Magnetantriebe und Magnetkupplungen

Eine Magnetkupplung überträgt das Drehmoment durch eine Wand. Es gibt keine Welle, die durch das Gehäuse führt, daher gibt es keine Stopfbuchse, keine Gleitringdichtung und keinen Leckageweg. Die Pumpe, der Rührer oder die Vakuumkammer bleibt dicht, während der Motor außen sie antreibt.

PinyiGear fertigt Magnetantriebe und Baugruppen nach Zeichnung: den Magnetkreis, die Geometrie von Nabe und Träger, die Spalttülle und die montierte Einheit. Diese Seite legt dar, wie die Teile wirken, was eine Magnetkreisauslegung klären muss und was eine Anfrage enthalten muss, bevor ein Angebot erstellt werden kann.

Wie das Drehmoment die Wand überquert

Zwei Rotoren stehen sich über eine stationäre Barriere hinweg gegenüber.

• Der Innenrotor sitzt auf der Prozessseite, auf der Pumpen- oder Rührerwelle. Er trägt die angetriebenen Magnete.
• Der Außenrotor sitzt außen und wird vom Motor angetrieben. Er trägt die antreibenden Magnete.
• Die Spalttülle trennt beide. Sie ist eine nichtmagnetische, druckdichte Wand — dünn genug, um den Luftspalt klein zu halten, dick genug, um dem Druck standzuhalten und steif zu bleiben.

Wenn sich der Außenrotor dreht, zieht das Magnetfeld den Innenrotor mit. Der Schlupf ist unter normaler Last klein und wächst mit steigender Last. Jenseits des maximalen Drehmoments bricht die Kupplung ab: Der Außenrotor dreht sich, der Innenrotor steht. Dieses Verhalten ist der Grund, warum Magnetantriebe in chemischen und pharmazeutischen Anwendungen erscheinen — eine Überlast stoppt den Prozess, statt die Dichtung zu zerstören, denn es gibt keine Dichtung, die zerstört werden könnte.

Was die Kupplung nicht leisten kann, ist, einen blockierten Rotor zu isolieren, während der Motor weiter drückt. Das Abreißdrehmoment ist eine Auslegungsgröße, und sie muss mit Reserve über dem Arbeitsdrehmoment und unter dem liegen, was die angetriebene Welle übersteht.

Magnetgetriebe

Ein Magnetgetriebe erfüllt dieselbe Aufgabe, ändert aber die Drehzahl. Statt zwei eins zu eins gekoppelter Rotoren modulieren Polstücke das Feld zwischen einem schnelllaufenden Rotor mit wenigen Polpaaren und einem langsam laufenden Rotor mit vielen. Das Ergebnis ist eine Übersetzung ohne Zahnkontakt: kein Schmierstoff, kein Zahnverschleiß, kein Spiel im üblichen Sinn und inhärenter Überlastschutz.

Der Preis dafür ist die Drehmomentdichte. Für dasselbe Drehmoment ist ein Magnetgetriebe physisch größer als ein mechanisches Paar, weshalb es in abgedichteten oder reinen Anwendungen erscheint und nicht als allgemeiner Ersatz für ein Getriebe. Wo die Prozessseite nicht geschmiert oder geöffnet werden kann, ist dieser Preis oft wert, gezahlt zu werden.

Was die Magnetkreisauslegung klären muss

Die Magnete sind der am wenigsten interessante Teil der Auslegung. Was darüber entscheidet, ob die Kupplung funktioniert, ist der Kreis um sie herum.

Luftspalt. Das Drehmoment fällt steil ab, wenn der Spalt wächst. Der Spalt ist die Tüllenwandstärke plus Laufspiel, daher sind Tüllenwerkstoff und Wandstärke eine Drehmomententscheidung, nicht nur eine Druckentscheidung.

Magnetgüte und -volumen. NdFeB deckt die höheren Energiegüten ab — N35 bis N52 ist die übliche Spanne — und ergibt das kleinste Paket für ein gegebenes Drehmoment. SmCo hält seine Leistung bei höherer Temperatur und widersteht Korrosion besser ohne Beschichtung. Ferrit ist der kostengünstige Weg für niedriges Drehmoment und milde Bedingungen. Die Gütewahl folgt der Temperatur, dem Lastkollektiv und dem, was die umgebende Struktur toleriert.

Temperatur an den Magneten. Die maßgebliche Größe ist nicht die Umgebungstemperatur, sondern die Temperatur an der Magnetoberfläche, die die Wirbelstromerwärmung durch Schlupf einschließt. NdFeB verliert Leistung, wenn es sich seiner maximalen Arbeitstemperatur nähert, und entmagnetisiert dauerhaft darüber hinaus. Der Arbeitsbereich, auf den wir auslegen, reicht von −40 °C bis +150 °C, wobei die tatsächliche Grenze durch die gewählte Güte bestimmt wird.

Wirbelströme in der Tülle. Das rotierende Feld induziert Ströme in der Spalttülle, die sie erwärmen und Drehmoment vergeuden. Metallische Tüllen müssen dünn sein oder aus einem Werkstoff mit geringer Leitfähigkeit bestehen; Verbundtüllen vermeiden den Verlust, sind aber empfindlicher.

