Prof. Dr.-Ing. habil. Arnim Nethe

Forschung

Magnetische Flüssigkeiten - Ferrofluide

Magnetorheologische Flüssigkeiten (MRF)

Superparamagnetische Stoffe, die mit ihren rheologischen Eigenschaften reversibel auf das Anlegen eines Magnetfeldes reagieren, nennt man magnetorheologische Flüssigkeiten (Abkürzung: MRF). Es sind Suspensionen bestehend aus einer Trägerflüssigkeit, Stabilistator und ferromagnetischen Feststoffpartikeln, mit einem Durchmesser von 1-10 µm und einem Volumenanteil von 20-60 %. Als Basisflüssigkeit werden meist isolierende Silikon- oder synthetische Öle eingesetzt. Ohne den Einfluss eines magnetischen Feldes sind magnetorheologische Flüssigkeiten dünnflüssig.

In ein Magnetfeld eingebracht kommt es zu einer scheinbaren Erhöhung der Viskosität. Der Fließwiderstand der Flüssigkeit ändert sich innerhalb von Millisekunden. Die ferromagnetischen Partikel verankern sich und bilden kettenartige Strukturen parallel zu den Magnetfeldlinien. Man kann die magnetorheologische Flüssigkeiten jetzt als Festkörper bezeichnen.

Die magnetorheologische Flüssigkeit wird zu den nichtnewtonschen Flüssigkeiten gezählt. Das Verhalten kann durch einen Bingham-Festkörper beschrieben werden, bei dem die Fließgrenze mit wachsender Feldstärke zunimmt. Die übertragbaren Schubspannungen können durch das Magnetfeld beeinflusst werden. Befinden sich die Feldlinien des Magnetfeldes senkrecht zur Strömungsrichtung liegt die typische Viskosität bei einigen Pas. Die Basisviskosität und die relative Permeabilität sind temperaturabhängig und nehmen mit wachsender Temperatur ab. Die relative Permeabilität μ_r kann einen Wert von 5 erreichen.

In den letzten Jahren wurden Nano-MRF entwickelt. Der Unterschied zu "normalen" MRF liegt im Durchmesser der Feststoffpartikel. Die ferromagnetischen Teilchen in Nano-MRF haben einen Durchmesser von nur 30 nm. Sie sind im Vergleich zu anderen MRF sehr sedimentations- und alterungsstabil. Zusammenfassend kann man zu magnetorheologische Flüssigkeiten sagen: Je größer die Permeabilität der Flüssigkeit, umso kleiner kann der Magnet ausfallen und je mehr Strom fließt, umso schneller reagiert das System.

Zur Zeit werden magnetorheologische Flüssigkeiten hauptsächlich in Dämpfern, Kupplungen, Motorlagern und Bremsen eingesetzt.