Een magneetkoppeling brengt het koppel contactloos over via een magnetisch veld. Om beide zijden volledig gescheiden te houden, zit tussen de binnen- en buitenrotor een niet-magnetische wand: de spleetpot (in het Duits Spalttopf of Begrenzungswand, in het Engels containment shell).
De gedeelde pot is de veiligheidskritische component van de gehele koppeling. Het zorgt voor een hermetische afdichting van de vloeistof en is bepalend voor de lekdichtheid, drukbestendigheid, corrosiebestendigheid en het rendement van het systeem. De keuze van het juiste materiaal is dan ook geen onbelangrijk detail, maar bepaalt juist of het systeem veilig, lekvrij en zuinig functioneert.
Samenvatting: Roestvrij staal is de norm voor drukbestendigheid bij niet-kritische media, maar het veroorzaakt wervelstroomverliezen. Hastelloy biedt de hoogste corrosiebestendigheid, keramiek garandeert een lekvrije werking bij agressieve of zuivere media, en PEEK is ideaal voor lichtgewicht, corrosiebestendige toepassingen bij lage druk. De onderstaande selectietabel en ontwerprichtlijnen helpen u bij het maken van de juiste keuze.
Functie van de spleetpot
De aandrijfmotor drijft de buitenrotor (aandrijfmagneten) aan. Het magnetische veld daarvan dringt door in de stator en vormt een koppeling met de binnenrotor die in het medium draait – zonder enige mechanische verbinding. De behuizing scheidt zo het „natte“ gedeelte (medium, binnenrotor) van het „droge“ gedeelte (aandrijving, buitenrotor).
Dit leidt tot twee veeleisende vereisten die met elkaar in conflict zijn:
- Magnetisch doorlaatbaar: Het veld moet met zo min mogelijk belemmering door de muur heen gaan. Het materiaal moet niet-magnetisch zijn en de muur moet dun zijn om luchtkloof klein te houden.
- Mechanisch afgedicht en veilig: De wand moet op lange termijn bestand zijn tegen bedrijfsdruk, temperatuur en chemische aantasting, wat een grotere wanddikte en hoogwaardige materialen vereist.
Juist deze afweging – dun en doorlaatbaar versus dik en stijf – maakt de keuze van het materiaal en de wanddikte tot een cruciaal onderdeel van elk ontwerp van een statorkern. De wanddikte heeft een directe invloed op de magnetische luchtspleet en beïnvloedt daarmee het overdraagbaar slipkoppel.
Vergelijking van materialen
Vier materiaalgroepen spelen een dominante rol bij het ontwerp van gesplitste vaten. In de tabel worden hun eigenschappen vergeleken; de belangrijkste factor is altijd de wisselwerking tussen het medium, de druk, de temperatuur en het rendement.
| Materiaal | Corrosiebestendigheid | Temperatuur | Druk | Wervelstromen | Kosten |
|---|---|---|---|---|---|
| Roestvrij staal (z. B. 1.4571, 1.4404) | Goed (standaardmedia) | Hoog | Hoog | Ja (verliezen) | € |
| Hastelloy (op nikkelbasis) | Zeer hoog (zuren, halogeniden) | Hoog | Hoog | Ja (verliezen) | €€€ |
| Keramiek (Zirkoniumoxide ZrO₂) | Zeer hoog (vrijwel inert) | Zeer hoog | Hoog, maar gevoelig voor brosbreuken | Nee (verliesvrij) | €€€ |
| PEEK / Kunststof | Hoog (afhankelijk van het medium) | Beperkt | Beperkt | Nee (verliesvrij) | €€ |
De specifieke grenswaarden (toegestane druk, maximale temperatuur, lijst met media) zijn afhankelijk van het ontwerp, de wanddikte en de fabrikant, en moeten per geval worden vastgesteld.
Wervelstromen en warmteontwikkeling
Als het magnetisch veld roteert ten opzichte van een elektrisch geleidende spleetpotwand (roestvrij staal, Hastelloy), worden in de wand wervelstromen opgewekt. Deze stromen genereren warmte en gaan verloren als vermogensdissipatie. De verliezen nemen toe met de snelheid, de sterkte van het magnetisch veld en de wanddikte.
Praktische tip van TEA:
Bij een metalen stator en hogere toerentallen is warmteafvoer van cruciaal belang. Als de warmte niet wordt afgevoerd, stijgt de temperatuur – in extreme gevallen zelfs zodanig dat de magneten gedeeltelijk worden gedemagnetiseerd, met prestatieverlies tot gevolg. Voor hoge toerentallen, hoge vermogens of strenge rendementseisen is een niet-geleidend keramische of PEEK-spleetpot het verliesarme alternatief.
Niet-geleidende materialen elimineren wervelstromen volledig: geen verlies, geen door het veld veroorzaakte zelfopwarming van de wand. Het nadeel is dat de materiaalkosten hoger zijn en – in het geval van keramiek – dat het materiaal broos is, waardoor een ontwerp nodig is dat schokken en thermische schokken tot een minimum beperkt.
Materiaalkeuze op basis van medium en toepassing
| Vereiste / Medium | Aanbevolen materiaal | Redenering |
|---|---|---|
| Standaardmedia (water, oliën, neutrale vloeistoffen) | Roestvrij staal | Voordelig, drukbestendig, direct leverbaar |
| Corrosieve zuren, halogeniden | Hastelloy of keramiek | Roestvrij staal is gevoelig voor putcorrosie; Hastelloy en keramiek zijn hiertegen bestand |
| Een hoog toerental en een hoog rendement zijn van cruciaal belang | Keramiek | Geen wervelstroomverliezen, minimale zelfopwarming |
| Hoge temperatuur | Keramiek of roestvrij staal | Duurzaam; kunststof is geen optie |
| Hoge werkdruk | Roestvrij staal / Hastelloy | Metaal is bestand tegen de hoogste druk |
| Lage druk, gevoelig voor gewicht en kosten, corrosief | PEEK / Kunststof | Licht van gewicht, chemisch bestendig, zonder verlies |
Dankzij de hermetische afdichting is de magnetische koppeling bijzonder geschikt voor toepassingen waarbij lekkage onaanvaardbaar is, zoals bij giftige of milieugevaarlijke stoffen. Hoe de magneetkoppeling zich verhoudt tot traditionele asafdichtingen, leest u in Magnetische koppeling versus mechanische afdichting.