Drehmomentreserve. Das Abreißdrehmoment muss das Arbeitsdrehmoment mit einer Reserve überschreiten, die die Temperaturderating, die Spaltoleranz und die Magnetalterung berücksichtigt. Eine Kupplung, die genau auf das Arbeitsdrehmoment ausgelegt ist, wird im Betrieb schlupfen.

Streufeld. Außerhalb der Kupplung muss das Feld niedrig genug sein, um Instrumente, Sensoren oder benachbarte Geräte nicht zu stören. Das ist eine Frage der Abschirmung und der Geometrie und gehört in die Auslegungsprüfung.

Werkstoffe und Aufbau

Montage und Prüfung

Eine Magnetbaugruppe ist kein Zusammenschrauben von Teilen. Der Ablauf gestaltet sich wie folgt:

1. Überprüfung der Magnetkreisauslegung anhand der Anforderungen — Drehmoment, Drehzahl, Spalt, Temperatur, Druck.
2. Magnetverifikation — Güte und Beschichtung werden gegen die Spezifikation geprüft, denn eine substituierte Güte verändert das Losbrechmoment unbemerkt.
3. Rotoraufbau — Magnete geklebt und mechanisch gesichert, Wuchtung an der rotierenden Baugruppe geprüft.
4. Montage der Kupplung mit eingestelltem und gemessenem Spalt.
5. Losbrechmomentprüfung an der fertiggestellten Einheit.
6. Einlauf und Temperaturprüfung, wo die Anforderung es verlangt.
7. Dokumentation — Magnetgüte, gemessenes Losbrechmoment und Spalteinstellung werden mit der Einheit mitgeliefert.

Die Losbrechprüfung ist die entscheidende. Sie ist die einzige Messung, die bestätigt, dass die gesamte Baugruppe — Magnete, Geometrie, Spalt — sich wie ausgelegt verhält. Jede von uns gelieferte Einheit wird geprüft und der Messwert zur Seriennummer aufgezeichnet.

Einsatzbereiche von Magnetantrieben

• Chemiepumpen und Rührwerke — keine Dichtung, kein Leck, kein Spülplan
• Vakuumeinrichtungen — Drehmoment in eine Kammer ohne rotierende Durchführung
• Lebensmittel- und Pharmaproduktion — reinigbar, kein Schmierstoff in der Prozesszone
• Präzisionsinstrumente — gleichmäßige Übertragung, kein Spiel, kein Verschleißabrieb
• Hochdruckbehälter und Unterwassergeräte — wo die dynamische Dichtung die Schwachstelle ist

Was eine Anfrage benötigt

Für eine Kupplung sind die Anforderungsdaten nützlicher als die Geometrie:

• Arbeitsdrehmoment und Spitzendrehmoment, oder Motorleistung und Drehzahl
• Wellendurchmesser auf beiden Seiten und die Montageanordnung
• Druck und Temperatur auf der Prozessseite
• Fluid oder Umgebung, damit die benetzten Werkstoffe gewählt werden können
• Erforderliches Losbrechmoment, falls spezifiziert
• Drehzahl und Einschaltdauer, damit die Wirbelstromerwärmung geprüft werden kann
• Etwaige Einschränkungen zum Streufeld

Senden Sie diese Angaben, und Magnetkreis, Magnete und Spalttopf können gemeinsam ausgelegt und angeboten werden. Senden Sie nur „eine Kupplung für eine 2,2-kW-Pumpe", und die erste Antwort wird eine Reihe von Fragen sein.

Eine Anfrage für einen Magnetantrieb senden

FAQ

Rutscht eine Magnetkupplung unter normaler Last durch? Sie läuft mit einem kleinen Schlupfwinkel proportional zur Last. Der Innenrotor eilt dem Außenrotor um einen Winkel nach, der mit dem Drehmoment wächst. Oberhalb des Losbrechmoments entkoppelt sie vollständig.

Was geschieht, wenn die angetriebene Seite blockiert? Die Kupplung löst aus und überträgt kein Drehmoment mehr. Das schützt die Dichtung und den Prozess, aber der Motor läuft weiter — daher benötigt das Steuerungssystem eine Möglichkeit, den Stillstand zu erkennen, über Prozessrückmeldung oder über die Außenrotorlast.

Können Sie eine vorhandene Kupplung ersetzen, ohne die Pumpe zu ändern? In der Regel ja. Spalt, Wellenpassungen und Spalttopf-Durchmesser sind die Größen, die übereinstimmen müssen. Senden Sie die vorhandene Teilzeichnung oder das Pumpenmodell; wir arbeiten von der Schnittstelle aus und nicht aus einem Katalog.

Welche Magnetgüte sollte verwendet werden? Das ergibt sich aus der Temperatur an der Magnetoberfläche und der benötigten Drehmomentdichte. NdFeB liefert das höchste Drehmoment pro Volumen, SmCo hält bei Temperatur besser stand, Ferrit ist der kostengünstige Weg für leichte Beanspruchung. Die Wahl erfolgt in der Überprüfung des Magnetkreises.

Ist die Baugruppe ausgewuchtet? Rotierende Baugruppen werden auf die mit dem Kunden vereinbarte Drehzahlklasse ausgewuchtet. Hochgeschwindigkeitskupplungen werden als Baugruppe ausgewuchtet, nicht als einzelne Teile, da Innen- und Außenrotor miteinander wechselwirken.

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