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Technische Erläuterungen

Der Elektromagnet

Auf dieser Seite finden Sie allgemeine Erläuterungen und Begriffsbestimmungen zu Elektromagneten.
Der Gesamtkatalog steht zum Download.

Aus welchen Bauteilen besteht ein Elektromagnet?


Magnetkörper


Teil, das die Erregerwicklung enthält und den magnetischen Fluss leitet (Auch: Magnetgehäuse)


Erregerwicklung


Wicklung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (Auch: Magnetspule, Spule, Wicklung)


Erregersystem


Baugruppe bestehend aus Magnetkörper und Erregerwicklung


Spannungswicklung



Erregerwicklung, bei der sich ein Strom einstellt, der von der Versorgungsspannung und dem Erregerwicklungswiderstand abhängig ist

Stromwicklung



Erregerwicklung, bei der der Strom von vorgeschalteten Betriebsmitteln bestimmt wird, also vom Erregerwicklungswiderstand im Wesentlichen unabhängig ist (z.B. Stromregelung)

Anker


Durch das Magnetfeld bewegte oder gehaltene magnetisch leitende Teile

Welche unterschiedlichen Magnettypen gibt es?


Betätigungsmagnet


Komponente zur Ausübung einer begrenzten Längs- oder Drehbewegung


Hubmagnet

Betätigungsmagnet, bei dem eine Hubbewegung durch die Wirkung eines von der Erregerwicklung erzeugten magnetischen Feldes ausgelöst wird. (Auch: Einfachhubmagnet)

Drehmagnet

Betätigungsmagnet, bei dem eine Drehbewegung durch die Wirkung eines von der Erregerwicklung erzeugten magnetischen Feldes ausgelöst wird. Drehmagnete können hinsichtlich ihrer Funktionalität als Einfachhub- oder Umkehrhub-Drehmagnet mit einer oder beiden stromlos gehaltenen Endlagen ausgeführt werden. (monostabil-bistabil)

Schwingmagnet

Betätigungsmagnet, bei dem eine periodische, hin- und hergehende Bewegung in einem Feder-Masse-System, mit einer Schwingfrequenz, die im Allgemeinen in einem festen Verhältnis zur Frequenz der angelegten Spannung steht, durch die Wirkung eines von der Erregerwicklung erzeugten magnetischen Feldes ausgelöst wird.

Haltemagnet, Haftmagnet


Gerät oder Komponente zum Festhalten von ferromagnetischen Gegenständen


Umkehrhubmagnet

Ein Betätigungsmagnet mit elektromagnetischer Kraftwirkung in zwei Bewegungsrichtungen. Die Hubbewegung erfolgt je nach Erregung von der jeweiligen Hubanfangslage in die zugehörige Hubendlage. Dabei ist die Hubendlage der einen gleichzeitig die Hubanfangslage für die entgegengesetzte Bewegungsrichtung

Einfachhub-Spreizmagnet


Ein Hubmagnet, der durch seinen Aufbau und seine technischen Daten vornehmlich zum Lüften von Backenbremsen verwendet wird.

Einfachhub-Doppelspreizmagnet

Ein aus zwei Einfachhub-Spreizmagneten bestehender Hubmagnet, der durch seinen Aufbau und seine technischen Daten vornehmlich zum Lüften von Backenbremsen verwendet wird.

Impulshubmagnet
Ein Gerät, bei dem durch die elektromagnetische Kraftwirkung die Hubbewegung des Ankers von der Hubanfangslage in die Hubendlage erfolgt, in welcher der Anker bei ausgeschaltetem Strom durch einen eingebauten Permanentmagneten gehalten wird.

Steuermagnet, Proportionalmagnet, Regelmagnet


Hubmagnete, die durch ihren Aufbau und ihre technischen Daten vornehmlich zum Betätigen von Ventilen in der hydraulischen Steuerungs- bzw. Regelungstechnik verwendet werden.

Ventilmagnet

Ein Hubmagnet, der durch seinen Aufbau und seine technischen Daten vornehmlich zum Betätigen von Ventilen in der pneumatischen und hydraulischen Steuerungstechnik verwendet wird.

Einfachhubmagnet mit Kappanker


Ein Hubmagnet, bei dem der Anker eine Schwenkbewegung um einen Drehpunkt ausführt.

Welche Größen definieren die Kennlinie des Elektromagneten?


Magnetkraft F


Der ausnutzbare, also um die Reibung verminderte, Teil der im Betätigungsmagneten in Hubrichtung erzeugten Kraft.


