Elektromagnetische Aktoren Elektrische Signale in Bewegung umsetzen

Autor / Redakteur: Rudolf Tremba* / Kristin Rinortner

Elektromagnete können weit mehr, als nur Metalle anziehen. Oft sind sie sogar die bessere Alternative zu Pneumatiken, Elektromotoren oder Servoantrieben. Die Begriffsvielfalt ist jedoch enorm, zum Teil überlappend und selten eindeutig. Im Artikel werden die grundsätzliche Funktionsweise und die Unterschiede der wesentlichen Basistypen dargelegt.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Unter einem „Elektromagnet“ stellt man sich in der Regel eine Spule mit Eisenkern vor. Doch schon die bewegliche Lagerung des Kerns erzeugt unmittelbar mechanisch nutzbare Bewegungen. Die Elektromagnete unterteilet man daher in passive und aktive Elektromagnete.

Passive Elektromagnete

Passive Magnete üben keine unmittelbare Bewegung aus. Sie dienen dazu, Materialien zu halten, daher auch die Bezeichnung Haftmagnete. Spule, Gehäuse und Kern bilden eine feste Einheit. Sie unterscheiden sich primär hinsichtlich Bauform, Funktion und Art der Spule.

Zu den wichtigsten Bauformen zählen runde und eckige Topfmagnete (Kastenmagnete), Hufeisenmagnete und Elektrostabmagnete. Üblicherweise sind die Haftflächen plan, Sonderformen können aber auch an der Haftfläche speziell geformt sein, um nicht plane Materialien wie zum Beispiel Rohre zu halten.

Als Spule wird in fast allen Magneten die klassische Drahtspule eingesetzt. Vor allem im Leistungsbereich gibt es mittlerweile auch Spezialspulen mit sehr hoher Packungsdichte und extremer Temperaturfestigkeit für hohe Ströme.

Haftmagnete ziehen in der Regel bei Bestromung an. Lösende Haftmagnete mit integriertem Permanentmagneten halten unbestromt und lösen das Gegenstück bei Bestromung. Sehr leistungsstarke Haftmagnete werden auch als Lasthebemagnete bezeichnet. Anwendungen finden sich zum Beispiel in der Kran- und Hebetechnik.

Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Sicherheitstechnik. So werden Sicherheitstüren mit untersteuert betriebenen Elektrohaftmagneten gehalten, bis ein Signal (Feuermelder o.ä.) den Magneten löst und die Tür federgetrieben automatisch schließt.

Aktive Elektromagnete

Bild 1: Miniaturhubmagnet (HMF-0806) mit ziehender Wirkung (Archiv: Vogel Business Media)

Aktive Elektromagnete dagegen üben unmittelbar eine mechanisch nutzbare Bewegung aus. Als Überbegriff hat sich daher auch die Bezeichnung Betätigungsmagnete eingebürgert. Bei diesen Magneten sind entweder Spule und Magnetkern beweglich zueinander gelagert oder ein beweglicher Anker ist hinzugefügt. Daraus ergeben sich drei verschiedene Grundbewegungen: ziehen/drücken, drehen und klappen sowie entsprechende Bezeichnungen: Hubmagnete (Bild 1), Drehmagnete und Klappankermagnete.

Stark vereinfacht ausgedrückt erzeugen Hubmagnete eine lineare Bewegung, indem der Kern bei Bestromung in die Spule eingezogen wird. Dabei wird der Magnetkreis über einen Luftspalt geschlossen. Damit sind technisch sogar Hubmagnete möglich, deren Spule außerhalb der mechanisch aktiven Komponenten liegt.

Der einfachste Weg, eine drückende Wirkung zu erzeugen, ist es, den Tauchkern um einen Druckstift zu verlängern: Fährt der Tauchkern auf der einen Seite hinein, drückt der Stift auf der anderen Seite der Spule hinaus. Unbestromt liegt der Tauchkern kraftlos im Lager.

Bild 2: Aktive Elektromagnete: Zylindermagnet mit Druckstift, Kurzhubmagnet, nahtloser Industriehubmagnet mit doppelt gelagertem Tauchkern für maximale Zyklen, Low-Cost-Hubmagnet mit ziehender Wirkung und Arretierung, Miniaturhubmagnet mit einer Auflagefläche kleiner als ein 1-Cent-Stück (Mitte) (Archiv: Vogel Business Media)

Spezielle Konstruktionen mit mehreren oder geteilten Spulen, integrierten Permanentmagneten oder Federn können Hubmagneten zahlreiche interessante Funktionen hinzufügen: stromlos in einer oder mehr Positionen arretierend, an gleicher Seite ziehend und drückend wirkend etc. (Bild 2). Je nachdem, ob ein Hubmagnet in einer Richtung oder in zwei Richtungen wirkt und mit oder ohne Mittelstellung arbeitet, unterscheidet man zwischen einfach und doppelt wirkenden Hubmagneten beziehungsweise Doppelhubmagneten sowie Umkehrhubmagneten. Ein Betätigungsmagnet, der aktiv in zwei Richtungen arbeitet, wird auch als bidirektional wirkender Magnet bezeichnet.

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