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Bremse

Elektromagnetische Bremsen sammeln Daten ganz ohne Sensorik

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Elektromagnetische Bremsen liefern wertvolle Informationen für die vorausschauende Wartung und Fehleranalyse. Dafür sorgt nicht etwa kostspielige Sensorik, sondern einfach deren Konstruktionsprinzip.

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Schematische Dartellung einer Permanentmagnetbremse (li.) und einer Federdruckbremse (re.) im Servomotor.
Schematische Dartellung einer Permanentmagnetbremse (li.) und einer Federdruckbremse (re.) im Servomotor.
(Bild: Kendrion)

Die Chancen, die die Digitalisierung mit sich bringt, nutzen immer mehr Unternehmen, um die Fertigungsprozesse in ihren Werken zu optimieren. Durch den Einsatz neuer Technologien können Unternehmen ihre Instandhaltungskosten sowie die Ausfallzeiten von Maschinen drastisch reduzieren und so ihre Produktivität erhöhen. Doch dazu gilt es zunächst einmal eine aussagekräftige Datenbasis zu generieren, um Schlagworte wie „Predictive Maintenance“, also vorausschauende Wartung, mit Leben zu füllen. Die kontinuierliche Überwachung von System- bzw. Betriebszuständen ist dann der Schlüssel zu höherer Effizienz, Produktivität und Transparenz.

Funktionsprinzip als Daten-Basis

Bei elektromagnetischen Bremsen ist das einfacher als man zunächst denkt. Laut Kendrion, Anbieter von elektromagnetischen Systemen und Komponenten, handelt es sich nämlich bei der Anzahl der Schaltzyklen, der Gesamtschaltarbeit oder des elektrischen Stromverlaufs beim Öffnen bzw. Schließen um Informationen, die bei jeder elektromagnetischen Bremse erfasst, ausgewertet und entsprechend genutzt werden können – und zwar ganz ohne integrierte Sensorik. Die Basis dafür liefert das Funktionsprinzip.

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Federdruckbremse:

Eine Federdruckbremse beispielsweise nutzt die Kraftwirkung eines elektromagnetischen Feldes zum Aufheben der durch Federkraft erzeugten Bremswirkung. Sie ist demzufolge im stromlosen Zustand geschlossen und öffnet beim Anlegen einer Spannung. Die Verbindung zur Welle des Motors übernimmt in den meisten Fällen ein zentral angeordneter Mitnehmer, der auf der Motorwelle befestigt ist. Die Reibscheibe der Bremse ist axial beweglich und tangential fest mit diesem Mitnehmer verbunden.

Permanentmagnetbremse:

Permanentmagnetbremsen dagegen nutzen die Kraftwirkung eines permanentmagnetischen Feldes für die Erzeugung der Bremswirkung. Zum Aufheben der Bremswirkung wird das permanentmagnetische Feld durch ein elektromagnetisches Gegenfeld überlagert. Durch eine drehsteife und axial bewegliche Verbindung des Ankers mit der Flanschnabe der Bremse ist eine spielfreie Übertragung des Bremsmoments auf die Motorwelle des Motors und ein sicheres restmomentfreies Öffnen der Bremse möglich.

Für beide Bremsentypen gilt, dass sie im stromlosen Zustand geschlossen sind. Es handelt sich also um Sicherheitsbremsen; bei Stromausfall oder bei Versagen der Energieversorgung, zum Beispiel durch Leitungsbruch wird das System sicher gehalten.

Für beide Wirkprinzipien gilt das Induktionsgesetz. Wenn sich also innerhalb der Spulenwicklung einer elektromagnetischen Bremse der magnetische Fluss (die Feldlinienkennzahl) verändert, wird in der Wicklung eine Spannung induziert, die Induktionsspannung. Auf dieser Grundlage lassen sich ohne zusätzliche Komponenten Informationen über die Bremse und ihren aktuellen Zustand generieren.

Die entsprechende Auswertung kann beispielsweise der ohnehin vorhandene Umrichter oder Motion-Controller des Antriebs übernehmen.

Tipp: Anwendertreff Maschinenkonstruktion Verfügbarkeit und Produktivität, Flexibilität, Adaptivität – diese Ziele erreichen Konstrukteure und Entwickler bis heute mithilfe klassischer Technologien und Methoden. Doch angesichts zunehmender Digitalisierung und Vernetzung von Maschinen und Anlagen stellt sich die Frage: Wo bieten sich neue Maschinenkonzepte an, wo spielen bewährte Technologien ihre Stärken auch in Zukunft aus? Der Anwendertreff Maschinenkonstruktion will diese Fragen klären und konkrete Lösungsansätze aufzeigen.
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