Permanentmagnet-Bremsen (PM-Bremsen) zum Halten oder für die Not-Stopp-Funktion werden an der Festlagerseite des Motors entweder A- oder B-seitig montiert. Im un­bestromten Zustand ist die Bremse ­geschlossen; der Anker wird vom Permanentmagnetfeld gegen den Stator beziehungsweise das Erregersystem gezogen (Bild 1). Im bestromten Zustand entsteht ein elektromagnetisches Feld, das die Anziehungskraft der Permanentmagnete aufhebt und so den Anker durch die Zugkraft der Federn zwischen Anker und Flanschnabe vom Erregersystem löst. Die Bremse lüftet.

Bild 1: Aufbau beziehungsweise Schnitt einer klassischen Permanentmagnetbremse

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Durch die kraftschlüssige Verbindung zwischen Anker, Nabe und Welle ist die PM-Bremse spielfrei. Außerdem überzeugt sie vor allem durch ihre kompakten Abmessungen und ihr vergleichsweise geringes Gewicht. Die Leistungsdichte ist dank der Permanentmagnete doppelt so hoch wie beispielsweise bei Federdruckbremsen (FD) üblich. Da der Anker vollständig durch die Feder gelüftet wird, gibt es anders als bei FD-Bremsen auch keinen Abrieb. Bei letzteren entsteht immer ein Anlaufverschleiß, da sich bei Drehzahlerhöhung erst ein Luftpolster zwischen Belag und Reibflächen aufbauen muss. PM-Bremsen mit ihrer Reibpaarung Stahl/Stahl sind zudem sehr temperaturstabil und haben über den gesamten Temperaturbereich ein garantiert hohes Drehmoment, während bei FD-Bremsen der organische Reibbelag mit Änderungen des Reibwerts und erhöhtem Verschleiß auf Temperaturerhöhung reagiert.

Die Grenzen des Magnetkreises

Der Betriebstemperaturbereich ist allerdings bei PM-Bremsen ebenso nicht für alle Anwendungen ausreichend, was mit dem normalerweise üblichen Aufbau des Magnetkreises zusammenhängt. Bild 3 zeigt den magnetischen Fluss einer konventionellen PM-Bremse bei bestromter und unbestromter Spule. Liegt keine Spannung an, ist die Bremse geschlossen; sie öffnet, sobald die Lüftungsspannung (U1) anliegt (Bild 4). Wenn der Wert U2 erreicht wird, kommt es zu einer Überkompensation; das bedeutet, die – eigentlich geöffnete – Bremse schließt wieder. Konventionelle PM-Bremsen sind deshalb im Spannungsabstand zwischen U1 und U2 so ausgelegt, dass eine ­sichere Funktion bei den im industriellen Umfeld üblichen Temperaturen zwischen –5 und +120 °C gewähr­leistet ist.

An dem Temperaturfenster lässt sich jedoch nicht so einfach rütteln, da sich der Spulenwiderstand linear mit der Temperatur verändert. Liegen die Umgebungstemperaturen nun außerhalb des Fensters, kommt es zu ­Fehlfunktionen. Schließlich bleibt die angelegte Spannung mit typischer­weise 24 V gleich, der Widerstand der Spule verändert sich jedoch in ­Abhängigkeit von der Temperatur, was wiederum Auswirkungen auf den ­Spulenstrom und damit die Stärke des elektromagnetischen Feldes hat. Wird es zu kalt, sinkt der Widerstand und dadurch steigt der Spulenstrom; die Überkompensationsspannung U2 sinkt unter 24 V und die Bremse schließt fälschlicherweise wieder. ­Andersherum steigt bei zu hohen Temperaturen die Lüftungsspannung U1 auf über 24 V; die Bremse kann nicht öffnen.

Bild 4. Spannungsdiagramm einer klassischen PM-Bremse.

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Diese Eigenschaften des Magnetkreises konventioneller PM-Bremsen lassen sich kaum verändern, sind sie doch mit der möglichen Spulen­leistung und Bauform eng verknüpft. So lässt sich beispielsweise die ­Spulenleistung wegen der damit verbundenen Wärme-Entwicklung nicht beliebig erhöhen. Bezüglich Temperaturbereich, Haltemoment und Spannungstoleranzen haben konventionelle PM-Bremsen also durchaus ihre ­Grenzen. Allerdings sind diese weit gesteckt und kommen in den meisten Anwendungen in Handhabungstechnik und Robotik nicht zum Tragen. Es gibt jedoch auch Bereiche, die durchaus höhere Anforderungen an die Bremsen haben.

Outdoor-Anwendungen zum Beispiel in Windkraftanlagen erfordern einen ­erweiterten Temperaturbereich. Außerdem gibt es Anwendungen, bei denen eine ‚saubere‘ 24-V-Versorgungsspannung nicht immer gewährleistet ist. Hier sollten die Bremsen auch bei ­Spannungsschwankungen zuverlässig arbeiten. Daneben gibt es zunehmend neue Motorbaureihen am Markt, die ­höhere Drehmomente liefern und bei gleichem Bauraum stärkere Bremsen benötigen.