Bij Dexter zijn we de toonaangevende leverancier van op maat gemaakte magnetische koppelingen in de magneetindustrie. We bieden drie soorten koppelingen: synchroon, wervelend en hysteresis.
Een magnetische koppeling is een apparaat dat kracht door de ruimte kan overbrengen zonder fysiek contact. Aantrekkende en afstotende magnetische krachten worden aangewend om werk uit te voeren op een lineaire of roterende manier.
Over magnetische koppelingen
In zijn eenvoudigste vorm bestaat een magnetische koppeling uit twee componenten: een bestuurder en een volger.
De bestuurder is het deel van het mechanisme dat is verbonden met de krachtbron (motor). Door magnetische interactie reageert de volger op de beweging van de bestuurder, wat resulteert in een contactloze overdracht van mechanische energie. Deze contactloze krachtoverbrenging heeft meerdere voordelen:
- Isolatie van componenten, die mechanische trillingen door magnetische demping minimaliseert of elimineert en de plaatsing van een mechanische barrière tussen de bestuurder en de volger mogelijk maakt om omgevingen te scheiden en werking onder drukverschillen mogelijk te maken.
- Hoge tolerantie voor axiale, radiale en hoekafwijkingen tussen de trekker en de lading.
- Toegestaan van snelheidsvariatie en regulering tussen de trekker en de lading.
Quick-Turn Prototyping voor magnetische koppelingen
Prototyping voor uw koppeling is een cruciale stap om ervoor te zorgen dat de magnetische oplossing aan uw behoeften en eisen voldoet. Bij Dexter combineert onze rapid prototyping-service diepgaande expertise en vindingrijkheid met speciale apparatuur om u te geven wat u nodig hebt binnen het tijdsbestek dat u nodig heeft.
Bestellingen voor op maat gemaakte koppelingen doorlopen twee fasen: haalbaarheid en engineering.
In de haalbaarheidsfase werken we met u samen om de benodigde ontwerp-/productie-informatie te bespreken (als een geheimhoudingsverklaring vereist is voor informatieoverdracht, wordt er een gestart). Aan het einde van de haalbaarheidsfase heeft u inzicht in de technische geschiktheid en inschatting van de kosten.
Als de schattingen in de haalbaarheidsstudie geschikt zijn, wordt er een formele offerte voor u gemaakt, inclusief engineeringkosten (soms beoordeeld voordat het ontwerpproces wordt gestart). Het ontwerpproces is interactief en omvat regelmatige communicatie met onze ingenieurs om ervoor te zorgen dat het aan uw behoeften voldoet.
Na het haalbaarheidsproces zullen we prototypes maken en intern testen op conformiteit met dimensionale specificaties en kracht-/koppelvereisten.
Synchroon (Klasse 1)
Zoals de naam al aangeeft, is deze koppeling een synchrone versie die inherent resulteert in een 1:1-relatie tussen de beweging van de bestuurder en de volger. Zoals op lagere scholen wordt geleerd, zoals magnetische polen (noord-noord en zuid-zuid) elkaar afstoten terwijl tegenovergestelde polen (noord-zuid) elkaar aantrekken, maken synchrone koppelingen gebruik van deze "aantrekkelijke" en "afstotende" kenmerken om beweging te produceren. Door een reeks permanente magneten met afwisselende polen (NSNS) op de driver te plaatsen en een equivalente reeks permanente magneten met afwisselende polen op de volger, wordt een "gekoppeld" magnetisch circuit geproduceerd waarbij elke noord- en zuidpool in de driver is verbonden met elk respectievelijk Zuid en noordpool van de volger.
Terwijl de bestuurder beweegt ten opzichte van de volger, beginnen de magneetpolen elkaar te overlappen, wat leidt tot een "push-pull" -effect en de daaruit voortvloeiende beweging. De grootte van de resulterende kracht hangt niet alleen af van de mate van overlapping, maar ook van de eigenschappen van het gekozen magnetische materiaal en de afstand tussen de bestuurder en de volger.
Bij enige verplaatsing worden echter de maximale krachtproducerende mogelijkheden van de koppeling bereikt. Verplaatsing voorbij dit punt resulteert in een ontkoppeling. Deze ontkoppeling manifesteert zich als een ratelende actie die het gevolg is van gelijkaardige magnetische polen waarbij de bestuurder en de volger elkaar afstoten. In tegenstelling tot zijn mechanische equivalent leidt de ontkoppeling echter over het algemeen niet tot blijvende schade; en de synchronisatie wordt opnieuw gestart bij het volgende koppelpunt van de magnetische pool.
Voors: grootste volumetrische krachtdichtheid.
Nadelen: beperkt tot een bewegingsverhouding van 1:1
Gebruik: Apparaten die een directe koppeling zonder slip vereisen tijdens het gebruik.
