Spule im Magnetfeld

[Herby S. (hw-schrauber)]

Hi zusammen,

bräuchte nochmal eure Hilfe.

Bei eienr Spule im Magnetfeld (Lautsprecher-Schwingspule in LS üblichem 
Magnet (Topfmagnet)), was beeinflusst alles die magnetische Kraft, die 
die Spule mit ihrer angeflanschten Last aus der Null-Position heraus 
bringt. Mich interessieren überwigend die elektrischen Größen, bzw. die 
Größen, die wiederum Einfluß auf die elektrische Steuerung haben. Einzig 
die magnetische Kraft und der Luftspalt des Magneten ist gegeben.

Nun möchte ich etwas experimentieren durch verändern der Drahtstärke, 
der Anzahl der Windungen, des Stroms, Frequenz, etc..

Die theoretische Anforderung ist, mit 0 Strom, maximale Kraft bei 
maximaler Geschwindigkeit zu erhalten. Mir ist klar, dass das nicht 
geht, verdeutlicht aber die Aufgabenstellung. Sprich, nehme ich etwas 
weniger Draht (Durchmesser oder Läange) verringert sich die Masse. 
Gleichfalls reduziert sich ja ggf. der Strom.

Schlußendlich geht es dabei darum, die Spule so zu optimieren, dass die 
maximalste Kraft und die maximalste Geschwindigkeit dabei herauskommt. 
Strom, Wirkungsgrad Linearität der Bewegung ist nebensächlich.

Kann mich bitte jemand über die Zusammenhänge aufklären?

Wie immer, besten Dank im Voraus.

[Harald W. (wilhelms)]

Herby S. schrieb:

> Schlußendlich geht es dabei darum, die Spule so zu optimieren, dass die
> maximalste Kraft und die maximalste Geschwindigkeit dabei herauskommt.

Dir ist aber schon klar, das ein Lautsprecher nur wenige Prozent
Wirkungsgrad hat? Daran können auch Deine ganzen Optimierungen
nichts ändern.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Naja. Das dazu passende Gesetz ist : Kraft des Leiters im Magnetfeld. 
Etwas im Sinne von Kraft = Strom kreuz Magnetfeld. Alles vektoriell.

Auch passend : Beschleunigung = Kraft/Masse

Die Kraft und die Bescheunigung der Spuleauf die Membrane ist das Eine. 
Das Andere ist die Kopplung der Membrane auf die Luft.

Mach mal. Viel Glueck. Ist sicher eine wertvolle Erfahrung auch wenn da 
schon Generationen dran rumgemacht haben.

[Herby S. (hw-schrauber)]

@ Harald W.
Es geht ja nicht um einen Lautsprecher sondern um einen Antrieb , der 
wie ein Lautsprecher aufgebaut ist und auch bereits funktioniert. 
Aufgebestellung ist, das ystem zu optimieren.

@ Zitronen F.
Dir Danke für die Info. Aber ich will nicht die Erfahrungen von 
Generationen neu machen, sondern von ihnen profitieren.

Z.B. ich mache den Draht um 1/10 mm dicker und lasse alles andere 
gleich, wirkt sich das auf die Kraft aus, und wenn ja, wie? Ich will 
nicht erst selbst testen, sondern vorher mit den von anderen gemachte 
Erfahrungen lieber rechen. Ich will ja auch das Rad nicht neu erfinden, 
sondern es nutzen.

[Bernhard S. (gmb)]

Zitronen F. schrieb:
> Naja. Das dazu passende Gesetz ist : Kraft des Leiters im Magnetfeld.
> Etwas im Sinne von Kraft = Strom kreuz Magnetfeld. Alles vektoriell.

... und integriert auf die Länge des (kreisförmig gewickelten) Drahtes, 
um die resultierende Kraft zu bekommen.

Am Ende kommt heraus, dass nicht die Stärke des Magnetfeldes die Kraft 
bestimmt, sondern der Gradient des Magnetfeldes. Also je stärker das 
Magnetfeld ortsabhängig ist, desto höher die Kraft.

Ansonsten dürfte die Kraft proportional zum Strom, näherungsweise 
unabhängig vom Leiterquerschnitt und unabhängig von der Frequenz sein.

[M.A. S. (mse2)]

Bernhard S. schrieb:
> Am Ende kommt heraus, dass nicht die Stärke des Magnetfeldes die Kraft
> bestimmt, sondern der Gradient des Magnetfeldes. Also je stärker das
> Magnetfeld ortsabhängig ist, desto höher die Kraft.

Wieso das denn?

[Bernhard S. (gmb)]

M.A. S. schrieb:
> Wieso das denn?

Wenn du eine Leiterschleife in einem homogenen Magnetfeld hast, dann 
heben sich die Kräfte auf, und die Spule erfährt keine resultierende 
Kraft. Bis auf ein Drehmoment je nach Ausrichtung.

Eine Kompassnadel wird z.B. nur ausgerichtet, nicht von den Polen 
angezogen. Lagerst du einen Permamentmagneten schwimmend auf einem Floß, 
dann richtet sich das Floß zwar aus indem es sich dreht, "fährt" aber 
nicht nach Norden oder Süden. Grund ist das ziemlich homogene 
Erdmagnetfeld.

[Herby S. (hw-schrauber)]

Bernhard S. schrieb:
> Eine Kompassnadel wird z.B. nur ausgerichtet, nicht von den Polen
> angezogen.

Ist das denn nicht nur der Fall, wenn ich mich mittig zwischen den 
beiden Polen befinde?

[M.A. S. (mse2)]

Bernhard S. schrieb:
> Bis auf ein Drehmoment je nach Ausrichtung.

Ah ja, verstehe. Danke für die Erklärung.


