Detailwissen

Kraftwegdiagramm

MAGNETbasics.de - Hubmagnete, Linearmagnete, Rotationsmagnete, Klappankermangete,
Haftmagnete, Elektromagnete, Spezialmagnete und andere ("Solenoids")

Der entscheidende Wert bei Linearmagneten ist die Kraft, mit der der Tauchkern zieht bzw. drückt. Diese Kraft ist nicht konstant. Sie ist abhängig davon, wie weit der Tauchkern in die Spule eintaucht. Zeichnet man die Kraft in Abhängigkeit vom Hubweg in ein Koordinatensystem, entsteht eine Kraft-Weg-Kurve.

Der Weg, den der Tauchkern bei der Bewegung aus oder in die Spule zurücklegt, wird als Hubweg angegeben. Ist der Tauchkern am Anschlag, also vollständig in der Spule, so beträgt der Hubweg 0mm.

Es gilt:

• Je größer der Hubweg, umso geringer ist die Kraft. Grund: Je weiter der Kern aus der Spule herausragt, umso weniger Magnetfeld erfasst ihn.

• Die Kraft ist bei 0mm Eintauchtiefe am höchsten.

Ist der Magnet so konstruiert, dass der Kern am eintauchenden Ende nahtlos anschließt, so können auch die Magnetfeldlinien direkt in den Kern weitergeleitet werden. Damit erhöht sich die Kraft am Tauchkern. Ähnlich einer Haftreibung bei Oberflächen ist bei 0mm Hub erst die maximale Haltekraft zu überwinden, bis der Tauchkern sich bewegt.

Da Magnete auch übersteuert werden können enthalten Kraft-Weg-Diagramme in Datenblättern meist mehrere Linien: jeweils eine für eine bestimmte relative Einschaltdauer (als Maß für die Höhe der Übersteuerung).

Die Kraft-Weg Kurve kann beeinflusst werden durch:

• den Durchmesser des Tauchkerns (Daumenregel: je dicker der Tauchkern, umso größer die Kraft)

• Material und Form des Tauchkerns

• Reibungsverluste zwischen Tauchkern und Lager

• die Größe des Luftspalts zwischen Tauchkern und Lager

• die Lage des Hubmagnet (muß der Kern kopfüber in die Spule eingezogen werden, so verringert sich die Hubkraft um die Gewichtskraft des Stößels)

• die Temperatur des Hubmagneten und der Umgebung

• Kraft
  korrekt in Newton [N], oft auch in Gramm [g] angegeben

• Hubweg
  in Millimeter [mm]

• Temperatur (des Hubmagneten)
  in Celsius [C].

• relative Einschaltdauer
  in Prozent [%]

Damit ist das Diagramm nicht unbedingt falsch. Der Grund liegt vielmehr darin, dass Standarddatenblätter sich häufig auf eine Magnettemperatur von 20°C ... 25°C beziehen. Dieser Wert wird jedoch oft schon nach wenigen Schaltspielen überschritten. Auch im Normbetrieb (EDrel = 100%)!

Durch die Temperaturerhöhung ändert sich jedoch das elektrische und damit auch magnetische Verhalten des Hubmagneten.

Fazit:

• planen Sie von vornherein eine gewisse Sicherheit mit ein (Daumenwert: 10%-20% Verlust)

• testen Sie den Magnet ausgiebig (gut 500 bis 1000 Schaltspiele sind nicht zu wenig) unter der höchsten zu erwartenden Umgebungstemperatur. Berücksichtigen Sie dabei auch Wärmequellen mit Strahlungswärme auf den Hubmagnet - und sei es die direkte Sonneneinstrahlung.

- rund 60 Newton bei 0 mm Hubweg

- rund 40 Newton bei 1 mm Hubweg

- rund 10 Newton bei 4 mm Hubweg

(c) 2007, Rudolf Tremba