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

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.
Consignes de sécurité
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

4
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.

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 Embrayages et freins à hystérésis
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 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.
Frein à hystérésis ZF
Représentation schématique
d’un processus de déroulement
�
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.
Force de traction F (N)
�
Courant I (A)
015 237
Vitesse v (m/s)
Vers le processus de transformation
Courant
Ligne caractéristique Ø
Calculateur diamètre
Boîtier électronique de commande ZF
7

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
Particularités 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
Lois du couple et du courant
Couple
Courbe de réduction de la courant
Courbe d’augmentation de la courant
Courant
018276
9

4 Principe de fonctionnement
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
Embrayages et freins à hystérésis Principe de fonctionnement
Aimant-frein
Induit Induit Rotor
Frein Embrayage
Aimant d’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
019436
Anneau
d’hystérésis
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 ».
Cycles d’hystérésis en fonction du
courant induit
11

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
Montage de l’embrayage 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

7 Contraintes mécaniques
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.
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 « ZF-
TIRATRON » 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.
14
Contraintes mécaniques Embrayages et freins à hystérésis
8 Mise en service, connexions électriques
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.
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.

Embrayages et freins à hystérésis Mise en service, connexions électriques
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.
Type Tension nominale [A]
EBU 0.05 0.225
EBU 0.1 0.4
EBU 0.3 0.75
EBU 1 1.25
EBU 3 1.25
EBU 10 1.5
EBU 30 2.2
EBU 250/1 1.1
EBU 500/3 1.4
EBU 1000/10 1.9
EBU 2000/30 2.7
EBU 500/30 G 1.4
EBU 1000/100 G 1.9
EBU 2000/300 G 2.7
EBU 2000/600 G 2.7
EKU 0.3 0.9
EKU 1 1.3
EKU 3 1.5
EKU 10 1.8
15

Boîtier électronique de commande Embrayages et freins à hystérésis
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 Magnétisme résiduel
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.
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 Embrayages et freins à hystérésis
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 Détection de pannes
12 Détection de pannes
Panne
L’alimentation
électrique
branchée,
l’embrayage /
le frein ne
produit aucun
couple
L’embrayage /
le frein ne
produit pas la
valeur de
couple
escomptée
Cause probable de la panne
Défaut du module d’alimentation
Connexions défectueuses
L’aimant d’embrayage / de frein (la
bobine) est défectueux
Liaison mécanique des composantes
non effective (par exemple : liaison
induit / arbre ou rotor / arbre)
Commande erronée
Frottement radial de l’induit / du rotor
Frottement axial de l’induit / du rotor
Dépannage
Vérifier / échanger le module d’alimentation
Vérifier / échanger le câble d’alimentation
Echanger l’aimant d’embrayage / de frein (Service après-vente
ZF)
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
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 »
Vérifier le montage. La tolérance de concentrique est de 0,1 mm
au maximum, se référer au chapitre « Montage »
Vérifier le montage. Vérifier le montage axial des composantes
conformément au schéma de montage / au catalogue « ZF
TIRATRON »
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Détection de pannes Embrayages et freins à hystérésis
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.
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Panne
Emission de bruit
anormale
L’embrayage / le frein
produit un couple
résiduel ondulatoire, la
rotation du frein / de
l’embrayage est saccadée
Cause probable de la panne
Pénétration de particules dans l’équipement
Frottement radial de l’induit / du rotor
Frottement axial de l’induit / du rotor
Magnétisme résiduel
Frottement radial de l’induit / du rotor
Dépannage
Nettoyage / Soufflage à l’air comprimé
Vérifier le montage. Excentricité max. admissible
est de 0,1 mm, se référer au chapitre « Montage »
Vérifier le montage. Vérifier le montage axial des
composantes conformément au schéma de
montage / au catalogue « ZF TIRATRON »
Se référer au chapitre « Magnétisme résiduel »
Vérifier le montage. Excentricité max. admissible
est de 0,1 mm, se référer au chapitre « Montage »

Embrayages et freins à hystérésis Adresse correspondant ZF
13 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 : industrial-drives@zf.com
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
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