Hubkraft FHub


Die Magnetkraft, die unter Berücksichtigung der zugehörigen Komponente des Ankergewichtes nach außen wirkt. Bei waagerechtem Einbau ist die Hubkraft gleich der Magnetkraft.


Haltekraft FH



Bei Gleichstrom-Betätigungsmagneten die Magnetkraft in der Hubendlage. Bei Wechselstrommagneten der Mittelwert der periodisch mit dem Wechselstrom schwankenden Magnetkraft in Hubendlage.

Resthaltekraft


Die nach dem Ausschalten verbleibende Haltekraft.

Rückstellkraft

Die nach dem Ausschalten zur Rückführung des Ankers in die Hubanfangslage erforderliche Kraft. (Bei Drehmagneten entspricht die Kraft das Drehmoment)

Magnethub s


Der vom Anker zwischen Hubanfangslage und Hubendlage zurückgelegte Weg.


Hubanfangslage s1

Die Lage des Ankers vor Beginn der Hubbewegung bzw. nach Beendigung der Rückstellung.

Hubendlage s2


Die im Magnet konstruktiv festgelegte Stellung des Ankers nach Beendigung der Hubbewegung.

Welche Zeitbegriffe sind für den Betrieb von Elektromagneten relevant?


Ansprechverzug t11


Die Zeit vom Einschalten des Erregerstromes bis zum Beginn der Ankerbewegung.

Hubzeit t12

Die Zeit von Beginn der Ankerbewegung aus der Hubanfangslage bis zum Erreichen der Hubendlage.


Anzugszeit t1


Die Zeit vom Einschalten des Erregerstromes bis zum Erreichen der Hubendlage.
Die Summe aus Ansprechverzug t11 und Hubzeit t12.


Abfallverzug t21


Die Zeit vom Ausschalten des Erregerstromes bis zum Beginn der Rücklaufbewegung des Ankers.

Rücklaufzeit t22


Die Zeit vom Beginn der Rücklaufbewegung des Ankers bis zum Erreichen der Hubanfangslage.


Abfallzeit t2



Die Zeit vom Ausschalten des Erregerstromes bis zum Erreichen der Hubanfangslage.
Summe aus Abfallverzug t21 und Rücklaufzeit t22.

Welche elektrischen Begriffe sind für den Betrieb von Elektromagneten relevant?


Anzugsstrom


Bei Wechselstromgeräten der Strom, der sich bei Erregung einstellt, wenn der Anker in der Hubanfangslage festgehalten wird und der Ausgleichsvorgang abgeklungen ist.


Nennspannung UN

Wert der elektrischen Spannung, die vom Hersteller für ein Gerät oder eine Komponente angegeben wird und auf den sich Betriebs- und Leistungsmerkmale beziehen.

Vorzugs-Nennspannung


Nennspannung, mit der die Geräte meist ab Lager verfügbar sind

Nennstrom
IN

ist der vom Hersteller dem Gerät oder der Komponente zur Bezeichnung oder Identifizierung zugeordnete Versorgungsstrom bei Stromgeräten.
Bei Spannungswicklungen allgemein auch die Stromaufnahme unter Nennbedingungen.
Bei Wechselspannungswicklungen der Strom, der sich bei Nennbedingungen als Haltestrom einstellt, wenn der Anker sich in Hubendlage befindet.

Haltestrom IH


Bei Wechselspannungsgeräten oder -komponenten der Strom, der sich bei Erregung mit Nennspannung einstellt, wenn sich der Anker in Hubendlage befindet und der Ausgleichsvorgang abgeklungen ist


Einschaltstrom IE

bei Wechselspannungsgeräten und -komponenten der Strom, der sich bei Erregung mit Nennspannung einstellt, wenn der Anker in Hubanfangslage festgehalten wird und der Ausgleichsvorgang abgeklungen ist

Nennleistung PN


geeigneter gerundeter Wert der Leistung zur Bezeichnung und Identifizierung des Gerätes oder der Komponente. Allgemein auch Leistungsaufnahme bei Nennbedingungen.


Halteleistung


Bei Wechselspannungsgeräten oder -komponenten das Produkt aus Nennspannung und Haltestrom


Isolierstoffklasse


Einteilung der Isolierstoffe für Wicklungen bezüglich ihrer Grenztemperatur in thermische Klassen gemäß DIN EN 60085


Schutzklasse



Klassifizierung von Geräten hinsichtlich der Maßnahmen zum Schutz vor elektrischem Schlag gemäß DIN EN 61140


IP-Schutzart

Umfang des Schutzes des elektromagnetischen Gerätes gegen direktes Berühren bzw. gegen Eindringen von festen Fremdkörpern oder Wasser.
Angabe als IP-Code nach DIN EN 60529.

