OT: Berechnung von Elektromagneten

[raphael]

Hallo!

Dieses Thema ist zwar sehr OT, hat aber auch doch wieder etwas mit Lautsprechern zu tun. Ich hoffe, einer der E-Technik-Spezialisten kann mir weiterhelfen. Stehe vor folgendem Problem:
Ich suche eine Dimensionierungsanleitung für einen elektromagnetischen Hub- bzw. Zugmagneten. Dabei soll davon ausgegangen werden, daß die vom Magneten erzeugt Kraft als gefordert festgelegt wird. Dabei soll aber auch berücksichtigt werden, daß die Spule nur bis zu einem gewissen Punkt sich erwärmen darf, der Draht soll ja nicht verglühen, gel. Also einfach nur das Gesetz für die magnetische Kraft anwenden ist nicht. Kann mir irgendjemand weiterhelfen? Auch Literaturtips sind herzlich willkommen. Ich weiß schon nicht mehr, wen ich noch fragen soll. Im INet ist nix brauchbares zu finden und in unserer Uni-Bibi gibts nur ein Buch von Kallenbach, aber das ist grotten schlecht, weil die Rechenwege nicht erklärt werden, sondern nur Ergebnisse in Form von Zahlenwerten präsentiert werden. Ich würde aber gerne wissen, wie man zu diesen Ergebnissen gelangt.

Viele Grüße,

Raphael

[Mr.E]

Ich bin mir nicht ganz sicher, was Du schon weißt.
Sagen kann ich Dir, wie man Induktion, Induktivität und magnetischen Fluss einer Spule berechnet, was für Spannung oder Stromstärke nötig sind, wieviele Windungen, Querschnittsfläche bzw. Spulenlänge. Ist aber sehr Einzelfallabhängig, Dein Fall ist wahrscheinlich zu kompliziert für mich. Aber versuchen kann man es ja mal.
Was studierst Du?

[raphael]

Ich studiere Elektrotechnik. Im Prinzip habe ich folgende Ausgangsposition: Ich kenne die geforderte Kraft, den geforderten Hub und habe eine Spannung von 12V, der Rest kann frei gewählt werden. Problem ist jetzt, daß ich zwar über die maxwellsche Formel B berechnen kann, nur wie sieht es mit der thermischen Belastung usw. aus? Die Spule soll ja nicht verglühen...

Raphael

[Mr.E]

Öh...von der Thermik hab ich leider keine Ahnung. Aber wenn du Elektrotechnik studierst, weißt du über Spulen sicher mehr als ich.

[Battlepriest]

Aaaalso. Ich bin ja gerade kein Elektrofuzzi, glaube aber trotzdem meine 2 Cents zu dem Thema abgeben zu müssen

Die Verlustleistung für einen gestreckten Leiter wirst Du wohl recht einfach mit einer Kombination aus URI und PUI berechnen können. Zur Wärmeabfuhr über die Oberfläche suche am besten über google. Kleiner Tip: es werden in der Wärmeübertragung fast ausschließlich dimensionslose Kennzahlen verwendet. Dieses Stichwort könnte evtl. das Suchergebis verbessern. Ich erinnere mich noch dunkel an: Biot-Zahl, Fourier-Zahl, Reynolds-Zahl, Nusselt-Zahl...

Wie das in einer Spule aussieht wird sich aber bis auf komplizierte Finite Elemente Methode kaum berechnen lassen. Da muss man wohl oder übel auf empirisch ermittelte Fausformeln zurückgreifen. Nicht besonders befriedigend, aber in der Praxis leider nicht anders praktikabel. Es sei denn Du hast Zeit und Möglichkeit, eigene Versuchsreihen durchzuführen was aber wohl den Rahmen einer solchen Arbeit bei weitem sprengen würde.

[Mr.E]

Was soll der Magnet denn machen?
Gibt es bei dir an der Uni niemanden, der dir helfen kann? Wie willst du denn da was lernen

Welche Kraft ist denn gefordert?
Aber erstmal aufschlussreicher: Was soll der Magnet machen?

[raphael]

Es soll ein Zug- bzw. Hubmagnet (jenachdem, welche Richtung man betrachtet) werden. Im Prinzip ist das egal, Hauptsache das Ding bewegt einen Anker über 3cm. Farnell hat solche Dinger im Angebot, nur leider mit zu geringem Hub.
Bei mir an der Uni kann mir leider niemand weiterhelfen, weil man sich dort nicht mit Magneten beschäftigt, sondern eher mit sich drehenden Asynchronmaschinen.

Raphael

[Tomtom]

Hallo,

verwendet man für etwas größere Strecken nicht ohnedies Hebel?

Andererseits frage ich mich, was für einen Studenten so schwer daran ist, Google aufzurufen und den Suchbegriff Hubmagnet einzugeben...

