Ferrofluide in Technischen Anwendungen Rück-, Ein- und Ausblicke. Prof. Dr.-Ing. habil. Arnim Nethe

Transkript

1 Rück-, Ein- und Ausblicke Prof. Dr.-Ing. habil. Arnim Nethe

2 Vor dem Jahr 1997 Technische Anwendungen vor Beginn des Schwerpunktprogrammes Welche Ferrofluide gab es damals In den Jahren Technische Anwendungen zum 1. FF-Workshop (1997) zur ICMF 8 (1998) zum 2. FF-Workshop (1999) Zeit der Vorbereitung des Schwerpunktprogrammes Nach dem Jahr 2000 Technische Anwendungen im Schwerpunktprogramm SPP 1104 Welche Ferrofluide wurden speziell entwickelt

3 Technische Anwendungen Vor dem Jahr 1997 bis heute Akustik / Lautsprecher Dichtung / Drehdurchführungen Lagerung und Schmierung Dämpfung Visualisierung Pumpsysteme Antriebe Stofftransport Sensortechnik Stofftrennung

4 Akustik Vor dem Jahr 1997 bis heute Lautsprecher Vom High-Tech-Produkt zum Alltagsgegenstand Dämpfung und Kühlung Membran Erregerspule Ferrofluid N S N S

5 Dichtung / Lagerung Vor dem Jahr 1997 bis heute Drehdurchführungen Vakuumdurchführungen Dichtungen gegen Verunreinigungen

6 Dichtung / Lagerung Vor dem Jahr 1997 bis heute Drehdurchführungen Vakuumdurchführungen Dichtungen gegen Verunreinigungen

7 Dichtung / Lagerung Vor dem Jahr 1997 bis heute Achse Gehäuse Polkopf Magnet Ferrofluid Lager

8 Dichtung / Lagerung Vor dem Jahr 1997 bis heute Lampenherstellung Röntgen-Anode

9 Dämpfer Vor dem Jahr 1997 bis heute

10 Visualisierung Vor dem Jahr 1997 bis heute Videoaufzeichnung 100 µm Tonaufzeichnung 1 µm mit rotierendem Aufnahmekopf Stahlphasen

11 Visualisierung Vor dem Jahr 1997 bis heute Festplatte Videoband

12 Stofftrennung Vor dem Jahr 1997 bis heute

13 Pumpsysteme / Stofftransport Vor dem Jahr 1997 bis heute

14 Sensoren Vor dem Jahr 1997 bis heute Beschleunigungsmesser Uni Rostock R. Jaskulke O. Fiedler Optischer Magnetfeldsensor

15 Welche Ferrofluide gab es damals Vor dem Jahr 1997 bis heute Trägerflüssigkeiten Wasser Öle Petroleum Magnetische Partikel Magnetit-Teilchen Fe, Co, FeN nur als Einzelexperimente Magnetische Eigenschaften Geringe Sättigungspolarisation (bis 40 mt) Höhere Werte nur auf Experimentalbasis Mechanische Eigenschaften richten sich nach den wenigen Anwendungen Wenige Hersteller Ferrofluidics (FerroTec) / Rheonetic (Lord Corp.)

16 Vor dem Jahr 1997 Technische Anwendungen vor Beginn des Schwerpunktprogrammes Welche Ferrofluide gab es damals In den Jahren Technische Anwendungen zum 1. FF-Workshop (1997) zur ICMF 8 (1998) zum 2. FF-Workshop (1999) Zeit der Vorbereitung des Schwerpunktprogrammes Nach dem Jahr 2000 Technische Anwendungen im Schwerpunktprogramm SPP 1104 Welche Ferrofluide wurden speziell entwickelt

17 Technische Anwendungen In den Jahren Wer beschäftigt sich in Deutschland mit Ferrofluiden? Transformator Schmierung von Getrieben von Gleitlagern von Rollenlagern Stofftrennung MR Flüssigkeiten Dichtungen Kupplungen Pumpssysteme Kunstherz Magnetische Tinte Vorbereitung des SPP 1104

18 Transformator In den Jahren Erhöhung der Durchbruchspannung Verbesserter Wärmetransport Ferrofluidics (Joachim Schwender)

19 Schmierung von Getrieben In den Jahren IWF UNI Hannover Henning Ahlers

20 Schmierung von Getrieben In den Jahren

21 Schmierung von Gleitlagern In den Jahren IWF TU Berlin R. Patzwald G. Spur N. Bayat E. Uhlmann

22 Schmierung von Gleitlagern In den Jahren "Lagergehäuse" Gleitlagerbuchse Führungsbahnen mit Stahlband Steuer- und Programmiereinheit mit digitaler Schnittstelle manuelle Feineinstellung manuelle Grobeinstellung Tastkopf geschliffene Auflagefläche Kalibriernormal Messung des Lagersabriebs

