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Betriebsanleitung ZF-Hysteresekupplungen und -bremsen

Änderungen vorbehalten

Copyright by ZF

Die vorliegende Betriebsanleitung ist urheberrechtlichgeschützt.

Printed in Germany

Ausgabe: 11.2005

Sicherheitshinweise

3

Grundsätzlich sind Instandsetzer von ZF-Aggregaten für dieArbeitssicherheit selbst verantwortlich.Die Beachtung aller geltenden Sicherheitsvorschriften undgesetzlichen Auflagen ist Voraussetzung, um Schäden anPersonen und am Produkt bei Wartungs- und Instandset-zungsarbeiten zu vermeiden.Instandsetzer haben sich vor Beginn der Arbeiten mit die-sen Vorschriften vertraut zu machen.

Die sachgemäße Instandsetzung dieser ZF-Produkte setztentsprechend geschultes Fachpersonal voraus. Die Pflichtzur Schulung obliegt dem Instandsetzer.

In der vorliegenden Betriebsanleitung werden folgendeSicherheitshinweise verwendet:

HINWEISDient als Hinweis auf besondere Abläufe, Methoden, Infor-mationen, usw.

VORSICHTWird verwendet, wenn eine abweichende und nicht fachge-rechte Bedienung zu Schäden am Produkt führen kann.

GEFAHR !Wird verwendet, wenn mangelnde Sorgfalt zuPersonen- und Sachschäden führen kann.

!

Allgemeine Hinweise

4

Bevor mit dem Einbau begonnen wird, ist zuerst die vor-liegende Anleitung genau durchzulesen.

Nach erfolgtem Einbau und elektrischen Anschluss musssich das Fachpersonal davon überzeugen, dass das Produkteinwandfrei funktioniert.

1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Typische Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3 Besondere Merkmale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4 Aufbau / Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

5 Einbau / Montage Kupplung . . . . . . . . . . . . . . . . 12

6 Einbau / Montage Bremse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

7 Mechanische Belastungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

8 Elektrische Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

9 Regelelektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

10 Restmagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

11 Wartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

12 Störungserkennung und Ursachen . . . . . . . . . . . 19

13 ZF-Ansprechstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Hysteresekupplungen und -bremsen Inhaltsverzeichnis

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1. Einführung

Genau einstellbare Drehmomente bzw. Zugkräfte sind beieiner Vielzahl von Anwendungen notwendige Voraussetzungfür eine präzise Verarbeitung qualitativ hochwertiger Pro-dukte.Insbesondere bei nicht-geregelten Abläufen ist in diesemZusammenhang auch eine exakte Reproduzierbarkeit sowieKonstanz des einmal eingestellten Drehmoments Vorausset-zung.Diese Anforderungen werden durch elektromagnetische,berührungslos arbeitende Hysteresekupplungen/-bremsen inVerbindung mit einer hierfür ausgelegten Regelelektronikbestens erfüllt.

Einführung Hysteresekupplungen und -bremsen

6

2. Typische Anwendungen

Ein charakteristischer Einsatzfall ist das Erzeugen einer genaudefinierten Zugkraft beim Abwickeln von Endlosproduktenwie Draht, Faden, Papier, Folien von Vorratsrollen.Die Durchmesseränderung von der vollen zur leeren Rollemuss dabei erfasst, von einer Regelelektronik verarbeitet undvon einer Bremse in Form eines angepassten Drehmomentsumgesetzt werden, um die Zugkraft konstant zu halten.

Schema einer Bahnabwicklung

Aufwickelvorgänge werden in gleicher Weise mit Hysterese-kupplungen realisiert.Auch die Aufnahme von Kennlinien von Elektromotoren kannwie viele andere Belastungssimulationen mit Hysteresebrem-sen durch Erzeugen eines exakt einstellbaren Bremsmomentsdurchgeführt werden.

