Elektrische Signale in Bewegung umsetzen

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Redaktionsbüro von Bechen

Magnete richtig ansteuern

Im Prinzip ist das Ansteuern von Elektromagneten einfach: Strom an = Magnet wirkt, Strom aus = Magnet ist kraftlos. Außerdem spielt die Polarität zumindest bei den meisten einfach wirkenden Magneten keine Rolle. Auch können die Nutzwerte über die Stromstärke massiv beeinflusst werden, unter anderem Kraft, Hubweg und Schaltgeschwindigkeit.

Grundsätzlich gilt: „mehr Strom, mehr Kraft“. Dem sind natürlich Grenzen gesetzt und der Grundsatz ist abhängig von Modell, Funktionsweise und Qualität. So kann bei arretierenden Hubmagneten oder lösenden Haftmagneten ein Übersteuern nachteilig sein. Professionelle Lieferanten stellen die entsprechenden Ansteuerwerte zur Verfügung.

Wichtig ist, Elektromagnete in der Beschaltung nicht als ohmsche Last zu betrachten. Bereits mit dem Zuschalten von Dioden und Kapazitäten lassen sich Schaltgeschwindigkeiten erhöhen und Kontaktbrand minimieren. Eine zusätzliche Drossel in der Stromversorgung minimiert die Restwelligkeit, sichert den Betrieb auch empfindlicher Halbleiter und rundet damit eine saubere Beschaltung ab.

Wer sich Schaltungsaufwand sparen will, kann für die Ansteuerung auch von doppelt wirkenden und arretierenden Hubmagneten auf gängige Motortreiber zurückgreifen. Die Auswahl ist jedoch nicht sehr groß und die Leistungswerte preisgünstiger Treiber sind begrenzt. Erfahrene Magnetlieferanten führen deshalb in ihrem Sortiment auch fertige Steuerungen.

Übersteuern für höhere Kräfte und Hubwege

Das Übersteuern dient dazu, höhere Kräfte und (bei aktiven Elektromagneten) weitere Hubwege zu erzielen. Übersteuern heißt, dass der Magnet mit höheren Strömen betrieben wird, als für den Dauerbetrieb ausgelegt und zulässig ist. Das Ziel ist, den kleinstmöglichen Magneten für eine Applikation zu finden, um Platz, Gewicht und Geld zu sparen.

Als Maß für das Übersteuern wird der Begriff der relativen Einschaltdauer (ED) verwendet. Die relative Einschaltdauer ist streng genommen lediglich das prozentuale Verhältnis zwischen eingeschalteter Zeit und Dauer des gesamten Schaltzyklusses. Magnete, die für 100% relative ED ausgelegt sind, können demnach dauerhaft eingeschaltet sein, ohne zu überhitzen. Je geringer die relative ED ist, umso stärker kann übersteuert werden.

So wird der Begriff gern direkt als Maß für eine Übersteuerung verwendet. Dabei ist zu beachten, dass Stromstärke und Übersteuerung nicht linear zueinander verlaufen. So ist weist ein 12 V, 25% Magnet das gleiche Kraftverhalten auf wie die Ausführung für 6 V, 100%. Das ist anfänglich irritierend, weshalb viele Lieferanten gleiche Magnete mit unterschiedlicher Auslegung als verschiedene Modelle anbieten.

Die Grenze der Übersteuerung wird bestimmt durch das modellspezifische Temperaturverhalten und die mechanische Material- und Verarbeitungsgüte. Bei Low-Cost-Magneten (Bild 3) liegt sie bei ca. 10% rel. ED, hochwertige Magnete nach Industrienorm liegen im Allgemeinen bei 5% und tiefer. Vorsicht ist jedoch hinsichtlich der Erwärmung geboten: Je stärker die Übersteuerung, umso kürzer muss die absolute Einschaltdauer gewählt werden.

Unterschiede in den Ausführungen

Zu den häufigsten Fragen bei den ersten magnetischen Gehversuchen gehört auch, ob die 24 V, 100% Ausführung eines Magneten „stärker“ ist als das gleiche Modell mit niederer Nennspannung, zum Beispiel 12 V,100%. Grundsätzlich ist das nicht so, denn es zählt die elektrische Leistung, unabhängig davon, für welche Spannung die Spule gewickelt ist.

Trotzdem ist diese Frage berechtigt, denn die Wicklung der Spule hat durchaus Einfluss auf das Kraftverhalten. Diese Unterschiede sind für die meisten Anwendungen aber vernachlässigbar und in der Regel geringer als die natürliche Toleranz des Magneten.

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