Manuel d`utilisation Embrayages et freins à hystérésis ZF
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Manuel d`utilisation Embrayages et freins à hystérésis ZF
Manuel d’utilisation Embrayages et freins à hystérésis ZF 6627 758 201a Sous réserve de modifications Copyright by ZF Les droits d’auteur de la présente documentation sont réservés. Imprimé en Allemagne Edition 11.2005 Consignes de sécurité Les personnels conduisant la maintenance sur des équipements ZF sont eux-mêmes responsables de la sécurité du travail. Le respect de la législation et des réglementations en matière de sécurité est indispensable pour éviter tout dommage aux personnes et aux équipements lors des opérations de réparation et de maintenance. Les personnels doivent prendre connaissance de ces réglementations avant de commencer le travail. Seuls les personnels dûment qualifiés sont à même de réaliser une maintenance adéquate des équipements ZF. Chaque monteur est responsable de son propre niveau de formation. Dans ce manuel, on utilise les informations sécurité suivantes : REMARQUE Attire l’attention du lecteur sur un aspect particulier du déroulement des opérations, des méthodes, des informations, sur l’utilisation d’accessoires, etc. ATTENTION Prévient le lecteur que cette phase de travail peut occasionner des dommages au matériel s’il ne suit pas strictement les indications. ! DANGER ! Le lecteur doit être particulièrement vigilant : tout manque d’attention peut entraîner des dommages corporels et matériels. 3 Consignes générales Les consignes suivantes sont à lire avec attention avant de commencer toute opération d’installation. Une fois les opérations d’installation et l’établissement des connexions électriques terminés, les personnels spécialisés vérifieront le bon fonctionnement des équipements. 4 Embrayages et freins à hystérésis Table des matières 1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 Domaine d’emploi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3 Particularités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4 Principe de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 5 Montage de l’embrayage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 6 Montage du frein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 7 Contraintes mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 8 Mise en service, connexions électriques . . . . . . . 15 9 Boîtier électronique de commande . . . . . . . . . . . 16 10 Magnétisme résiduel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 11 Entretien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 12 Détection de pannes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 13 Adresse correspondant ZF . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5 Introduction 1 Introduction Dans un grand nombre d’applications industrielles, pour la fabrication de produits de haute qualité, il est nécessaire de disposer d’un couple, d’une force de traction qui puissent être réglés de manière précise. Il est également important, et ce particulièrement dans le cas de processus non pilotés, que la valeur de couple programmée puisse être reproduite et maintenue tout au long du processus. Les embrayages et freins à hystérésis permettent de répondre à ces exigences : grâce à la gestion électronique, ces équipements électromagnétiques fonctionnant sans contact réunissent les qualités techniques requises. 6 Embrayages et freins à hystérésis Embrayages et freins à hystérésis Domaine d’emploi 2 Domaine d’emploi Les embrayages et freins à hystérésis sont principalement employés lorsqu’il s’agit de produire une force de traction déterminée pour assurer le déroulement de produits en longueur infinie livrés sous forme de bobine comme les fils électriques, les fils de couture, les films plastiques. Du fait du déroulement du produit, le diamètre extérieur de la bobine se trouve constamment modifié, cette variation du diamètre est prise en compte par l’électronique de commande. Celle-ci adapte en permanence la force du freinage pour obtenir une valeur de couple et donc une force de traction constante. Pour l’enroulement des matières, le système s’adapte de la même façon, grâce à son embrayage à hystérésis. Grâce à la précision de réglage du couple produit par le frein à hystérésis, il est tout à fait possible de prendre en compte la ligne caractéristique de moteurs électriques ou d’autres cas de charge simulés. v (m/s) Vitesse Frein à hystérésis ZF Représentation schématique d’un processus de déroulement n F (N) e tractio Force d ation ansform us de tr s s e c ro p Vers le n D Courant Ligne caractéristique Ø Calculateur diamètre Courant I (A) 015 237 Boîtier électronique de commande ZF 7 Particularités 3 Particularités des systèmes à hystérésis • Transmission du couple sans aucun contact • Aucun bruit de friction • Aucune variation de la force de friction • Suppression de l’effet “stick-slip” • Usure nulle • Disponibilité du couple à l’arrêt / couple synchrone La valeur du couple produite est fonction de l’intensité du courant qui alimente la bobine excitatrice. Elle est réglable en continu jusqu’à une valeur maximale – valeur prédéfinie pour chaque modèle d’embrayage/frein à hystérésis. Le régime de rotation ne connaît pratiquement pas de variation. On constate uniquement une faible augmentation – quasi-linéaire – du couple lors de l’augmentation du couple de glissement. Pour les modèles à hautes performances, cette augmentation du couple est plus marquée sur l’ensemble de la plage de régime. 