Erhöhung der Treibfähigkeit von Seiltreibscheiben durch Einsatz von Hochleistungspermanentmagneten aus der Familie "Seltene Erden - Neodym"
Final Report Abstract
In den vorliegenden Untersuchungen werden Treibscheiben betrachtet, die durch eingebrachte Permanentmagnete eine Erhöhung der Treibfähigkeit ermöglichen. An diesen sog. Magnettreibscheiben werden verschiedene Einflussfaktoren, wie die Geometrie des Seils und der Treibscheibe inkl. der Treibscheibenrille sowie Werkstoffeigenschaften, auf die Kraftwirkung untersucht. Diese Untersuchungen beziehen sich auf theoretische Betrachtungen an Berechnungsmodellen und praktische Versuche an realen Magnettreibscheiben im Labor. Die theoretische Durchdringung des Systems Magnettreibscheibe-Seil bildet die Basis für die Berechnung der zu erwartenden Magnetkraft. Durch die Nachbildung der Magnetwirkung bei der variablen Geometrie der Treibscheibe wurden Grundlagen geschaffen, die Kraftwirkungen auf das Seil zu berechnen und durch die Gestaltung der Rillen- und der Treibscheibenform zu optimieren. Parallel laufende Abrissversuche, Versuche zur Ermittlung des Systemreibwertes für bestimmte Material-Geometrie-Variationen und Verschleißuntersuchungen konnten diese Erkenntnisse untermauern. Für die Lösung der Aufgabe, ein Berechnungsverfahren zur Auslegung des magnetischen Gesamtsystems einer Magnettreibscheibe zu entwickeln, sind, wie oben angesprochen, sowohl theoretische Betrachtungen als auch experimentelle Untersuchungen erforderlich gewesen. Es wurde für das Finite-Elemente-Programmsystem "ANSYS" ein Modell entwickelt, bei dem die Magnet- und Geometrieparameter der Seilscheibe sowie die Seilparameter variiert werden können. Ein Vergleich mit Messungen, die parallel gelaufen sind, gestattete es, das Modell sowohl zu überprüfen als auch zu verbessern. Das entwickelte Berechnungsmodell ermöglicht Variantenrechnungen, mit deren Hilfe für bestimmte Treibscheiben-Seilkombinationen günstige Systemparameter gefunden werden können. Mit dem Forschungsvorhaben wurden alle geplanten Untersuchungen erfolgreich durchgeführt; das Forschungsziel wurde erreicht. Die erarbeiteten Berechnungsmodelle gestatten statische Magnetfeldanalysen und bewährten sich bei der Kraftberechnung und bei der Führung des Nachweises der Erhöhung der Treibfähigkeit von Magnettreibscheiben. Trotz der guten Übereinstimmung der Ergebnisse mit den experimentellen Untersuchungen (Abziehversuche) ist zu bemerken, dass die statischen Magnetfeldanalysen in erster Linie als Vergleichsrechnungen für verschiedene Magnettreibscheiben-Seil-Konstruktionen dienen, um einer optimalen Ausnutzung der Magnete nahe zu kommen. Es ist also ausreichend, wenn die reale Größenordnung der physikalischen Eingangsdaten, wie Permeabilität und Magnetisierungskennlinie, abgeschätzt werden kann und danach durch die Variation der geometrischen Gegebenheiten Vergleiche durchgeführt werden können. Mit der Möglichkeit der Berechnung der auftretenden Kräfte an Magnettreibscheiben und der Abschätzung der Treibfähigkeit wird gegenüber dem Stand der Technik ein wesentlicher Fortschritt erzielt. Mit der Treibfähigkeitsberechnung kann nachgewiesen werden, dass die Kraft, die die Treibscheibe auf das Seil übertragen kann, größer ist als der durch die beteiligten Aufzugsmassen erzeugte Unterschied zwischen den Seilkräften auf beiden Seiten der Treibscheibe.
