Auf eine Schraube M10 habe ich 780 Windungen CuL 0,2mm gewickelt.
Mit der Formel für die Zylinderspule erwarte ich ungefähr:
L = µ0 µr N² * A / l
l = 0,015 m
A = 3,14 * (0,005m)² / 2
µr = 5000 (angenommen, für Eisen)
=> L = 10 H
Der AC-Widerstand Rl = ωL sollte folglich bei 50 Hz etwa 3,14
kΩ betragen.
Lege ich nun aus einem Netztrafo ~27 V über einen Vorwiderstand von 1k
an meine Spule an, wird der Strom praktisch nur durch den Vorwiderstand
und den ohmschen Widerstand des Drahtes begrenzt (27mA statt ~9mA).
Wo liegt der Fehler? Welche Permeabilitätszahl hat der Stahl einer
typischen Schraube? Ist das Material schon gesättigt?
Die rel Permeabilität Deiner Schraube gibt als Materialkonstante nur das
Verhältnis von Schraubenpermeabilität zur Permeabilität eines Vakuums
anstelle der Schraube - gilt also nur für einen Bruchteil des
Magnetfeldes Deiner Spule. Von daher ist die Induktivitätserhöhung nur
ein Bruchteil von urel. Neben der Materialkonstanten geht also auch der
Formfaktor des Kernes in die Berechnung ein.
Des weiteren ist zu beachten das die Permeabilität von massivem Stahl
rasch abnimmt mit steigender Frequenz - die 5000 gelten ja nur für
statische Felder.
Das Material taugt nicht für den Anwendungsfall.
Ich kenne niemanden, der erfolgreich einen Magneten oder eine
Induktivität auf Basis einer Maschinenschraube gebastelt hat.
Nimm lieber einen Trafo auseinander und verwendet dessen Kern. Oder zur
Not einen Stab aus weichem Eisen (da kommt man nur leider nicht so
leicht ran).
Bezieht sich die Berechnung auf einen geschlossenen Eisenkern (ohne
Luftspalt; Ringkern)
aber der Versuchsaufbau auf eine "umwickelte Schraube" mit entsprechend
dominantem Luftspalt?
Als "Kern" für Spulen für sehr geringe Anforderungen und Frequenzen von
max. 50 Hz hat sich bei mir für Experimente ein Bündel Blumenbindedraht
(Eisen lackiert) bewährt. Die Idee habe ich von der Bastelbeschreibung
für einen Funkeninduktor gefunden und für einige Experimente mit Erfolg
genutzt. Falls aber die Induktivität verlustarm und reproduzierbar
aufgebaut werden soll, kommt man um einen "richtigen" Kern nicht herum.
>> Der Weg des magnetischen Feldes geht doch aussenrum durch die Luft!> Ja schon, aber was willst du uns damit sagen?
Dass dieser Weg 'durch die Luft' in den magnetischen Kreis eingeht,
und einen VIEL grösseren "magnetischen Widerstand" hat,
als die Schraube!
Mannomann. ,-)
U. B. schrieb:> Dass dieser Weg 'durch die Luft' in den magnetischen Kreis eingeht,> und einen VIEL grösseren "magnetischen Widerstand" hat,> als die Schraube!
Das hat mit dem Problem des TO (fast) nichts zu tun. Eine Spule braucht
keinen geschlossenen Kern, um als Induktivität zu funktionieren.
> Das hat mit dem Problem des TO (fast) nichts zu tun. Eine Spule braucht> keinen geschlossenen Kern, um als Induktivität zu funktionieren.
DAS behauptet auch keiner.
Nur hat solch eine Spule dann eben nicht die o.a. Induktivität!
Vielen Dank für die Antworten. Ich werde es vielleicht nochmal mit
anderem Material versuchen, der Blumendraht wäre mein Geschmack ;-)
P.S.: Die Ω wurden in der Vorschau richtig angezeigt, sorry.
Günni schrieb:> Die Idee habe ich von der Bastelbeschreibung> für einen Funkeninduktor gefunden
Genau. Ähnliches steht auch in meinem Buch "Elektrotechnik für Jungen"
aus dem Jahr 1912 in der Baubeschreibung für einen Funkeninduktor.
Daniel-2022 schrieb:> Die Ω wurden in der Vorschau richtig angezeigt, sorry.
Du kannst solche Zeichen einfach direkt in dem Text schreiben. Für
Multiplikation nutze ∙, dann zerreisst es dir nicht die Formatierung.
Das * wird nämlich für fett geschriebene Wörter benutzt, funktioniert
aber oft nicht wie erwartet.
In Linux benutze ich die "Zeichen" App, wenn ich Zeichen eingeben will,
deren Tastenkombination ich nicht kenne. Für Omega drücke ich
AltGr-Shift-Q.
Harald W. schrieb:>> Die Idee habe ich von der Bastelbeschreibung>> für einen Funkeninduktor gefunden> Genau. Ähnliches steht auch in meinem Buch "Elektrotechnik für Jungen"> aus dem Jahr 1912 in der Baubeschreibung für einen Funkeninduktor.
Die alten Anleitungen gehen von Schrauben aus Weicheisen aus. Heute sind
Maschinenschrauben meistens aus gehärtetem Stahl.
