Zytec gebruikt contactloze krachtoverbrenging

De magnetische koppeling van Zytec is een echte vondst: hij verbruikt minder energie en is makkelijker in het onderhoud dan de mechanische variant. En het principe is zo simpel als dat van een natuurkundeproefje voor op school. Een magnetisch mirakel.

Ir. Frank Boekholtz heeft er een speciaal koffertje voor laten maken. Erin zitten een zware, dikke, koperen schijf en een sterke magneet. Op elkaar gelegd doen die niets; ook als de magneet op zo’n 10 cm van de schijf heen en weer wordt bewogen, blijft een reactie uit. Maar komt de magneet dichterbij en gaat de beweging sneller, dan lijkt een geheimzinnige hand de magneet tegen te houden. Vlak boven de schijf lukt het zelfs om de koperen schijf heen en weer te bewegen.

‘Een eenvoudig magnetisch proefje’, zo verklaart Boekholtz. ‘Door de beweging ontstaat in de koperen schijf een veranderend magneetveld. Dat wekt in die schijf kringstroompjes op die de verandering proberen tegen te gaan. De bewegende magneet en de koperen schijf worden daardoor als het ware gekoppeld.’

En dat is precies waarmee Zytec zaken doet, het bedrijf waarvan Boekholtz nu ruim twee jaar directeur is: het ontwikkelen en verkopen van contactloze magnetische koppelingen. Zet een koperen schijf aan de as van een motor en een schijf met een paar magneten aan de rond te draaien ventilator of pomp, en ze zijn gekoppeld. Dat alles uiteraard in een moderne, hightech uitvoering, met desgewenst de mogelijkheid om de koppelkracht en daarmee het toerental aan te passen door de grootte van de luchtspleet te veranderen.

Slingerbeweging

Is zo’n koppeling belangrijk? Het is maar in welke wereld je thuis bent. Want bijvoorbeeld in de industrie, in het waterbeheer en in de waterzuivering, barst het ervan: tussen motoren en pompen, tussen motoren en ventilatoren enzovoort.

Als die koppeling zo veel wordt ­toegepast, dan zal het daar dus wel goed mee zitten? Dat valt tegen, zo ondervond bijvoorbeeld Indorama.
 

Dit bedrijf is in de Europoort een van de grotere producenten van zuiver tereftaalzuur, een grondstof voor plastics. Een van de essentiële onderdelen van de fabriek is een ventilator die de luchttoevoer voor de hoofdstoomketel levert. ‘Hapert die, dan ligt de productie stil’, zegt Engineer Reliability & Maintenance ing. Erik Melchers. De uitlijning tussen motor en ventilator was nooit goed genoeg om trillingen te voorkomen. ‘Dat was een van de redenen waarom we elk halfjaar de lagers van de ventilator moesten vervangen, met daarbij kans op productiestilstand.’

Uitlijning

Meestal is die koppeling tussen de motor en de rond te draaien ­ventilator of pomp mechanisch, met een klauw of tandkoppeling. Het is gemakkelijk voor te stellen dat de uitlijning tussen de motor en de pomp of ventilator heel precies moet zijn. Anders ontstaat tussen beide een soort slingerbeweging met trillingen en extra belasting van de lagers als gevolg. ‘Magnetische koppeling heeft dat probleem niet’, zegt Boekholtz. ‘Tussen de ronddraaiende magneet en de koperen schijf zit een luchtspleet. De overbrenging gebeurt alleen met magnetische krachten, dus contactloos.’

Van trillingen hebben we nauwelijks meer last

‘Van de trillingen hebben we nauwelijks meer last’, bevestigt Melchers. Zijn bedrijf ging vorig jaar de magnetische koppeling van Zytec gebruiken. ‘Ook de montage is een stuk eenvou­diger, omdat de uitlijning niet meer zo precies hoeft.’

Bewegende platen

Het idee van de magnetische koppeling ontstond zo’n twintig jaar geleden. Toen bedacht de Amerikaan Karl Lamb met het bedrijf MagnaDrive een toepassing voor neodynium, het materiaal dat de meest krachtige permanente magneet levert. In 2009 wilden de partners van Boekholtz, Danny van Nielen en Karel Mucek, de verkoop ervan in Europa ter hand nemen. MagnaDrive voelde echter niks voor de door hen voorgestelde aanpassingen. Daarop begonnen Van Nielen en Mucek met Zytec voor zichzelf, met een verbeterde magnetische koppeling naar eigen ontwerp. ‘Bij ons bewegen de koperen platen in plaats van de magneetrotor. Ook koelen we op een andere manier.’
 

Die koeling is nodig omdat er bij deze magne­tische koppeling een snelheidsverschil is tussen de koperen schijf en de magneetrotor. ‘Er treedt altijd een zekere mate van slip op; bij normaal gebruik is dat zo’n 2 %. Die vind je terug in de warmteontwikkeling door de kringstroompjes in de koperen schijf.’

Slip heeft voordeel

Tegelijkertijd heeft die slip een groot voordeel. Zijn motor en pomp of ventilator mechanisch gekoppeld, dan moeten die bij variatie hun toerental tegelijk veranderen. Met zijn slip werkt de magnetische koppeling als die van een auto: pomp of ventilator neemt geleidelijk het nieuwe toerental aan. ‘Dat maakt het variëren van het toerental eenvoudiger.’

Zelfs een complete blokkade van het draaiende toestel vangt de magnetische koppeling op. ‘Uiteraard moet de motor dan wel zo snel mogelijk worden uitgeschakeld, want er gaat dan een enorm sterke kringstroom in de koperen plaat lopen. Die kan daardoor gaan smelten. Maar een mechanische koppeling kan bij zo’n blokkade compleet uit elkaar springen.’

Gamechanger

Grotere betrouwbaarheid, minder onderhoud, nauwelijks slijtage, minder trillingen, een veiligere en eenvoudigere montage: het zijn enkele van de claims van de magnetische koppeling. Boekholtz voegt daar graag energiebesparing aan toe. ‘Veel installaties hebben een zwaardere motor dan nodig. Om te zorgen dat de pomp toch levert wat er nodig is, worden verschillende opties toegepast. Bijvoorbeeld een smoorklep; die kun je  vergelijken met in je auto rijden op de handrem. Van alle pompen op de wereld staat er zo’n 85 % te smoren, wat veel energie kost.’ Sinds de jaren zeventig wordt ook gebruikgemaakt van een frequentieregelaar. Die is echter duur en complex en vaak lastig toe te passen.

Veel installaties hebben een zwaardere motor dan nodig

De magnetische koppeling lost dit eenvoudig op: via de luchtspleet. ‘Heb je een motor die 1500 toeren draait en een pomp die 1200 toeren nodig heeft, dan is het een kwestie van de luchtspleet aanpassen en met die specificatie de koppeling in elkaar zetten. Supersimpel. Daarmee valt heel wat energie te besparen die nu gaat zitten in smoren.’

Boekholtz beschouwt de vinding van zijn bedrijf dan ook als een gamechanger: ‘We hebben een koppeling zonder fysiek contact en kunnen in die koppeling de overbrenging regelen. Prachtig toch.’