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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frage zu Elektromagneten


Autor: Paul H. (powl)
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Hi!

Ich hätte mal ne Frage zu Elektromagneten. Es ist ja nun so, dass eine 
Stromdurchflossene Spule ein Magnetfeld ausbilden kann, mit einem 
Eisenkern sogar noch ein viel besseres (gibts hier noch bessere 
Materialien? Ferrit? oder so?).

Meine Frage ist nun, muss die elektrische Energie zwingend verheizt 
werden? Sobald das Magnetfeld erstmal aufgebaut ist braucht ja zur 
erzeugung des Magnetfelds keine Energie mehr aufgewendet werden. Die 
Spannung wird also irgendwo verheizt. Angenommen meine Spule hat einen 
Widerstand von 1 Ohm. Dann fließt durch sie bei 1V meinetwegen 1A. Das 
würde einer Verlustleistung von 1 Watt entsprechen. D.h. 1 Watt werden 
sobald das Magnetfeld steht dauerhaft in der Spule in Wärme umgewandelt. 
Was ist alledings, wenn ich eine 5V eingangsspannung habe? Dann müssten 
die überschüssigen 4V ja vorher verheizt werden, wodurch die gesamte 
Verlustleistung auf 5W ansteigt. Wie verhindere ich das? Durch einen 
Schaltregler der mir die 1V verlustleistungsfrei bereitstellt?

Durch eine höhere Windungszahl mit dünnerem Draht kann ich die 
Magnetische Feldstärke erhöhen bzw. beibehalten aber trotzdem den Strom 
senken. Allerdings steigt dadurch auch der Widerstand der Spule wodurch 
hier mehr Spannung abfällt. Die erhöhung der Windungszahl führt nun zu 
einem besseren Magnetfeld bei gleichem Stromfluss, allerdings auch zu 
mehr Verlustleistung in der Spule. Heben sich diese Effekte gegenseitig 
auf oder überwiegt der eine?

Gibts da ne Bastler-regel um kleine aber möglichst starke Elektromagnete 
herzustellen?

Woher nimmt man die ferromagnetischen, möglichst stabförmigen (mit 
wenigen mm Durchmesser) Materialien, die das Magnetfeld verstärken? Das 
ganze soll im Dauerbetrieb laufen, die Verlustleistung soll möglichst 
klein gehalten werden. Das ganze soll nur kleine Größen annehmen. 
Magnete der größe/Länge von 1-5cm und entsprechende Feldstärken, was 
eben damit machbar ist. Ströme nicht mehr als 3A, eher so 0,2-1A.

lg PoWl

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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Autor: Tom (Gast)
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> (gibts hier noch bessere Materialien? Ferrit? oder so?).

Ja, Ferrite. Was zähkt ist die Permeabilitätszahl µr.

> Meine Frage ist nun, muss die elektrische Energie
> zwingend verheizt werden?

Ja, ausser du nimmst Supraleiter.

> Wie verhindere ich das? Durch einen Schaltregler
> der mir die 1V verlustleistungsfrei bereitstellt?

Ja, zum Beispiel. Oder mehr dünneren Draht wie unten beschrieben.

> Heben sich diese Effekte gegenseitig
> auf oder überwiegt der eine?

Heben sich ungefähr auf.

> Gibts da ne Bastler-regel um kleine aber möglichst
> starke Elektromagnete herzustellen?

Auf das Ferrit kommt es an.

Autor: Thomas Bremer (Firma: Druckerei Beste) (virtupic)
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Also, zur Phyik kann ich was sagen. Wo du Bauteile herkriegst nicht. 
Würde mich auch intressieren...

Ein 'idealer' Magnet verzeizt keine Energie. Er ist eine Induktivität. 
Heißt, im Dauerbetrieb fließt Strom ohne Spannungsbfall. Das Verheizen 
kommt daher, dass er einen elektrischen Widerstand hat. Die Rechnung 
dazu hast du ja schon gemacht.

Ob Eisen oder Ferrit das Feld mehr verstärken weiß ich nicht. Ferrit ist 
elektrisch nichtleitend, deswegen gibt's keine Wirbelströme im 
Wechselfeld.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Bei Wechselstrom gibt's auch noch Ummagnetisierungsverluste im 
Magnetwerkstoff sowie durch den Skin-Effekt weitere Verluste im 
Spulendraht ( zur Verminderung bis ca. 4 MHz HF-Litze, bei höherer 
Frequenz, VHF/UHF usw., relativ dicker versilberter Draht ).

Die rel. magnetische Feld-"Konstante" µ(r) bestimmt, wie weit das Feld 
verstärkt wird, diese "Konstante" hängt vom Werkstoff und leider auch 
vom Arbeitspunkt, also der Feldstärke H und der Temperatur ab ( manche 
Bleche
haben auch noch eine "Vorzugsrichtung" oder dürfen mechanisch nicht 
gebogen werden ).

Gruss

Autor: mandrake (Gast)
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Es gibt aber auch noch eine Sättigungsflussdichte! Dann kann der 
Werkstoff (bildlich gesprochen) nicht mehr Feldlinien aufnehmen. 
Mathematisch ausgedrückt bedeutet das , dass µr bei Sättigung gegen 1 
strebt.

Autor: Paul H. (powl)
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Danke für die Antworten aber bitte auf dem Boden bleiben ;-) Ich werd 
mir einfach mal 0,1mm Spulendraht kaufen und Ferritstäbe und dann ein 
wenig wickeln und ausprobieren.

