GRUNDLAGEN DER ELEKTROMAGNETISCHEN KUPPLUNGEN UND BREMSEN

ElektromagnetischeKupplungen und Bremsensindelektrischbetätigt, übertragenaber das Drehmoment mechanisch. – Die Einwirkzeithängt von der Magnetfeldstärke, demLuftspalt und der Trägheit ab. – Das Polierenerhöht das Anfangsdrehmoment der KupplungoderBremse, und eine Übererregungverkürzt die Reaktionszeit.

Menschen benutzentäglichelektromagnetische (EM) Kupplungen und Bremsen und merkenesoftnicht. Jeder, der einenRasentraktor, einKopiergerätoder eine Autoklimaanlageeinschaltet, kann eine EM-Kupplungverwenden – und EM-Bremsensindebensoüblich.

ElektromagnetischeKupplungenarbeitenelektrisch, übertragenaber das Drehmoment mechanisch. Die IngenieurebezeichnetensieeinstalselektromechanischeKupplungen. ImLaufe der Jahrewurde EM zumBegrifffürelektromagnetisch, was sich auf die Art und Weise bezieht, wie die Gerätearbeiten, aberihregrundlegende Funktionsweise hat sichnichtgeändert.

ElektromagnetischeKupplungen und Bremsengibtes in vielenFormen, einschließlich Zahn, Lamellenscheibe, Hysterese und Magnetpulver. Die am häufigstenverwendeteVarianteistjedoch die einseitigeAusführung.

Elemente von EM Sowohl EM-Kupplungenalsauch EM-BremsenteilensichgrundlegendeStrukturkomponenten: eine Spule in einemGehäuse, auchals Feld bezeichnet, eine Nabe und ein Anker. Eine Kupplung hat aucheinen Rotor, der mitdembeweglichenTeil der Maschine, wiebeispielsweiseeinerAntriebswelle, verbundenist.

Der Spulenmantelbesteht in der Regel ausKohlenstoffstahl, der Festigkeit und magnetischeEigenschaftenkombiniert. Kupferdrahtbildet die Spule, obwohlmanchmalAluminiumverwendetwird. EinSpulenkörperoderEpoxidkleberhält die SpuleimGehäuse.

DurchAktivieren des Stromkreises des Gerätswird die Spulemit Strom versorgt. Der durch die Spulefließende Strom erzeugteinMagnetfeld. Wenn der Magnetfluss den Luftspaltzwischen Anker und Feld überwindet, zieht die magnetischeAnziehungskraft den Anker – der mit der Nabeverbundenist – in Kontaktmitdem Rotor.

Magnetische und Reibungskräftebeschleunigen Anker und Nabeentsprechend der Rotordrehzahl. Der Rotor und der Anker gleiten in den ersten 0,02bis 1,0 Sekundenaneinandervorbei, bis die Ein- und Ausgangsdrehzahlengleichsind. Die Anpassung der Geschwindigkeitenwirdmanchmalauchals 100% Lockup bezeichnet.

BeiBremsenfehltein Rotor, so dass der magnetischeFlussdirektzwischen Anker und Feld wirkt. Das Feld schraubtsichnormalerweise am Maschinenrahmenoder an einerDrehmomentstütze, die das Bremsmomentverarbeitet. Wenn der Anker das Feld berührt, überträgtsich das Bremsmoment auf das Feldgehäuse und den Maschinenrahmen und verzögert die Last. WiebeieinerKupplungkannsich die Geschwindigkeitschnelländern.

Die meistenindustriellenAnwendungenverwendenEinfluss- und Zweipolkupplungen. Diesehabeneinen Nord-Süd-Flusswegzwischen Rotor und Anker. Mobile Kupplungen und anderespezielleelektromagnetischeKupplungenkönnenjedocheinenZwei- oderDreifachflussrotorverwenden. DieseKupplungenhabensowohlim Rotor alsauchim Anker Schlitze, die zusätzlicheLuftspaltezwischen den beidenTeilenerzeugen. DiesegekrümmtenSchlitzeverlaufen parallel zum Rotor- oderAnkerumfang und werdendaher oft alsBananenschlitzebezeichnet.

Auf demWeg des geringstenWiderstandsverwebtsich der magnetischeFlusszwischen Rotor und Anker zwei- bisdreimal, wenn die Flächeneingreifen. DieseWebereierzeugtmehrere Nord-Süd-Polpaare. JedesPaarkann das Drehmoment in einerKupplungerhöhen.

TheoretischwürdeeinzusätzlicherPolsatzmitdemgleichen Durchmesser wie der ersteSatz das Betriebsdrehmomentverdoppeln. In der Praxis schrumpftjedochjeder Zusatz den Durchmesser aller Kontaktpunkte. Der Serpentinenweg, den der Magnetflussnimmt, verringert auch den verfügbarenFluss. Aberein Double-Flux-Design erhöht das Drehmoment um 30 bis 50%, und ein Triple-Flux-Design kanneinen Drehmomentanstieg von 40 bis 90% gegenübereiner Single-Flux-Einheit bewirken.

Die Möglichkeit, das Drehmoment ohne eine schwerere odergrößereKupplungzuerhöhen, istbesonderswichtigbei gewichtssensiblen Anwendungen. Alternativkönnen die IngenieureauchkleinereKupplungenspezifizieren, um das erforderliche Drehmoment zuerreichen.

SowohlbeiKupplungenalsauchbeiBremsenwird das GerätdurchAbschalten der Stromversorgung der Spuleabgeschaltet. Sobald die Stromzufuhrunterbrochenwird, sinkt der Flussschnell und der Anker löstsich. Eine odermehrereFedernhelfen, den Anker von seiner Kontaktflächewegzudrücken und einenvorgegebenenLuftspalteinzuhalten.

Alledrehtensich auf So, wieviel Drehmoment wird eine bestimmteBremseoderKupplungliefern? Der Hauptfaktor, der das Drehmoment einerKupplungoderBremsebeeinflusst, ist die Kombination von Spannung und Strom. Die Felder der EM-Kupplungen und -BremsenkönnenfürnahezujedeGleichspannungausgelegtwerden. Das Drehmoment, das die Einheiterzeugt, ist das gleiche, solangesiemit der richtigenBetriebsspannung und demrichtigen Strom versorgtwird.

Der elektrische Strom steuert die Änderung der Magnetfeldstärke, dB, wiedargestelltdurch:

dB = (µ0 I/4Π ) × dl sin (u)/r2

wobei I = Nettostrom, r = Verschiebungsvektor von der SpulezudemPunkt, an demwir das Magnetfeldkennenwollen, u = WinkelzwischendemVektor und einemStromelement dl und 0 = magnetisches Moment des Dipols.

So würdenbeispielsweise eine 90-V-Kupplung, eine 48-V-Kupplung und eine 24-V-Kupplung, die allemitihrenjeweiligenSpannungen und konstantem Strom betriebenwerden, jeweils das gleiche Drehmoment erzeugen. Das Anlegen von 48 V an eine 90-V-Kupplung führtjedochzuetwa der Hälfte des Drehmoments. DennSpannung und Drehmoment habeneinennahezulinearenZusammenhang.

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