Hysteresekupplungen und -bremsen Typische Anwendungen

7

�

�

Zugkraft F (N)

Geschwindigkeit v (m/s)

zum Verarbeitungsprozess

Strom Kennlinie Ø-Rechner

Strom I (A)

ZF-Regelelektronik

ZF-Hysteresebremse

015 237

3 Besondere Merkmale der Hysteresetechnik

• Berührungslose Drehmomentübertragung

• Keine Reibgeräusche

• Keine Reibwertschwankungen

• Kein Stick-Slip-Effekt

• Kein Verschleiß

• Stillstandsmoment / Synchronmoment vorhanden

Das erzeugte Drehmoment ist abhängig vom eingestelltenStrom in der Erregerspule und bis zum typenbezogenen Maxi-malwert stufenlos einstellbar.

Drehzahleinfluss ist bis auf eine geringfügige, nahezu lineareZunahme des Moments bei steigender Schlupfdrehzahl nichtvorhanden.

Bei der leistungsorientierten Baureihe ist diese Momentenzu-nahme über den gesamten Drehzahlbereich stärker ausgeprägt.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Hysteresetechnik istdie Fähigkeit, Drehmomente übergangslos sowohl synchronals auch im Schlupf zu übertragen.

Das Moment ist also auch im Stillstand wirksam.

Besondere Merkmale Hysteresekupplungen und -bremsen

8

Drehmoment-Strom-Kennlinie

Hysteresekupplungen und -bremsen Besondere Merkmale

9

Dre

hmom

ent

Strom

Stromabfallkurve

Stromanstiegskurve

018276

10

4 Aufbau / Wirkungsweise

Der stillstehende Magnet beinhaltet die Erregerspule, die imRotor den Magnetfluss induziert. Im Rotor sind gegeneinanderversetzte Außen-und Innenpole ausgebildet, zwischen denensich der sog. Hysteresering aus dauermagnetischem Materialfrei bewegen kann (Bremse: Magnetkörper und Rotor sind einBauteil).

Die Spulenerregung bewirkt im Hysteresering entsprechendder Polzahl eine mehrfache tangentiale Magnetisierung mitwechselnder Polausrichtung. Die Anziehungs- bzw. Absto-ßungskräfte der so erzeugten Dauermagnetzonen ergeben dasübertragbare Synchronmoment.

Hysteresekupplungen und -bremsen Aufbau / Wirkungsweise

Bremsmagnet Kupplungsmagnet

Anker Anker Rotor

Bremse Kupplung

Bei Differenzdrehzahl zwischen Rotor und Hysteresering(Schlupfbetrieb) werden die Elementarmagnete kontinuierlichumgerichtet. Dies geschieht gegen einen materialabhängigen Widerstand,wodurch jeder Elementarmagnet innerhalb einer Polteilungdie bekannte Hystereseschleife durchläuft. Hieraus ist die Bezeichnung "Hysteresekupplung/-bremse"abgeleitet.

Hysteresekupplungen und -bremsen Aufbau / Wirkungsweise

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Hystereseschleifen in Abhängigkeitvon der Aussteuerung

Hysteresering

Polgeometrie

019436

5 Einbau / Montage Kupplung

Der stillstehende Kupplungsmagnet wird über den Zentrier-durchmesser am Anschlussteil des Kunden zentriert und mitSchrauben befestigt.

Der Rotor wird üblicherweise mit der angetriebenen Welleüber eine Passfeder drehfest verbunden und axial z.B. mitSicherungsringen oder Distanzbuchsen festgesetzt.

Aufgrund des niedrigeren Trägheitsmoments bildet der Ankerin der Regel die Abtriebsseite und wird an das Anschlussteilgeschraubt.

Spielen die Trägheitsmomente nur eine untergeordnete Rolleund ergibt sich der konstruktiven Situation entsprechend einegünstigere Anordnung, kann auch der Anker die Antriebsseiteund der Rotor die Abtriebsseite bilden.

Alle Komponenten müssen axial fixiert sein.

