheitskupplung für die Motor-Generator-Einheit des Versuchsfahrzeugs AutoTram entwickelt. Die Anforderung für das maximal übertragbare Drehmoment betrug 700 Nm. Die Anpassung an die gestiegene Drehmomentanforderung wurde hauptsächlich durch eine Vergrößerung des Durchmessers, auf dem die Kugeln angeordnet sind, realisiert. Neben diesem Parameter gibt es noch weitere, um das Kupplungsprinzip auf andere Drehmomentanforderungen zu skalieren, z. B. Senkungswinkel und Kolbendurchmesser. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Sicherheitskupplungen sind das im laufenden Betrieb einstellbare Auslösemoment der Kupplung und die NOT-AUS-Funktion. Potenzielle Einsatzgebiete für die MRFKugelkupplung sind schnell schaltende Sicherheitskupplungen, zum Beispiel in Werkzeugmaschinen, Fördereinrichtungen oder für automobile Anwendungen.
Ansprechpartner
Marco Jackel
Telefon: 0 6151 705-8274
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