Elektromagnete sind elektromechanische Bauteile. Sie nutzen die Tatsache, dass jeder stromdurchflossene Leiter ein magnetisches Feld in seiner unmittelbaren Umgebung erzeugt. Wird ein Draht zu einer Spule gewickelt, eine Spannung angelegt und damit von einem elektrischen Strom durchflossen, überlagern sich die magnetischen Kräfte im Leiter zu einem gemeinsamen Magnetfeld.
Fügt man dieser stromdurchflossenen Spule einen Eisenkern aus ferromagnetischen Materialien hinzu, bündeln sich die magnetischen Feldlinien im Kern und erzeugen einen starken Magnetfluss. Ein Elektromagnet erschafft also – im Gegensatz zu Permanentmagneten – nur dann ein magnetisches Feld, wenn Stromfluss vorliegt.
Gemäß dem sogenannten Reluktanzprinzip strebt der Magnetkreis eines Elektromagneten stets danach, seinen magnetischen Widerstand durch eine Verkleinerung des Luftspalts zu verringern. Bringt man ein ferromagnetisches Material in die Nähe des Elektromagneten, so wird dieses folglich von ihm angezogen. Auf diese Art kann mechanische Arbeit verrichtet werden.
Da sich Elektromagnete beliebig an- und abschalten lassen, können mit ihnen vielfältige Anwendungen bedient werden. Einige Beispiele hierfür sind das Offenhalten von Brandschutztüren und das sichere Schließen selbiger im Brandfall durch Abschalten des Stroms, Hubvorgänge beim Materialtransport ferromagnetischer Materialien, berührungslose Bremsvorgänge durch Induktion, magnetisches Kuppeln und vieles mehr.
Unter dem Oberbegriff Elektromagnete kann man zwar grundsätzlich sämtliche Bauarten einordnen, wir sprechen in diesem Fall allerdings über klassische Elektromagnete in ihrer Bauart ohne bewegte Teile in Form eines Tauch- oder Klappankers. Diese Hubmagnete, oft auch Haft- oder Topfmagnete genannt, benötigen keinen Anker, da der magnetische Kreis bei ihnen bewusst durch die Bewegung anderer ferromagnetische Bauteile geschlossen werden soll. In dieser Form sind sie deshalb mit einem offenen Eisenkern ausgeführt. Auf ihrer Wirkseite ziehen sie bei Bestromung ferromagnetische Materialien an und halten sie so lange fest, bis der Strom wieder abgeschaltet wird.
In aller Regel ist ihre Bauform zylindrisch oder rechteckig und die Wirkseite flächig ausgeführt, um eine möglichst große Kraft durch einen möglichst geringen Luftspalt zu ermöglichen.
Die Befestigung des Elektromagneten im oder am jeweiligen Gerät, beziehungsweise der technischen Anlagen, erfolgt – je nach Größe – meist über eine oder mehrere Gewindebohrungen auf der Rückseite.
Elektromagnete gibt es auch als sogenannte Permanentelektromagnete. Sie beinhalten einen Permanentmagneten, der im stromlosen Zustand die eigentliche Magnetkraft aufbringt und damit die Halte- oder Anzugskraft bereitstellt. Diese Magnetkraft kann neutralisiert werden, indem die Spule des Elektromagneten bestromt wird und ein entgegengesetztes Magnetfeld in identischer Stärke zum Permanentmagneten aufgebaut wird.
Da Größe, Gewicht und auch der Preis von Elektromagneten in Beziehung zur Haltekraft stehen, ergibt es wenig Sinn, einen sehr starken Magneten einzusetzen, wenn eine deutlich kleinere Ausführung die Aufgabe ebenso gut erfüllen kann.
Umgekehrt muss beachtet werden, dass sich die laut Datenblatt spezifizierten Haltekräfte stets auf eine Eisenplatte mit 10 mm Stärke und glatter Oberfläche beziehen. Dünnere Materialien, legierte Stähle und raue Oberflächen reduzieren die Haltekraft, ebenso wie Lack- oder Schmutzschichten.
Für bestimmte sicherheitsrelevante Anwendungen eignen sich Permanentelektromagnete besonders gut. Sie verriegeln beispielsweise auch dann noch kritische Bereiche, wenn es zu einem Stromausfall kommt. Umgekehrt entriegeln permanent bestromte Elektromagnete automatisch Fluchttüren oder schließen Feuerschutztüren, wenn durch einen Brand die Stromversorgung ausfällt.
Was versteht man unter dem Begriff Rechte-Hand-Regel?
Hiermit lässt sich die Richtung der Feldlinien und damit der Nord- und Südpol des Magneten sehr einfach bestimmen: Man umfasst die Spule mit der Hand in der Art, dass die Finger in Richtung der technischen Stromrichtung (vom Plus- zum Minuspol) gekrümmt sind, und spreizt den Daumen seitlich ab. Der Daumen der rechten Hand zeigt die Verlaufsrichtung des Magnetfelds an und gleichzeitig zum magnetischen Nordpol.
Warum wird die Haltekraft von Elektromagneten in N und nicht in kg angegeben?
N (Newton) ist die offizielle Größe in der Physik für die Kraft. Im Gegensatz zu Gewichtsangaben in Kilogramm (kg), die vom Schwerefeld abhängen, ist die Einheit N eine Konstante Zur einfachen Umrechnung: 10 N entsprechen auf der Erde rund 1,02 kg Gewicht beziehungsweise einer Masse von exakt 1 kg. Umgekehrt: 1 kg Gewicht entspricht ca. 9,81 N. Ein Hubmagnet mit einer Haltekraft von 500 N kann also (auf der Erde) ein Gewicht von etwa 51 kg tragen.
Bei der Haltekraft sollte stets ein Sicherheitsfaktor eingerechnet werden, die Haltekraft nicht zu knapp bemessen sein. Achten Sie auf die zulässige Einschaltdauer gemäß Datenblatt. Wird nur kurzzeitig eine hohe Kraft benötigt, so kann auch ein kleinerer Hubmagnet in Verbindung mit einer Überbestromung in Frage kommen. Schutzart und eventuell erforderliche Prüfzeichen müssen der geplanten Anwendung in jedem Fall genügen.