Magnetventile, die im Bahnbereich eingesetzt werden, unterliegen besonders anspruchsvollen technischen Anforderungen. Neben einer hohen mechanischen Belastbarkeit und langer Lebensdauer müssen sie auch unter extremen elektrischen und thermischen Bedingungen zuverlässig funktionieren. Typische Spezifikationen umfassen:

• eine Spannungstoleranz von ±30 %,
• Umgebungstemperaturen von -20 °C bis +70 °C sowie
• Mediumstemperaturen von bis zu 110 °C.

Hinzu kommt eine Einschaltdauer von 100 % im Dauerbetrieb, was insbesondere im sogenannten „Worst Case“ eine enorme Herausforderung für die Magnetspule darstellt, da die Eigenerwärmung zu einer noch höheren thermischen Belastung führt.

Besonders kritisch ist die Forderung, dass das Ventil auch bei einer um 30 % reduzierten Versorgungsspannung sicher den geforderten Mediumsdruck schalten muss. Dies erfordert eine entsprechend starke Magnetkraft, was eine höhere Stromaufnahme und damit eine stärkere Eigenerwärmung der Spule zur Folge haben kann. Gleichzeitig darf die Spule bei einer um 30 % erhöhten Spannung – unter maximaler Umgebungstemperatur, höchster Mediumstemperatur und Dauerbetrieb – nicht überhitzen. Andernfalls drohen thermische Überlastungen, Materialversagen oder ein Ausfall der Funktion.

Die Auslegung der Magnetspule wird somit zu einem Balanceakt: Einerseits muss sie bei Unterspannung noch genügend Kraft aufbauen, andererseits unter Überspannung und maximaler thermischer Belastung sicher innerhalb der zulässigen Temperaturgrenzen bleiben. Erschwerend kommt hinzu, dass sich alle Einflussgrößen – Spannung, Temperatur, Einschaltdauer und Medium – gegenseitig verstärken können.

Die Lösung liegt in einer ganzheitlichen Betrachtung: Optimierte Spulengeometrien, temperaturresistente Isoliermaterialien, verbesserte Wärmeableitung durch Gehäusekonstruktion und gegebenenfalls der Einsatz von Temperaturschutzmechanismen wie Thermoschaltern sind zentrale Elemente. Nur durch sorgfältige Entwicklung und Validierung lassen sich Ventile realisieren, die auch unter extremen Bedingungen im Bahnbetrieb dauerhaft sicher funktionieren.

Die Anforderungen zeigen deutlich: Magnetventile für den Bahnbereich sind keine Standardkomponenten – sie sind hochspezialisierte Präzisionselemente, die unter widrigsten Bedingungen zuverlässig arbeiten müssen.

Die untenstehende Bilderreihe verdeutlicht als Beispiel die Auswirkung einer um 10% erhöhten Spannung auf die Oberflächentemperatur der Spule. Während bei Nennspannung und einer Umgebungstemperatur von 20°C die Spule auf max. 93,9°C erwärmt wurde, stieg diese Temperatur durch eine Erhöhung der Spannung auf 26,4V bereits um ca. 10°C an.