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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Simulation von Magnetfeld bei Reedkontakten


Autor: Eugen W. (ewiebe1)
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Hallo zusammen,

ich habe folgende Frage:
Wie würdet ihr an die Sache herangehen:

Gegeben:
Ein Permanentmagnet
4 Reedkontakte, verschieden angeordnet auf Ober und Unterseite einer FBG 
(Platine)

Gesucht:
Kostenlose Simulationssoftware, mit der ich den Peramanentmagneten im 3D 
Raum hin und her schiebe und sehen kann, welcher Reedkontakt geschaltet 
ist und welcher nicht

Es gibt hier: 
https://standexelectronics.com/de/ressourcen/technische-bibliothek/produkttraining/3-d-magnetic-field-mapping-reed-sensors/
eine Beschreibung, dass um jeden Reedkontakt eine 
"Empfindlichkeitsglocke" besteht. Wenn der Magnet dort hineinkommt, dann 
schaltet der Reedkontakt, wenn er diesen Bereich verlässt, dann schaltet 
der Reedkontakt aus

Hier wird das auch nochmal erklärt:
https://standexelectronics.com/resources/technical-library/videos/3d-magnetic-mapping-for-sensor-applications/

Katalog zu Reedkontakten:
https://standexelectronics.com/de/ressourcen/technische-bibliothek/broschueren-kataloge/produktkatalog-sensor-technologie/

Verwendeter Reedkontakt: MK17-B-3

P.S.: ich kann programmieren in C# und LabView

Autor: T. H. (Gast)
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Was verstehst du unter "Simulation"?
Möchtest du einfach darstellen, dass die Reedkontakte 
geöffnet/geschlossen sind, je nachdem ob der Magnet innerhalb/außerhalb 
der "Glocke" ist?
Das wäre wahrscheinlich mit Blender oder beliebigen 3D-Animationstools 
machbar.

Oder möchtest du exakt berechnen, wie die Reedkontakte das Magnetfeld 
des Permanentmagneten beeinflussen und dann die Verformung der 
Reedblätter berechnen? Dann brauchst du eine FEM-Software, z.B. mit 
libMesh wäre es machbar. Aber mit C# und Labview kommst du nicht weit, 
dafür brauchst du eine richtige Programmiersprache wie C++ oder Python.

Autor: Eugen W. (ewiebe1)
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T. H. schrieb:
> Was verstehst du unter "Simulation"?

Ich möchte einerseits visuell das ganze darstellen (Magnet mit der Maus 
hin und her schieben können) aber ich möchte auch die Abstände und den 
Schaltzustand der einzelnen Reedkontakte im Hintergrund berechnen und 
darstellen

Autor: Werner H. (werner45)
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Autor: Eugen W. (ewiebe1)
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Werner H. schrieb:
> http://www.femm.info/wiki/HomePage

Ja, FEMM scheint dafür auf den ersten Blick geeignet zu sein. Kennt sich 
jemand damit aus und könnte auf die Schnelle ein Permanentmagnet und 
einen Reedkontakt einfügen? :-)

P.S.: Ich habe ein PDF gefunden, in dem Untersuchungen am Reedkontakt 
mit COMSOL gemacht wurden:
https://www.comsol.de/paper/finite-element-model-of-a-magnet-driven-reed-switch-4962

Und es gibt eine ähnliche Diskussion unter:
Beitrag "Magnetische Flussdichte vom Dauermagnet mittels FEM, Messung und analytisch ermitteln"

Aber ich bin totaler Anfänger mit FEMM und wollte eigentlich nur mal 
kurz recherchieren, ob man sowas irgendwie berechnen und darstellen 
kann...

Autor: cidra (Gast)
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Eugen W. schrieb:
> Ja, FEMM scheint dafür auf den ersten Blick geeignet zu sein. Kennt sich
> jemand damit aus und könnte auf die Schnelle ein Permanentmagnet und
> einen Reedkontakt einfügen? :-)
Damit ist es nicht getan, da FEMM nur den 2D-Bereich abdeckt. Die 
Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten kann nur in x-y- aber 
nicht in z-Richtung gelegt und analysiert werden.

