Induktionsspule basteln

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Was möchtest du da erreichen? Möchtest du etwas heizen? Also zum Beispiel Heizdraht verwenden?

Oder geht es dir darum, das so zu bauen, dass das, was du da wickelst (wozu willst du das gebrauchen?), nicht zu heiß werden kann?

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Heißt das, du willst die Eisenspäne induktiv heizen, nicht aber durch ohmsche Wärme von außen heizen?

Da könntest du zwar mal versuchen, die Energien im Magnetfeld der Spule und die Wärmeabtransportrate abzuschätzen, wenn du dein System gut genug kennst und vor ein bisschen Rechnen nicht zurückschreckst.

Aber ich würde vermuten, am Ende wird es darauf hinauslaufen, das mal experimentell mit Hilfe von Temperatursensoren auszuprobieren und vielleicht am Ende mit einer Regelung zu lösen.

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ohmsche Wärme ist einfach, wenn ein Widerstand (auch ein Draht hat einen Widerstand, Heizdrähte haben größere Widerstände als zum Beispiel normale Kupferdrähte) von Strom durchflossen wird und dabei warm oder heiß wird.

Wenn du deinen Draht innen durch die Probe führst, und wenn du mit ohmscher Wärme heizen wolltest, dann brauchst du ihn also nicht zu einer Spule aufwickeln, der heizt auch so schon, wenn sein Widerstand groß genug ist.

Wenn du induktiv heizen möchtest, dann brauchst du deine Spule nicht innen durch das Material zu führen, da kann es reichen, wenn du die Spule außen drumherum machst.

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Welche Heizmethode von beiden mehr elektrische Leistung braucht, um eine gewünschte Temperatur zu erreichen und zu halten, würde ich nur anhand von Spekulationen anhand der bisherigen Informationen und ohne Experimente nicht a priori entscheiden wollen.

Dass sich ein gleichmäßigeres Heizen mit der Induktionsmethode leichter oder besser erreichen lassen kann, weil es leichter sein mag, die Eisenspäne entsprechend optimiert im Material zu verteilen als einen Heizdraht so durch das Material zu führen, dass er seine Wärme ähnlich gleichmäßig verteilt, mag ein sinnvolles Entscheidungskriterium für dich sein.

Solche Fragen lassen sich sicher viel besser direkt im Experiment entscheiden (oder mit Kenntnis deines genauen Materials aussagekräftiger diskutieren), denn je nach Material verteilt sich zugeführte Wärme sehr leicht und gleichmäßig oder nicht (gute/schlechte Wärmeleitfähigkeit); z.B. in Flüssigkeiten könnte es andererseits schwieriger sein, gleichmäßige Verteilungen von Eisenspänen zu erreichen, weil sie zusammenklumpen, sobald sie magnetisiert sind, etc. etc.

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Und nach welchen Spezifikationen willst du dir diesen Prototyp bauen lassen?

Ich hätte jetzt vermutet, du wolltest lieber erst mal selbst Vorversuche mit verschiedenen Spulen machen, um erstmal überhaupt ein Gefühl dafür zu bekommen, was für Größenordnungen du da brauchst, bevor du da für Geld etwas bauen lässt, von dem du noch gar nicht weißt, ob das überhaupt funktionieren kann.

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Wie wärs, wenn du dir zuerst mal die Kommentare von @dermarkus zuherze nimmst und mal grob abschätzt, unter welchen Bedingungen das überhaupt zu einem Erfolg führen kann?

Mit einem Gleichfeld wird es aber sicher nichts, so wie du es im Bild angedeutet hast. Also brauchst du ein Wechselfeld. Weiters ist Eisen ein sehr schlechter Leiter unter den Metallen. Nur so auf die Schnelle was zusammenzubauen (und u.U. Geld in den Sand setzen) ist eher der falsche und unphysikalische Ansatz. Jedenfalls würde ich nicht so rangehen.

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Du kannst ja mal abschätzen, wie gross ein Wechselfeld sein muss, damit in einem Partikel der Größe d eine gegebene Wirkleistung durch Wirbelströme dissipiert wird. Die Leitfähigkeit des Eisens ist ja ungefähr bekannt.

