Elektrik

Bis in die Mitte der dreißiger Jahre wurden hauptsächlich Magnete aus Chrom-, Wolfram- und Kobaltstahl verwendet. Mitte der dreißiger Jahre erfand ein schlauer japanischer Professor, der Herr Mishima den sog. AlNi-Stahl. Dieser Stahl ist legiert mit Aluminium, Nickel sowie Cobalt, dann auch bekannt als AlNiCo. Wo liegen nun die Unterschiede dieser verschiedenen Magnetmaterialien und wie wirken sich diese auf die Konstruktion der Magnetzünder aus ?

Betrachtet man sich einen Zünder aus den 20ger oder 30ger Jahren, so fällt als erstes der große bügelförmige Magnet auf. Diese aus Chrom-oder Wolframstahl bestehenden Magnete mußten deshalb so lang sein, weil sie eine sehr geringe
Koerzitivfeldstärke besaßen. Was ist denn nun Koerzitivfeldstärke ? Leider muß jetzt etwas Theorie kommen, um zu erstehen, warum z.B. bei einem BTH-Magneten ein soviel kürzerer Magnet als bei einem uralten Bosch-Zünder verwendet werden und dieser trotzdem einen stärkeren Funken produzieren kann.

Koerzitivfeldstärke ist diejenige Feldstärke, während deren Einwirkung die Magnetisierung eines vorher bis zur Sättigung magnetisierten ferromagnetischen Werkstoffes (auch Dauermagnet genannt) auf Null zurückgeht. Ferner ist die Koerzitivfeldstärke die "treibende Kraft", die einen Luftspalt mit einer bestimmten Anzahl von magnetischen Kraftlinien durchsetzt.

Die Einheit der magnetischen Feldstärke ist A/cm bzw kA/m; alte Bezeichnung Oe (Oerstedt) 100 kA/m = 1256,6 Oe; Formelbuchstabe magnetische Feldstärke= H. Beispiel: Ein Magnet mit einer Koerzitivfeldstärke von 4,5 kA/m soll einen Luftspalt mit einer bestimmten Kraftlinienanzahl (Flußdichte) durchsetzen. Dieser Magnet muß dann eine bestimmte Länge L1 haben. Hätte das Magnetmaterial die doppelte Koerzitivfeldstärke 9 kA/m, so bräuchte für die gleiche Flußdichte der Magnet nur halb so lang zu sein.

Die alten Magnetstähle hatten Koerzitivfeldstärken zwischen 4,5 kA/m (Chromstahl) bis zu 20,7 kA/m bei Kobaltstahl. AlNi bzw AlNiCo-Stahl hat Werte bis zu ca 52 kA/m. Hier wird schon deutlich, warum der BTH-Magnet, der einen AlNi Magneten hat, mit einem so kurzen Magneten auskommt (Die neueren Magnetmaterialien wie Hartferrite oder Seltenerde Magnete haben Koerzitivfeldstärken bis zu 700 kA/m !).

Eine weitere den Dauermagneten kennzeichnende Eigenschaft ist seine Remanenz. Remanenz ist die verbleibende Magnetisierung in einem magnetischen Werkstoff, der in einem geschlossenen Kreis bis zur Sättigung magnetisiert wurde. Die Einheit der Remanenz ist Tesla bzw milli Tesla. Alte Einheit Gauß. Formelbuchstabe = Br 10000 Gauß = 1 Tesla. Die Remanenz, auch Flußdichte genannt, ist am größten, solange sich der Magnet nach dem Aufmagnetisieren noch in der Magnetisiervorrichtung befindet und der magnetische Kreis noch widerstandslos (d.h. ohne Luftspalt) geschlossen ist. Wird der Kreis geöffnet, der Magnet also aus der Vorrichtung entnommen, so fällt der Wert der Remanenz auf einen bestimmten niedrigeren Wert ab.

Befindet sich dieser Magnet auch noch an einem Magnetzünder und wir drehen den Zündanker und lassen es funken, so fällt der Wert weiter ab. Noch schlimmer wird es, wenn wir den Zünder mittels Kurzschließer zur Aufgabe seiner Funtion zwingen. Woher kommt dieses Verhalten ?

Drehen wir den Anker im Magnetfeld, so ändert sich zum einen der Luftspalt und zum anderen schneiden die auf den Anker gewickelten Drähte die magnetischen Kraftlinien; es wird eine Spannung induziert, die bei geschlossenem Unterbrecher einen Strom fließen läßt, der wiederum ein Magnetfeld erzeugt, welches dem Dauermagnetfeld entgegengesetzt ist und dieses dadurch weiter schwächt. Dieser Vorgang setzt sich jedoch nicht bis ins Unendliche fort, sondern der Wert der Remanenz pendelt sich auf einen konstruktiv vorgebenen Wert ein, der ein sicheres Arbeiten des Zünders garantiert. Entfernen wir jedoch den Anker aus dem Zünder, so bricht die Remanenz auf einen so kleinen Wert zusammen, daß nach erfolgtem Wiederzusammenbau des Zünders der Magnet neu magnetisiert werden muß. Dies zur Remanenz ausgeführte gilt vor allem für die alten Chrom-und Wolframstähle.

Die neueren hochkoerzitiven Magnetstähle wie AlNi oder Hartferrite erlauben ein magnetisieren auch außerhalb des Zünders vor dem Zusammenbau. Die Werte der Remanenz liegen bei den alten Stählen bei ca. 0,6 bis 1,1 Tesla, wobei AlNi-Stähle nicht so hohe Werte erreichen. Um dies zu kompensieren, macht man die Querschnitte des Magneten größer, um wieder auf die gleichen Flußdichten zu kommen.

Um einen Dauermagneten zuverlässig zu magnetisieren, ist eine magnetische Feldstärke von etwa dem 3fachen der Koerzitivfeldstärke erforderlich. Bei Spulenmagnetisierung, d.h. ohne Eisenkern bzw. Joch, genügt ein Impuls von ca. einer Millisekunde !

Volker Kuhring-Asteroth