HINWEISFür detaillierte Einbauuntersuchungen kann die jeweilige Einbauzeichnung von der im Anhang angegebenen Ansprech-stelle angefordert werden.

Auf konzentrische Montage der Komponenten ist unbedingtzu achten.

VORSICHTDie Exzentrizität der Komponenten Magnetkörper, Rotorund Anker darf nicht größer sein als 0.1 mm - ansonstenbesteht die Gefahr radialen Anstreifens!

Zweckmäßigerweise wird die radiale Zuordnung der Kompo-nenten über Lager hergestellt.

Einbau / Montage Kupplung Hysteresekupplungen und -bremsen

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6 Einbau / Montage Bremse

Der Bremsmagnet wird über den Zentrierdurchmesser amAnschlussteil des Kunden zentriert und mit Schrauben befes-tigt.Der Anker wird an das Anschlussteil geschraubt und mussaxial fixiert sein.

HINWEISFür detaillierte Einbauuntersuchungen kann die jeweilige Ein-bauzeichnung von der im Anhang angegebenen Ansprechstelle angefordert werden.

Auf konzentrische Montage des Ankers ist unbedingt zu ach-ten.

VORSICHTDie Exzentrizität des Ankers darf nicht größer sein als 0.1 mm - ansonsten besteht die Gefahr radialenAnstreifens!

Über Lager kann die radiale Zuordnung der Komponentenhergestellt werden.

Hysteresekupplungen und -bremsen Einbau / Montage Bremse

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7 Mechanische Belastungen

Belastungen der Komponenten z. B. durch Aufbringen vonRadial- oder Axiallasten sind im Einzelfall zu prüfen.

Bei gelagerten Hysteresebremsen-Einheiten kann über dieLagertypen und die Lageranordnung eine Lebensdauer-Berechnung für eine vorgegebene Belastung durchgeführtwerden.

HINWEISFür Lebensdauer-Untersuchungen kann die jeweilige Einbau-zeichnung oder der Katalog "ZF-TIRATRON" von den imAnhang angegebenen Ansprechstellen angefordert werden.

Grundsätzlich sollten insbesondere Gewichtsbelastungen, wiedurch Vorratsrollen aufgebracht, der Bremsengröße angemes-sen sein.Sind diese sehr groß, empfiehlt sich eine separate Lagerungmit Ankopplung der Bremse über eine flexible Wellenkupp-lung.

8 Elektrische Inbetriebnahme

Die Ansteuerung der Hysteresekupplungen/-bremsen erfolgtdurch Konstant-Gleichstrom. Idealerweise wird dazu die ZF-Regelelektronik ERM in Verbindung mit einer Gleichspan-nungsversorgung verwendet.

HINWEISAnforderung der Betriebsanleitung "ZF-RegelelektronikERM" von der im Anhang angegebenen Ansprechstelle.

Vor Inbetriebnahme muss sichergestellt sein, dass die Be-triebsspannung der Stromquelle im zulässigen Bereich liegtund deren Leistung ausreicht.

Wird die betriebsbereite Kupplung oder Bremse mit Strombeaufschlagt, stellt sich entsprechend der Drehmoment-Strom-Kennlinie der verwendeten Type das von Null (Lagerreibung)bis Nennwert einstellbare Drehmoment ein.

VORSICHTDer Nennstrom der jeweilig verwendeten Type darf nichtüberschritten werden.

Mechanische Belastungen Hysteresekupplungen und -bremsen

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HINWEISElektrische Installationen sind von geschultem Fachpersonaldurchzuführen. Geltende Sicherheitsvorschriften sind einzu-halten.Die Polarität der Kupplungs- und Bremsenanschlusslitzenmuss prinzipiell nicht beachtet werden.Bei direkt aneinander montierten Einheiten (z.B. Rücken anRücken) ist jedoch evtl. eine gegenseitige magnetische Beein-flussung möglich, die auch von der Polarität abhängen kann.