Ontwerp: wanddikte, spleet en veiligheid
De wanddikte is de belangrijkste ontwerpparameter. Deze beïnvloedt tegelijkertijd drie eigenschappen:
- Koppel: Elke toename van de wanddikte vergroot de magnetische luchtspleet. Aangezien het overdraagbare koppel onevenredig afneemt naarmate de spleet groter wordt, leidt een dikkere wand tot een merkbaar verlies aan koppel.
- Druksterkte: Een dikkere wand is bestand tegen hogere inwendige druk en biedt een betere bescherming tegen barsten.
- Verliezen (alleen metaal): Bij geleidende materialen nemen de wervelstroomverliezen toe naarmate de wanddikte toeneemt.
Praktisch gezien betekent dit: zo dun als de druk en de veiligheid toelaten, maar zo dik als nodig is. Wat het koppel betreft, is er een extra veiligheidsfactor waarmee rekening moet worden gehouden (doorgaans 1,5–2,0 keer het bedrijfskoppel), om rekening te houden met pieken bij het opstarten, belastingsschommelingen en de temperatuurafhankelijkheid van de magneten. Voor de concrete dimensionering biedt de productpagina van de TEA PMKC-magneetkoppelingen (met spleetpot-keuzehulp) een uitlegassistent.
Veelvoorkomende ontwerpfouten
Fout 1: Materiaal niet compatibel met het medium
Standaard roestvrij staal dat wordt gebruikt in media die chloride bevatten of zeer zuur zijn, leidt tot putcorrosie en kan het gespleten vat doorboren. De compatibiliteit met de media moet worden gecontroleerd voordat het materiaal wordt gekozen; gebruik bij twijfel Hastelloy of keramiek.
Fout 2: Geen rekening houden met warmteafvoer bij metalen pannen
Wervelstroomverliezen zorgen ervoor dat de metalen spleetpot warm wordt. Zonder voldoende warmteafvoer stijgt de temperatuur totdat, in extreme gevallen, de magneten gedeeltelijk gedemagnetiseerd raken en het koppel afneemt. Zorg bij hoge toerentallen voor een warmteafvoerpad of gebruik keramische materialen.
Fout 3: Wanddikte uitsluitend ontworpen voor drukbelasting
Als u de wand uitsluitend op basis van druk ontwerpt, gaat u voorbij aan de invloed ervan op de luchtspleet en het koppel. Een te dikke wand vergroot de spleet en vermindert het overdraagbare koppel, waardoor de koppeling eerder gaat slippen dan de bedoeling is. Houd rekening met druk, koppel en verliezen in hun onderlinge samenhang.
Fout 4: Keramiek gebruiken zonder rekening te houden met brosbreuk
Keramiek is verliesvrij en chemisch inert, maar gevoelig voor brosbreuken. Schokbelastingen, installatiespanningen of thermische schokken (snelle temperatuurschommelingen) kunnen scheuren veroorzaken. Installeer keramische afstandhouders met structurele schokdemping en vermijd plotselinge temperatuurschommelingen.
Inspectie en onderhoud
Aangezien de afdichtingsbehuizing het enige onderdeel is dat zich tussen het medium en de omgeving bevindt, is het controleren ervan een essentieel onderdeel van elk onderhoudsschema. Belangrijkste controlepunten:
- Visuele inspectie: Scheuren, corrosiesporen, tekenen van erosie en verkleuringen op de binnenwand.
- Temperatuur: Een ongewoon hoge bedrijfstemperatuur kan wijzen op toenemende wervelstroomverliezen, een kleinere luchtspleet of beginnende schade.
- Lekdichtheid: Controleer tijdens kritieke processen op lekken; ga onmiddellijk na of de druk daalt.
- Vervangingsplanning: Stel voor veiligheidskritische toepassingen een vast vervangingsinterval vast in plaats van de apparatuur te blijven gebruiken totdat deze defect raakt.
Het type koppeling – synchroon of hysterese – dat achter de gesplitste behuizing werkt, is van invloed op het belastings- en thermisch gedrag. Hier volgt een toelichting op de verschillen Hysteresekoppeling versus permanente-magneetkoppeling.
Wilt u een magnetische koppeling kiezen die geschikt is voor uw vloeistof?
Onze ingenieurs bieden ondersteuning bij de materiaalkeuze, het ontwerp van gesplitste behuizingen en het koppel – vanaf het eerste adviesgesprek tot en met de juiste PMKC-magneetkoppeling van TEA.
Zie magnetische koppelingen →Gerelateerde artikelen
Magnetische koppeling versus mechanische afdichting
Vergelijking, levenscycluskosten en richtlijnen voor besluitvorming met betrekking tot hermetische koppelingen versus mechanische afdichtingen.
Hysteresekoppeling versus permanente-magneetkoppeling
Synchroon of toerentalonafhankelijk? Werkingsprincipes, vergelijking en keuze tussen de twee typen.
Magnetische koppelingen: themaoverzicht
Een overzicht van alle handleidingen, basisprincipes en hulpmiddelen met betrekking tot magnetische koppelingen.