Entdecken Sie die Elektromagnetische Bremse, ihre Funktionsweise und Anwendungsbereiche. Als präzise Federdruckbremse oder effiziente Permanentmagnetbremse sind sie essenziell für die Steuerung und Sicherheit in automatisierten und manuellen Antriebssystemen. Erfahren Sie, wie diese innovativen Bremssysteme die Leistung verbessern und für einen zuverlässigen Betrieb sorgen.

Elektromagnetische Bremse

Inhalt

 

Elektromagnetische Bremsen – Das Wichtigste in Kürze

Die Entwicklung von elektromagnetischen Bremsen schreitet voran, da sie für ihre Effizienz und Präzision in verschiedenen Industriebereichen geschätzt werden. Die Nachfrage steigt, insbesondere im Hinblick auf Sicherheitsbremsen, aufgrund ihrer Fähigkeit, Maschinen sofort zu stoppen und so die Sicherheit am Arbeitsplatz zu erhöhen. Dies wird insbesondere in den Branchen Materialverarbeitung, Fahrzeugbau und Druckindustrie geschätzt.

Der Trend geht zu höherer Effizienz und Zuverlässigkeit und die Bremsen werden smarter. Ausgestattet mit Bremsen-Monitoring können Sie für vorausschauende Wartung bzw. Condition Monitoring eingesetzt werden. Auch wird im Zuge der Energiewende zunehmend auf Nachhaltigkeit Wert gelegt indem die in der Automobilindustrie schon übliche Bremsenergie Rekuperation auch in Industrie Antrieben eingesetzt wird. 

Federkraftbremse beflügelt die Energiewende

07.12.2023 | Bereits seit mehr als fünf Jahrzehnten versorgen die Federkraftbremsen von Kendrion Intorq Elektromotoren in Flurförderzeugen aller Art mit einer sicheren Bremsfunktion. Im Zuge der Energiewende und der damit einhergehenden Elektrifizierung des Verkehrssektors haben die Aerzener Bremsenspezialisten ihr Einsatzgebiet deutlich vergrößert und stellen ihre Expertise jetzt auch im steigenden Maße für den Bereich E-Mobilität zur Verfügung.

Die Fahrzeughersteller profitieren dabei nicht nur von erprobter Qualität und einem kundenoptimierten Bremsendesign, sondern auch von der energieeffizienten Technologie aus dem Haus Kendrion INTORQ, die in einem nachhaltigen Produktionsprozess gefertigt wird.

„Die Elektrifizierung von Fahr- und Förderzeugen vollzieht sich gerade mit großer Geschwindigkeit“, beschreibt Marco Vollrath, Sales Manager bei Kendrion Intorq seine Beobachtungen. „Unter anderem sehen wir diesen Trend in der Landwirtschaft, im Bausektor und natürlich in der Automobilindustrie. Hinzu kommt der wachsende Markt der Fahrerlosen Transportsysteme (FTS/AGV). Umso wichtiger wird unsere langjährige Bremsen-Expertise im Bereich der Elektromotoren. Wir wissen, was diese Bremsen leisten müssen, und können unsere Kunden in den verschiedenen Bereichen so spezialisiert, wie sie es brauchen, beraten und beliefern.“

Einsatzgebiete für die Federkraftbremse – gestern und heute

Kendrion Marco VollrathSeine erste Federkraftbremse entwickelte Kendrion INTORQ 1971 für ein Gabelstaplermodell. Heute dominiert das Unternehmen das Marktsegment Flurförderzeuge weltweit. Resultierend aus der Notwendigkeit in Hallen und geschlossenen Bereichen emissionsfrei zu fahren, ist der elektrische Betrieb von Flurförderzeugen in vielen Fällen alternativlos. Entsprechend verfügen zwei von drei dieser Fahrzeuge heute über einen Elektroantrieb. Parallel wurde die eingesetzte Motor-, Bremsen- und Akku-Technologie über die Jahrzehnte immer wieder angepasst und optimiert – ein Technologievorsprung, von dem Automobil- und Nutzfahrzeughersteller aktuell bei der Elektrifizierung ihrer Antriebstechnik profitieren können.

