Auslegung und Inbetriebnahme eines Prüfaufbaus zur thermofluiddynamischen Untersuchung einer Wirbelstrombremse

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Konstruktion und Inbetriebnahme eines Prüfaufbaus zur Untersuchung des Wärmeaustrags von Wirbelstrombremsen für Straßenfahrzeuge. Im Rahmen der zukunftsorientierten Mobilitätswende bestehen Bestrebungen neben Verbrennungsemissionen auch die Feinstaubemissionen von Reifen und Bremsen zu verringern. Das Prinzip der Wirbelstrombremse beruht auf der Induktion von Strömen durch bewegte Magnetfelder. Über den Widerstand, den das durchströmte Material den Strömen entgegensetzt, fällt eine Leistung ab, die der Bremsleistung der Wirbelstrombremse entspricht. Für die Umwandlung der kinetischen Energie in Wärme muss kein Kontakt von rotierenden zu nicht rotierenden Teilen erfolgen. Somit fallen, anders als bei einer konventionellen Reibbremse, keine Abriebsemissionen beim Bremsvorgang an. Mit Hinblick auf Effizienz und Platzbedarf erfordert der Einsatz eines Bremssystems im Straßenverkehr eine hohe Leistungsdichte. Der hinsichtlich dieser Anforderung entwickelte Aufbau des Widerstandsmaterials, der in dieser Arbeit betrachteten Wirbelstrombremsen, macht eine Flüssigkeitskühlung notwendig. Im Zuge dieser Arbeit wird ein Prüfaufbau konstruiert und gefertigt, der es ermöglicht den Wärmeaustrag der verschiedenen Strukturen des Widerstandsmaterials der Wirbelstrombremsen zu untersuchen. Zunächst werden die Randbedingungen und Anforderungen an den Prüfaufbau definiert. Zu diesem Zweck werden Vorbetrachtungen durchgeführt, aus deren Erkenntnissen Vorgaben für Messtechnik, Einzelfunktionen und allgemeinen Dimensionen des Prüfaufbaus abgeleitet werden. Auf Grundlage dieser Randbedingungen und Anforderungen wird ein Gesamtkonzept erarbeitet. Hier werden die erforderlichen Komponenten und deren Integration in die Laborumgebung präzisiert. In der anschließenden Entwurfsphase werden die einzelnen Bauteile hinsichtlich ihrer spezifischen Anforderungen konstruktiv ausgestaltet. Außerdem findet hier die Auswahl der zu verwendenden Messtechnik statt. Abschließend wird der fertig montierte Prüfaufbau in Betrieb genommen. Zur Validierung der Funktionsfähigkeit werden erste Messungen einer der Widerstandsmaterialien der Wirbelstrombremse durchgeführt.