Elektromagnetische Kupplung / Elektromagnetische Bremse – ein Überblick

Die Rolle der elektromagnetischen Kupplung und elektromagnetischen Bremse

Was ist eigentlich eine Kupplung oder eine Bremse?

Kupplungen und Bremsen sind tief in vielen Produkten integriert. Sie erfüllen wichtige Aufgaben im Bereich der Bewegungskontrolle.

Elektromagnetische Kupplungen und elektromagnetische Bremsen sind derzeit der Mainstream

Viele der heutzutage verwendeten Bremsen und Kupplungen sind elektromagnetisch, d. h. sie beziehen ihre Antriebskraft von Elektromagneten. Ein Elektromagnet besteht aus einem Kern aus Eisenmaterial, der mit Draht umwickelt ist. Wenn ein Strom durch diese Drahtspule fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt, welches wieder verschwindet sobald der Strom unterbrochen wird. Kupplungen und Bremsen, die von diesem Phänomen Gebrauch machen, werden als elektromagnetische Kupplungen und elektromagnetische Bremsen bezeichnet.
Elektromagnetische Kupplungen und elektromagnetische Bremsen können verschiedene Rollen spielen, wie untenstehend beschrieben.
Ihre grundlegende Funktion und mechanischer Aufbau sind wie folgt.

Die Rolle der elektromagnetischen Kupplung

Die elektromagnetische Kupplung hat die Aufgabe, die Kraft von der Antriebsseite einer Maschine, wie zum Beispiel von einem konzentrischen Axialmotor entgegenzunehmen und zu einem anderen Teil innerhalb der Maschine weiterzuleiten.
Bei abgeschalteter Kupplung ist die Achse arretiert und dreht sich nicht. Wenn die Kupplung eingeschaltet wird, beginnt sich die Achse zu drehen. Diese Ein/Aus-Funktion der Kupplung überträgt Kraft zur angetriebenen Seite.

Die Rolle der elektromagnetischen Bremse

Die elektromagnetische Bremse dient zum Abbremsen und Stoppen eines sich bewegenden Objekts, welches dadurch in einen stationären Zustand gebracht wird. Die Bremse hat die Aufgabe, die Geschwindigkeit zu verringern und die vom Motor erzeugte Leistung zu stoppen.
Wenn die Bremse von der Achse des Motors abgenommen ist, dreht sich der Motor, und wenn sie sich auf der Motorachse befindet, stoppt der Motor.

Zwei Funktionsweisen

Es gibt zwei verschiedene Funktionsweisen: "Erregertyp" und "Nicht-Erreger-Typ".

Der Erregertyp verwendet eine Kupplung und Bremse, welche durch Elektrifizierung einer Spule betätigt werden. Der Nicht-Erreger-Typ ist eine Bremse, die über eine Feder arbeitet, die aufgrund des Stromausfalls der Elektrifizierung der Spule ausgelöst wird. Der gegenwärtige Trend geht zur Verwendung des Erregungs-Typs in industriellen Anwendung. Der Nicht-Erreger-Typ bietet jedoch auch einen großen Vorteil, da er zum Stoppen des Motors in Notsituationen nützlich ist.

Elektromagnetische Kupplungen und Bremsen in verschiedenen Maschinen

Elektromagnetischen Kupplungen und elektromagnetische Bremsen kommen in einer breiten Vielfalt von industriellen Maschinen in Fabriken und Werkstätten zum Einsatz. Anwendungsgebiete umfassen Wissenschaft, Umwelt, Tanks, Kessel, Motoren, Kunststoffmaschinen, Transport und Eisenherstellung.

Man findet sie auch in vertrauten Bürogeräten wie Druckern, Fax- und Kopiergeräten sowie in Automobilen, medizinischen Geräten und Rasenmähern. In Druckern zum Beispiel dienen sie zum Positionieren, Transport und Auswurf des Papiers sowie zum Antrieb und Stoppen des Druckkopfes.
In kompakten Bürogeräten werden auch mikro-elektromagnetische Kupplungen eingesetzt,und manche Geräte verwenden eine Vielzahl von elektromagnetischen Kupplungen.

Funktionsprinzip von elektromagnetischen Kupplungen und elektromagnetischen Bremsen

Elektromagnetische Kupplungen und elektromagnetische Bremsen sind jeweils durch gewisse Funktionsprinzipien charakterisiert.