Auch die Federkraftbremsen von Kendrion INTORQ wurden über die Jahre in punkto Funktionalität und Energieeffizienz immer weiter perfektioniert. So kann die Bremse nach dem Öffnen durch eine optimal abgestimmte Haltestromabsenkung mit einem sehr geringen Energiebedarf offen gehalten werden. „Darüber hinaus beraten wir unsere Kunden immer so, dass die individuelle Bremsen-Lösung nur so groß wie nötig und dabei so klein wie möglich ist“, erklärt Marco Vollrath. „Auf diese Weise reduzieren wird den Energieverbrauch auf das notwendige Minimum.“

Mit regenerativer Energie produziert

Die Themen Energieeffizienz und Nachhaltigkeit spielen nicht nur beim Betrieb der Bremsen von Kendrion INTORQ eine Rolle, sondern werden bereits bei deren Produktion berücksichtigt. So deckt das Unternehmen einen Teil seines Strombedarfs über eine PV-Anlage und beheizt seine Produktionshallen über Nahwärme aus einer benachbarten Biogasanlage. „Außerdem kommen unsere Bremsen schon seit vielen Jahren in Windkraftanlagen zum Einsatz“, resümiert Marco Vollrath. „Damit schließen wir den Kreislauf – denn dort wird die Energie produziert, die die Elektromotoren antreibt, die wiederum von unseren Federkraftbremsen gestoppt werden.“

Federdruckbremsen für Roboterarme

Mayr Roboterbremse05.10.2023 | Mit dem neuen Standardbaukasten für Roboterbremsen schafft Mayr die Basis für Lösungen auf einem attraktiven Preisniveau. Auf der SPS 2023 in Nürnberg zeigt das Unternehmen, wie intelligente, sprechende Bremsen und Wellen-Kupplung clever zur Prozessüberwachung eingesetzt werden können und so den Antriebsstrang mit geringem Kostenaufwand fit machen für Industrie 4.0.

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Elektromagnetische Bremsen für vertikale Achsen

16.08.2023 | Mayr präsentiert zur EMO 2023 sein Portfolio an elektromagnetischen, pneumatischen und hydraulischen Sicherheitsbremsen für die Absicherung vertikaler Achsen in WZM und Bearbeitungszentren. Diese Vertikalachsenbremsen sichern alle Gefährdungssituationen ab, die beim Betrieb von schwerkraftbelasteten Achsen auftreten können.

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Elektromagnetische Linearbremse mit 10-fach schnellerer Schaltzeit

23.11.2021 | Zur Absicherung von linearen Bewegungen bei Stillstand z. B. durch Stromausfall werden oft Sicherheitsbremsen eingesetzt. Sie wirken auf separate Rundstangen bzw. Kolbenstangen oder Führungsschienen. Abhängig von den Anwendungen kommen hier oft pneumatisch oder hydraulisch öffnende Bremsen zum Einsatz, weil sie hohe Haltekräfte bieten.

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Servo Sicherheitsbremse richtig auswählen

03.06.2020 | Die Sicherheitsbremse zum Halten einer bestimmten Position und für Not-Halt-Situationen ist ein wichtiger Bestandteil im Servoantrieb. Bislang gilt die Servobremse in manchen Fällen als nicht überwachbar. Mayr hat mit der Roba-servostop eine Servo Sicherheitsbremse im Baukastensystem entwickelt, die besonders in der Robotik eine Lösung bietet.

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Federdruck- und Permanentmagnet-Bremse im Vergleich

Kendrion Federdruckbremse


03.06.2014 | Sowohl Federdruck- als auch Permanentmagnet-Bremsen haben ihre Berechtigung. Doch welche ist die richtige für den jeweiligen Einsatzfall? Da bei der Auswahl sehr unterschiedliche Aspekte zu berücksichtigen sind, sollte der Anwender auf kompetente Beratung vertrauen. Dann ist es natürlich von Vorteil, wenn der beratende Bremsenhersteller beide Wirkprinzipien im Programm hat und ohne Eigeninteresse berät. Der Beitrag von dem Hersteller von Kupplungen und Bremsen Kendrion zeigt, dass Bremse nicht gleich Bremse ist.

