Der Proportionalmagnet
Um ein elektrisches Steuersignal in eine proportionale mechanische Kraft umzusetzen, verwendet man heute oft den Proportionalmagneten. Anders als beim reinen Schaltmagneten, bei dem es nur auf die Anfangs- und die Endposition ankommt, sind hier alle Zwischenstufen der Ankerbewegung wichtig.
Der Magnet soll eine waagerechte bis leicht fallende und vor allem möglichst lineare Kennlinie haben. Dazu wird der Pol im Bereich des Arbeitshubes als Konus gestaltet, der sich zumeist gegen die Hubrichtung verjüngt.
Im Unterschied zum Schaltmagneten wird beim Proportionalmagneten auch die Rückbewegung ausgesteuert, also der erregende Strom reduziert statt einfach abgeschaltet. In jedem Augenblick sollte demnach ein Kräftegleichgewicht zwischen Magnetkraft und Gegenkraft herrschen.
Elektrische Kenndaten
Der Rolle der Elektronik entsprechend, die den Strom sehr genau regeln muss, statt ihn einfach an- und wieder abzuschalten, gibt es eine Reihe zusätzlicher Größen, die bei der Auslegung von Proportionalmagneten zu beachten sind.
Die Bezugsspannung erzeugt bei Beharrungstemperatur den Grenzstrom und muss als Versorgungsspannung ständig zur Verfügung stehen.
Der Grenzstrom ist der maximale Strom, mit dem der Magnet bei Bezugstemperatur ohne thermische Überlastung dauernd betrieben werden kann.
Der Kaltwiderstand ist der ohmsche Widerstand der Spule bei 20 Grad Celsius Umgebungstemperatur, während der Warmwiderstand sich im Betrieb bei dem Grenzstrom und bei der Bezugstemperatur einstellt.
Hysterese
Bringt man einen Ferromagneten in ein Magnetfeld ein, etwa den Anker in das Feld der Spule im Elektromagneten, so wird er magnetisiert. Schaltet man nun das äußere Feld ab, so lässt die Magnetisierung allmählich nach. Sie erreicht nach dem Abschalten des äußeren Feldes normalerweise nicht wieder den unmagnetisierten Ausgangszustand – es verbleibt die als Remanenz bekannte Restmagnetisierung.
Neben der beschriebenen magnetischen sind in diesen Kurven auch die mechanischen Hystereseanteile enthalten. Reibung muss bei der Anzugsbewegung überwunden werden und verringert somit die Magnetkraft, bei der Umkehrbewegung arbeitet sie gemeinsam mit Magnetkraft und Remanenz der Rückstellung entgegen.
Die Ansteuerung der Spule kann ihr übriges dazu tun, indem sie durch leichtes Oszillieren des Erregerstroms den Anker in Mikroschwingungen versetzt, sodass er nie ganz zur Ruhe kommt. Dann nämlich unterliegt er nur der Gleitreibung und nicht der um mehr als das Doppelte größeren Haftreibung.
In diesem Zusammenhang sind die Ansteuerungsformen Dithersignal und die Pulsweitenmodulation zu nennen.
Anwendungsbeispiel 1
Proportionalmagnete für ein Doppelkupplungsgetriebe
Doppelkupplungsgetriebe (DKG) können durch die im Vergleich zu konventionellen Automatik...
Anwendungsbeispiel 2
Proportionalmagnet zur Nocken- wellenverstellung
Die proportionale drehzahlabhängige Verstellung der Einlass-/Auslass- nockenwelle bei Pkw...
