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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Helmholtz Spule


Autor: Moritz (Gast)
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Hallo zusammen,

ich stehe gerade eigentlich mehr vor einem mechanischen Problem als vor 
einem elektrischen. Und da ich mechanisch keine Leuchte bin, hoffe ich, 
dass mir einer von euch helfen kann. Mir fällt einfach nichts ein!

Ich will mir eine Helmholtz- Spule mit einem Meter Durchmesser bauen. 
Die zwei Spulen sollen etwa 40cm Abstand haben.

Hat jemand ne Idee, wie ich den einen Meter Durchmesser hin bekommen 
soll? Ich dachte schon an Fahrrad- Alufelgen. Aber ich weiß nicht, wie 
sich das Alu bei meinen Messungen bemerkbar macht.

Hat schon mal einer von euch so was gebaut?
Danke an alle.

Gruß

Autor: helmholtz (Gast)
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SRY, ist ein wenig OT, aber warum nur 40cm Abstand. Normalerweise macht 
man ja d=R, also bei dir auch 1m. Sieh dir mal den Anhang an und 
vergleiche mal die Homogenität.

Autor: dvh (Gast)
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Hallo,
der Abstand der beiden Spulen muss gerade R betragen.
Fahrrad Alufelgen sind ideal für die Bewicklung mit 
Kupfer-Lackdraht(Stahlfelgen sind nicht gut da ferromagnetisch). 
Wikipedia zeigt das Prinzip und Beispiele.
dvh

Autor: Moritz (Gast)
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@helmholtz: Sorry, aber das war der innere Abstand. Die Außenmaße sind 
natürlich größer. Du hast mit d/2 schon recht.

@dvh: Ich finde das mit den Felgen auch nicht schlecht, jedoch weiß ich 
nicht, wie ich die zwei Felgen stabil verbinden soll.

Gruß

Autor: Sven (Gast)
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Messingstäbe ausm Baumarkt, Messingmuttern+Schrauben.

Autor: Moritz (Gast)
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Was gibt es denn für Felgengrößen? Ich hab davon keine Ahnung?

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Moritz schrieb:
> Was gibt es denn für Felgengrößen? Ich hab davon keine Ahnung?


12,16,20,24,26 und 28 zoll findest Du häufig.

Autor: Moritz (Gast)
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Naja Scheiße, alles nicht groß genug.

Fällt sonst noch jemand etwas ein?

Autor: Marvin S. (demo)
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Wie waers mit einer dicken Multiplexplatte, da mit Stichsaege einen Ring 
rausschneiden, dann noch zwei duennere Platten, ebenfalls einen Ring mit 
gleichem Innen- und groesserem Aussendurchmesser ausschneiden. Das dann 
aufeinanderkleben und fertig bist du :) .

Gruesse

Marvin

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Moritz (Gast)

>Ich will mir eine Helmholtz- Spule mit einem Meter Durchmesser bauen.

Und was soll das am Ende werden?

>soll? Ich dachte schon an Fahrrad- Alufelgen. Aber ich weiß nicht, wie
>sich das Alu bei meinen Messungen bemerkbar macht.

Und was willst du mit einer Helmholtzspule, wenn dir derartige 
Grundlagen fehlen?
Bei Gleichstrom ist das ALU magnetisch unwirksam, bei Wechselstrom gibt 
es Wirbelströme und damit ein Verformung des Magnetfelds.

MfG
Falk

Autor: Moritz (Gast)
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@Marvin S.: Sehr gute Idee!

@Falk Brunner: Ich weiß selbst, dass hier Wirbelströme entstehen. Jedoch 
hab ich schon solche Spulen mit Alukörper gesehen. Der Grund für den Bau 
dieser Spule ist, dass ich Gerätefunktionen in diesem homogenen Feld 
testen will. Ich will wissen, ob dieses Feld Einfluss auf mein Gerät 
hat.

Autor: Helmholtz (Gast)
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Moritz schrieb:
> Der Grund für den Bau
> dieser Spule ist, dass ich Gerätefunktionen in diesem homogenen Feld
> testen will. Ich will wissen, ob dieses Feld Einfluss auf mein Gerät
> hat.

Dann nimm lieber einen Dauermagneten und setzt den nahe ans Gerät. Mit 
einer Helmholtzspule bekommst du nicht gerade ein großes Feld (je nach 
Windungszahl und Strom).

Autor: Moritz (Gast)
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Ich benötige aber auch Wechselfelder, also wird das mit dem 
Dauermagneten ein Problem.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Moritz schrieb:
> Ich benötige aber auch Wechselfelder, also wird das mit dem
> Dauermagneten ein Problem.