Kendrion Vergleich Federdruck PermanentmagnetbremseJe nach Einsatzbedingung unterscheidet man zunächst einmal zwischen Halte- und Arbeitsbremse. Die Haltebremse hat die Aufgabe, Lasten im Stillstand zu halten. Das Abbremsen der Bewegung wird dabei vom Antrieb übernommen. Nur im Fehlerfall, z. B. beim Not-Stopp, leistet die Haltebremse Bremsarbeit, um das System zum Stillstand zu bringen und anschließend in Ruhe zu halten.

Im Gegensatz dazu hat die Arbeitsbremse die Aufgabe, die Bewegungsenergie zu vernichten und wiederum anschließend das System im Stillstand in Ruhe zu halten. Typische Einsatzbereiche für Halte- und Arbeitsbremsen finden sich bei Aufzügen, Hängebahnen und Windkraftanlagen ebenso wie in der Robotik und im Maschinenbau.

Der Einsatz von Arbeitsbremsen tritt mehr und mehr in den Hintergrund, da moderne Antriebe und Steuerungen die Bremsaufgabe sicher bewältigen und zudem verschleißfrei arbeiten können. Applikationen, in denen Arbeitsbremsen zum Einsatz kommen, werden durch Federdruckbremsen bedient, da die dort eingesetzten organischen Reibsysteme – ähnlich wie die Bremsbeläge beim Auto – sich gut dafür eignen, eine hohe Gesamtarbeit über die Lebensdauer zur Verfügung zu stellen.

Für den zahlenmäßig deutlich überwiegenden Anteil der Haltebremsen-Applikationen kommen sowohl Permanentmagnet- als auch Federdruckbremsen zum Einsatz. Der Anwender hat hier die Qual der Wahl, wie in so vielen anderen Bereichen auch. Er muss entscheiden, welches Funktionsprinzip sich für seine Applikation am besten eignet. Beide haben dabei jeweils charakteristische Eigenschaften, die sie für die unterschiedlichen Einsatzbereiche prädestinieren.

Zwei Wirkprinzipien – unterschiedliche Eigenschaften

Kendrion RoboterbremseFür beide Bremsentypen gilt, dass sie im stromlosen Zustand geschlossen sind. Es handelt sich um Sicherheitsbremsen: Bei Stromausfall oder Versagen der Energieversorgung wie durch Leitungsbruch wird das System sicher gehalten. Darüber hinaus gibt es jedoch grundsätzliche Unterschiede. Bei der Federdruckbremse, die üblicherweise an der B-Lagerseite eines Elektromotors angebaut wird, drücken im unbestromten Zustand Federn gegen die Ankerscheibe der Bremse.

Die Reibbeläge des Rotors, der über eine Verzahnung mit der Motorwelle verbunden ist, werden zwischen dieser Ankerscheibe und der Anbaufläche der Bremse auf der Motorrückseite eingespannt. Wird die Spule der Bremse bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, das die Ankerscheibe anzieht und so den Rotor mit den Reibbelägen freigibt. Die Bremse lüftet.

Beim Wirkprinzip Permanentmagnet dagegen wird im unbestromten Zustand der Anker bzw. der Rotor vom Permanentmagnetfeld gegen den Stator bzw. das Erregersystem gezogen. Im bestromten Zustand entsteht ein elektromagnetisches Feld, das die Anziehungskraft der Permanentmagnete aufhebt und so den Anker durch die Zugkraft der Federn zwischen Anker und Flanschnabe vom Erregersystem löst. Die Bremse lüftet.

Durch die kraftschlüssige Verbindung zwischen Anker, Nabe und Welle ist die Permanentmagnetbremse spielfrei. Es gilt allerdings definierte Einbaubedingungen einzuhalten, um im Motor einen definierten Luftspalt zu gewährleisten.