Hysteresekupplungen und -bremsen Elektrische Inbetriebnahme

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Type Nennstrom [A]

EBU 0.05 0.225EBU 0.1 0.4EBU 0.3 0.75EBU 1 1.25EBU 3 1.25EBU 10 1.5EBU 30 2.2

EBU 250/1 1.1EBU 500/3 1.4EBU 1000/10 1.9EBU 2000/30 2.7

EBU 500/30 G 1.4EBU 1000/100 G 1.9EBU 2000/300 G 2.7EBU 2000/600 G 2.7

EKU 0.3 0.9EKU 1 1.3EKU 3 1.5EKU 10 1.8

9 Regelelektronik

Um eine gewünschte Zugkraft- bzw. Drehmomentkonstanztrotz Durchmesseränderungen eines Wickelguts oder sonstigerProzesseinflüsse einhalten zu können, ist eine optimal abge-stimmte Ansteuerelektronik erforderlich, die je nach Anwen-dung die Hysteresekupplungen/-bremsen steuert bzw. regelt.

Mit der ZF-Regelelektronik ERM sind eine Reihe von unter-schiedlichen Betriebsarten möglich.

Diese Elektronik gewährleistet, abhängig von einer Sollwert-Vorgabe, die korrekte Stromversorgung der Kupplung / Brem-se. Sie ist mikroprozessorgesteuert und mit Programmier-,Bedien- und Diagnoseschnittstellen ausgestattet.

HINWEISAnforderung der Betriebsanleitung "ZF-RegelelektronikERM" von der im Anhang angegebenen Ansprechstelle.

Regelelektronik Hysteresekupplungen und -bremsen

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10 Restmagnetismus

Dieser Effekt kann bei Wegnahme des Ansteuerstroms auftre-ten und macht sich z.B. in ruckartigen Bewegungsabläufenbemerkbar, die abhängig vom Anlagenprozess unerwünschtoder schädlich sein können (Produkt läßt sich nicht von Handeinrichten, Produktanrisse).

Verursacht wird dieses wellige Restmoment, der sog. "Ruckel-effekt", durch Restmagnetismus, der entsteht, wenn der Stromsprunghaft oder ohne Drehung des Ankers relativ zum Brems-magnet bzw. zum Kupplungsrotor unter 50% des Ausgangs-wertes verändert wird.

Dabei werden im Hysteresering entsprechend der Polpaarzahlpermanentmagnetische Zonen eingeprägt, die sich bei dernicht- (oder sehr niedrig) bestromten Einheit in Form eineswellenförmigen Rest-Moments bemerkbar machen.

HINWEISDer Effekt kann zuverlässig vermieden werden, wenn derStrom unter gleichzeitiger Relativbewegung des Ankers ram-penartig nach unten gesteuert wird.

Wird z.B. durch einen unbeabsichtigten Vorgang dennochRestmagnetismus eingeprägt, kann dieser jederzeit gelöschtwerden.

HINWEISWenn eine Hysteresekupplung/-bremse durch einen entspre-chenden Vorgang mit Restmagnetismus behaftet ist, kann die-ser gelöscht werden, indem die Einheit mit Nennstrom beauf-schlagt und danach der Strom auf Null heruntergefahren wird,wobei der Anker gleichzeitig mind. 1 relative Umdrehung zumBremsmagnet oder Kupplungsrotor durchführt.

Wird im Prozessablauf in einem folgenden Betriebszyklus der(höhere) Ausgangsstrom wieder erreicht, ist ein evtl. Restma-gnetismus ebenfalls beseitigt.

Hysteresekupplungen und -bremsen Restmagnetismus

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11 Wartung

Aufgrund der berührungslosen Funktionsweise sind die Kom-ponenten der Hysteresekupplungen und -bremsen keinem Ver-schleiß unterworfen.

