Magnetische Kopplung bei erhöhten Temperaturen

Magnetkupplungen werden in vielen Anwendungen in der Pumpen-, Chemie-, Pharma-, Prozess- und Sicherheitsindustrie eingesetzt. Sie werden in der Regel zur Reduzierung des Verschleißes, zum Schutz vor Flüssigkeiten vor der Umgebung, zur Gewährleistung der Sauberkeit oder als Sicherheitsfaktor zum Abbremsen bei plötzlich ansteigendem Drehmoment eingesetzt.

Die gebräuchlichsten Magnetkupplungen bestehen aus einem Außen- und einem Innenantrieb, die beide mit Neodym-Magneten aufgebaut sind, um eine möglichst hohe Drehmomentdichte zu erreichen. Durch die Optimierung von Durchmesser, Luftspalt, Magnetgröße, Polzahl und Wahl der Magnetsorte ist es möglich, eine Magnetkupplung zu entwerfen, die für jede Anwendung im Bereich von wenigen Millinewtonmetern bis zu mehreren hundert Newtonmetern geeignet ist.

Wenn die Konstrukteure nur auf ein hohes Drehmoment optimieren, vergessen sie oft, den Einfluss der Temperatur zu berücksichtigen. Bezieht sich der Konstrukteur auf den Curie-Punkt der einzelnen Magnete, wird er behaupten, dass ein Neodym-Magnet die Anforderungen bis über 300°C erfüllen würde. Gleichzeitig ist es wichtig, die Temperaturabhängigkeiten der Remanenz einzubeziehen, die als reversibler Verlust angesehen wird – typischerweise etwa 0,11 % pro Grad Celsius Temperaturanstieg.

Darüber hinaus steht beim Betrieb der Magnetkupplung ein Neodym-Magnet unter Druck. Dies bedeutet, dass eine irreversible Entmagnetisierung lange vor Erreichen des Curie-Punkts erfolgt, was den Einsatz der magnetischen Kopplung auf Neodym-Basis typischerweise auf Temperaturen unter 150 °C beschränkt.

Wenn höhere Temperaturen erforderlich sind, werden typischerweise Magnetkupplungen aus Samarium-Kobalt-Magneten (SmCo) verwendet. SmCo ist nicht so stark wie Neodym-Magnete, kann aber bis zu 350 °C arbeiten. Darüber hinaus beträgt der Temperaturkoeffizient von SmCo nur 0,04 % pro Grad Celsius, was bedeutet, dass es in Anwendungen eingesetzt werden kann, bei denen Leistungsstabilität über einen größeren Temperaturbereich erforderlich ist.

Neue GenerationIn Zusammenarbeit mit Copenhagen Atomics, Alfa Laval, Aalborg CSP und der Technischen Universität Dänemark hat Sintex mit Unterstützung der Danish Innovation Foundation eine neue Generation von Magnetkupplungen entwickelt.

Ziel des Projekts war die Entwicklung einer Magnetkupplung, die den Arbeitstemperaturbereich auf Temperaturen geschmolzener Salze um 600 °C erweitern könnte. Durch den Austausch des inneren Antriebs durch ein magnetisches Material mit einem höheren Curie-Punkt und die Verstärkung des Magnetfelds des äußeren Antriebs durch spezielle magnetische Konstruktionen; Es war möglich, eine Magnetkupplung zu entwickeln, die bei Raumtemperatur bei einem niedrigeren Drehmomentniveau startete, das Drehmomentniveau jedoch in Abhängigkeit von der Temperatur nur geringfügig reduzierte. Dies führte zu einer überlegenen Leistung über 160 °C, unabhängig davon, ob der Vergleich mit einem System auf Neodym- oder Samarium-Kobalt-Basis erfolgte. Dies ist in Abbildung 1 zu sehen, wo gezeigt wird, dass das Drehmomentniveau der High Hot-Antriebe bis zu 590 °C am inneren Antrieb getestet wurde und immer noch mit einer nahezu linearen Drehmomentreduzierung durchgeführt wurde.

Die Grafik zeigt auch, dass der Temperaturkoeffizient der High Hot-Kopplung sogar niedriger ist als beim SmCo-System, was einen Markt für niedrigere Temperaturen eröffnet, in dem Leistungsstabilität über einen größeren Temperaturbereich wichtig ist.

AbschlussBei Sintex entwickelt die F&E-Abteilung die Technologie noch weiter, aber um einen Ertrag zu erzielen, müssen sie hinsichtlich des Drehmomentniveaus bei unterschiedlichen Temperaturen, Abmessungen der Magnetkupplung oder neuen Anwendungen herausgefordert werden, die bisher mit Standard-Magnetkupplungen nicht möglich waren das volle Potenzial der High Hot-Technologie ausschöpfen.

Die High-Hot-Kupplung wird nicht als standardisiertes Regalprodukt betrachtet, sondern als maßgeschneiderte Lösung, die für bestimmte Anwendungen optimiert ist. Daher erfolgt die Weiterentwicklung in enger Zusammenarbeit mit neuen Partnern.