Fachartikel aus MECHATRONIK 5/2012, S. 22 bis 23
Schaltzeiten im Sub-Millisekundenbereich
Der schnellste Elektromagnet der Welt
Hochleistungs-Hubmagnete dienen zum Beispiel als Auslöser von Hochspannungs-Trennschaltern. Da die Anforderungen auch auf diesem Gebiet in den letzten Jahren höher wurden, wurde der Ruf nach Schaltzeiten von unter 1 ms (>3,5 m/s) bei gleichen mechanischen Parametern laut.
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| Hubmagnet mit Kurzschlussring (rechts) und Darstellung des Erregerfelds zu Beginn des Stromflusses (links). (Bild: Kendrion) |
Elektromagnete werden in ihrer Schaltgeschwindigkeit wesentlich durch Wirbelströme begrenzt, die den Aufbau des Magnetfeldes beim Einschalten verzögern. Eine Steigerung der Anschlussleistung beeinflusst diese Wirbelstrom-bedingte Anzugsverzögerung (Bild 1) nur begrenzt, da sich die Wirbelstrom-Effekte ebenfalls verstärken. Die Erhöhung der Magnetkraft führt aber zur Verkürzung der Anzugsverzögerung und der Hubzeit, da der erforderliche Wert zur Neutralisierung der Haftreibung sowie Gravitation schneller erreicht wird und der Anker insgesamt schneller beschleunigt wird. Allerdings sind hier unter anderem durch die Sättigungsflussdichte der Materialien Grenzen für die Optimierung gesetzt. Zwar konnte durch diese weitere Optimierung die Schaltzeit verbessert werden, sodass die Geschwindigkeit 1,4 m/s erreichte. Das angestrebte Ziel von 3,5 m/s konnte mit dieser Technologie, bei der als Energiequelle eine Kondensator-Batterie diente, um die Spannungabfälle über lange Anschlussleitungen zu vermeiden, jedoch noch nicht erreicht werden.
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