Warum ist die maximale Einschaltdauer beim Betrieb eines Elektromagneten zu beachten?


Einschaltdauer*)


Die Zeit, die zwischen dem Einschalten und dem Ausschalten des Erregerstromes liegt


Stromlose Pause*)


Die Zeit, die zwischen dem Ausschalten und dem Wiedereinschalten des Erregerstromes liegt.


Spieldauer*)


Die Summe aus Einschaltdauer und stromloser Pause.


Spielfolge*)


Eine einmalig oder periodisch wiederkehrende Aneinanderreihung von Spieldauerwerten verschiedener Größe.

Dauerbetrieb*)


Betrieb, bei dem die Einschaltdauer so lang ist, dass die Beharrungstemperatur erreicht wird.


Kurzzeitbetrieb S2*)

Betrieb, bei dem die Einschaltdauer so kurz ist, dass die Beharrungstemperatur nicht erreicht wird, und die stromlose Pause so lang ist, dass sich das Gerät auf Umgebungstemperatur abkühlt (Toleranz 2K)

Aussetzbetrieb S3*)

Betrieb, bei dem die Einschaltdauer und die stromlose Pause in regelmäßiger Folge wechseln, wobei die Pausen so kurz sind, dass sich das Gerät nicht auf die Umgebungstemperatur abkühlt.

Schaltzahl z


Die Anzahl der Arbeitsspiele.


Schalthäufigkeit Z*)



Die Schaltzahl je Stunde.

Betriebswarmer Zustand
Die nach VDE 0580 ermittelte Übertemperatur, vermehrt um die Umgebungstemperatur. Wenn nichts anderes angegeben ist, gilt als Umgebungstemperatur 35°C.

Erwärmung
Infolge der Eingangsleistung der Erregerwicklung tritt eine Erwärmung der Elektromagnete ein. Sie kann bis zur Grenze der zugrunde gelegten Isolierstoffklasse gehen, z.B. bei Klasse E 120°C, wenn man die Wärmeabgabe an die Maschine/Anlage vernachlässigt. Kraftangaben in den Kendrion-Katalogen beziehen sich immer auf den betriebswarmen Zustand.
Im Normalfall kann ein Teil der Wärme über die mechanische Befestigung an die Maschine/Anlage abgeleitet werden, was zu einer Verringerung der Eigenerwärmung führt.
Wird aus der Umgebung zusätzliche Wärme aus anderen Quellen zugeführt, so muss immer die maximal zulässige Spulentemperatur lt. Isolierstoffklasse eingehalten werden.
*) Quelle: DIN VDE 0580:2011-11

Wie entsteht die elektromagnetische Kraftwirkung?


Magnetische Remanenz

Wird ein ferromagnetisches Bauteil magnetisiert, so bleibt nach Abschalten der Anregung ein Anteil der Magnetisierung im Material bestehen. Dieser Zustand wird als Remanenz bzw. Restmagnetismus bezeichnet. Vereinfacht gesprochen kann man davon ausgehen, daß sich die meisten magnetisierbaren Materialien verhalten, als wären sie schwache Dauermagnete. Die Remanenz bestimmt die Resthaftkraft. Nach einmaligem Abreissen des Werkstücks von der Haftfläche verschwindet die Remanenz jedoch weitgehend. Je größer der Luftspalt δL, desto geringer ist die zu erwartende Remanenz und die Resthaftkraft

Permeabilität µ

Gibt die Durchlässigkeit eines Materials für magnetische Felder an.
Die relative Permeabilität µrel ist der Verstärkungsfaktor bezogen auf die Permeabilität µ0 des Vakuums.

µ0=1,256*10^(-6) (Vs/Am)

µ0relµ0

Für ferromagnetische Materialien gilt:

µrel >> 1

Magnetischer Fluß Φ

In Äquivalenz zum elektrischen Kreis definiert sich Φ als Flußgrösse des magnetischen Feldes entsprechend dem Strom I im elektrischen Kreis. Je besser die magnetischen Eigenschaften (Permeabilität µ), desto größer wird der magnetische Fluß Φ bei sonst gleichen Parametern.
Angabe in Weber (Wb) oder Vs.

1Wb=1Vs


Magnetische Flußdichte B


Bezieht man den Magnetfluß auf die durchflossene Querschnittsfläche im Magnetkreis, ergibt sich die magnetische Flußdichte B, angegeben in T (Tesla)

T=1 (Vs/m^2)=1 (Wb/m^2)