Aufgrund thermodynamischer Überlegungen kann man auch grob abschätzen, um wieviel sich das Korn dabei aufwärmt, und ob es überhaupt zum Glühen gebracht werden kann.

Erst danach würde ich mit basteln beginnen...

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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rai69 · Anmeldungsdatum: 25.02.2008 Beiträge: 13

Hallo,

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Wenn der Sinn deiner Abschirmung sein soll, dass das magnetische Wechselfeld nur innerhalb deiner Probe erwärmend wirken soll und außerhalb nicht, dann macht es keinen Sinn, außen drum herum Ferrite anzubringen.

Denn je mehr Ferrite außen in der Nähe sind, um so mehr Energie geht dadurch verloren, dass die Ferrite außendran aufgeheizt werden anstatt die Probe, die du erwärmen möchtest.

Ferrite wirken so wie das, was du mit deinen Eisenspänen vorgeschlagen hattest: Die Magnetfeldlinien laufen bevorzugt durch sie hindurch, und durch das Ummagnetisieren werden sie warm.

mandy6 · Anmeldungsdatum: 29.02.2008 Beiträge: 1

Liebe Leute,

mit Interesse habe ich die Aufgabenstellung gelesen und die Antworten. Ich habe ein ähnliches Problem mit ohmscher Wärme und Heizdrähten:

Im Gegensatz zum Aufgabensteller möchte ich mein Ziel näher beschreiben: Ich will Wasser in einen, bezw. mehreren dünnen Metallrohren verdampfen. Die Röhrchen sind so dünn, dass die Kapillarkraft das Wasser ein Stück weit in das Röhrchen zieht. Am oberen Ende der Röhrchen soll nun eine Temperatur von bestenfalls 100 Grad erzielt werden (drunter geht auch, da die Verdampfung pro Grad Wärme ja steigt). Das ganze Ding soll durch Batterien gespeist werden.

Nun könnte ich die Kapillarröhrchen mit einem Heizdraht umwickeln. Ich denke aber, die Effizienz ist gering. Insbesondere, da ja durch einen Widerstand auch eine Art Kurzschluss entsteht, also ein gewisser Anteil des Stroms vernichtet wird.

Interessant sind die Überlegungen zum Wechselstrom. Ist die Effizienz besser als bei Gleichstrom? Und gibt es tatsächlich den Effekt, dass Durch die Reibung der ausgerichteten Späne wirklich Reibungswärme ensteht (die müsste doch MINIMAL sein!).

Kurz: Meine Frage. Wie erhitze ich ein Kapillarröhrchen unter minimalem Stromverbrauch???

Liebe Grüße,

Mandy

rai69 · Anmeldungsdatum: 25.02.2008 Beiträge: 13

Hallo,

die Ferrite (bei genauerer Überlegung sollten es zum Erwärmen hartmagnetsiche sein, da hier die Ummagnetisierungsverluste naturgemäß den größten Betrag aufweisen) sollten schon in die die Spule umgebende Matrix eingearbeitet werden - also nicht außen angebracht werden.
Die Wirkungsweise hat dermarkus schon ausreichend erklärt.

@mandy6

eine Lösung habe ich jetzt auch nicht parat, aber bei induktiver Heizung ist Wechselstrom meines Erachtens nach angebrachter. Es geht auch nicht um die Reibung der Späne, sondern um das Umklappen der Spins von Elektronen - das kann leicht gehen (weichmagnetisches Material mit geringer Verlustleistung), oder schwer (hartmagnetisches Material mit hoher Koerzitivfeldstärke). Allerdings muss die Feldstärke der Induktionsspule zur Koerzitivfeldstärke des Materials "passen" - praktisch (empirische Ermittlung) ist sie am besten 2,5 bis drei mal so groß.

Gruß

Rainer

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

@mandy6: Ich finde nicht, dass die Effizienz in deinem Fall mit Heizdrähten gering wäre.

Ich würde an deine Röhrchen einfach Heizdraht dranmachen und das ganze so gut wie möglich in Alufolie einpacken, dann ist das Heizen sehr effektiv.

