Schnellerregungen für Magnete

Schnellerregungen dienen zum schnellen Einschalten (Erregen) von Elektromagneten. Gleichzeitig verkürzen sie auch die Ausschaltzeit (Entregen).

Um einen Elektromagneten schneller zu erregen, muß dem Magnetfeld die Energie schneller zugeführt werden. Das geschieht durch kurzzeitiges Anlegen einer überhöhten Spannung. Beim Ausschalten des Magnets muß die Feldenergie möglichst schnell in eine andere Energieart umgewandelt werden. Dazu "entlädt" man die Feldenergie gegen eine hohe Gleichspannung. Hiebei wird die Feldenergie in elektrische Energie umgewandelt (Energierückgewinnung).

Schnellerregungen haben die Aufgabe, eine hohe Spannung zu erzeugen und diese im richtigen Moment an die Magnetspule anzulegen. Zur Erzeugung der Hochspannung bieten sich folgende Möglichkeiten an:

            a.     Eigenes Netzteil

Ein eigens Netzteil hat einen gewissen Grundaufwand, der sich nur lohnt, wenn goße Leistungen erforderlich sind oder mehrere Schnellerregungen an einem "Gleichstrombus" betrieben werden. Die Schnellerregung muß die Hochspannung für eine exakt definierte Zeit anlegen, da sonst die Spule thermisch überlastet wird. Eine Schnellerregung für Stop-Magnete an Gepäcktransportbändern ist im Datenblatt 781530a beschrieben.

            b.    Kapazitive Ladungspumpe

Die kapazitive Ladungspumpe benutzt sogenannte Spannungsverdoppler. Nachteilig ist dabei, daß mehrere Verdopplerstufen kaskadiert werden müssen um eine entsprechend hohe Spannung zu erreichen. Der Bauteilaufwand ist deshalb erheblich. Da Kondensatoren geladen werden, ergeben sich hohe Einschaltstromspitzen, die entsprechende EMV-Probleme mit sich bringen.

            c.     Induktive Ladungspumpe, Zielmagnet als Pumpeninduktivität

Als Induktivität für die Ladungspumpe läßt sich die zu erregende Spule selbst benutzen. Dazu wird die Spule kurz (so kurz, daß der Magnet nicht anziehen kann) mit Nennspannung eingeschaltet. Beim Wiederausschalten entsteht ein Spannungsimpuls, mit dem ein Kondensator geladen wird. Nach einer kurzen Erholzeit kann der Vorgang wiederholt, und somit der Kondensator bis zur gewünschten Spannung aufgeladen werden. Die Kondensatorladung steht dann beim Einschalten des Magnets zur Schnellerregung zur Verfügung. Während der Magnet angezogen ist, kann man durch kurzzeitiges Ausschalten (so kurz, daß der Magnet nicht abfällt) ebenfalls Spannungsimpulse zum Laden des Kondensators erzeugen und damit den Kondensator schrittweise wieder auf die gewünschte Spannung aufladen. Das endgültige Abschalten des Magneten erfolgt dann gegen die Kondensatorspannung; dadurch wird das Entregen des Magnets beschleunigt und die Energie in den Kondensator zurückgespeist, wo sie für einen neuen Einschaltvorgang zur Verfügung steht.

Dieses Verfahren ist sehr elegant, hat jedoch den Nachteil, daß alle Zeiten und Energiemengen sehr stark von den physikalischen Gegebenheiten des Magneten abhängen. Für Serienanwendungen, bei denen entsprechende Berechnungen und Versuche möglich sind, erhält man jedoch sehr wirtschaftliche Lösungen.

Ein solches Gerät ist im Datenblatt 780 507 beschrieben.

            d.     Induktive Ladungspumpe mit getrennter Pumpeninduktivität.

Benutzt man zur Hochspannungserzeugung eine zusätzliche Induktivität, wird die Hochspannungserzeugung unabhängig von den physikalischen Eigenschaften des Magnets. Hier muß lediglich sichergestellt werden, daß die im Kondensator gespeicherte Energie ausreicht, um den Magnet optimal zu beschleunigen.

Eine Standardlösung, die sich für Bremsen, Kupplungen, Hydraulikventile usw. bewährt hat ist im Datenblatt 780 508 dargestellt.