Wie funktionieren eignelich Hubmagnete? Einfach nur ein beweglicher 
Permanentmagnet und ein Elektromagnet hinten dran?

Was bedeutet da die Bezeichnung "Einschaltdauer", auch noch in %-Angabe?

lg PoWl

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnet

Dass Ferrite für Elektromagnete besser sein sollen, ist ein Gerücht. 
Auch haben Ferrite allgemein keine höhere Permeabilität als 
Ferromagnetika. Es gibt Metalllegierungen, die eine 10-40-fach höhere 
Permeabilität haben als die höchstpermeablen Ferrite. Außerdem sind 
Ferrite nicht mechanisch belastbar und ihre Sättigungsflussdichte liegt 
i.d.R. bei nicht mehr als ca. 10% derjenigen von Ferromagnetika.

Ferrite setzt man bei höheren Frequenzen ein, da sie eine verschwindend 
geringe elektrische Leitfähigkeit haben und dementsprechend kaum 
Wirbelstromverluste. Bei Gleichstrom- und Netzfrequenzanwendungen sind 
dagegen Ferromagnetika das Nonplusultra.

Für Dauermagnete (und in dem Zusammenhang auch zur magnetischen 
Datenspeicherung) kommen spezielle Ferrite zum Einsatz, die magnetisch 
besonders hart sind (hohe Remanenz und hohe Koerzitivfeldstärke), da sie 
ihre magnetische Polarisation ja nach entfernen des Magnetfeldes nicht 
verlieren sollen (was bei Hubmagneten und Wechselstromanwendungen fatal 
wäre...).

In einem Hubmagneten ist übrigens schlicht ein Stück Eisen drin.

Autor: Paul H. (powl)
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Stimmt. Wo kann man denn solche hochpermeablen Materialen bekommen? 
Kosten und Größe in Bastelformat.

lg PoWl

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Für nen normalen Hubmagneten brauchste nichts extrem hochpermeables. Da 
reicht ein Stück Weicheisen...

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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"Einschaltdauer" wird angegeben, wenn ein Gerät nicht ständig
unter Last sein darf.
Ist also einfach der Quotient Zeit(ein)/Zeit(gesamt).
Vorraussetzung ist dabei, dass die thermische Zeitkonstante des Gerätes 
deutlich grösser als die Zeit(gesamt) ist, nur dann ist die sich 
einstellende Gerätetemperatur hinreichend konstant.
Bei tonnenschweren Hubmagneten gibt's natürlich völlig andere Zeiten als 
bei SMD-Transistoren.

Gruss

Autor: Helmi (Gast)
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Anstelle deines Schaltreglers zur Stromregelung kannste du auch den 
Elektromagneten selbst als Speicherdrossel brauchen. Du must nur über 
einen niederohmigen Widerstand den Strom messen und darauf regeln.

Gruss Helmi

Autor: Ulrich (Gast)
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Eine gute Quelle für Weicheisen sind (alte) Transformatoren. Die Stärke 
des Magnetfeldes hängt sehr stark davon ab wie lang der Weg ist, den die 
Magnetfeldlinien durch Luft zurücklegen müssen. Das ist oft wichtiger 
als die Permeabilität des Kernes, wenn die Luftstecke mehr als etwa 
1/100 der Strecke im Kern ist.
Wenn man einen Hubmagneten ohne echte Luftstrcke baut, muß man auf die 
Remanez achten, sonst reicht das remanente Feld nach dem Ausschalten der 
Spule eventuell noch aus um das Gegestück zu halten.

Autor: Paul H. (powl)
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Hi!

Hab noch ne Frage:

Wo bekomme ich denn entsprechende ferromagnetische am besten 
Stangenförmige Materialien (Eisenstange?!) her? Sollte im Durchmesser so 
3-8mm sein und je nachdem halt mehrere cm lang.

Im Baumarkt gibts nur Stahl-stangen aber die sind ja dafür weniger 
geeignet.

Kennt jemand ne (Bastler-) Seite wo sich jemand mit Linear- und kleinen 
Drehantrieben.. oder wie auch immer man es nennt, wenn sich etwas ein 
Stück vor und zurückbewegen oder um ne halbe Umdrehung drehen kann, 
beschäftigt hat?

lg PoWl

Autor: Holger S. (strabe)
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schau mal in die CNC-Ecke :

http://5128.rapidforum.com/

Autor: Kojote (Gast)
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@  Paul Hamacher

Schau mal für die kleinen Drehantriebe kann ich dir verraten, dass es in 
Modellbau/ Slowflyerkreisen eine Lösung zur Ruderansteuerung gibt die 
mit einem kleinen, kräftigen Neodym-magneten und einer aus Lackdraht 
gewickelten Luftspule. Ein wenig schlecht zu erkennen, schau mal das 
Bild in diesem Link an. 
http://www.rclineforum.de/forum/thread.php?postid=105100

Was für ne Kraft müssen deine Dreh/Linearantriebe denn bewegen können?

Für miniatur Linearantriebe schau dich mal hier um 
http://www.wes-technik.de/Deutsch/d-servo.htm

gruß Kojote

Autor: Markus Müller (Gast)
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Bei www.opitec.de gibt es alles mögliche für Bastler und Schule...

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