23 Schmierung von Gleitlagern In den Jahren "Lagergehäuse" Gleitlagerbuchse Führungsbahnen mit Stahlband Steuer- und Programmiereinheit mit digitaler Schnittstelle manuelle Feineinstellung manuelle Grobeinstellung Tastkopf geschliffene Auflagefläche Kalibriernormal Bewertung verschiedener Lagerkonstruktionen

24 Schmierung von Rollenlagern In den Jahren

25 Stofftrennung In den Jahren Separation mittels Magnetischer Flüssigkeiten Recycling von Elektronikschrott IKOSTA GmbH N. Buske C. Thiessen UVR-FIA Gmbh Freiberg E. Madai Daimler-Benz D. Bluhm Polychemie Velten D. Günther

26 Magnetorheologische Flüssigkeiten In den Jahren Dichtungen Kupplungen TU Dresden D. Lampe B. Messerschmitt TU Dresden D. Lampe

27 Pumpsysteme In den Jahren Künstlicher Muskel als Herzersatz DHZB Roland Hetzer BTU Cottbus A. Nethe H.-D. Stahlmann IPK FhG G. Spur G. Duelen N. Buske

28 Pumpsysteme Kraftverstärkung In den Jahren Untersuchungen am offenen Eisenkreis Unterschied Ferrofluid / fester permeabler Körper BTU Cottbus T. Hähndel A. Nethe H.-D. Stahlmann

29 Pumpsysteme Kraftverstärkung In den Jahren Untersuchungen am geschlossenen Eisenkreis IKUS N. Buske P. Killat B. Kroll BTU Cottbus T. Hähndel A. Nethe H.-D. Stahlmann

30 Pumpsysteme Kunstherz In den Jahren BTU Cottbus A. Nethe T. Schöppe H.-D. Stahlmann

31 Pumpsysteme Kunstherz In den Jahren

32 Pumpsysteme Kunstherz In den Jahren

33 Pumpsysteme Kunstherz In den Jahren Versuchstand für die dynamischen Messungen H. Heinze

34 Magnetische Tinte In den Jahren bis heute Magnetisch lesbare Schecks Chr. Gansau (USA: CoFe 2 O 4,35 l / Tag)

35 Welche Ferrofluide werden gebraucht In den Jahren Trägerflüssigkeiten kompatibel zu den Anwendungen Hitzebeständig Biokompatibel Magnetische Partikel langzeitstabil Hohe Sättigungspolarisation Niedrig viskos Einheitlicher Standard zur Bestimmung der magnetische Eigenschaften! Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften! Leicht und in größeren Mengen herstellbar

36 Magnetische Eigenschaften In den Jahren

37 Magnetische Eigenschaften In den Jahren

38 Vor dem Jahr 1997 Technische Anwendungen vor Beginn des Schwerpunktprogrammes Welche Ferrofluide gab es damals In den Jahren Technische Anwendungen zum 1. FF-Workshop (1997) zur ICMF 8 (1998) zum 2. FF-Workshop (1999) Zeit der Vorbereitung des Schwerpunktprogrammes Nach dem Jahr 2000 Technische Anwendungen im Schwerpunktprogramm SPP 1104 Welche Ferrofluide wurden speziell entwickelt

39 Schwerpunktprogramm SPP 1104 Nach dem Jahr 2000

40 Apedale Lokomotion mobiler Roboter Nach dem Jahr 2000 TU Ilmenau V. Böhm E. Kolev I. Zeidis K. Zimmermann

41 Apedale Lokomotion mobiler Roboter Nach dem Jahr 2000

42 Grenzschmierung Nach dem Jahr 2000 Magnetohydrostatische Lager nachgiebige Kupplung Antriebswelle paramagnetische Hohlwelle magnetohydrostatisches Lager Lagerbuchse Lagerlast F magnetische Flüssigkeit Polscheibe Permanentmagnet Triangulationssensor IWF TU Berlin N. Bayat E. Uhlmann

43 Grenzschmierung Nach dem Jahr 2000 Magnetohydrostatische Lager

44 Positioniersysteme Nach dem Jahr 2000 Grundprinzip Verschiebung moveable magnet Ferrofluid Permanentmagnet paramagnetic actor paramagnetic housing Gekoppelte Bewegung paramagnetic actor Ferrofluid Ferrofluid moveable magnet paramagnetic housing

45 Einachsiges Positioniersystem Nach dem Jahr 2000 IWF TU Berlin N. Bayat E. Uhlmann

46 Einachsiges Positioniersystem Nach dem Jahr 2000 Objektplattform Deckel Führung Aktor Gehäuse magnetische Flüssigkeit regelbare Spule Basisplatte