Permanentmagnet-Bremsen

Aus diesen beiden Wirkprinzipien mit ihren unterschiedlichen Reibpaarungen, Stahl/Stahl bei der Permanentmagnetbremse sowie organische Reibbeläge/Stahl bei der Federdruckbremse resultieren definierte, wesentliche Eigenschaften, aus denen sich für beide Bremsenarten typische Anwendungsfelder ergeben:

Permanentmagnet-Bremsen (PE) eignen sich gut für Servomotoren, beispielsweise in der Handhabungstechnik und Robotik. Hier überzeugen sie vor allem durch ihre kompakten Abmessungen und ihr vergleichsweise geringes Gewicht. Die Leistungsdichte ist dank der Permanentmagnete doppelt so hoch wie bei Federdruckbremsen (FD) üblich. Aber auch aus anderen Gründen wird man den leichten und gleichzeitig dynamischen und nahezu abriebfreien Bremsen in der Robotik gern den Vorzug geben.

Die Abriebsfreiheit der PE-Bremse wird durch das Wirkprinzip der Bremse sichergestellt. Der Anker wird vollständig durch die Feder gelüftet. Bei der FD-Bremse entsteht ein Anlaufverschleiß, da sich bei Drehzahlerhöhung erst ein Luftpolster zwischen Belag und Reibflächen aufbauen muss. Dieser Verschleiß kann sich durch Beschleunigungen der Reibscheibe, z. B. der Erdbeschleunigung bei vertikaler Anordnung des Antriebs oder durch Fliehkräfte bei der Drehung der Rotorblätter einer Windkraftanlage erhöhen. Dabei ist hier meist nur ein Reibbelag betroffen.

Die PE-Bremse verhält sich beim Einsatz als reine Haltebremse mit Notstoppfunktion anders als die FD-Bremse. Die PE-Bremse ist auf Grund ihres Aufbaus restmomentfrei. Es gibt nur Abrieb bei den Notstopps. In der Betätigung wird der Anker vollständig durch die Feder gelüftet. Demgegenüber hat die FD-Bremse ein Anlaufmoment, was zu einem gewissen Verschleiß bei jedem Anlauf führt. Erschwerend kommt noch der oben erwähnte Verschleiß durch Beschleunigungskräfte hinzu. Oftmals kann dieser zusätzliche Verschleiß nicht genau bestimmt werden, da meist nur eine Seite der Reibscheibe betroffen ist.


Flüsterleise Aufzugsbremse sichert Aufzüge und Fahrtreppen


Ein weiterer Unterschied liegt im Verhalten über den Temperaturbereich. PE-Bremsen sind sehr temperaturstabil und haben über den gesamten Temperaturbereich ein garantiert hohes Drehmoment. Anders sieht es bei den FD-Bremsen aus. Hier wird die Temperaturstabilität im Wesentlichen durch die Zusammensetzung des organischen Reibbelags beeinflusst. Man kann dies mit einem Autoreifen vergleichen, der auch für verschiedene Einsatzbedingungen entwickelt wird. Genauso wenig wie ein Formel 1 Reifen im Winter verwendet werden kann, verhält es sich mit einigen organischen Reibbelägen bei Bremsen.

Bei einem hohen Reibkoeffizienten hat der Belag eine gute Haftung, man erreicht hohe Drehmomente, dafür verschleißt der Belag aber sehr schnell. Für Beläge in FD-Bremsen heißt dies: Beläge mit hohen Reibkoeffizienten zeigen einen stärkeren Abfall über den gesamten Temperaturbereich und haben teilweise nur noch das halbe Drehmoment bei 120° oder -40 °C. Generell kann gesagt werden, dass FD-Bremsen entweder sehr gute Drehmomente erzielen, dann aber nicht so temperaturstabil sind oder dass bei einem temperaturstabilem Belag der Reibkoeffizient vergleichsweise niedriger liegt. Hervorzuheben ist jedoch, dass sich in einem vorgegebenen Temperaturbereich das Drehmoment der FD-Bremse sehr genau auf das vom Kunden spezifizierte Drehmoment im Designprozess einstellen lässt.

Allrounder Federdruckbremse

Hub- und Fahrantriebe mit hohen Bremsenergien und definiertem Bremsmoment, sprich kontrolliertem Verzögern bei Notstopp, können durch PE nicht bedient werden. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Anwendungen, bei denen keine hohe Dynamik und Leistungsdichte erforderlich ist. Krane, Hängeförderer oder Rolltore liefern dafür typische Beispiele.