Unter zulässigen Betriebsbedingungen, d.h. bei Einhaltung derjeweiligen im Katalog definierten Grenzwerte und unterBeachtung üblicher Regeln der Technik, sind lediglich dieLager in der Lebensdauer begrenzt (Fettgebrauchsdauer).

Die Kugellager der als gelagerte Einheiten erhältlichen Hyste-resebremsen sind fettbefüllt und nach Herstellerangabe war-tungsfrei.

Die Lebensdauer der Lagerung ist u.a. abhängig von Belas-tung (s. hierzu auch "7. Mechanische Belastungen"), Ver-schmutzung und Temperaturen.

Wartung Hysteresekupplungen und -bremsen

18

12 Störungserkennung

Hysteresekupplungen und -bremsen Störungserkennung

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Störung

Kupplung / Bremseerzeugt trotz ange-schlossener Stromver-sorgung kein Moment

Kupplung / Bremse liefert das "falsche"Moment (Momenten-größe)

Mögliche Ursache

Netzteil defekt

Anschlüsse defekt

Kupplungs/-Bremsmagnet (Spule) defekt

Mechanische Komponentenverbindungz.B. Anker/Welle bzw. Rotor/Welle fehlt

Ansteuerung nicht korrekt

Radiales Anstreifen des Ankers/Rotors

Axiales Anstreifen des Ankers/Rotors

Abhilfe

Netzteil prüfen / austauschen

Anschlußkabel prüfen / austauschen

Kupplungs/-Bremsmagnet austauschen(ZF-Serviceadresse)

Passfeder der Verbindung Anker/Wellebzw. Rotor/Welle montieren oder alternati-ve Verbindungstechnik (Pressen, Kleben)

Sollwertvorgabe prüfen.

Einstellparameter der gewünschten Be-triebsart der ERM überprüfen lt. Betriebs-anleitung "ZF-Regelelektronik ERM"

Einbau überprüfen; Exzentrizität max. 0.1mm, s. Kapitel "Einbau / Montage"

Einbau überprüfen; Axialzuordnungen derKomponenten lt. Einbauzeichnung / Kata-log "ZF-TIRATRON"

HINWEISDurch Nachbearbeiten des Ankers / Rotors als Abhilfemaß-nahme bei radialem Anstreifen werden die Eigenschaften (Kennlinie) verändert.

Störungserkennung Hysteresekupplungen und -bremsen

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Störung

Geräuschbildung

Ohne Bestromung wel-liges Restmoment,Ruckeln der Bremseoder Kupplung

Mögliche Ursache

Partikel im Luftspalt

Radiales Anstreifen des Ankers/Rotors

Axiales Anstreifen des Ankers/Rotors

Restmagnetismus

Radiales Anstreifen des Ankers/Rotors

Abhilfe

Reinigen / Ausblasen mit Druckluft

Einbau überprüfen; Exzentrizität max. 0.1mm, s. Kapitel "Einbau / Montage"

Einbau überprüfen; Axialzuordnungen derKomponenten lt. Einbauzeichnung / Kata-log "ZF-TIRATRON"

Siehe Kapitel "Restmagnetismus"

Einbau überprüfen; Exzentrizität max. 0.1mm, s. Kapitel "Einbau / Montage"

13 ZF-Ansprechadressen

Anforderung von Katalogunterlagen oder Einbauzeichnungen:

• Katalog "ZF-TIRATRON"• Betriebsanleitung "ZF-Regelelektronik ERM"

ZF Friedrichshafen AGSonder-AntriebstechnikSpecial Driveline Technology88036 Friedrichshafen / GermanyTelefon +49(0)7541-77-3300Telefax +49(0)7541-77-2379e-Mail industrial-drives@zf.com

Service-Ansprechstelle

Bitte entnehmen Sie die Adresse der zuständigen Service-Stelle der Übersicht im Internet: www.zf.com/industrial-drives

Hysteresekupplungen und -bremsen ZF-Ansprechadressen

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