Funktionsprinzip der elektromagnetischen Kupplung

Übertragen und Abfangen

Übertragen und Abfangen sind die grundlegenden Funktionen der Kupplung.
Der Betrieb des rotierenden Motors erfordert die Übertragung und das Abfangen von Energie. Beim Umschalten zwischen manuellem und automatischem Vorschub wird die Kupplung auch zum Trennen von zwei Energiequellen verwendet. Durch Verwendung von mehreren Kupplungen können verschiedene Lasten unabhängig voneinander mit einer Energiequelle betrieben werden. Dies erfolgt zum Beispiel bei der Anwendung in Kopiergeräten.

Variable Geschwindigkeit

Mit einer Kupplung ist es möglich, im rotierenden Zustand zwischen verschiedenen Stufen umzuschalten. So können Maschinenelemente und Zahnräder etc. mit einer optionalen Mehrfachkupplung mit variabler Geschwindigkeit kombiniert werden.
Diese Funktionen werden in landwirtschaftlichen Maschinen verwendet.

Normale Drehung und Rückwärtsdrehung

Durch Kombinieren einer Kupplung mit Zahnradsystemen und durch abwechselndes Bewegen der Kupplung kann die Energie vom Motor gleichzeitig in normale Drehung und entgegengesetzte Drehung umgesetzt werden.
Energie kann auch in lineare Hin- und Herbewegung umgesetzt werden.
Diese Anwendungsart findet sich in Verpackungsmaschinen.

Funktionsprinzip der elektromagnetischen Bremse

Bremsen

Das Bremsen ist die Grundfunktion der Bremse.
Schnelles Anhalten der Inertialdrehung wird in der sich wiederholenden Situation des Anfahrens und Stoppens verwendet. Bremsen vom Nicht-Erreger-Typ, welche durch Federkraft arbeiten, können als Notbremse dienen.
Dies wird in invertierten Steuerungssystemen für Förderbänder in Holzbearbeitungsmaschinen sowie zum Abbremsen und Stoppen von Golfkarren verwendet.

Rückhaltung

Diese Funktion dient zum Beibehalten einer bestimmten Position nach Stoppen einer Last,
zum Beispiel beim mechanischen Anhalten von Robotersystemen und zur Absturzsicherung von Roboterarmen. Es wird auch zur Positionshaltung von medizinischen Geräten wie Krankenhausbetten und Kameras verwendet.
Im Zuge der breiten Anwendung von Servomotoren für das Antreiben und Stoppen der Last, werden in letzter Zeit Bremsen vom Nicht-Erreger-Typ vermehrt für die Absturzsicherung von Roboterarmen eingesetzt, die mechanisch gestoppt wurden.

Betrieb von elektromagnetischen Kupplungen und elektromagnetischen Bremsen

Positionierung und Indexierung

Bremsen und Kupplungen können zur Positionserfassung dienen, und Bremsenpositionierung und Drehbewegungsindizierung können zur Beibehaltung der Stoppgenauigkeit eingesetzt werden.
Anwendungsbeispiele sind Stoppen am Hinteranschlag von Schneidmaschinen, Zuführung von Verpackungsmaterialien und Positionsstoppen in Ablagesystemen und Verpackungsmaschinen.

Betrieb mit hoher Taktfrequenz

Die Start/Stopp-Häufigkeit eines Motors ist durch die nötigen wiederholten Vorgänge zeitlich begrenzt. Die Verwendung eines Kupplungs/Bremssystems ermöglicht bis zu mehrere hundert Start/Stopp-Zyklen pro Minute.
Diese Funktion wird bei der Materialzuführung, beim Stoppen und Führen von Schneidwerkzeugen und beim Stoppen von Sperrholzmaschinen verwendet. Weitere Anwendungsbeispiele sind Blattzuführen und Stoppen sowie Positionsstopps für Beutelmaschinen.

Inching

Bei der Matrizenanpassung in Schmiedemaschinen ist es durch abwechselndes Betätigen von Kupplung und Bremse möglich, eine fein kontrollierte Zuführung zu erzielen.
Inching-Steuerung wird auch zum Beispiel für die Düsenanpassung in Sinterpressen und für die Klingenausrichtung in Schneidemachinen verwendet.