Herby S. schrieb:
> Ist das denn nicht nur der Fall, wenn ich mich mittig zwischen den
> beiden Polen befinde?
Ja, eben. Deshalb schrieb er ja auch:

Bernhard S. schrieb:
> dass nicht die Stärke des Magnetfeldes die Kraft
> bestimmt, sondern der Gradient des Magnetfeldes. Also je stärker das
> Magnetfeld ortsabhängig ist, desto höher die Kraft.

Denn in einem homogenen Magnetfeld 'mittig zwischen den beiden Polen' 
hättest Du nur ein Drehmoment und keine Gesamtkraft, die den Körper 
verschiebt.

[Herby S. (hw-schrauber)]

Bernhard S. schrieb:
> Eine Kompassnadel wird z.B. nur ausgerichtet, nicht von den Polen
> angezogen. Lagerst du einen Permamentmagneten schwimmend auf einem Floß,
> dann richtet sich das Floß zwar aus indem es sich dreht, "fährt" aber
> nicht nach Norden oder Süden. Grund ist das ziemlich homogene
> Erdmagnetfeld.

Hierraus geht nicht hervor, dass sich das "Floß" mittig zwischen den 
Polen befindet.;-).

Unter homogenes Magnetfeld verstehe ich, dass das ganze Magnetfeld 
homogen ist, sprich, dass überall im Magnetfeld die gleichen Bedingungen 
herrschen. Vielleicht ist der Begriff Magnetfeld auch nicht ganz 
passend. Denn mit den Polen besteht ja schon zwischen Norden und Süden 
ein Unterschied. Vielleicht kann man die Feldlinien als homogen 
bezeichnen.

Das was mittig zwischenden beiden Polen passiert, ist doch, dass sich de 
magnetische Kraft aufhebt. Es gibt also in dem Punkt gar keine Kraft. 
Wohl aber die Feldlinien. Wäre also die Nadel nur ein Punkt, würde 
der/die sich nicht drehen wie die klassiche Kompasnadel. Diese dreht 
sich ja nur, weil die Nadel länger als ein Punkt ist und dann die Kräfte 
der Pole wieder wirken.

Oder habe ich da immernoch etwas falsch verstanden?

[M.A. S. (mse2)]

Herby S. schrieb:
> Das was mittig zwischenden beiden Polen passiert, ist doch, dass sich de
> magnetische Kraft aufhebt. Es gibt also in dem Punkt gar keine Kraft.

Herby S. schrieb:
> Oder habe ich da immernoch etwas falsch verstanden?

Ja, komplett. Zweischen den Polen eines Magneten verschwindet die 
Feldstärke nicht, im Gegenteil, hier ist sie am stärksten.

Sich aufhebende Wirkungen hättest Du nur zwischen zwei gleichnamigen 
Polen, zwischen zwei Nord- oder zwei Südpolen.

Ergänzung: an dieser Stelle herrschte dann allerdings alles andere als 
ein homogenes Feld.

[Herby S. (hw-schrauber)]

M.A. S. schrieb:
> Ja, komplett. Zweischen den Polen eines Magneten verschwindet die
> Feldstärke nicht, im Gegenteil, hier ist sie am stärksten.
>
> Sich aufhebende Wirkungen hättest Du nur zwischen zwei gleichnamigen
> Polen, zwischen zwei Nord- oder zwei Südpolen.

Hmm, ich weiß nicht ob wir immernoh vom gleichen sprechen? Soweit ich 
mich erinnere, stoßen sich gleiche Pole ab. Ich sehe nicht, wo sich da 
etwas aufhebt.

Aber um genau zu sein, wir sind hier schon nicht mehr bei der 
Ausgangsfrage.

[Alex G. (dragongamer)]

Stell dir vor du wärst eine Ladung - egal ob positiv oder negativ. Bis 
du exakt zwischen zwei gleichen Polen wirst du entweder von beiden 
angezogn oder von beiden abgestoßen. Entsprechen wirken auf dich keine 
Kräfte ein.
Sind es unterschiedliche Pole, dann wirst du entsrechend deiner 
Polarität mit maximaler Kraft zu einem hingezogen und vom anderen 
angestoßen.
So verlaufen auch die Magnetfeldlinien.

[Tom K. (ez81)]

Ein Lautsprecher ist so aufgebaut:
https://de.wikipedia.org/wiki/Dynamischer_Lautsprecher#/media/File:Dynamischer_Tiefton-Lautsprecher_(geschnittenes_Original).jpg

Der Magnet (schwarzer Ring) erzeugt ein halbwegs homogenes Magnetfeld B 
im Luftspalt  (gelb), in den ein dünnwandiges silbriges Rohr ragt, auf 
das in der unteren Hälfte die Spule gewickelt ist. Damit wird die 
Berechnung der Kraft (wenn man die Stärke des Magnetfelds konstant 
annimmt, das Feld außerhalb des Spalts vernachlässigt und den 
Lautsprecher nur soweit auslenkt, dass der Spalt immer vollständig von 
der Spule abgedeckt wird) zu einer simplen Lorentzkraft-Aufgabe: In die 
Höhe des Luftspalts h passen N Windungen (ergibt sich u.a. aus der 
Drahtdicke und ob man ein- oder mehrlagig wickelt). Jede dieser 
Windungen ist l = 2*pi*r lang. B ist durch Magnet und Geometrie gegeben. 
Alles ist orthogonal, so dass man mit Beträgen rechnen darf.

Die Leiterdicke ist dabei egal, bestimmt aber
- wieviele Windungen in den Luftspalt passen
- die Impedanz des LS
- wieviel Strom die Spule verträgt
- ob sie in den  Luftspalt passt.