Prof. Dr. Thorsten Jungmann (Stand 2025-09-01)
1 Wie sieht er aus?
Ein Elektromagnet besteht aus einer Spule, die meist um einen Eisenkern gewickelt ist. Von außen ist oft nur das Gehäuse sichtbar, aus dem Anschlüsse für die elektrische Versorgung herausgeführt sind. Je nach Baugröße reicht das Erscheinungsbild von kleinen Bauteilen in Relais bis zu großen Magneten an Lastkränen oder in der Radiologie.
Lastmagnet
Quelle: LEEROY Agency auf Pixabay
Elektromagnet im Relais
Signal-Relais, 24V DC Spule (1,44 W), 2 Wechsler-Kontakte, max. Schaltstrom 3A, max. Schaltleistung 70 W/50 VA; Quelle: RS components
Magnetresonnanztomograph (MRT)
Quelle: KasugaHuang, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, via Wikimedia Commons
2 Was kann er?
Der Elektromagnet erzeugt beim Anlegen von Spannung durch den Stromfluss in der Spule ein Magnetfeld – Gleichstrom erzeugt ein statisches Magnetfeld, Wechselstrom ein magnetisches Wechselfeld. Dieses Magnetfeld kann Kräfte auf ferromagnetische Werkstoffe ausüben und so Bewegungen oder Haltekräfte erzeugen. Beispiele:
- im Relais oder Schütz wird ein Anker bewegt, der Schaltkontakte betätigt,
- im Lastkran wird Schrott oder Stahl durch das Magnetfeld angezogen und gehalten,
- in elektromagnetischen Kupplungen werden Antriebswellen kraftschlüssig verbunden,
- im Motor bilden Elektromagnete im Ständer oder Läufer das notwendige Magnetfeld, das mit den jeweils anderen Feldquellen (Elektromagnet oder Permanentmagnet) in Wechselwirkung tritt und ein Drehmoment erzeugt,
- im Generator erzeugen Elektromagnete im Rotor oder Stator ein Magnetfeld, dessen Änderung durch Bewegung eine Spannung in den Leiterschleifen des anderen Maschinenteils induziert,
- im Magnetresonanztomographen (MRT) erzeugen supraleitende Elektromagnete extrem starke, homogene Magnetfelder (typisch 1,5 bis 7 Tesla), die die Kernspinresonanz von Wasserstoffkernen im menschlichen Körper anregen und so die Bildgebung ermöglichen.
3 Wie funktioniert er?
Die Funktion des Elektromagneten beruht auf der Spule im Inneren. Fließt Strom durch die Spule, entsteht ein Magnetfeld. Durch den Eisenkern wird die magnetische Feldstärke vervielfacht, da der magnetische Fluss im Eisen besser gebündelt wird als in Luft. Wird der Strom abgeschaltet, verschwindet das Magnetfeld und die magnetische Wirkung setzt sofort aus. Die im Magnetfeld gespeicherte Energie entlädt sich beim Abschalten in die angeschlossene Schaltung. Dies erfordert i.d.R. eine Schutzvorrichtung, z. B. in Form einer ausreichend belastbaren Freilaufdiode, um sensible Bauelemente gegen die relativ hohe Rückinduktionsspannung zu schützen.
4 Wie sieht er von innen aus?
Im Inneren befindet sich die Drahtspule, meist aus lackisoliertem Kupferdraht gewickelt. Diese ist um einen Eisenkern oder ein Eisenjoch angeordnet, das den magnetischen Fluss leitet. Je nach Anwendung sind Federmechanismen, bewegliche Anker oder große Magnetplatten integriert.
5 Welche Rolle spielt er in der Lehre?
Der Elektromagnet zeigt anschaulich den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und Magnetfeld. Er verdeutlicht, wie eine Spule in Verbindung mit einem Eisenkern Kräfte erzeugen kann. In der Lehre bietet er einen wichtigen Bezug zu Bauelementen wie Relais, Schützen, Motoren und Generatoren.
6 Welche Rolle spielt er in der Praxis?
Elektromagnete sind vielseitig einsetzbar. In Relais und Schützen betätigen sie Schaltkontakte. In Lastkränen bewegen sie tonnenschwere Stahlteile, in elektromagnetischen Kupplungen und Bremsen sorgen sie für kontrollierte Kraftübertragung. In Motoren und Generatoren sind sie zentrale Bauteile zur Erzeugung bzw. Umwandlung von Bewegungs- und elektrischer Energie. Sie sind damit sowohl in der Feinwerktechnik als auch in der Schwerindustrie unverzichtbar.
Um sicherheitsrelevante Funktionen zu erfüllen, z. B. in Sicherheitsbremsen von Fahrstühlen, kann ein Elektromagnet in einem Gehäuse mit einem Permanentmagneten, z. B. Neodymmagnet, integriert werden. Dann besteht im stromlosen Zustand die Haltekraft und der Elektromagnet „neutralisiert“ im eingeschalteten Zustand die Magnetwirkung des Permanentmagneten, so dass er seine Haltekraft für den Moment verliert.
Symbolik
Kennbuchstaben in Schaltplänen:
- Hubmagnet und Kupplungen: M
- Relais oder Schütz: K
Berechnungen
- Windungszahl
- Stromstärke
- Haltekraft
- magnetische Feldstärke
- magnetische Flussdichte
- Induktivität (inductance)