Haltestromabsenkung Typ Z KD H 211

Der elektromagnetische Aktor

Der Elektromagnet ist ein Aktor, der basierend auf der Kraft des elektromagnetischen Feldes mechanische Bewegungen ausführt.

Im ersten Ansatz besticht er durch die einfache Art der Ansteuerung: durch Beaufschlagung mit Spannung führt er seine Bewegung aus, grundsätzlich sind weder Endschalter noch weitere Steuerungselemente erforderlich.

Die physikalischen Grundlagen des Aktuatorprinzips bergen bei genauer Betrachtung große Potentiale in Bezug auf Energie- und Ressourcenoptimierung, die durch eine optimierte elektrische Ansteuerung genutzt werden können.

Um den Lösungsansatz der Haltestromabsenkung nachvollziehen zu können, sollen an dieser Stelle die relevanten physikalischen Zusammenhänge vereinfacht dargestellt werden.

Magnetkraft in Abängigkeit von Hub bzw. Luftspalt und elektrischer Leistung

Magnetkraft und Hub sind beim Elektromagneten für die Auswahl entscheidende Größen die in gegenseitiger Abhängigkeit stehen.

Das Bild zeigt den Elektromagneten im Schnitt und darüber exemplarische Verläufe der Magnetkraft in Abhängigkeit des Hubes (Luftspalt zwischen Anker und Kern) für verschiedene elektrische Leistungen (P) bzw. der Einschaltdauer (ED).

Zusammengefasst steigt die Magnetkraft mit der elektrischen Leistung, nimmt aber mit einem zunehmenden Luftspalt, d.h. dem Abstand zwischen Anker und Kern ab.

Hinweis:  
Die Kennlinie beschreibt den Kraftverlauf in Abhängigkeit des Luftspaltes im Magneten. Deshalb ist es sinnvoll, diese von links nach rechts zu lesen.

                Hubanfang = rechts

                Hubendlage = links

Der Zusammenhang von Leistung P₂₀, Hubanfangskraft und Einschaltdauer ist in der Tabelle am Beispiel des Gerätes G TC A 050 dargestellt.

Wird die Leistung von 17 W um das ca. 16-fache auf 270 W gesteigert, steigt die Kraft annähernd um das 6-fache, das Gerät darf dafür aber nur noch mit 5% ED
(15 s Ein, 285 s Aus) betrieben werden.

Aufgrund seiner vielen Eigenschaften wird die Auswahl eines Elektromagneten in der Regel ein iterativer Prozess sein. Wir beschränken uns hier zum besseren Verständnis auf einen stark vereinfachten Weg.

Ist über den erforderlichen Hub eine erste Auswahl getroffen, sind die erforderlichen Kräfte mit den Magnetkräften zu vergleichen. In der Vielzahl der Anwendungen liegt der kritische Punkt hier in der Hubanfangskraft (am Beispiel des G TC A 050 bei s = 10 mm).

Die Haltekraft ist in einer Vielzahl von Anwendungsfällen ohnehin höher als benötigt.

Die Haltestromabsenkung schafft durch das zeitgesteuerte Reduzieren der elektrischen Antriebsleistung viele Möglichkeiten der Optimierung bei der Auslegung und Auswahl eines Elektromagneten.

Haltestromabsenkungen reduzieren den Anzugsstrom und damit die Leistung P_Anzug nach einer festeingestellten Anzugszeit t_AP von 300 ms auf einen einstellbaren, geregelten Haltestrom mit der Halteleistung P_Halte.

Je nach Situation kann die Anwendung in Bezug auf

• Maximale Anzugskraft bei kleinstmöglicher Gerätebaugröße
• Energieeffizienz (geringster Energiebedarf bei geringster Wärmeentwicklung)
• Schaltzeitverkürzung (hier nicht weiter behandelt)
• Kompensation diverser Anwendungseinflüsse (erhöhte Spannungstoleranzen, Umgebungstemperatur, etc.; hier nicht weiter behandelt)

optimiert werden.

Zur Optimierung in Bezug auf die Anzugskraft wird der Elektromagnet durch Anpassung der Wicklung (Windungszahl und Drahtdurchmesser der Spule) mit höherer elektrischer Leistung betrieben, man spricht von einer sogenannten Übererregung. Innerhalb der (fest eingestellten) 300 ms hat der Magnet seine Endlage erreicht, die elektrische Leistung wird durch die Begrenzung des Stroms reduziert. Dabei kann die Haltekraft über die Einstellmöglichkeit des Haltestroms auf die Anforderungen der Anwendung angepasst werden.

Je nach Anwendungsfall ist mit dem Einsatz einer Haltestromabsenkung eine Verkleinerung des Magneten um bis zu 4 Baugrößen möglich.

In vielen Anwendungen wird die Haltekraft des Elektromagneten nicht ausgenutzt, auf der anderen Seite bringt die Erwärmung des Gerätes in der Endlage bedingt durch die elektrische Verlustleistung weitere Nachteile mit sich.

Wird der Elektromagnet über eine Haltestromabsenkung angesteuert, können Haltekraft und damit auch Energieverbrauch und Erwärmung durch entsprechende Einstellung des Haltestromes auf das erforderliche Maß reduziert werden.

Für die optimale Auslegung eines Magnetantriebes empfiehlt es sich, Ansteuerung und Elektromagnet zusammen zu betrachteten. Hier stehen wir unseren Kunden gerne mit kompetenter Beratung zur Seite. Bitte beachten Sie im Bedarfsfall unser technisches Datenblatt Z KD H 211.

Wir bitten um Ihr Verständnis, dass eine anwendungsspezifische Auslegung und die Erstellung der ggf. erfoderlichen Gerätevariante nur für serienrelevante Stückzahlen möglich ist.