Welche Magnete für die Magnetkupplung? Ein vollständiger Leitfaden

Magnetkupplungen sind geniale Vorrichtungen, die das Drehmoment zwischen antreibenden und angetriebenen Komponenten berührungslos übertragen. Auf diese Weise können gepumpte Flüssigkeiten und Gase abgeschottet bleiben, während die Kraft über eine Sicherheitsbarriere übertragen wird.

Das Herzstück von Magnetkupplungen sind Dauermagnete, die in entgegengesetzter Polarität angeordnet sind. Während sie sich drehen, erzeugen die Magnete synchronisierte Magnetfelder, die eine Drehkraft aufeinander ausüben. Dadurch werden die antreibenden und angetriebenen Komponenten magnetisch und nicht mechanisch gekoppelt.

Aber welche Magnete eignen sich am besten für Magnetkupplungen? Und warum ist die Wahl des Magneten überhaupt wichtig?

In diesem vollständigen Leitfaden finden Sie als Fachmann Hersteller von MagnetkupplungenIn diesem Kapitel erfahren Sie alles, was Sie über die Auswahl von Magneten für Magnetkupplungen wissen müssen, einschließlich:

• Die Rolle von Magneten in magnetischen Kopplungen
• Wichtige Magneteigenschaften und Leistung
• Gängige Magnetwerkstoffe für Kupplungen
• Design und technische Überlegungen
• Prüfung und Validierung von Magnetkreisen

Und vieles mehr. Legen wir los!

Warum Magnete in magnetischen Kupplungen wichtig sind

Dauermagnete sind das Herzstück der Magnetkupplung. Ihre Eigenschaften bestimmen wesentlich die Leistung und Zuverlässigkeit der magnetischen Drehmomentübertragung.

Durch die Erzeugung synchronisierter Magnetfelder erleichtern Magnete die berührungslose Übertragung der Rotationskraft von Eingangs- auf Ausgangskomponenten.

Magnete für Magnetkupplungen müssen auch in anspruchsvollen Umgebungen mit Hitze, Korrosion, Vibrationen oder Stoßbelastungen eine gleichbleibende Stärke und Stabilität aufweisen.

Entmagnetisierung kann die Leistung stark beeinträchtigen. Daher müssen Magnete den Betriebsbedingungen über lange Zeiträume standhalten, ohne ihren Magnetismus zu verlieren.

Durch die Auswahl optimaler Magnetwerkstoffe und die Entwicklung robuster Magnetbaugruppen können Hersteller die Effizienz, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit von Magnetkupplungssystemen verbessern.

Schlüsseleigenschaften von Magneten für magnetische Kupplungen

Mehrere Schlüsselfaktoren bestimmen, wie gut Magnete in Anwendungen mit Magnetkupplung funktionieren:

1. Magnetische Stärke und Stabilität

Sie gibt an, wie stark ein Dauermagnet Magnetfelder erzeugen kann. Starke Magnete mit höherer Flussintensität können im Vergleich zu schwächeren Magneten mehr Drehmoment über einen Luftspalt übertragen.

Die magnetische Stabilität bezieht sich auf die Beständigkeit gegen Entmagnetisierung unter Betriebsbedingungen wie Hitze, Vibration, Korrosion usw. Ein stabiler Magnetismus über die gesamte Produktlebensdauer gewährleistet eine gleichbleibende Leistung der Magnetkupplung.

2. Temperaturwerte

Dies bestimmt den Betriebstemperaturbereich. Magnete verlieren oberhalb ihres maximalen Betriebspunktes an Stärke. Höhere Temperaturwerte bieten also ein größeres Fenster für Anwendungen, die mit Hitze zu tun haben, ohne dass es zu Entmagnetisierungsproblemen kommt.

3. Korrosionsbeständigkeit

Magnete müssen der Betriebsumgebung standhalten, ohne dass die Leistung nachlässt. Pumpenkupplungen sind häufig Feuchtigkeit, Säuren oder anderen Chemikalien ausgesetzt. Geeignete Beschichtungen oder korrosionsbeständige Materialien tragen dazu bei, dies zu erreichen.

4. Mechanische Festigkeit

Spröde Materialien wie Keramiken haben eine hohe magnetische Festigkeit, aber eine geringe mechanische Beständigkeit. Sie benötigen Stützstrukturen, um bei mechanischer Belastung robust zu sein. Magnetkreise, die für eine hohe mechanische Festigkeit ausgelegt sind, verhindern Probleme mit Brüchen.