Stefan ⛄ F. schrieb:>> Genau. Ähnliches steht auch in meinem Buch "Elektrotechnik für Jungen">> aus dem Jahr 1912 in der Baubeschreibung für einen Funkeninduktor.>> Die alten Anleitungen gehen von Schrauben aus Weicheisen aus. Heute sind> Maschinenschrauben meistens aus gehärtetem Stahl.
Ich meinte den Blumendraht.
von Daniel-2022 schrieb:
>Wo liegt der Fehler? Welche Permeabilitätszahl hat der Stahl einer>typischen Schraube? Ist das Material schon gesättigt?
Nein, das Material ist nicht gesättigt. Das Problem ist,
daß du die Induktivität gar nicht messen kannst, weil
bei Wechselstrom Wirbelströme in diesen Kern fließen.
Der Kern ist elektrisch leitfähig und deshalb für
Wechselstromanwendungen nicht geeignet. Du kannst ihn
nur als Elektromagnet benutzen, aber nicht für Wechselstrom-
Drosseln oder Induktivität in Filtern oder Schwingkreise.
Die Induktivitätsmessung wird ja mit Wechselstrom durchgeführt,
deshalb ist das Meßergebnis dann falsch und unsinnig.
Für Wechselstromanwendungen mußt du Trafobleche, Ferrit
oder Eisenpulverkerne verwenden, da werden die Wirbelströme
unterdrückt.
Günni schrieb:> Als "Kern" für Spulen für sehr geringe Anforderungen und Frequenzen von> max. 50 Hz hat sich bei mir für Experimente ein Bündel Blumenbindedraht> (Eisen lackiert) bewährt. Die Idee habe ich von der Bastelbeschreibung> für einen Funkeninduktor gefunden und für einige Experimente mit Erfolg> genutzt.
Kommt darauf an, was es werden soll.
Das Bündel geht für Übertrager, aber nicht für einen Magneten.
Vor 100 Jahren wurden solche Bündel zum Bau von NF-Übertragern in den
ersten Röhrenradios genutzt.
Ich habe hier noch so ein Ding. Bauanleitungen gab es dazu auch.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Daniel-2022 schrieb:>> Die Ω wurden in der Vorschau richtig angezeigt, sorry.>> Du kannst solche Zeichen einfach direkt in dem Text schreiben. Für> Multiplikation nutze ∙, dann zerreisst es dir nicht die Formatierung.> Das * wird nämlich für fett geschriebene Wörter benutzt, funktioniert> aber oft nicht wie erwartet.>> In Linux benutze ich die "Zeichen" App, wenn ich Zeichen eingeben will,> deren Tastenkombination ich nicht kenne. Für Omega drücke ich> AltGr-Shift-Q.
Wo kämen wir auch hin, wenn ein Forum im Jahr 2022 die primitivsten
Standards aus 1999 erfüllen würde?!
Daniel-2022 schrieb:> L = 10 H
Also bei meiner Rechnung kommen da nur 2mH raus.
Bei einer Zylinderspule mit Eisenkern befindet sich die Wicklung auf
einem Eisenkern ohne Rückschluss. Da die Feldlinien außen durch die Luft
gehen, ist es kaum möglich, Spulen mit großer Induktivität (im Bereich
von 1 oder mehr H) in Form einer Zylinderspule zu bauen. Da braucht man
einen komplett in Eisen geführten Feldlinienverlauf. Außerdem ist eine
relative Permeabilität von 5000 schon extrem optimistisch angesetzt. Ich
würde eher auf einen halb so großen Wert tippen. Und bei einem massiven
Kern verringert sich die erzielbare Induktivität durch Wirbelströme.
Daniel-2022 schrieb:> Auf eine Schraube M10 habe ich 780 Windungen CuL 0,2mm gewickelt
Schraube aus Messing oder rostfreiem Stahl?
Die taugen überhaupt nicht als Eisenkern.
Ansonsten bildet der nicht unterteilte Metallkern eine einzige sekundäre
Kurzschlusswindung, welche die Induktivität der Primärwicklung auf fast
Null reduziert.
Man verwendet als Kern für Induktivitäten nicht umsonst Stapel von
dünnen und voneinander isolierten Weicheisenblechen oder Drahtbündel.
Ziel ist es den Stromweg für die Wirbelströme möglichst lang und die vom
Magnetfeld durchsetzte Fläche möglichst klein zu machen.
Es ist ja die Fläche, in welcher die für die Wirbelströme erforderliche
Spannung induziert wird.
Weiterhin sollte das Kernmaterial eine möglichst schlechte elektrische
Leitfähigkeit haben, damit die Wirbelströme klein werden.
Diese Materialwahl führt dann zu den Ferritkernen, von denen die meisten
Sorten nahezu bis richtig isolierend sind.
Daniel-2022 schrieb:>
Nur ein Experiment mit nicht den Erwartungen entspr. Ergebnis?
Oder:
Gibt es eine konkrete geplante Anwendung? Falls ja, solltest Du
genau die ausführlichst darlegen, dann könnte man Dir sagen, wie
Du Dein Ziel am besten erreichst (evtl. mehrere Lösungswege).
Hp M. schrieb:> Ansonsten bildet der nicht unterteilte Metallkern eine einzige sekundäre> Kurzschlusswindung
Warum sollte ein Stabkern als Windung fungieren?