Wervelstroom (klasse 2)
Deze koppeling is een asynchrone versie die afhankelijk is van een snelheidsverschil tussen de bestuurder en de volger om een kracht te produceren. Een reeks permanente magneten met afwisselende polen (NSNS) wordt op de driver of de volger geplaatst en een elektrisch geleidend materiaal (meestal aluminium of koper) wordt op het parende onderdeel geplaatst.
Wanneer de driver wordt verplaatst ten opzichte van de volger, wordt een elektrische stroom geïnduceerd in het geleidende materiaal, wat resulteert in een magnetisch veld dat de permanente magneten tegenwerkt en de twee componenten "koppelt". Amperes Law regelt de relatie tussen de geïnduceerde elektrische en resulterende magnetische velden. De grootte van de resulterende kracht is direct gekoppeld aan:
- Snelheidsverschil tussen de twee componenten
- Magnetische materiaaleigenschappen
- Weerstand van de geleidende media
- Scheidingsafstand tussen bestuurder en volger.
In tegenstelling tot de synchrone koppeling (klasse 1), is deze asynchrone versie een apparaat met "verlies" en vatbaar voor ohmse verliesverhitting als gevolg van de geïnduceerde elektrische velden.
Voors: snelheidsverschil tussen bestuurder en volger.
Nadelen: "Lossy" - vereist mogelijk actieve koeling, verminderde volumetrische krachtdichtheid
Gebruik: voor asynchrone beweging of kracht-/koppelveranderingen als functie van snelheid (reminrichtingen)
Hysteresis (klasse 3)
Als een hybride van de Klasse 1- en Klasse 2-technologieën, wordt deze koppeling doorgaans op asynchrone wijze gebruikt als krachtbegrenzer, maar kan ook in synchrone toestand worden gebruikt. Een reeks permanente magneten met afwisselende polen (NSNS) wordt op de driver of de volger geplaatst en een gemakkelijk gemagnetiseerd/gedemagnetiseerd materiaal, bekend als Hysterloy, wordt op het parende onderdeel geplaatst. In rust is de permanente magneetarray ontworpen om de Hysterloy te magnetiseren, wat resulteert in een synchroon gekoppeld magnetisch circuit*. Indien deze krachten voldoende zijn voor de toepassing, zal deze koppeling synchroon werken.
*De volumetrische krachtdichtheid kan ordes van grootte lager zijn dan de Klasse 1-koppeling vanwege de magnetische eigenschappen van de Hysterloy.
Mocht de krachtbron echter krachten opwekken die deze gesynchroniseerde bedrijfstoestand overschrijden, dan ontkoppelt de bestuurder zich van en begint te bewegen ten opzichte van de volger. Deze beweging zorgt ervoor dat de Hysterloy door zijn magnetiseringslus fietst (magnetiseren-demagnetiseren-magnetiseren) via de permanente magneten op de parende component die zich nu ten opzichte daarvan vertalen. Net als bij de wervelstroomkoppeling van klasse 2 wordt het magnetische veld van de permanente magneten gebruikt en omgezet. In tegenstelling tot de wervelstroomkoppeling waarbij de energie van het magnetische veld wordt omgezet in een stromende elektrische stroom (en warmte), gebruikt de cyclische voortgang rond de magnetisatielus van de Hysterloy (hysteresislus) echter de magnetische energie om de magnetisatietoestand van de Hysterloy om te zetten. materiaal van een noordpool naar een zuidpool. Als gevolg van deze variant op het energieconversiemechanisme is hysteresiskoppeling veel minder vatbaar voor (hoewel niet volledig uitgesloten van) Ohmse verwarming.
In tegenstelling tot de volledig synchrone koppeling die een "rateleffect" ervaart wanneer deze de synchrone krachtdrempel overschrijdt, blijft deze koppeling soepel werken bij asynchrone snelheden terwijl de krachtdrempel behouden blijft. Dit wordt bereikt zonder de ohmse verwarming die inherent is aan de Klasse 2-koppeling. Bijgevolg biedt deze Klasse 3-koppeling een synchrone oplossing die kan worden ontkoppeld en in een asynchrone toestand kan worden gebruikt.
Voors: Geen ratelen in asynchrone werking en minimale verwarming tijdens asynchrone werking.
Nadelen: lage volumetrische krachtdichtheid. Beperkte maten van Hysterloy-materialen.
Gebruik: voor asynchrone beweging of kracht-/koppelbeperkingen zoals flesdoppen en spaninrichtingen.
Soorten koppelingen
Magnetische koppelingen kunnen krachten zowel lineair als roterend overbrengen. Bijgevolg moet naast het selecteren van de vereiste koppelingsklasse (synchroon, wervelstroom of hysteresis) ook het koppelingstype worden gespecificeerd.