Die Bremse muss im Fall der Fälle bremsen, bei Not-Stopp gegebenenfalls hohe Verzögerungswerte pro Bremsung liefern und das Gewicht zuverlässig halten. Die Schaltzeit und Leistungsdichte spielen nur eine untergeordnete Rolle. Hohe Bremsarbeit ist für die organischen Reibbeläge der Federdruck-Bremsen kein Problem und sie lassen sich bei Bedarf auch als Arbeitsbremse nutzen.

Außerdem ist das Trägheitsmoment durch das vergleichsweise geringe Gewicht der Reibscheibe niedriger als bei Permanentmagnet-Bremsen. Hinzu kommt, dass in diesen Applikationen meist IEC-Standard-Normmotoren eingesetzt sind, an denen sich Federdruckbremsen einfach und schnellmontieren lassen. Die Bremse, deren Aufbau im Vergleich zu Permanentmagnet-Bremsen weniger komplex ist, bleibt in der Regel gut zugänglich.

Wer in einer Applikation einen kostengünstigen Standard-Normmotor einsetzen kann, wird daher normalerweise zu einer Federdruck-Bremse greifen. Für den jeweiligen Einsatzbereich, z. B. für einen bestimmten Einsatztemperaturbereich, kann ein auf die Anwendung optimierter Reibbelag ausgewählt werden.

Die FD-Bremse kann bei richtiger Auswahl des organischen Reibbelags und der Auslegung der Federn gut auf ein gewünschtes Drehmoment mit einer relativ kleinen Toleranz eingestellt werden. Ist zudem der Temperaturbereich noch vergleichsweise klein, kann über diesen Bereich das Drehmoment gut gehalten werden. Außerdem ist auch bei Federdruckbremsen die Entwicklung nicht stehen geblieben: Mit den neuen Kobra-Bremsen von Kendrion können 80 % mehr Drehmoment oder die dreifache Lebensdauer im Vergleich zu bisher marktüblichen Lösungen erreicht werden. Durch Reduktion der Ansteuerleistung wird der Stromverbrauch um ein Drittel gesenkt. Es entsteht weniger Wärme, was die Alterung der Komponenten verringert.

Elektromagnetische Stangenbremse und Stangenklemmung

28.11.2011 | Mit der HMSB hat Hema eine Stangenbremse entwickelt, die mit einem Feder-Energiespeicher nach dem Prinzip der bewährten Feder arbeitet und daher nicht nur als Betriebs- und Haltebremse, sondern auch als Notstoppbremse eingesetzt werden kann. Durch die elektromagnetische Arbeitsweise benötigt die kompakte HMSB für den kleinen Bauraum keinen hydraulischen oder pneumatischen Anschluss.

Da lediglich ein Stromanschluss mit 400 V AC Nennleistung vorhanden sein muss und die elektronische Steuerung bereits integriert ist, lässt sich die HMSB einfach montieren oder nachrüsten.

Liegt an der Bremse keine Spannung an, wird durch die Federkraft eine konische Buchse axial in eine ebenfalls konische Bohrung des Gehäuses gepresst. Dadurch wird der Querschnitt am Innendurchmesser der Buchse verengt, so dass diese auf der mittig durchlaufenden Rundstange mit hoher Kraft (8 bis 14 kN) klemmt. Die Federkraft wird dabei über den Kegelwinkel der Buchse verstärkt. Zum Öffnen der Bremse wird die HMSB mit Strom beaufschlagt, wodurch ein integrierter starker Elektromagnet einen Flachanker anzieht, der die Klemmbuchse entgegen der Federkraft aus dem Konussitz drückt. Nach der Anzugsphase beträgt die Leistungsaufnahme der Bremse weniger als 15 VA. Mit 199 x 120 x 152 mm ist die Bremse sehr kompakt konstruiert und dank Schutzart IP65 auch in rauen Umgebungen einsetzbar.