Dann nimm halt die bereits vorgeschlagene Lösung einer Holzrahmenspule.
Entweder aus dem "Vollen" sägen oder aus dünnen Leisten biegen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Moritz (Gast)

>Ich benötige aber auch Wechselfelder, also wird das mit dem
>Dauermagneten ein Problem.

Spann den Magneten in den Akkuschrauber ;-)

Autor: Helmholtz (Gast)
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Die obigen Bilder bezogen sich übrigens auf eine Windungszahl von N=20 
und einen Strom von I=0,1A. Da I, N und das daraus resultierende B-Feld 
proportional zueinander sind, kannst du ungefähr abschätzen wie viele 
Wicklungen du für ein vernünftiges Feld benötigst bzw. wie viel Strom du 
brauchst (dementsprechend natürlich auch die Kabeldicke auslegen). Zur 
Orientierung, das Erdmagnetfeld hat ca 30µT. Also bräuchtest du dafür 
schon einmal die 15-fache Windungszahl oder den 15-fachen Strom.

Also ca. 300 Wicklungen. Bei einem Umfang von 6,28m sind das schon 
alleine ca. 1,9km Kabel...

Nur mal so als Denkanstoß

Autor: Moritz (Gast)
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Ich weiß, ich bin auch schon mal erschrocken!

Ich hab mir ausgerechnet, wenn ich auf eine Feldstärke von 30 A/m in der 
Mitte zwischen den zwei Spulen kommen will, muss ich bei 1A~ ca. 25 
Windungen je Spule haben. Ich hoffe das stimmt, ich muss nochmal 
nachrechnen.

Wenn ich nun einen Durchmesser von 1m habe, ergibt sich ein Umfang von 
ca. 3,14m. Das heißt, 50 x 3,14m = 157m.

Gruß

Autor: Helmholtz (Gast)
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N=25 kommt schon gut hin (siehe Anhang).
Ich hab mit folgenden Parametern gerechnet:

L = 5*1e-3;     % Länge der Spule [m]
R = 500*1e-3;   % Radius der Spulenwindungen [m]
d = R;          % Abstand der beiden Spulen [m]
% von links außen der ersten Spule bis rechts außen der zweiten Spule
N = 25;         % Windungszahl
I = 1;          % Strom [A]
mu_0 = 1;       % magnetische Feldkonstante [V*s/(A*m)]

Da ich mit µ0=1 gerechnet habe, ist es jetzt natürlich ein H-Feld, also 
nicht von der Beschriftung irritieren lassen. Ich war nur zu faul das zu 
ändern ;)

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Moritz (Gast)

>Mitte zwischen den zwei Spulen kommen will, muss ich bei 1A~ ca. 25
>Windungen je Spule haben. Ich hoffe das stimmt, ich muss nochmal
>nachrechnen.

Na ich würde lieber 1 Windung mit 25A nehemen, die bekommt man locker 
dauerhaft durch 2,5mm^2 Kupfer. Ist einfacher zu wickeln. ;-)

MfG
Falk

Autor: Moritz (Gast)
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Super danke, dass du das nochmals simuliert hast.

Dann bin ich ja gar nicht so daneben gelegen. Ich glaub ich mach jetzt 
den Aufbau mit den Multiplexplatten.

Jetzt wäre es noch interessant, die Feldstärke in der Mitte der zwei 
Spulen zu messen. Muss ich mir aber erst mal durch den Kopf gehen 
lassen.

Danke an alle.

Gruß

Autor: Moritz (Gast)
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Wenn ich 25A~ stellen könnte, würde ich deinem Rat sofort folgen ;)

Ich denke ich kann mit 2 x 25 Windungen gut leben.

Gruß

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Moritz (Gast)

>Wenn ich 25A~ stellen könnte, würde ich deinem Rat sofort folgen ;)

Schon mal was von einem Transformator gehört? Ich nehme an du willst 
25A/ 50Hz haben. Ein mittlerer Ringkerntrafo macht das, die 
Sekundärwicklung kann man einfach selber neu mit ein paar Windungen 
wickeln. Davor ein kleiner Stelltrafo, fertig. Denn schliesslich haben 
die Spulen mit einer Windung nur wenig ohmschen Widerstand, da brauch 
man kaum Spannung, Prinzip des Schweißtrafos.