47 Einachsiges Positioniersystem Nach dem Jahr 2000

48 Einachsiges Positioniersystem Nach dem Jahr 2000 control display power supply laser sensors vibration isolated board positioning system

49 Mehrachsiges Positioniersystem Nach dem Jahr 2000 IWF TU Berlin N. Bayat E. Uhlmann

50 Mehrachsiges Positioniersystem Nach dem Jahr 2000 Versuchsstand Lasersensor Objekt Objektplattform Lasersensor y z x Lasersensor Granitplatte Spule Gehäuse

51 Parallelkinematisches Positioniersystem Nach dem Jahr 2000 Objektplattform Objekt Spule S3 Aktor dreieckig Aktorgehäuse magnet 10 mm x y z Spule S1 magnetische Flüssigkeit Spule S2

52 Parallelkinematisches Positioniersystem Nach dem Jahr 2000

53 Parallelkinematisches Positioniersystem Nach dem Jahr 2000

54 Positioniersysteme weitere Konzepte Nach dem Jahr 2000 Multiachsial Rotierend Object platform Controlled coil Paramagnetic housing Hinge Paramagnetic actor as lever Ferrofluid

55 Aktive Lager und Führungen Nach dem Jahr 2000 IWF TU Braunschweig Chr. Abel-Keilhach J. Hesselbach

56 Aktive Lager und Führungen Nach dem Jahr 2000

57 Aktive Lager und Führungen Nach dem Jahr 2000

58 Aktive Lager und Führungen Nach dem Jahr 2000 Steuerungscharakteristik des Lagers Steuerung des Lagerspaltes durch das Magnetfeld

59 Dämpfer Nach dem Jahr 2000 IWF TU Braunschweig J. M. Guldbakke J. Hesselbach

60 Dämpfer Nach dem Jahr 2000

61 Ferrofluidunterstützter Motor Nach dem Jahr 2000 Rotierende Maschinen Gleichstrommotor Drehstrommotor BTU Cottbus A. Nethe T. Scholz H.-D. Stahlmann Linearmotor Schrittmotor Abgewickeltes Motormodell

62 Ferrofluidunterstützter Motor Nach dem Jahr 2000 Statische Experimente

63 Ferrofluidunterstützter Motor Nach dem Jahr 2000 Statische Experimente

64 Ferrofluidunterstützter Motor Statische Experimente Nach dem Jahr 2000

65 Ferrofluidunterstützter Motor Nach dem Jahr 2000 Versuchsstand: Drehstrommotor

66 Ferrofluidunterstützter Motor Nach dem Jahr 2000 Versuchsstand: Drehstrommotor

67 Ferrofluidunterstützter Motor Nach dem Jahr 2000 Untersuchungen: Luftspalt./. Ferrofluidspalt

68 Ferrofluidunterstützter Motor Nach dem Jahr 2000 Transformatorenölpumpe Nassläufer 5-7 bar Druckdifferenz l/min

69 Welche Ferrofluide wurden entwickelt Nach dem Jahr 2000 Trägerflüssigkeiten kompatibel zu den Anwendungen Hitzebeständig Biokompatibel Magnetische Partikel langzeitstabil Hohe Sättigungspolarisation Co-Partikel Niedrig viskos Größere Mengen sind preiswert nicht herstellbar!

70 Ausblick Nach dem Jahr Eine neue Ära in den technischen Anwendungen beginnt Mindest 400 mt bei niedriger Viskosität Preise von wenigen Euro pro Milliliter (Cent pro Liter) Massenanwendungen Keiner kann voraussagen was noch entwickelt wird Welche Anwendungen sich durchsetzen Bewertungen - z.b. Kosten./. Nutzen - müssen immer wieder neu gestellt werden. Bei neuen Ergebnissen und Entwicklungen müssen alle alten Ideen nochmals auf den Prüfstand.

71 Ausblick Dichtungen Nach dem Jahr Compressor Pressure vessel Manometer Sealing cap Ferrofluid B Paramagnetic housing Paramagnetic actor (shaft) D x, F d Non-contact magnetic sealing IWF TU Berlin N. Bayat E. Uhlmann BTU Cottbus A. Nethe T. Scholz H.-D. Stahlmann

72 Ausblick Nach dem Jahr Eine neue Ära in den technischen Anwendungen beginnt Mindest 400 mt bei niedriger Viskosität Preise von wenigen Euro pro Milliliter (Cent pro Liter) Massenanwendungen Keiner kann voraussagen was noch entwickelt wird Welche Anwendungen sich durchsetzen Bewertungen - z.b. Kosten./. Nutzen - müssen immer wieder neu gestellt werden. Bei neuen Ergebnissen und Entwicklungen müssen alle alten Ideen nochmals auf den Prüfstand.

73 Rück-, Ein- und Ausblicke Vielen Dank für die Aufmerksamkeit