Durch die Optimierung dieser Parameter mittels geeigneter Materialauswahl und Technik können Magnete während der gesamten Lebensdauer des Magnetkupplungsprodukts hervorragende Leistungen erbringen.

Welche Magnete für die Magnetkupplung: Verschiedene Typen

Je nach Betriebsanforderungen und Kostenerwägungen werden in Magnetkupplungen verschiedene Dauermagnetwerkstoffe verwendet.

1. Ferrit-Magnete

Diese keramischen Magnete bestehen aus Eisenoxid in Kombination mit Strontium- oder Bariumcarbonat und eignen sich für Anwendungen mit niedriger bis mittlerer Energie, bei denen keine hohen Temperaturen über 250 °C auftreten.

Wichtige Eigenschaften:

• Mäßige magnetische Flussdichte bis zu 0,4 Tesla
• Verarbeitungstemperaturen unter 250°C
• Geringe Kosten
• Erfordern Korrosionsschutz in nassen Umgebungen

Übliche Konfigurationen sind Stäbe, Scheiben, Blöcke oder Ringe, die zu Magnetkreisen zusammengesetzt werden.

2. Samarium-Kobalt-Magnete

Mit seiner hohen Entmagnetisierungsbeständigkeit und thermischen Stabilität bis zu 350°C übertrifft Samariumkobalt Ferrit- und Alnico-Magnete in Bezug auf die Zuverlässigkeit in extremen Umgebungen.

Wichtige Eigenschaften:

• Hohe magnetische Stärke
• Temperaturbereiche bis zu 350°C
• Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
• Widersteht Vibrations- und Stoßbelastungen

Die Sorten 1:5 und 2:17 haben einen hohen Kobaltgehalt. Die Sorte 5:3 mit geringerem Kobaltgehalt eignet sich jedoch für kostensensitivere Anwendungen.

3. Neodym-Eisen-Bor-Magnete

Neodym-Magnete sind derzeit die stärksten im Handel erhältlichen Dauermagnete und ermöglichen miniaturisierte Magnetkupplungen mit höherer Drehmomentdichte. Ihr hervorragendes Preis-/Leistungsverhältnis macht sie sehr beliebt.

Wichtige Eigenschaften:

• Sehr hohe magnetische Flussdichte über 1,4 Tesla
• Temperaturwerte um 180°C (kann durch technische Maßnahmen erhöht werden)
• Anfällig für Korrosion, wenn nicht beschichtet
• Sprödes Material, das strukturelle Unterstützung erfordert

Neodym-Magnete sind häufig mit Nickel-Kupfer-Niob- oder Epoxidbeschichtungen versehen, um Korrosion zu verhindern. Gehäuse aus rostfreiem Stahl schützen die Magnetbaugruppen auch vor Beschädigungen in feuchten Umgebungen.

4. Aluminium-Nickel-Kobalt-Magnete

Mit ihrer hohen Entmagnetisierungsbeständigkeit und stabilen Leistung bis zu 500 °C eignen sich Alnico-Magnete für Hochtemperaturanwendungen, einschließlich Magnetkupplungen für die Luft- und Raumfahrt. Ihre Fähigkeit, ohne externe Beschichtungen zu arbeiten, erweist sich als wertvoll, um extremer Hitze zu widerstehen.

Wichtige Eigenschaften:

• Verarbeitung von Temperaturen bis zu 550°C
• Entmagnetisierung widerstehen
• kosten mehr als Keramik- oder Ferritmagnete
• Niedrige magnetische Flussdichte um 0,7 Tesla

Die in die erforderlichen Formen gegossenen Alnico-Magnete werden zu Clustern zusammengesetzt, um die erforderliche magnetische Flussdichte für die Drehmomentübertragung in Kupplungen zu liefern.

5. Flexible Magnete

Flexible Magnetmaterialien bestehen aus Ferrit- oder Neodym-Pulver, das in einer flexiblen Harzmatrix wie Vinyl oder Kunststoff gebunden ist, und ermöglichen eine einfachere Montage und dünne Magnetschichten für miniaturisierte Kupplungen.