8 Embrayages et freins à hystérésis L’un des principaux atouts des équipements à hystérésis, c’est qu’ils ont la capacité de transmettre directement le couple, aussi bien en fonctionnement synchrone qu’en situation de glissement. Ils produisent donc également un couple lorsqu’ils sont à l’arrêt. Embrayages et freins à hystérésis Particularités Couple Lois du couple et du courant Courbe de réduction de la courant Courbe d’augmentation de la courant Courant 018276 9 Embrayages et freins à hystérésis Principe de fonctionnement 4 Principe de fonctionnement Aimant d’embrayage Aimant-frein Induit Induit Frein À l’intérieur de l’aimant à l’arrêt, se trouve la bobine excitatrice, elle induit un flux magnétique dans le rotor. Il se forme au sein du rotor des pôles intérieurs et extérieurs, décalés l’un par rapport à l’autre. Entre ces pôles, l’anneau d’hystérésis composé d’un matériau magnétique, peut se mettre en mouvement librement (élément frein : le corps aimanté et le rotor forment une seule pièce). 10 Rotor Embrayage Sous l’influence de l’impulsion induite par la bobine, l’anneau d’hystérésis subit une magnétisation tangentielle multiple en fonction du nombre de pôles. Les pôles sont orientés alternativement dans un sens puis dans l’autre. Ce sont les forces d’attraction et de répulsion des zones magnétiques ainsi créées qui produisent le couple synchrone transmissible. Embrayages et freins à hystérésis Principe de fonctionnement Géométrie des pôles Cycles d’hystérésis en fonction du courant induit Anneau d’hystérésis 019436 Lorsque le régime du rotor est différent de celui de l’anneau d’hystérésis (l’embrayage fonctionne en glissement) la polarité des aimants élémentaires est continuellement inversée. Ce phénomène se produit en opposition à la résistance propre des matériaux employés. Pendant chaque inversion de polarité, chaque aimant élémentaire traverse ce qu’on appelle le cycle d’hystérésis. Voilà pourquoi on emploie le terme « d’embrayage et frein à hystérésis ». 11 Montage de l’embrayage 5 Montage de l’embrayage Au moyen de l’élément de centrage, l’aimant d’embrayage à l’arrêt est tout d’abord centré sur la pièce de raccordement client et fixée par des vis. En général, le rotor sera bloqué contre l’arbre entraîné au moyen d’un ressort d’ajustage. On le fixera sur le plan axial grâce à des circlips ou à des douilles entretoises. L’induit ayant le couple d’inertie le plus réduit, on le placera en général côté sortie. Il est alors fixé au moyen de vis à la pièce de raccordement. Si les couples d’inertie ne sont pas un élément déterminant, et si la configuration des équipements l’exige, il sera tout à fait possible de monter l’induit côté entrée et le rotor côté sortie. Tous les éléments devront être fixés sur le plan axial. REMARQUE Si le client désire réaliser une étude préalable au montage, il aura la possibilité de passer commande des schémas de montage à l’adresse de son correspondant ZF indiquée en annexe. On veillera tout particulièrement à ce que le montage des pièces soit strictement concentrique. 12 Embrayages et freins à hystérésis ATTENTION Le montage des éléments suivants : corps d’aimant, rotor et induit sera réalisé avec une excentricité inférieure à 0,1 mm. Dans le cas contraire, des frottements radiaux pourront se produire. En règle générale, on vérifie la précision radiale du montage des éléments au niveau de leur roulement. Embrayages et freins à hystérésis Montage du frein 6 Montage du frein Au moyen de l’élément de centrage, l’aimant de frein est tout d’abord centré sur la pièce de raccordement client et fixée par des vis. L’induit sera ensuite vissé à la pièce de raccordement, il doit être fixé sur le plan axial. REMARQUE Si le client désire réaliser une étude préalable au montage, il aura la possibilité de passer commande des schémas de montage à l’adresse de son correspondant ZF indiquée en annexe. On veillera tout particulièrement à ce que le montage de l’induit soit strictement concentrique. ATTENTION Le montage de l’induit sera réalisé avec une excentricité inférieure à 0,1 mm. Dans le cas contraire, des frottements radiaux pourront se produire. En règle générale, on vérifie la précision radiale du montage des éléments au niveau de leur roulement. 