Die elektromagnetische Kraft einer Spule

Die elektromagnetische Kraft einer Spule entsteht aufgrund einer Änderung des magnetischen Widerstandes im Eisenkreis des Magnetventils. Diese Änderung des magnetischen Widerstandes ergibt sich aufgrund des Luftspaltes zwischen Magnetkern und dem Pol des Führungsrohres, da Luft ein wesentlich schlechterer magnetischer Leiter ist als der eingesetzte Edelstahl. Die entstehende elektromagnetische Kraft ist bestrebt, diesen magnetischen Widerstand zu verringern und den Luftspalt zu schließen. Dadurch wird der bewegliche Magnetkern des Magnetventils an den Pol gezogen. Die elektromagnetische Kraft des Magnetsystems errechnet sich anhand einer vereinfachten Betrachtung und unter Berücksichtigung

zu

Die hervorgerufene elektromagnetische Kraft ist daher proportional zum Quadrat zur

Energiesparmöglichkeiten

Spannungsabsenkung durch Pulsweitenmodulation

Bei Gleichstromspulen bietet sich der Einsatz einer pulsweitenmodulierten Gleichspannung an, die z.B. in Form von Leistungsreduktionssteckern bereits realisiert und häufig in Verwendung ist. Dabei wird die Gleichspannung mit einer Frequenz von beispielsweise 170Hz getaktet und das Verhältnis TOn/TOff typischerweise auf 60/40 festgelegt. Dadurch reduziert sich die effektive Versorgungsspannung der Spule auf 60% und dadurch die Leistungsaufnahme auf ca. 36% gegenüber einer Spule die mit Nennspannung betrieben wird.

Leistungsreduktion bei Wechselspannung

Eine Leistungsreduktion bei Wechselstromspulen wird äußerst selten realisiert. Der Grund dafür ist, dass Wechselstromspulen eine hohe Leistungsaufnahme während des Einschaltvorganges haben, im Dauerbetrieb dann aber wesentlich weniger Wirkleistung aufnehmen. Daher erwärmen sich Wechselstromspulen auch weniger als vergleichbare Gleichstromspulen. Technische Lösungen zur Leistungsreduktion von Wechselstromspulen wären z.B.

die praktische Umsetzung ist hingegen mit einem enormen Aufwand verbunden. Eine etwas einfachere Methode wäre der Einsatz von Spulen die für eine gleichgerichtete Wechselspannung ohne Spannungsglättung vorgesehen sind. Der Einsatz einer gesteuerten Gleichrichterschaltung erlaubt hier die Versorgung der Spule beim Einschalten mit beiden Halbwellen der gleichgerichteten, sinusförmigen Wechselspannung. Nach dem Einschalten wird dann auf eine Halbweg-Gleichrichtung umgeschaltet und somit der Effektivwert der Versorgungsspannung halbiert.

Großvolumige Spulen für eine verringerte Leistungsaufnahme

Die bereits angeführte Formel zur Berechnung der elektromagnetischen Kraft zeigt, dass die Kraft einer Spule von der Windungszahl und der Stromstärke (I.N) abhängt:

Um dieselbe elektromagnetische Kraft zu erzeugen wäre es demnach möglich, die Stromaufnahme I und somit die aufgenommene Leistung der Spule zu senken, wenn hingegen die Windungszahl N in gleichem Maße erhöht wird. Bei Annahme einer konstanten elektromagnetischen Kraft bietet eine große Spule mit vergleichsweise vielen Windungen daher eine höhere elektrische Effizienz als eine kleine Spule mit weniger Windungen, welche dieselbe elektromagnetische Kraft durch eine erhöhte Stromaufnahme und somit einen erhöhten Leistungsbedarf erzeugen muss. Der Bedarf an mehr Windungen und somit mehr Bauraum führt jedoch zu höheren Kosten der Spule.

Betriebsurlaub 24.12.21 - 02.01.22

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