Wichtige Eigenschaften:

• Erhältlich in Platten oder stranggepressten Profilen
• Mechanisch robust
• Relativ geringe magnetische Stärke
• Anfällig für Entmagnetisierung ohne Verstärkung

Die begrenzte Energiedichte flexibler Haftmagnete macht sie für sehr anspruchsvolle Anwendungen ungeeignet, es sei denn, ihre Dicke wird erhöht oder sie haben eine strukturelle Verstärkung.

Überlegungen zur Konstruktion der Magnetkupplung

Ingenieure berücksichtigen bei der Konstruktion von Magnetkupplungen mehrere Parameter, darunter:

Betriebsbedingungen: Dies betrifft die zu erwartenden Temperaturen, die Luftfeuchtigkeit, die Vibrationen, die Stoßbelastungen und die Exposition gegenüber Chemikalien, denen die Magnete ausgesetzt sein werden. Dementsprechend werden Schutzmechanismen in den Magnetkreis eingebaut.

Anforderungen an das Drehmoment: Die Lastmerkmale bestimmen den Bedarf an Drehmomentübertragung. Höhere Lasten erfordern stärkere Magnetfelder und verstärkende Mechanismen wie Polschuhe, um eine ausreichende Rotationskraft zu erzeugen.

Luftspalt Abmessungen: Platzmangel diktiert Aspekte wie Magnetstärke und Polabmessungen. Eine Minimierung des Luftspalts erhöht die Effizienz der magnetischen Kopplung. Ein Mindestspalt ist jedoch für das mechanische Spiel zwingend erforderlich.

Wirbelstrom-Minimierung: Herkömmliche Spalttöpfe aus leitenden Metallelementen neigen dazu, unter einem rotierenden Magnetfeld Wirbelströme zu erzeugen, die die Kupplungen erwärmen. Geeignete nichtleitende Materialien verhindern diese Energieverschwendung.

Optimierung des magnetischen Kreislaufs: Faktoren wie Durchlässigkeit Koeffizient und Streufluss werden feinabgestimmt, um die Effizienz der magnetischen Kopplung bei gegebenen Platz-, Material- und Kostenvorgaben zu maximieren.

Prüfung der Magnetleistung

Magnetlieferanten und Hersteller von Magnetkupplungen führen während der Produktentwicklung und Qualitätssicherung verschiedene Tests durch:

Computersimulation: Finite-Elemente-Analysesoftware hilft bei der Visualisierung der Magnetfeldverteilung und des Streuflusses, um Bereiche mit Verbesserungsbedarf bei Magnetgeometrien oder Montageverfahren zu ermitteln.

Prüfung der magnetischen Stärke: Gaußmessgeräte messen die Oberflächenflussdichte von Magneten, um die Konsistenz und Konformität mit den Spezifikationen zu gewährleisten. im Laufe der Zeit oder aufgrund von Entmagnetisierung abnimmt, löst geeignete Korrekturmaßnahmen aus.

Temperaturprüfung: Die Magnete werden über den gesamten Betriebstemperaturbereich getestet, einschließlich Langzeittests bei hohen Temperaturen, wo dies zur Validierung der thermischen Stabilität gerechtfertigt ist.

Messung des Drehmoments: Prüfstandsanordnungen helfen bei der Charakterisierung von Drehmoment, Steifigkeit und anderen Parametern sowohl bei Raumtemperatur als auch im Betriebstemperaturbereich, um die erwartete Leistung im Feld zu quantifizieren.

Eine solche Charakterisierung und Verbesserung stellt sicher, dass Magnetbaugruppen in Magnetkupplungen während der gesamten Produktlebensdauer eine hervorragende Feldleistung erbringen.

Fazit

In diesem Leitfaden haben wir gängige Magnetoptionen für Magnetkupplungen, die wichtigsten Eigenschaften, auf die man achten sollte, Konstruktionsüberlegungen sowie Prüfaspekte untersucht. Mit ihrer immer höheren Effizienz und Zuverlässigkeit gewinnen Kupplungen auf Basis von Neodym-Magneten in industriellen Automatisierungssystemen immer mehr an Bedeutung.

Um die beste Magnetkupplungslösung für Ihre spezifischen Anforderungen zu finden, sollten Sie sich bereits in der Konstruktionsphase an unsere erfahrenen Ingenieurteams wenden, um geeignete Empfehlungen und Unterstützung bei der Anpassung zu erhalten.