Er zijn twee soorten koppelingen, koppel en lineair. Zoals hun namen impliceren, worden koppelkoppelingen gebruikt om krachten roterend over te brengen, terwijl lineaire koppelingen worden gebruikt om krachten lineair over te brengen. Zoals te verwachten is, heeft elk koppelingstype ook een verscheidenheid aan geometrische topologieën die kunnen worden gebruikt om aan de ontwerpintentie te voldoen. De details van deze configuraties vindt u hieronder.
Koppelkoppelingen – coaxiaal
Coaxiale magnetische koppelingen zijn zo geconfigureerd dat één lid van de koppeling volledig is genest binnen de ID van het tweede lid. De twee componenten delen een gemeenschappelijke as waarom beide roteren.
Axiale uitlijning – Zeer verdraagzaam. In feite kan het eenvoudig worden ontworpen om indien nodig zeer grote axiale uitlijnfouten op te vangen.
Radiale uitlijning – Verdraagzaam. De mate van tolerantie is gebaseerd op de afstand tussen de bestuurder en de volger. Hoe groter de afstand, hoe groter de tolerantie voor radiale uitlijnfouten. Grote radiale offsets in dicht bij elkaar geplaatste koppelingen kunnen leiden tot buitensporige radiale belastingen op lagers.
Hoekige uitlijning – Verdraagzaam. De mate van tolerantie is gebaseerd op de afstand tussen de bestuurder en de volger. Hoe groter de afstand, hoe groter de tolerantie voor hoekafwijkingen.
Koppelkoppelingen – van aangezicht tot aangezicht
Face-to-face magnetische koppelingen zijn zo geconfigureerd dat de magnetische flux wordt overgedragen rond de platte eindvlakken van de cilindrische samenstellingen. De twee componenten worden axiaal naar elkaar toe getrokken en vereisen doorgaans extra druklagerondersteuning voor een juiste integratie.
Axiale uitlijning - Licht tolerant. De hoeveelheid koppeloverdracht is recht evenredig met de axiale afstand en het aantal magneten dat in het ontwerp wordt gebruikt. Kleine variaties in luchtspleet kunnen leiden tot grote veranderingen in koppel
Radiale uitlijning - Zeer tolerant.
Hoekige uitlijning – Verdraagzaam. Vanwege de relatie tussen koppeloutput en axiale afstand, kunnen grote hoekafwijkingen leiden tot onverwachte verminderingen van het koppel
Lineaire koppelingen – buisvormig
Buisvormige magnetische koppelingen zijn zo geconfigureerd dat één lid van de koppeling volledig is genest binnen de ID van het tweede lid. De twee componenten delen een gemeenschappelijke as waarover beide zich vertalen.
Axiale uitlijning – Verdraagzaam. Lineaire koppelingen zijn inherent axiaal uitgelijnd. Als zodanig zal elke verkeerde uitlijning ertoe leiden dat de bestuurder de volger in positie trekt.
Radiale uitlijning – Verdraagzaam. De mate van tolerantie is gebaseerd op de afstand tussen de bestuurder en de volger. Hoe groter de afstand, hoe groter de tolerantie voor radiale uitlijnfouten. Grote radiale offsets in dicht bij elkaar geplaatste koppelingen kunnen leiden tot buitensporige radiale belastingen op lagers of assen.
Hoekige uitlijning – Verdraagzaam. TDe mate van tolerantie is gebaseerd op de afstand tussen de bestuurder en de volger. Hoe groter de afstand, hoe groter de tolerantie voor hoekafwijkingen.
Lineaire koppelingen – Planair
Planaire magnetische koppelingen zijn zo geconfigureerd dat de magnetische flux wordt overgedragen rond de platte eindvlakken van het magnetische samenstel. De twee componenten worden door elkaar aangetrokken en vereisen meestal extra druklagerondersteuning voor een juiste integratie.
Planaire (bewegingsrichting) verkeerde uitlijning – Verdraagzaam. Lineaire koppelingen zijn inherent axiaal uitgelijnd. Als zodanig zal elke verkeerde uitlijning ertoe leiden dat de bestuurder de volger in positie trekt.
Planaire (loodrecht op de bewegingsrichting) verkeerde uitlijning – Zeer verdraagzaam. Indien nodig kunnen ontwerpen worden gemaakt om 2-DOF te beperken.
Hoekige uitlijning -Verdraagzaam. De hoeveelheid hoekafwijking hangt af van de luchtspleet tussen de twee delen.
ONTWERP HULP
- Welk type koppeling is vereist?
- Lineair
- Koppel
- Welke topologie overweegt u?
- Face-to-face (koppelkoppeling)
- Coaxiaal (koppelkoppeling)
- Buisvormig (lineaire koppeling)
- Planair (lineaire koppeling)
- Hoeveel kracht of koppel wilt u overbrengen?