MFG
Falk

Autor: Olof Gutowski (ole)
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Moritz schrieb:
> Super danke, dass du das nochmals simuliert hast.
>
> Dann bin ich ja gar nicht so daneben gelegen. Ich glaub ich mach jetzt
> den Aufbau mit den Multiplexplatten.
>

Moin,

als ich hab da schon einen schönen Aufbau aus HulaHoop Reifen gesehen!


Gruß,

Olof

Autor: Ulrich (Gast)
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Ob man nun 1 Windung mit 25 A oder 25 Windungen mit 1 A nimmt macht 
nicht so viel Unterschied. Um die Verluste gleich kleine zu bekommen 
braucht man in beidne Fällen die gleiche Menge Kupfer. Wegen der 
Zuleitungen und Stromquelle werden die 25 Windungen mit 1 A einfacher zu 
handhaben sein.

Autor: Moritz (Gast)
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@Falk Brunner:

> ...Prinzip des Schweißtrafos.

Du hast schon recht, aber das kann ich alles nicht so einfach 
beschaffen.


@Olof Gutowski: Auch eine sehr gute Idee. Das Gebilde sollte dann halt 
nur noch ordentlich versteift werden.

Autor: Peter (Gast)
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>Ich benötige aber auch Wechselfelder, also wird das mit dem
>Dauermagneten ein Problem.

Dann ist auch die Alufelge ein Problem, diese wird zu einer 
Kurzschlusswindung, welche Dein magnetisches Wechselfeld wieder 
absorbiert.

Autor: Moritz (Gast)
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Die Alufelge ist schon ausgeschieden, war nur ein kurzer Gedanke. Aber 
wenn man länger drüber nachdenkt, merkt man, dass es nix taugt.

Gruß

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Wie gesagt, dünne Holzleisten (z.B. 40 x 4 mm, ... m lang, mehrere 
hintereinander) biegen und mehrlagig mit Holzleim final fixieren ist DIY 
tauglich und letztlich sehr stabil. Selbst erprobt mit Erfolg.

Autor: Moritz (Gast)
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Ich glaub ich fahr jetzt einfach mal in den Baumarkt und schau mich um.
Vielleicht sticht mir was ins Auge.
Das mit den dünnen Leisten scheint auch ganz gut zu sein!

Autor: Helmholtz (Gast)
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Wie wär's, wenn du dir im Baumarkt einfach einen geeigneten Eimer oder 
eine Regenwassertonne holst...

Autor: Moritz (Gast)
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Auch keine schlechte Idee! Müsste man sich dann noch zurecht sägen, aber 
dann hätte man schon mal die Rundung.

Autor: Marvin S. (demo)
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Andrew Taylor schrieb:
> Wie gesagt, dünne Holzleisten (z.B. 40 x 4 mm, ... m lang, mehrere
> hintereinander) biegen und mehrlagig mit Holzleim final fixieren ist DIY
> tauglich und letztlich sehr stabil. Selbst erprobt mit Erfolg.
Das geht natuerlich auch - Holz biegen, sodass es nachher auch 
einigermassen rund ist, ist aber imho eine Kunst fuer sich. Ich hab das 
einmal gemacht, um eine Rueckwand fuer ein grosses Holz-Modell eines 
Kaesestuecks zu bekommen: Das ist alles geworden, aber nicht 
gleichmaessig rund.

Aber vielleicht geht das mit duennen Leisten aus einem passenden Holz 
tatsaechlich besser - da bin ich kein Profi.

Gruesse

Marvin

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Helmholtz schrieb:
> Wie wär's, wenn du dir im Baumarkt einfach einen geeigneten Eimer oder
> eine Regenwassertonne holst...


Z.B. 95 ltr Speiskübel aus der DIY-Baustoff Abteilung von "Bauhaus".
Kommt dicht an 1 m Durchmesser

Marvin S. schrieb:

> Aber vielleicht geht das mit duennen Leisten aus einem passenden Holz
> tatsaechlich besser - da bin ich kein Profi.
>


Es geht mit DÜNNEN Leisten IN DER TAT BESSER.

Autor: Moritz (Gast)
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Erstmal danke an alle!

Hat jemand zufällig noch ne Idee, wie ich die Feldstärke zwischen den 
zwei Spulen auf einfache Weise grob messen kann?

Gruß

Autor: Stephan (Gast)
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Moritz schrieb:
> Hat jemand zufällig noch ne Idee, wie ich die Feldstärke zwischen den
> zwei Spulen auf einfache Weise grob messen kann?

Evtl. mit nem Kompass die Verfälschung des Erdmagnetfeldes ermitteln. 
Zur Stärke des ERdmagnetfeldes nach Region sollten Daten aufzutreiben 
sein.

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