Für die Simulation des Reed-Kontaktes benötigtst du außer den 
Abmessungen auch Materialdaten wie µr (und den E-Modul, wenn FEMM  auch 
für mechanische Probleme geeignet wäre). Die aus der 2D-Lösung 
resultierenden Einschränkungen der Lage des Reedkontaktes zum Magnetfeld 
gelten auch hier.

Eine interaktive Darstellung (Herumschieben des Reedkontaktes mit Maus 
etc.) ist mit FEMM nicht direkt möglich. Man kann höchstens die Position 
mittels LUA-Script ändern und die resultierende Feldverteilung z.B. als 
Einzelbild in einem animierten gif zusammenfassen oder die Kraft 
zwischen den Kontaktzungen als Tabelle ausgeben.

Mir wäre das alles im Vergleich zu einer Messung viel zuiel Aufwand.

Autor: Achim S. (Gast)
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Eugen W. schrieb:
> Ja, FEMM scheint dafür auf den ersten Blick geeignet zu sein.

Du kannst in FEMM die Kraft zwischen zwei mangnetisierbaren Eisenstücken 
im Feld eines Permamnentmagneten berechnen lassen. Ein Beispiel dafür 
findest du in dem Tutorial zur Einführung in FEMM auf deren Hompage.

Allerdings kann es das nur für planare oder rotationssymmetrische 
Konstellationen. Eine volle 3 dimensionale Simu deines Reedrelais kann 
FEMM nicht.

Und "den Magnet mit der Maus hin und her schieben können" und ein 
Filmchen davon drehen, wie bei einem bestimmen Abstand die Kontaktzungen 
zusammenspringen, überfordert FEMM meines Wissens ebenfalls (dazu 
müsstest du ja die mechanischen Eigenschaften der Kontaktfedern mit 
einrechnen und ggf. ncoh die Dynamik der Bewegung - für all das ist FEMM 
nicht gemacht.

Comsol kann wahrschenlich alles, was du an Wünschen vorgestellt hast. 
Zumindest, wenn du dir alle notwendigen Zusatzmodule dazukaufst. Wird 
dann halt in Summe "ein bisschen" teurer.

Eugen W. schrieb:
> Kennt sich
> jemand damit aus und könnte auf die Schnelle ein Permanentmagnet und
> einen Reedkontakt einfügen? :-)

in der Material-Library von FEMM sind diverse Materialien für 
Permanentmagnete sowie für magnetisierbare Metalle vorhanden.

Ach, ich bin zu spät dran: cidra hat eigentlich schon alles beschrieben. 
Macht nichts, dann schreibe ich halt meinen Beitrag als Bestätigung des 
vorherigen Beitrags.

Autor: georg (Gast)
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Achim S. schrieb:
> Du kannst in FEMM die Kraft zwischen zwei mangnetisierbaren Eisenstücken
> im Feld eines Permamnentmagneten berechnen lassen.

Allerdings recht das nicht für einen Reed-Kontakt, denn wann der 
schliesst und wann er wieder öffnet hängt ja nicht nur von magnetischen 
Kräften ab, sondern auch von mechanischen, der Kontakt ist ja gefedert, 
sonst würde er nie öffnen.

Dazu kommt, dass der Reedkontakt nicht einfach magnetisch beeinfusst 
wird, sondern der Kontakt selbst schliesst nicht nur elektrisch, sondern 
er schliesst auch die Magnetfeldlinien kurz, m.a.W. er beeinflusst 
selbst das Magnetfeld.

Viel Spass beim Simulieren.

Georg

Autor: Achim S. (Gast)
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georg schrieb:
> Allerdings recht das nicht für einen Reed-Kontakt, denn wann der
> schliesst und wann er wieder öffnet hängt ja nicht nur von magnetischen
> Kräften ab, sondern auch von mechanischen, der Kontakt ist ja gefedert,
> sonst würde er nie öffnen.

Genau. Deshalb schrieb ich ja im selben Beitrag:

Achim S. schrieb:
> dazu
> müsstest du ja die mechanischen Eigenschaften der Kontaktfedern mit
> einrechnen und ggf. ncoh die Dynamik der Bewegung - für all das ist FEMM
> nicht gemacht.