Egal wie man Wasser erhitzt, man braucht dafür eine gewisse Energie. Ob diese Energie sinnvoll von normalen Batterien bereitgestellt werden kann, bin ich mir nicht so recht sicher, ich vermute, da musst du bei deiner Wahl der Stromversorgung aufpassen, dass du nicht ständig Batterien wechseln musst.

Was Rainer eben sehr diplomatisch ausgedrückt hat ("bei induktiver Heizung ist Wechselstrom meines Erachtens nach angebrachter"), würde ich so formulieren: Induktives Heizen ginge nur mit Wechselstrom, nicht mit Gleichstrom. Und Batterien liefern von Haus aus Gleichstrom. Batterien zu verwenden, um Wechselstrom damit zu erzeugen, stelle ich mir ehrlich gesagt überhaupt nicht so besonders effektiv vor.

Eine induktive Heizung so zu dimensionieren und zu bauen, dass sie einigermaßen effektiv arbeitet, stelle ich mir eindeutig komplizierter vor als Heizdraht zu verwenden.

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Woher habt ihr, Mandy6 und Nemo, die Vermutung, dass induktives Heizen effektiver sei als ohmsches Heizen? Denkt ihr da vielleicht an das Beispiel Kochen, wo eine normale Herdplatte deshalb mehr Energie verbraucht, weil sie selbst mit erwärmt werden muss, und bei induktiven Herden die Energie direkt auf den Topf übertragen wird?

Eine Heizdrahtheizung im Dauerbetrieb für Metallröhrchen muss nicht ständig hoch- und runterfahren wie ein Herd. Da erwärmt man nur einmal am Anfang die Heizdrähte auf Betriebstemperatur.

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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rai69 · Anmeldungsdatum: 25.02.2008 Beiträge: 13

Hallo,

aus der Diskussion ob ohmsches oder induktives Heizen günstiger ist, halte ich mich heraus - davon habe ich keine Ahnung, nur Interesse daran.

Was die "Lackierung" aussen bringen soll, weiß ich leider auch nicht:
wenn der Hartferrit im Inneren der Konstruktion untergebracht ist, dürfte sowieso kein Magnetfeld austreten, da es im Inneren "gefangen" bleibt - vorrausgesetzt, es ist genügend ferromagnetisches Material vorhanden, um den durch die Spule erzeugten magn. Fluss aufnehmen zu können.
Prinzipiell kann man natürlich außen noch "lackieren", dann aber mit einem hochpermeablen, weichmagnetischen Material, damit keine (kleinen) Streufelder austreten können.

Eine Frage die sich mir stellt:
heizt man beim induktiven Heizen eigentlich hauptsächlich mit den Wirbelströmen (und damit im Endeffekt doch wieder ohmisch???), oder mit den Ummagnetisierungsverlusten?
Die Aussagen von Wikipedia (Diskussionseite Induktionskochfeld) dazu verwirren mich etwas.
Wenn wir das herausfinden könnten, wäre die Frage ob weichmagnetisches Eisen (gute el. Leitfähigkeit und geringer ohmscher Widerstand; hohe Permeabilität und geringe Ummagnetisierungsverluste), oder Hartferrit (schlechte el. Leitfähigkeit und hoher ohmscher Widerstand; geringe Permeabilität, aber hohe Ummagnetisierungsverluste) "besser" ist, leichter zu beantworten.

Gruß

Rainer

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

rai69 · Anmeldungsdatum: 25.02.2008 Beiträge: 13

Hallo,

Nemo · Anmeldungsdatum: 23.02.2008 Beiträge: 15

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rai69 · Anmeldungsdatum: 25.02.2008 Beiträge: 13

Hallo,

war ich jetzt eine Woche mit meinen kranken Kindern zuhause...
...deshalb verspätete sich die Antwort.

Ich würde dir ein sehr grobes Pulver empfehlen; mittlere Korngröße ca. 15 µm, nach oben bei ca. 63 µm abgesichtet.
Wenn noch Interesse besteht --> pn.

Gruß

Rainer