Ratgeber
Drückender Hubmagnet im robusten Gehäuse und Rückholfeder
Ein Hubmagnet, auch als Linearmagnet bezeichnet, ist ein elektromechanisches Bauteil und führt eine geradlinige Hubbewegung aus. Wie alle Elektromagnete basiert auch ein Hubmagnet auf demselben grundsätzlichen Konstruktionsprinzip:
Eine Spule aus Kupferdraht wird auf einen Spulenträger gewickelt und bildet zusammen mit einem Eisenkern einen Elektromagneten. Dieser Eisenkern ist jedoch nicht – wie bei Transformatoren – in sich geschlossen, sondern mit einer Unterbrechung versehen und mit einer länglichen Aussparungausgeführt, die als Lager des beweglichen Ankers dient.
Die magnetischen Feldlinien fließen daher bevorzugt im Anker des Hubmagneten und bewegen diesen im Bestreben, den Luftspalt zu verkleinern.
Der Hubmagnet „zieht an“, wenn seine Spulenwicklung von elektrischem Strom durchflossen wird – ein Hub wird ausgeführt.
Hubmagnete gibt es in unterschiedlicher Ausführung, je nachdem, ob der Hub des Ankers („Stößel“) als ziehende oder drückende Bewegung gewünscht ist. Abhängig von der Anwendung ist der Stößel als einfacher Stift zur Übertragung der (dann drückenden) Kraftwirkung ausgeführt oder mit einem Gabelkopf beziehungsweise einem Gewindezapfen versehen. Die Rückstellung aus der Hubendlage nach der magnetischen Ansteuerung erfolgt meist mittels einer Feder.
Ein derartiger Magnet wird auch als Einfachschubmagnet oder Lasthebemagnet bezeichnet; die Kraft wirkt hier stets nur in einer Richtung. Soll eine Kraft in beide Richtungen aufgebracht werden, finden bidirektionale Hubmagnete Verwendung. Sie besitzen zwei separate Spulenwicklungen, die jeweils abwechselnd bestromt werden. Je nachdem welche Wicklung benutzt wird, führt der Magnet entweder eine ziehende oder drückende Bewegung aus.
Weitere Ausführungen sind monostabile und bistabile Elektromagnete. Sie arretieren entsprechend automatisch an einer oder beiden Endpositionen.
Bei der Bauform differenziert man zwischen Zylindermagneten mit einem runden, zylindrischen Gehäuse und den Rahmenmagneten in einer rechteckigen Bauform.
Bidirektionaler und bistabiler Magnet geeignet für die Überbestromung.
Der Hubmagnet muss die benötigte Kraft und den erforderlichen Hub für die jeweilige Anwendung sicher aufbringen. In Sachen Kraft ist zu berücksichtigen, dass der Spulenwiderstand sowohl durch Eigenerwärmung als auch bei hohen Umgebungstemperaturen ansteigt und sich damit die Leistung verringert. Andererseits bringt eine zu starke Überdimensionierung ebenfalls Nachteile: Die auftretenden hohen Beschleunigungs- und Anschlagkräfte bei jedem Hub erhöhen unnötig den Verschleiß von Hubmagnet und Mechanik.
Insbesondere für industrielle Anwendungen muss der Magnet auf lange Zeit betriebssicher arbeiten. Für rauere Betriebsbedingungen empfehlen sich robuste Zylindermagnete. Ihr geschlossenes Gehäuse bietet besseren Schutz vor Korrosion und mechanischer Beschädigung der Spulenwicklung.
Die zulässige Einschaltdauer beträgt nicht bei jedem Elektromagneten 100%. In den jeweiligen Datenblättern finden sich entsprechende Angaben hierzu. Sollen Kräfte in beiden Richtungen aufgebracht werden, so kommen bidirektionale Versionen mit zwei Spulen zum Einsatz. Bei Applikationen zur Verriegelung oder Entriegelung, wie beispielsweise Werkzeugausgabesystemen oder Lenkradschlössern, bieten sich mono- oder bistabile Magnete an. Hier ist jeweils nur ein kurzer Stromimpuls für einen Hub notwendig, im Anschluss verharrt der Stößel in einer bestimmten Position. Dies verhindert auch einen unerwünschten Hub, der bei Spannungsausfall zu gefährlichen Situationen führen könnte.
Unser Praxistipp: Dämpfungsringe
Ist das Anschlaggeräusch des Ankers störend, kann es bei vielen Hubmagneten mit sogenannten Dämpfungsringen verringert werden. Zwischenlagen aus Gummi, die zwischen Anker-Anschlag und Gehäuse eingesetzt werden, dämpfen derartige Anschlaggeräusche in erheblichem Maße.
Gibt es Hubmagnete auch zum Anschluss an Wechselspannung?
Neben den Elektromagneten für Gleichspannung sind auch solche für Wechselspannungsbetrieb gebräuchlich. Nachteilig ist hier allerdings, dass deren Kraft am Hub-Anfang nur verhältnismäßig gering ist, dafür aber mit weiter eintauchendem Stößel plötzlich stark zunimmt, was zu einem sehr starken Anschlaggeräusch führt. Außerdem neigen Wechselspannungsmagnete zu unerwünschten Brummgeräuschen.
Ich benötige mehr Kraft für eine Betätigung, kann man hierzu auch eine höhere Betriebsspannung als die Nennspannung des Hubmagneten anlegen?
Eine kurzzeitige Überbestromung zur Erhöhung der Kraft ist möglich, hier müssen allerdings die Angaben im Datenblatt zur zulässigen Einschaltdauer und der maximalen Anzahl an Schaltspielen pro Zeiteinheit beachtet werden, um eine Überhitzung zu vermeiden.
Zylindermagnet drückend mit einer Anfangskraft von 30 Newton
Rechnen Sie bei den erforderlichen Stellkräften für die zu betätigende Mechanik mit einem Faktor von etwa 1,4 bis 1,5. Wird beispielsweise eine Stellkraft von 20 N (entspricht annähernd etwa 2 kg) benötigt, so wählen Sie idealerweise einen Hubmagnet mit 30 N. Im Datenblatt angegebene Werte beziehen sich meist auf eine Temperatur von 20 °C, dies muss bei der Berechnung stets berücksichtigt werden.
Werden immer nur kurze Betätigungen in absehbaren Zeitintervallen erforderlich, kann oftmals ein Hubmagnet kleinerer Ausführung und Leistung in Verbindung mit kurzzeitiger Überbestromungeingesetzt werden. Dies spart nicht nur Kosten, sondern kann ein neu zu konstruierendes Gerät leichter und kompakter halten.
Der nachträgliche Einsatz von Dämpfungsringen verringert den nutzbaren Hub. Dieser Verlust an Weg muss gegebenenfalls von vornherein mit eingerechnet werden. Zur Stromersparnis oder für sicherheitsrelevante Anwendungen bieten sich mono- oder bistabile Hubmagnete an.