Auf Anhieb schmeißt einem das beispielsweise diesen Link hier vor die Füße:

http://www.home.fh-karlsruhe.de/~ker...hubmagnet.html

Zwischen einer Menge Mist finden sich dann zuhauf Hersteller/Anbieter von Hubmagneten aller Art und auch die eine oder andere weitere eher wissenschaftliche Abhandlung.



mfg

Tomtom

[raphael]

Zunächst ist daran garnichts schwierig, habe es doch auch versucht, nur wie Du schon sagtest, da kommt viel Mist bei raus. Vielleicht hätte ich noch erwähnen sollen, daß ich Topf- bzw. Durchzugsmagnete suche und keine U-Magnete, wie in diesem Beispiel. Mit Topfmagneten kann man nämlich den von mir geforderten Hub realisieren, sogar noch mehr. Habe solche Dinger auch schon gesehen, nur sind die fürs Hobby ja nicht bezahlbar. Aber selber wickeln geht, wen man sich dafür eine Vorrichtung baut. Wenn es soweit ist, werde ich darüber vielleicht mal berichten, falls einer von Euch mal auf die Idee kommt, Schwingspulen selber zu wickeln.

Raphael

[Mr.E]

Auf die Idee bin ich schon gekommen.
Womit ich noch nicht ganz klar komme ist: wie sieht ein Hubmagnet aus?
Die Formeln mit B, I, L, Phi, µ null, A, N, Ni usw. kennst du sicher, oder? Was anderes kenne ich nicht, alles was ich noch hätte ist erfinderische Phantasie, aber sicher auch nicht als einziger.

[Mr.E]

Wie sieht der Anker aus und wieviel wiegt er?

[Frank S]

Über Maxwell kriegt man Zusammenhang zwischen Durchflutung (N*I) und Feldstärke bzw. magnetischer Flußdichte im Luftspalt. Näherungsweise Berechnung genügt.

Dann kriegt man den Zusammenhand zwischen B-Feld und dere Kraft auf den Anker. Das wird über die Energie des Feldes hergeleitet. dW mechanisch geht in dW Feld über bzw. umgekehrt. Und über dW=F*ds kriegft man an jedem Punkt die Kraft.

Natürlich ist bei großen Hüben die Kraft nicht mehr als konstant anzunehmen. Wenn Platz da ist, würde ich die Spule etwa 2x so lang wie den Hub machen und einen beträchtlichen Teil des Ankers auch in Ruhe im Magneten lassen. Ein Glockenanker hätte Vorteile, wird aber nur auf der Drehbank herstellbar sein.

Als Lackdraht nimmt man 0.1-0.2 und rechnet mit einigen Windungszahlen den Widerstand und damit den Strom aus. z.B. für 2000Wdg, 5000Wdg, 8000Wdg.

Mit dem Strom und dem Widerstand kriegt man die Verlustleistung die man bei max. 3-5Watt einpendeln sollte (wie groß soll die Spule werden?). Und man berechnet die entstehende Durchflutung.

Erreicht man die nötige Durchflutung nicht, so nimmt man dickeren Draht und mehr Windungen. Die Durchflutung stegt, die maximale Verlustleistung aber nicht.

[Mr.E]

Also, ich hab heute mal meinen Physiklehrer gefragt.
Die thermische Belastung spielt wahrscheinlich eine untergeordnete Rolle. Sollte es doch zu warm werden, kann man einfach dickeren Draht nehmen.

Der Leiter- bzw. Drahtquerschnitt hat keinerlei Einfluss auf die Stärke des Magnetfeldes.

Frank S: Was meinst du mit Durchflutung? Vielleicht den magnetischen Fluss?

Wie sieht denn so ein Anker aus? Wird der auch als Magnet gebaut?

Mein Physiklehrer hat mir von einem Versuch erzählt, den mal Schüler in seinem Unterricht gemacht haben:
ein Elektromagnet mit einer normalen 1,5 Volt-Batterie war stark genug, um einen ganzen Menschen an der Decke zu halten. Der hat sich am Magneten festgehalten und hing dann da in der Luft, mit 1,5 Volt...fett...

Dein Anker und alles was dranhängt (wenn was dranhängt, weiß ja nicht) wird sicher nicht so viel wiegen wie ein Mensch, oder?
Und selbst wenn, mit 12 Volt sollte der Magnet dann schon ordentlich Power haben.

Wenn ich Windungszahl und Induktivität der Spule wüsste, dazu den Widerstand, oder besser den Strom, dann könnte ich dir auch ganz einfach sagen, welche Energie in der Spule verbraten wird, das wird nicht weniger sein, als Temperatur rauskommt, bzw. umgekehrt wird nicht mehr als die gleiche thermische Energie zustandekommen.
Ach nochmal: die magnetische Energie kann man leicht ausrechnen, die thermische wird nicht größer sein, so, jetzt.

[Frank S]

Die Durchflutung ist N*I also der Gesamtstrom der für die Felderzeugung dient.

[Mr.E]

? ?
Durch die Zahl der Windungen verändert sich doch der Strom nicht?
Aber Phi meinst Du sicher nicht...das wäre A mal B...