13 Contraintes mécaniques Embrayages et freins à hystérésis 7 Contraintes mécaniques 8 Mise en service, connexions électriques Les contraintes appliquées sur les composants – par exemple du fait de l’application de charges radiales ou axiales – devront éventuellement faire l’objet d’une vérification. Les embrayages et freins à hystérésis sont commandés par un courant continu constant. Pour un fonctionnement nominal, on utilisera la commande électronique ZF ERM en combinaison avec une alimentation à tension constante. Dans le cas de freins à hystérésis montés sur roulement, il est possible de conduire une étude prévisionnelle de la durée de vie des roulements sous une contrainte mécanique définie. REMARQUE Si le client désire réaliser une étude prévisionnelle de la durée de vie des équipements, il aura la possibilité de passer commande des schémas de montage ou du catalogue « ZFTIRATRON » à l’adresse de son correspondant ZF indiquée en annexe. D’une manière générale, on veillera à ce que le frein soit dimensionné en fonction de la contrainte mécanique qu’il devra subir – élément dimensionnant : le poids des rouleaux de réserve. Dans le cas où ces contraintes mécaniques seraient particulièrement élevées, il est recommandé de prévoir un montage dissocié avec liaison flexible par arbre. REMARQUE Pour obtenir le Manuel d’utilisation de la « Commande électronique ZF ERM », veuillez vous adresser à votre correspondant ZF à l’adresse indiquée en annexe. Avant de mettre en service les équipements, on s’assurera que la tension normale de l’alimentation électrique utilisée correspond bien au domaine nominal de fonctionnement des équipements, on s’assurera que cette alimentation est suffisante. Dès que l’embrayage ou le frein à mettre en service reçoit une alimentation électrique, il produira le couple correspondant au courant induit conformément à la loi couple-tension. Ce couple pourra être modulé en continu, de zéro (valeur de frottement des roulements) à la valeur maximale définie pour l’équipement. ATTENTION On veillera à ne pas dépasser la tension nominale définie pour chaque modèle d’embrayage et frein. 14 Embrayages et freins à hystérésis REMARQUE Tout branchement électrique devra être effectué exclusivement par des personnels spécialisés et dûment formés. On veillera à respecter les normes de sécurité en vigueur. Par principe, la polarité des cordons de connexion de l’embrayage et du frein ne doit pas être respectée. Toutefois, en cas d’unités accolées (par exemple disposition « back-to-back »), il est possible qu’il y ait une éventuelle influence réciproque magnétique, celle-ci pouvant également dépendre de la polarité. Mise en service, connexions électriques Type Tension nominale [A] EBU 0.05 EBU 0.1 EBU 0.3 EBU 1 EBU 3 EBU 10 EBU 30 0.225 0.4 0.75 1.25 1.25 1.5 2.2 EBU 250/1 EBU 500/3 EBU 1000/10 EBU 2000/30 1.1 1.4 1.9 2.7 EBU 500/30 G EBU 1000/100 G EBU 2000/300 G EBU 2000/600 G 1.4 1.9 2.7 2.7 EKU 0.3 EKU 1 EKU 3 EKU 10 0.9 1.3 1.5 1.8 15 Boîtier électronique de commande 9 Boîtier électronique de commande Pour obtenir une force de traction ou un couple constant malgré la modification constante du diamètre des rouleaux de matière à enrouler ou tout autre facteur inhérent au processus, il est nécessaire de piloter avec précision le fonctionnement des embrayages et freins à hystérésis. Le boîtier de commande électronique ZF ERM permet une adaptation parfaite des équipements et la réalisation de différents modes de fonctionnement. Ce boîtier électronique garantit à l’utilisateur, en fonction des paramètres qu’il aura programmés, une alimentation électrique optimale de l’embrayage / du frein à hystérésis. La commande électronique ZF ERM est pilotée par un microprocesseur, elle est équipée d’interfaces de programmation et de diagnostic. REMARQUE Pour obtenir le Manuel d’utilisation de la « Commande électronique ZF ERM », veuillez passer commande auprès de votre correspondant ZF à l’adresse indiquée en annexe. 16 Embrayages et freins à hystérésis Embrayages et freins à hystérésis 10 Magnétisme résiduel Ce phénomène peut apparaître lorsque le courant d’alimentation est coupé. Il se manifeste par exemple par des mouvements rotatifs saccadés qui, selon le cas d’application concerné, peuvent être indésirables ou même cause de dégâts sur le matériau (impossibilité de réglage manuel, déchirement du matériau ou produit). L’origine de ce couple ondulatoire résiduel, c’est à dire de ce mouvement saccadé réside dans le magnétisme résiduel : il apparaît lorsque le courant est réduit de plus de 50% de sa valeur d’origine, sans que l’induit ne soit mis en mouvement par rapport à l’aimant frein ou au rotor de l’embrayage. Dans un tel cas, il se forme sur l’anneau d’hystérésis des zones à magnétisme permanent, leur nombre est fonction du nombre de couples polaires. Ces zones sont à l’origine des mouvements saccadés, du