Elektromagnet als Ersatz für Neodymmagnet

[Da B. (dabfts)]

Hallo und guten Tag,

ich benötige Hilfe bei einem Magnetrührer-Projekt. Ich bin beruflich 
zwar Hardware- und Firmwareentwickler, habe jedoch im Bereich 
Magnetismus absolut keine Erfahrung (allenfalls in der Berufschule 
angerissen). Ich habe die letzten Wochen damit zugebracht mich in das 
Thema einzulesen und mir die Zusammenhänge klar zu machen. Wenn es 
allerdings darum geht das angeeignete "Wissen" in die Praxis umzusetzen 
habe ich massive Probleme.

Ich habe auch diverse Threads hier durchsucht und die google-suche 
bemüht aber ich bekomme die Zusammenhänge nicht auf die Kette bzw. weiß 
ich nicht wie ich es anwenden soll.

Der Magnetrührer soll nicht mit Motor und Permanentmagnet sondern mit 
Elektromagneten und der passenden Ansteuerung realisiert werden. Es geht 
mir hier jetzt auch nur um die Auswahl der Magnete, um die Ansteuerung 
kümmere ich mich danach, sobald die Eckdaten für die Schaltung/Magnete 
feststehen. Vorausgesetzt ich muss keine kA schalten.

Aktuell nutze ich einen rudimentären Aufbau aus Netzteil, Gehäuselüfter 
ohne Blätter und Permanentmagneten. Im Abstand von ca. 18mm habe ich auf 
der Drehachse zwei Stabmagnete (jeweils drei Stück d=6mm, h=3mm) aus 
Neodym N45 angebracht.
Der Abstand zwischen den Polen und dem Rührfisch sind ca. 5mm-6mm. Die 
Magnetfische sind zwischen 10mm und 30mm lang. Das Magnetfeld reicht aus 
um den Magnetfisch zu drehen. Wenn die Viskosität allerdings höher ist 
(z.B. Glycerin) muss ich das Medium erst erwärmen - also nicht optimal.

Für die Anforderungen des neuen Magnetrührers wollte ich nun vom 
aktuellen Aufbau ausgehen und die Leistungsdaten für die Elektromagnet 
entsprechend höher ansetzen.

Mit folgender Formel habe ich die magnetische Flussdichte des aktuellen 
Aufbaus berechnet:

https://www.supermagnete.de/faq/Wie-berechnet-man-die-magnetische-Flussdichte

Mit:
Br = 1,345 Tesla (aus Tabelle für Material N45)
​z  = 5mm (Abstand Pol zu Magnetfisch)
D  = 8mm (eigentlich 3x3mm aber wegen Verluste mit 8mm gerechnet)
R  = 3mm (Radius)

komme ich auf eine Flussdichte von 78,614 mT im Abstand 5mm. Für einen 
direkten Vergleich mit dem Elektromagnet habe ich mit

http://www.thyssenkrupp-magnettechnik.com/index.php/magnetfeldberechnung.html?action=berechnung

die Flussdichte an der Oberfläche des Magneten und die Flussdichte im 
Magneten ermittelt.

B-Magnet = 788 mT
B-Oberfläche = 630 mT (mit z=0mm)
B-Abstand = 79 mT (mit z=5mm)

Erste Frage: Ist die Flussdichte überhaupt die passende Größe um das was 
ich will, die "Kraft" die ich auf den Magnetfisch übertragen kann, 
auszudrücken?

Wenn ich die Flussdichte im Magnet oder an der Oberfläche nutze und 
"rückwärts" rechne um auf die Parameter meines Elektromagneten zu 
schließen kommen exorbitant hohe Werte für alle möglichen Größen heraus, 
je nachdem welche Größen ich vorgebe (z.B. Windungsanzahl, max. Strom, 
µr etc.)

Sollte die Flussdichte relevant sein, liegt der Fehler vielleicht in 
meinen nachfolgenden Formeln, aber das würde ich zuerst gerne abklären.

Der Grund weshalb ich diese Werte irgendwie als unrealistisch einordne 
ist, dass die Werte in einem Projekt-Tagebuch über einen 
Selbstbau-Magnetrührer, im Bereich 16V, 300mA pro Spule liegen. Und das 
Ding hat scheinbar funktioniert.
Gut, ich kann keine genaue Aussage darüber treffen wie der Durchmesser 
der Spulen war, wieviele Windungen (eingesetzt ca. 25m Draht) oder 
welches Kernmaterial verwendet wurde. Aber das Projekt wirkte jetzt 
nicht als hätte er sich großartig Gedanken über die Permeabilität des 
Kerns gemacht.

Habe ich hier einen Grundsätzlichen Denkfehler? Welche Punkte habe ich 
übersehen?

Vielen Dank schonmal!

[nachtmix (Gast)]

Da B. schrieb:
> Der Magnetrührer soll nicht mit Motor und Permanentmagnet sondern mit
> Elektromagneten und der passenden Ansteuerung realisiert werden.

Nicht sehr schlau, denn der Wirkungsgrad wird miserabel sein.
Besonders wenn auf dem Rührtisch ein Becher mit Eiswasser steht, wird 
man gerne auf die dadurch entstehende Wärme verzichten.

[Lurchi (Gast)]

Im Prinzip paßt es schon mit der Flußdichte. Es gibt aber noch ein paar 
Komplikationen: der Kern vom Elektromagneten sieht auch das Feld des 
Rühr-fischs und das bringt eine Art Rastmoment. D.h. der Magnet neigt 
dazu auf den Polen zu haften. Um den Effekt klein zu halten dürfte es 
eine recht komplizierte Kernform benötigen - wohl recht viele Pole und 
eine Form angepasst an die Größe des Rührers. D.h ein Elektromagnet für 
10 und 30 mm Rühr-körper wird eher schwer.

Ein kleiner Elektromagnet mit relativ großem Luftspalt ist nicht 
besonders effektiv. Da muss man schon mit recht hohem Strom und 
entsprechender Leistung rechnen. Die Permeabilität des Kerns ist nicht 
so entscheidend, weil der "Luftspalt" das Feld bestimmt, nicht der 
magnetische Widerstand des Kerns. Der Kern erlaubt im wesentlichen mehr 
Platz für die Windungen.

Bei der Größe ist Permanentmagnet und Motor wohl noch der effektivere 
Weg.