Magnetlager

Magnetlager ermöglichen die Lagerung ohne Materialkontakt durch magnetische Kräfte.

Typen

Passive Magnetlager

Nach dem Earnshaw-Theorem ist es durch Ausnutzen des Ferromagnetismus nicht möglich, passive und kontaktfreie Magnetlager zu bauen. Möglich wird dies lediglich durch die Verwendung diamagnetischer Materialien. Da Diamagnetismus bei Normaltemperaturen sehr schwach ausgeprägt ist, können passive Magnetlager faktisch nur als „supraleitende Magnetlager“ realisiert werden. Supraleiter verdrängen wegen des Meissner-Ochsenfeld-Effekts oder „Flux Pinning“ Magnetfelder und üben so eine Kraft auf extern anliegende Magnetfelder aus.

Aktive Magnetlager

Bei aktiven Magnetlagern wird die Lagerkraft durch geregelte Elektromagneten erzeugt, eine Stabilität des Systems wird durch eine geeignete Rückkopplung und elektronische Steuerung gewährleistet. Die grundlegende Erfindung einer derartigen Steuerung -damals noch mit Elektronenröhren- geht auf den deutschen Ingenieur Hermann Kemper zurück und wurde von ihm im Jahre 1934 zum Patent angemeldet.^[1]

In jüngerer Zeit kommen als aktive Magnetlager vermehrt Kombinationen mit Permanentmagneten zum Einsatz.^[2]

Aktive Magnetlager benötigen eine ständige Stromversorgung und besitzen zur Absicherung bei Stromausfällen oder Ausfällen der Steuerung ein mechanisches Fanglager, meist bestehend aus einem lockeren Kugel- oder Gleitlager.

Elektrodynamische Magnetlager

Weiter gibt es noch Sondertypen wie „elektrodynamische Magnetlager“ (erzeugen die Lagerkraft durch Wirbelströme, meist ohne elektronische Regelung).

Vergleich mit anderen Technologien

Vorteile

• Kontaktfreiheit:
  • Lagerung durch hermetische Kapselungen möglich
  • Keinen Abrieb, was für staubfreie Umgebungen wichtig ist
  • Keine Abnutzung des Lagers, weshalb die Wartung vereinfacht wird
  • Keine Schmiermittel notwendig, die z. B. im Vakuum verdampfen oder mit der u. U. aggressiven Umgebung reagieren können
  • Thermische, elektrische und mechanische Isolation zwischen Lager und gelagertem Körper
  • Geringe Verluste
  • Hohe Drehzahlen

Bei aktiven Magnetlagern entstehen weitere Vorteile:

• Beeinflussung der Lagerkraft möglich
  • Dämpfung und Steifigkeit in Betrieb variierbar
  • Schwingungen und Unwuchten können aktiv gedämpft werden
• Elektronische Überwachung und Steuerung des Lagers möglich

Nachteile

• Komplexität und Aufwand
• Relativ geringe Kraftdichte
• Platzbedarf

Anwendungen

Typische Anwendungsbeispiele sind Gas-Ultrazentrifugen, Turbomolekularpumpen, Werkzeugspindeln, Kompressoren und Expander, Schlauchpumpen, Schwungräder und Magnetschwebebahnen.

Weblinks

• Universität Kassel: Magnetlagerungen - Ein Überblick
• Forschungszentrum Jülich: Jülicher Magnetlager in der Herz-Chirurgie

Einzelnachweise

1. ↑ Johan K. Fremerey: Permanentmagnetische Lager Internet-Fassung vom November 2000
2. ↑ Welt der Physik: Die schwebende Kreissäge