Autor: T. H. (Gast)
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Eugen W. schrieb:
> T. H. schrieb:
>> Was verstehst du unter "Simulation"?
>
> Ich möchte einerseits visuell das ganze darstellen (Magnet mit der Maus
> hin und her schieben können)

Das geht nicht in Echtzeit in Zusammenhang mit einer Simulation. In 
jeder einzelnen Position wird es Minuten bis Stunden kosten, die 
wirkenden Kräfte zu berechnen.

> aber ich möchte auch die Abstände und den
> Schaltzustand der einzelnen Reedkontakte im Hintergrund berechnen und
> darstellen

Aus deinen anderen Antworten schließe ich, dass du die Simulation gar 
nicht selbst erstellen willst, sondern gerne jemanden hättest, der dir 
das erledigt. Viel Erfolg dabei.
Wie gesagt, ansonsten reichen deine LabView und C#-Kenntnisse nicht aus. 
FEMM kann mit Lua konfiguriert werden. Übliche Programmiersprachen für 
FEM sind C, C++, Fortran, Python, Matlab.

Autor: klara (Gast)
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Hier trifft wohl zu, probieren geht über studieren.

Autor: guest...Rainer (Gast)
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Hi, wir hatten vor langer Zeit Probleme mit Günther-Relais auf einer 
Platine. Diese Relais hatten 4 verschiedene  Messpfade um zu schalten 
und es war wegen gegenseitiger mag. Kopplung zu kaum nachvollziehbaren 
Konstellationen gekommen. Aktuell haben wir den Kunden eine Platine mit 
Kupferschirmung zwischen den Rel. zukommen lassen. Redesighn mit 
Erni-Relais!
Hätte mmN keine Simu entdecken können.
GrußRainer

Autor: oszi40 (Gast)
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> Viel Spass beim Simulieren?

Immer diese Simulanten. Je nachdem wie schräg der Kontakt eingelötet 
wurde,  könnte er sich schon etwas anders verhalten. Ein Oszillogramm 
mit den benutzten Teilen wäre nützlicher.

Autor: wendelsberg (Gast)
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guest...Rainer schrieb:
> n gegenseitiger mag. Kopplung zu kaum nachvollziehbaren
> Konstellationen gekommen. Aktuell haben wir den Kunden eine Platine mit
> Kupferschirmung zwischen den Rel. zukommen lassen. Redesighn mit
> Erni-Relais!

Andere Relais klar, aber was soll die Kupferabschirmung bei (weitgehend) 
statischen Magnetfeldern bewirken?

wendelsberg

Autor: oszi40 (Gast)
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wendelsberg schrieb:
> aber was soll die Kupferabschirmung bei (weitgehend)
> statischen Magnetfeldern bewirken?

Wir kennen seine Signale nicht, die über dies Kontakte geschaltet 
wurden. Etwas Abschirmung könnte bei kleinen Signalen durchaus nützlich 
sein.

Autor: guest...Rainer (Gast)
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wendelsberg schrieb:
> Andere Relais klar, aber was soll die Kupferabschirmung bei (weitgehend)
> statischen Magnetfeldern bewirken?

Hi, schlicht ausgedrückt, haben sich die Rel gegenseitig getriggert und 
durch die massive Kupferabschirmung konnte das unterbunden werden. Im 
neuen Desighn standen die Relais 90° gegeneinander. Ja, so isses!!
Gru0ß Rainer

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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oszi40 schrieb:
> Immer diese Simulanten. Je nachdem wie schräg der Kontakt eingelötet
> wurde,  könnte er sich schon etwas anders verhalten.
Von der Magnetfeldrichtung abgesehen: das Einschalten ist das Eine. Aber 
ich habe Reedkontakte, die schalten erst wieder aus, wenn der Magnet den 
Raum beinahe schon verlassen hat  :-o

Und die Toleranzen dieser mechanischem Bauteile sollte man auch nicht 
ignorieren. Da stelle ich mir so eine einfache Simulation schon ziemlich 
"idealisiert" vor...

: Bearbeitet durch Moderator

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