- Welke koppelingsklasse overweegt u?
- Klasse I - Synchroon
- Klasse II – Wervelstroom
- Klasse III - Hysteresis
- Welke snelheid zal de koppeling afleggen? (snelheid of RPM)
- Is een barrière tussen bestuurder en volger vereist? Zo ja, met welk drukverschil wilt u dat het ontwerp rekening houdt?
- Over welk temperatuurbereik zal deze koppeling werken?
- Zijn er corrosieve elementen of vloeistoffen waarmee rekening moet worden gehouden? Zo ja, welk type zijn ze?
- Geometrische vereisten:
- bestuurder
- Schachtmaat
- Montage type
- Stelschroef en sleutel
- Compressie (aseinde met schroefdraad)
- Taper Lock (niet beschikbaar op alle maten)
- Max. Hoogte OD
- Max. Lengte
- Volgeling
- Schachtmaat
- Montage Type
- Set Schroef en sleutel
- Compressie (aseinde met schroefdraad)
- Taper Lock (niet beschikbaar op alle maten)
- Max. Lengte
- bestuurder
- Lagerondersteuning (radiaal en axiaal) wordt meestal buiten het koppelingssysteem geleverd, maar kan in het ontwerp worden ondergebracht. Moet er een lagersteun worden ontworpen in de koppeling?
- Is dynamische balancering vereist (voor roterende systemen)?
MATERIAAL
MAGNETISCHE MATERIALEN – Toepassingsafhankelijk. Meestal gebaseerd op vereisten voor thermische en corrosiebestendigheid.
NdFeB – Temperaturen tot 150°C. Corrosiebescherming vereist.
SmCo – Temperaturen tot 350°C. Corrosiebescherming optioneel.
Keramisch – Temperaturen tot 250°C. Bescherming tegen corrosie niet vereist.
Hysterlloy (Type III – hysteresiskoppelingen) – Temperatuur tot 350C. Bescherming tegen corrosie niet vereist.
ELEKTRISCH GELEIDENDE MATERIALEN – Meestal gebaseerd op kosten- en groottebeperkingen.
Aluminium - Goedkoop. Matig-hoge geleidbaarheid.
Koper - Matige kosten. Hoge geleidbaarheid.
BESTUURDERS- EN VOLGERSSTRUCTUUR – Afhankelijk van de toepassing. Typisch gebaseerd op corrosieweerstand en kostenbeperkingen.
Koudgewalst staal (1018, 1045, enz.) – Goedkope magnetische materialen. Corrosiebescherming aanbevolen. Lage tot matige sterkte.
Gelegeerd staal (4140, 4340, enz.) - Magnetisch materiaal met lage tot gemiddelde kosten. Corrosiebescherming optioneel. Grote sterkte.
Niet-magnetisch roestvrij staal (316, 304, enz.) - Matige kosten. Bescherming tegen corrosie niet vereist. Meestal gebruikt voor hermetisch afgesloten eenheden. Lage sterkte.
Magnetisch roestvrij staal (416, 430, 17-4PH, enz.) - Matige tot hoge kosten. Corrosiebescherming optioneel. Lage-hoge sterkte afhankelijk van warmtebehandeling.
Nikkel-superlegeringen (Inconel, Hastelloy, Monel, enz.) - Zeer hoge kosten. Zeer hoge sterkte. Bescherming tegen corrosie niet vereist.
Beryllium koper - Zeer hoge kosten. Zeer hoge sterkte. Bescherming tegen corrosie niet vereist.
Aluminium – Zeer lage kosten. Lage sterkte. Corrosiebescherming niet vereist.
BARRIÈRE – Typisch gebaseerd op druk- en snelheidsvereisten.
Niet-magnetisch roestvrij staal voor toepassingen met matige druk en matige snelheid. - Matige kosten. Bescherming tegen corrosie niet vereist. Lage sterkte. Lage elektrische geleidbaarheid.
Nikkel-superlegeringen (Inconel, Hastelloy, Monel, enz.) hogedruk- en hogesnelheidstoepassingen. - Zeer hoge kosten, zeer hoge sterkte. Bescherming tegen corrosie niet vereist. Zeer lage elektrische geleidbaarheid.
Plastieken (Nylon, Teflon, Delrin, superplastieken, enz.) hoge snelheid, lage druk en nauwkeurige krachttoepassingen. Lage tot hoge kosten. Lage sterkte. Bescherming tegen corrosie niet vereist. Nietgeleidend.
Bewerkbare keramiek hoge snelheid, matige druk en nauwkeurige krachttoepassingen. Matige tot hoge kosten. Lage tot matige sterkte. Bescherming tegen corrosie niet vereist. Nietgeleidend.
FAQ
Zie onze veelgestelde vragen over magnetische koppelingen in ons informatiecentrum.