couple ondulatoire résiduel lorsque l’équipement reçoit une alimentation nulle ou très faible. Magnétisme résiduel REMARQUE Il est possible de prévenir l’apparition de ce phénomène en réduisant progressivement et continuellement l’intensité du courant d’alimentation tout en maintenant l’induit en mouvement relatif. Si, lors d’une manœuvre imprévue, l’embrayage ou le frein à hystérésis produit un magnétisme résiduel, il est toujours possible de l’annuler. REMARQUE Si sur l’embrayage ou le frein à hystérésis se produit un magnétisme résiduel au cours de l’utilisation, ce magnétisme pourra être annulé en alimentant l’équipement à sa tension nominale. On réduira ensuite la tension à zéro tout en faisant exécuter une rotation relative d’au moins 1 tour par rapport à l’aimant de frein ou au rotor d’embrayage. Si, au cours de l’utilisation dans un cycle suivant, l’intensité de sortie (supérieure) est à nouveau atteinte, cela aura également pour effet d’éliminer le magnétisme résiduel. 17 Table des matières 11 Entretien Le fonctionnement des embrayages et freins à hystérésis étant sans aucun frottement, leurs composants ne sont soumis à aucune usure. Dans des conditions nominales d’exploitation, c’est à dire si les valeurs limite indiquées au catalogue sont respectées, et si le fonctionnement se fait dans les règles de l’art, les seuls éléments soumis à une limitation de la durée de vie sont les roulements (délai de consommation de la graisse de lubrification). Les roulements à billes – les freins à hystérésis peuvent être livrés montés sur roulement – sont lubrifiés pour toute leur durée d’utilisation et sans entretien. La durée de vie des roulements dépend, entres autres facteurs, de la charge (voir également au paragraphe 7 « Contraintes mécaniques »), de la salissure et des températures de fonctionnement. 18 Embrayages et freins à hystérésis Embrayages et freins à hystérésis Détection de pannes 12 Détection de pannes Panne Cause probable de la panne Dépannage L’alimentation électrique branchée, l’embrayage / le frein ne produit aucun couple Défaut du module d’alimentation Vérifier / échanger le module d’alimentation Connexions défectueuses Vérifier / échanger le câble d’alimentation L’aimant d’embrayage / de frein (la bobine) est défectueux Echanger l’aimant d’embrayage / de frein (Service après-vente ZF) Liaison mécanique des composantes non effective (par exemple : liaison induit / arbre ou rotor / arbre) Assembler le ressort d’ajustage pour établir la liaison mécanique entre l’induit et l’arbre ou le rotor et l’arbre. Utiliser éventuellement une autre technique d’assemblage : coinçage, collage L’embrayage / le frein ne produit pas la valeur de couple escomptée Commande erronée Vérifier les valeurs programmées Vérifier les paramètres du mode de fonctionnement sur la commande ERM. Se référer au Manuel d’utilisation « Boîtier électronique de commande ZF ERM » Frottement radial de l’induit / du rotor Vérifier le montage. La tolérance de concentrique est de 0,1 mm au maximum, se référer au chapitre « Montage » Frottement axial de l’induit / du rotor Vérifier le montage. Vérifier le montage axial des composantes conformément au schéma de montage / au catalogue « ZF TIRATRON » 19 Détection de pannes Embrayages et freins à hystérésis Panne Cause probable de la panne Dépannage Emission de bruit anormale Pénétration de particules dans l’équipement Nettoyage / Soufflage à l’air comprimé Frottement radial de l’induit / du rotor Vérifier le montage. Excentricité max. admissible est de 0,1 mm, se référer au chapitre « Montage » Frottement axial de l’induit / du rotor Vérifier le montage. Vérifier le montage axial des composantes conformément au schéma de montage / au catalogue « ZF TIRATRON » Magnétisme résiduel Se référer au chapitre « Magnétisme résiduel » Frottement radial de l’induit / du rotor Vérifier le montage. Excentricité max. admissible est de 0,1 mm, se référer au chapitre « Montage » L’embrayage / le frein produit un couple résiduel ondulatoire, la rotation du frein / de l’embrayage est saccadée REMARQUE Si, pour répondre à un problème de frottement radial, l’induit ou le rotor devaient être rectifiés, les caractéristiques de l’équipement (sa loi) s’en trouveraient modifiées. 20 Embrayages et freins à hystérésis 13 Adresse correspondant ZF Adresse correspondant ZF Pour toute commande de catalogues ou de schémas de montage tels que : • le catalogue « ZF TIRATRON » • le Manuel d’utilisation « Boîtier électronique de commande ZF ERM » ZF Friedrichshafen AG Sonder-Antriebstechnik Special Driveline Technology 88036 Friedrichshafen / Germany Téléphone : +49(0)7541-77-3300 Télécopie : +49(0)7541-77-2379 Mél : [email protected] Correspondant après-vente. Pour obtenir l’adresse du correspondant après-vente le plus proche, veuillez consulter la liste sur notre site internet : www.zf.com/industrial-drives 21