Elektromagnete optimieren Bis an die physikalischen Grenzen

Elektromagnete werden häufig bis an die physikalischen Grenzen ausgereizt. Hier sind Synthesemethoden notwendig, mit denen sich das Optimum für mehrere Parameter gleichzeitig berechnen lässt. Geigntet sind FEM-Methoden mit adaptiver Vernetzung.

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MTM Power Messtechnik Mellenbach GmbH

Der Elektromagnet ist einer der am häufigsten eingesetzten Aktoren. Seine Vorteile sind niedrige Produktionskosten, hohe Lebensdauer und Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen. Als Direktantrieb lassen sich Ankerbewegungen bis ca. 100 mm und Haltekräfte von einigen 1000 N realisieren.

Für Anwendungen in der Ventiltechnik, wie in Einspritz- und ABS-Ventilen, werden Elektromagnete mit hoher Dynamik bei Schaltzeiten unter 1 ms gefordert. Gleichzeitig strebt man trotz zunehmender Miniaturisierung eine deutlich kleinere Verlustleistung an.

Durch die in den letzten Jahren gestiegene Temperaturfestigkeit von NdFeB-Magneten wird der Einsatz von polarisierten Magneten auch bei Anwendungen mit Temperaturanforderungen von 150 °C möglich. Mit polarisierten Elektromagneten lassen sich batteriegepufferte Systeme auslegen, die bei Haltekräften von einigen 1000 N keine elektrische Leistung benötigen. Typische Anwendungen sind Schaltmagnete in Sicherheits- oder Überwachungsanlagen. Bei polarisierten Elektromagneten hat man zudem den Vorteil der bidirektionalen Bewegungssteuerung.

Transiente Feldberechnungsprogramme

Aus den gewachsenen Anforderungen resultiert, dass Elektromagnete abhängig von den sich ständig ändernden technologischen Möglichkeiten bis an die physikalischen Grenzen optimiert werden.

Zu diesem Zweck werden oftmals Feldberechnungsprogramme eingesetzt, wobei seit einigen Jahren auch Varianten mit transientem Lösungsansatz im Einsatz sind. Bei allen Möglichkeiten, die numerische Berechnungsverfahren inzwischen bieten, sind diese im Grunde nur zur Analyse geeignet. Die Analyse setzt immer die Modellierung der Abmessungen des zu untersuchenden Objektes voraus.

Im Rahmen einer ganzheitlichen Optimierung von Antriebssystemen sind Synthesemethoden wünschenswert, mit denen sich ein Optimum für mehrere gleichzeitig laufende Parameter automatisch berechen lässt. Bei einem durchgängigen Entwurf kommt es vor allem auf die Eignung der Werkzeuge hinsichtlich einer Synthese an. Für eine Optimierung mit FEM (Finite Elemente Methode) muss das verwendete Programm in der Lage sein, die veränderliche Geometrie automatisch, möglichst adaptiv, zu vernetzen. Der Vernetzungsalgorithmus muss so ausgereift sein, dass während der Rechnung keine Interaktion mit dem Benutzer notwendig ist.

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