Ultra-High-Speed Magnetlager

Keine Reibung, keine Grenzen: Magnetlager erhöhen nicht nur die Lebensdauer sondern ermöglichen auch den Betrieb im Vakuum für höchste Drehzahlen. Mit unserer Technologie erreichen Sie 500'000 U/min und mehr.

Jeder Ingenieur kennt diese Gleichung: Wer hohe Drehzahlen fährt, muss mit hoher Abnutzung und entsprechend reduzierter Lebensdauer der Kugellager rechnen.

Als High-Speed-Spezialist ist Celeroton besonders mit dieser Herausforderung konfrontiert. Deshalb bieten wir mit dem Ultra-High-Speed Magnetlager eine technologisch führende Alternative – für unbegrenzte Lebensdauer trotz höchsten Drehzahlen. Mit dem CM-AMB-400 haben wir die Technologie in einen ersten Motor integriert.

Vorteile

  • Lebensdauer
    Magnetlagerung erhöht die Lebensdauer unabhängig von der Betriebsdrehzahl und der Anzahl Start/Stopp-Zyklen auf (theoretisch) unbegrenzte Zeit.

  • Betrieb im Vakuum
    Die Lagerkräfte werden rein elektromagnetisch generiert und es wird weder ein Schmiermittel noch eine Atmosphäre benötigt. Dadurch erlaubt die Magnetlagerung als einzige Technologie den Betrieb im Vakuum auch bei hohen Drehzahlen.

  • Aktive Kontrolle von Rotordynamik und Vibrationen
    Durch eine gezielte Ansteuerung des Magnetlagers können die Rotordynamik beim Durchfahren kritischer Drehzahlen aktiv beeinflusst und Vibrationen gedämpft werden.

Nachteile

  • Zusätzliches Volumen

  • Niedrige Tragkraft

  • Drehzahl bei Standardmagnetlagern durch Zunahme der Blindleistung und Verluste nach oben begrenzt

Funktionsweise

Die meisten Magnetlager basieren auf Reluktanzkräften. Ein magnetischer Fluss im Luftspalt zwischen Stator und Rotor generiert diese Kräfte, während Statorströme den Fluss regeln.

Funktionsprinzip Magnetlager

Funktionsprinzip eines aktiven Magnetlagers


Bei diesem Magnetlager-Typ ist die Drehzahl durch steigende Wirbelstromverluste im Rotor und Statoreisen, eine limitierte Aktor-Bandbreite und einen hohen Blindleistungsbedarf begrenzt. So waren bisher mit Magnetlagern maximale Drehzahlen von ca. 120‘000 U/min erreichbar.

Um diese Grenze zu überwinden hat Celeroton ein neues Magnetlagerkonzept erforscht. Es ermöglicht Drehzahlen von 500‘000 U/min und mehr – Weltrekord für magnetgelagerte Antriebe.

Das Lager basiert auf Lorentz- statt Reluktanzkräften. Diese werden durch eine Wicklung im Luftspalt zwischen den Rotormagneten und dem Statoreisen erzeugt und durch Ströme in der Wicklung geregelt. Das Magnetfeld des Permanentmagneten wird zugleich für die Generierung des Drehmoments eingesetzt. So wird eine kurze Bauweise als sogenannt lagerloser Motor ermöglicht.

Celeroton-Magnetlager

Generierung von Kräften und Drehmoment im Celeroton-Magnetlager

Anwendungs-Beispiele

  • Optische Systeme mit hohen Drehzahlen wie Beam Chopper und rotierende Spiegel
    Diese Anwendungen laufen im Vakuum oder unter einer Heliumatmosphäre, um Luftreibungsverluste zu minimieren und die Optik vor Verschmutzung zu schützen. Die Nachteile des Magnetlagers bezüglich Platzbedarf und Komplexität fallen hier kaum ins Gewicht, da die gesamte optische Einrichtung um ein Vielfaches grösser und komplexer ist als das Lager selbst.
  • Drallräder für Satelliten
    Bei Satelliten setzt man Drallräder ein, um die Fluglage im Weltraum zu kontrollieren und zu stabilisieren. Mittels Drehzahländerungen lassen sie sich in die gewünschte Richtung drehen. Weil Satelliten auf leichte Komponenten angewiesen sind, strebt man bei Drallrädern oft eine Gewichtsersparnis mittels Drehzahlsteigerung an. Zudem sollten sie möglichst geringe Vibrationen generieren und für den Betrieb im Voll- oder Teil-Vakuum geeignet sein. Somit erweist sich das Magnetlager als die optimale Lösung dafür.
  • Spezielle Zentrifugen
    Und weitere physikalische Testeinrichtungen wie beispielsweise für die mechanische Beschleunigung von Partikeln.

Magnetlager Demonstrator

Beispiel eines Magnetlagermotors mit 400‘000 U/min zum Betrieb eines
rotierenden Spiegels für eine High Speed Kamera

 


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