Segmentmagnete, zu einem Ring zusammengesetzt. So sind die Magnetringe vieler Koaxialkupplungen aufgebaut.
Prinzip
So funktioniert eine Magnetkupplung
Ein Innenmagnet sitzt auf der Motorwelle im geschlossenen Antriebsgehäuse. Ein Aussenmagnet sitzt im angetriebenen Teil, zum Beispiel im Laufrad einer Pumpe. Dazwischen liegt eine dichte Wand, durch die keine Welle führt. Das Magnetfeld überträgt das Drehmoment durch diese Wand hindurch.
- Antriebsseite – Innenmagnet: auf der Motorwelle, im geschlossenen Gehäuse mit Wicklung und Lagern
- Trennwand: z. B. Titan oder Kunststoff, keine Welle führt hindurch
- Mediumseite – Aussenmagnet: im Laufrad oder im angetriebenen Teil, im Medium
Vorteile und Bauformen
Warum Medizinprodukte Magnetkupplungen nutzen
Keine Leckage
Ohne Wellendurchführung gibt es keinen Dichtspalt, durch den Medium austreten oder Schmierstoff eindringen kann.
Kein Dichtungsverschleiss
Es gibt keine Wellendichtung, die sich abnutzt oder im Medium Reibungswärme erzeugt.
Antrieb und Medium getrennt
Motor und Elektronik bleiben in ihrem eigenen Gehäuse. Das vereinfacht Reinigung und Sterilisation.
Werkzeugloser Wechsel
Einwegteile, Pumpenköpfe oder Aufsätze lassen sich magnetisch ankoppeln und ohne Werkzeug tauschen.
Bauformen im Überblick
| Bauform | Aufbau | Typischer Einsatz |
|---|---|---|
Koaxialkupplung | Innen- und Aussenring, radial magnetisiert oder mehrpolig, Spalt zylindrisch | Blutpumpen, Pumpen mit rohrförmigem Spalttopf |
Stirnkupplung | Zwei mehrpolige Scheiben, Spalt eben | Flache Bauräume, Pumpenköpfe, Rührwerke im Labor |
Haltekupplung | Magnetpaar ohne Drehmomentübertragung, nur Halten und Ausrichten | Wechselbare Aufsätze, Einwegteile, Positionierung |
Auslegung
Welche Grössen die Kupplung bestimmen
Wir legen Kupplungen per FEM-Simulation aus. Bei einem bestehenden Prototyp bilden wir zuerst diesen nach und gleichen das Modell mit Messwerten ab. Erst dann optimieren wir.
| Grösse | Einfluss | Was wir von Ihnen brauchen |
|---|---|---|
Drehmoment | Bestimmt Magnetvolumen, Polzahl und Werkstoff. Eine Reserve verhindert, dass die Kupplung durchrutscht. | Nenn- und Spitzendrehmoment |
Spalt und Wandstärke | Das Drehmoment fällt mit wachsendem Abstand stark ab | Wandstärke, Lagerspiel, Toleranzen |
Wandwerkstoff | Ferromagnetische Werkstoffe lenken das Feld um. Elektrisch leitende Wände erzeugen bei hoher Drehzahl Wirbelstromverluste. | Werkstoff der Wand und aller Teile im Feld |
Drehzahl | Wirbelströme, Erwärmung, Unwucht | Betriebsdrehzahl und Lastprofil |
Temperatur | Die Koerzitivfeldstärke sinkt mit der Temperatur, bei NdFeB deutlich schneller als bei SmCo. Auch Prozesswärme beim Umspritzen zählt. | Betriebs- und Prozesstemperaturen |
Bauraum | Begrenzt Magnetvolumen und damit das erreichbare Drehmoment | Zeichnung oder Einbauraum |
Werkstoffwahl
NdFeB oder SmCo?
Bei Raumtemperatur liegen NdFeB und SmCo bei der Koerzitivfeldstärke oft nahe beieinander. Der Unterschied ist der Temperaturkoeffizient: NdFeB verliert rund 0.5 bis 0.6 % pro Kelvin, Sm2Co17 rund 0.2 bis 0.3 %. Die Koerzitivfeldstärke von NdFeB sinkt also etwa zwei- bis dreimal so schnell. Je wärmer es wird, desto schneller fällt NdFeB zurück.
Die übliche Abhilfe sind Dysprosium oder Terbium. Damit kommt aber die Exportlizenz zurück. Wir suchen deshalb zuerst nach Wegen über Geometrie und Prozess.
| NdFeB ohne Dy/Tb | SmCo | |
|---|---|---|
Remanenz | höher | niedriger |
Temperaturstabilität | geringer | höher |
Korrosion | Beschichtung nötig | beständiger |
Exportlizenz aus China | aktuell nicht nötig | nötig |
Fallstudie
Von 6 auf 4 mm, ohne Exportlizenz
Wie wir die Magnetkupplung einer intravaskulären Blutpumpe verkleinert, den Magneten ins Laufrad umspritzt und die Versorgung abgesichert haben.
FAQ
Häufige Fragen zu Magnetkupplungen
Was passiert bei Überlast?
Übersteigt das Lastmoment das übertragbare Drehmoment, rutscht die Kupplung durch, ohne mechanisch Schaden zu nehmen. Danach muss der Antrieb neu synchronisieren. Bei der Auslegung planen wir deshalb eine Reserve zum Spitzendrehmoment ein.
Welcher Werkstoff eignet sich für die Trennwand?
Die Wand sollte nicht ferromagnetisch sein, sonst lenkt sie das Feld um. Titan und Kunststoffe sind gängig. Elektrisch leitende Wände wie Titan erzeugen bei hohen Drehzahlen Wirbelstromverluste, die wir in der Auslegung berücksichtigen. Auch ferromagnetische Edelstähle in der Nähe, etwa AISI 416, gehören ins Simulationsmodell.
Wie viel Drehmoment kann eine Magnetkupplung übertragen?
Das hängt vor allem von Magnetvolumen, Spalt und Werkstoff ab. In der Medizintechnik reicht die Spanne von Bruchteilen eines Millinewtonmeters in Mikropumpen bis zu deutlich höheren Werten in Laborgeräten. Wir rechnen das für Ihren Bauraum durch.
Kann der Magnet direkt ins Laufrad umspritzt werden?
Ja. Das spart einen Montageschritt. Der Kunststoff umschliesst den Magneten, wo die Wand dick genug ist. Ist sie zu dünn, bildet eine Hülse aus 316L die Aussenwand, und der Kunststoff schliesst die Stirnseiten, wie in unserer Fallstudie. Weil die Prozesswärme einen magnetisierten NdFeB-Magneten schwächen kann, legen wir Werkstoff und Prozess gemeinsam aus. Mehr dazu unter Magnetbaugruppen.
Braucht ein Kupplungsmagnet eine Exportlizenz?
Seit April 2025 brauchen SmCo und NdFeB mit Dysprosium oder Terbium aus China eine Exportlizenz. Die Behörde hat für den Entscheid bis zu 45 Arbeitstage, oft dauert es länger, und die Regeln ändern sich mit der Politik. NdFeB ohne diese schweren Seltenen Erden ist aktuell lizenzfrei. Wie man eine Kupplung von SmCo auf lizenzfreies NdFeB umstellt, zeigt unsere Fallstudie.
Was wir für ein Angebot brauchen
Für eine Kupplung brauchen wir vor allem die Betriebsdaten: Drehmoment, Drehzahl, Temperaturen, Wandstärke und Spalt. Damit machen wir die erste Auslegung.
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Patrick Muschak
Sales Engineer Medical & Life Sciences
Philippe Scheuber
Head of Sales