Elektromagnet-Schalter

Ein Solenoid ist eine Drahtspule, die eng um einen zylindrischen Kern gewickelt ist, üblicherweise mit einem beweglichen Eisen- oder Stahlkern (genannt Anker oder Plunger) innen oder daneben. Wenn Strom durch die Spule fließt, zieht oder drückt das entstehende Magnetfeld diesen Kern und wandelt elektrische Energie in mechanische Bewegung um. Diese einfache Umwandlung macht Solenoids zu einem der häufigsten Aktoren in Industrieanlagen, von Türschlössern über Kupplungen bis hin zu Ventilöffnungen.

Das Solenoid funktioniert, weil eine stromführende Spule ein Magnetfeld erzeugt, das proportional zum Strom und zur Anzahl der Drahtwindungen ist. Der Anker aus ferromagnetischem Material wird zu Bereichen mit stärkerem Feld hingezogen. Durch Steuern des Stromflusses steuern Sie die Ankerbewegung. Die meisten industriellen Solenoids sind für Schaltbetrieb ausgelegt: Der Anker schnellt vollständig ein, wenn er erregt wird, und springt durch eine Feder zurück, wenn die Erregung abfällt. Die Reaktionszeiten liegen typischerweise zwischen 10 und 100 Millisekunden, abhängig von Spulenwiderstand, angelegter Spannung und Federkraft.

Solenoids gibt es in zwei Hauptbauarten: Drucktyp, bei dem der Anker nach außen fährt, während er in die Spule gezogen wird, und Zugtyp (auch Anziehtyp genannt), bei dem der Anker nach innen gezogen wird. Eine dritte Variante, das Magnetventil, verbindet die Spule mit Ventilschiebern oder Kolben zur Steuerung von Flüssigkeits- oder Gasströmung. Industrielle Solenoidspulen sind für bestimmte Spannungen ausgelegt (typischerweise 12 VDC, 24 VDC, 110 VAC oder 240 VAC) und Pflichtzyklen. Unterbrechender Betrieb erlaubt höhere Ströme; Dauerbetrieb erfordert niedrigere Leistung, um Überhitzung zu vermeiden.

Ausfallarten und Auswahl

Solenoids fallen meist durch durchgebrannte Spulen aus, verursacht durch Spannungsspitzen, anhaltende Überströme oder unzureichende Kühlung. Der Anker kann steckenbleiben, wenn Schmutz oder Rost die freie Bewegung behindern, oder wenn die Rückfeder schwach wird. Bei der Auswahl eines Solenoids müssen Sie den Hub (üblicherweise 10 bis 50 mm), die erforderliche Kraft bei vollständiger Ausfederung, die verfügbare Spannung und die benötigte Reaktionsgeschwindigkeit aufeinander abstimmen. Größere Kräfte erfordern mehr Windungen, mehr Strom oder eine stärkere Feder, was alles Größe und Wärmeerzeugung erhöht.

Der Begriff Solenoid kommt vom Griechischen 'solenoides' und bedeutet rohrförmig. In der Praxis findet man Solenoids in Motorstartern (wo sie Schütze steuern), in Pneumatiksystemen (Magnetventile als Pilotventile), in Hydraulikkreisen und in unzähligen Funktionen automatisierter Maschinen. Ein Magnetschalter oder Magnetrelais nutzt die Ankerbewegung, um elektrische Kontakte zu öffnen oder zu schließen und ermöglicht so einem schwachen Steuersignal, eine hochwertige Last zu schalten.