In der Ausführung als Bremse ist die auf der Stange klemmende Konusbuchse nicht fest mit dem Gehäuse verbunden. Daher wirkt die am Gehäuse befestigte Masse Bremskraft verstärkend, weil sie zu einem weiteren Verkeilen der Buchse führt (Haltekraft 14 kN). Diese Verschiebbarkeit der Buchse gegenüber dem Gehäuse verhindert zwar ein genaues Positionieren, was beim Abbremsen aber auch nicht notwendig ist.

Für Anwendungen hingegen, die ein punktgenaues Positionieren ohne Bremswirkung erfordern, gibt es eine Ausführung als Stangenklemmung an (Haltekraft 8 kN). Bei dieser ist die Konusbuchse fest mit dem Gehäuse verbunden und dadurch nicht wie bei der Ausführung als Bremse leicht verschiebbar – ideal für ein exaktes Positionieren. Die Feder drückt während des Klemmens auf eine frei bewegliche Nabe mit Innenkonus, auf die dann auch die Magnetkraft zum Öffnen wirkt.

Anwendungen elektromagnetischer Bremsen

Für die Sicherheitsbremsen von Mayr gibt es kaum eine Branche, die der Antriebsspezialist nicht bedient. Sie sichern Mensch und Maschine in Aufzügen und Fahrteppen, in der Bühnentechnik, Bahnindustrie, Prüfstandstechnik und Stahlindustrie, in Windkraftanlagen, Krananlagen und Windentechnik, Extrudern, Abwassertechnik, im Tunnel und Bergbau uvm.

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Häufige Fragen

Was ist eine elektromagnetische Bremse?

Eine elektromagnetische Bremse nutzt ein magnetisches Feld, um mechanische Bewegung, typischerweise die Rotation einer Welle, zu verlangsamen oder zu stoppen. Sie wird elektrisch aktiviert, um einen Elektromagneten zu erregen, der wiederum eine Bremskraft auf eine metallische Oberfläche ausübt, was die Bewegung ohne direkten Kontakt verlangsamt oder stoppt. Diese Bremsen sind für ihre präzise Steuerung und sofortige Reaktionsfähigkeit bekannt und werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine schnelle und zuverlässige Bremswirkung erforderlich ist.

Wie funktioniert eine magnetische Bremse?

Eine magnetische Bremse verwendet die Kraft des Magnetismus, um Bewegung zu verlangsamen oder zu stoppen. Wenn elektrischer Strom durch eine Spule fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Feld wirkt auf eine metallische Bremsscheibe oder Bremstrommel. Durch Wirbelströme wird eine Gegenkraft erzeugt, die die Bewegung hemmt. Bei einer elektromagnetischen Bremse wird das Magnetfeld genutzt, um mechanische Bremsbeläge zu betätigen, die gegen eine rotierende Scheibe oder Trommel drücken und so die Bewegung stoppen. Diese Art der Bremse ermöglicht eine sehr präzise Steuerung der Bremskraft und wird daher in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt.

Was ist eine Federkraftbremse?

Eine Federkraftbremse ist eine mechanische Bremse, bei der die Bremskraft durch vorgespannte Federn erzeugt wird. Diese Bremsen sind so konzipiert, dass sie in ihrem Ruhezustand wenn kein Strom fließt, eine Bremswirkung ausüben. Die Bremsung wird durch das Freigeben der Federkraft erreicht, die auf die Bremselemente drückt und die Bewegung stoppt. Sie werden häufig als Sicherheitsbremsen eingesetzt, um im Falle eines Stromausfalls oder bei Not-Halt eine Maschine sicher anzuhalten.

Was ist eine Permanentmagnetbremse?

Eine Permanentmagnetbremse ist verwendet Permanentmagnete, um eine Bremskraft zu erzeugen. Im Gegensatz zu elektromagnetischen Bremsen, die ein Magnetfeld durch elektrischen Strom erzeugen, nutzen Permanentmagnetbremsen das konstante Magnetfeld von Dauermagneten. Diese Bremsen erzeugen eine Bremswirkung durch die magnetische Anziehungskraft, die auf eine metallische Scheibe oder einen anderen Teil wirkt. Sie sind für ihre Zuverlässigkeit, Wartungsfreiheit und konstante Bremskraft bekannt und werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine kontinuierliche oder langfristige Bremswirkung erforderlich ist.

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