Kraft einer Zylinderspule auf einen Metallklotz

Gast

Hallo

Ich möchte gerne die Krafte, welche eine Zylinderspule auf einen Metallklkörper ausübt bestimmen. Ich weiss nicht genau wie ich das anpacken soll.

Ich kenne die ganzen Geschichten mit dem magnetischen Kreis (Eisenkern mit Luftspalt). Ich habe gelesen, dass praktisch die gesamte magnetische Energie im Luftspalt steckt und kaum im Eisen (weil dieses so gut magnetisch leitet) und aus dieser energie kann man anschliessend die Kraft auf die Grenzflächen bestimmen. Diese Rechnung sollte eigentlich auch bei meiner Spule mit Metallkörper funktionieren, nur ist da nicht mehr alles so schön rechtwinklig zueinander. Gibt es eine elegante Lösung?

Besten Dank!

dachdecker2

Im statischen magnetischen Feld reagieren erstmal nur Materialien, deren magnetische Leitfähigkeit sich deutlich von der der Luft abhebt. Bei Wechselfeldern kann man auf Grund der erzeugten Wirbelströme auch bei etwa Aluminium und Kufper (beides schlechte magnetische Leiter) mit Reaktionen rechnen. Ziel der Bewegung der magnetisch leitfähigen Teile ist eine minimale magnetische Feldenergie (also minimaler magnetischer Widerstand im "Eisenkreis"). Daher bewegt sich ein Eisenstab letzendlich in das Zentrum einer Spule, wenn das nicht durch andere Kräfte (etwa der Schwerkraft) behindert wird.

Wenn es sich nur um einen Metallstück handelt, dann ist die Berechnung der betreffenden Kräfte es aussichtslos - da kommst du nicht ohne ein FEM-Programm (FEM = finite elemente methods, Beispiel: Ansys) aus.

Wenn es sich um eine Geometrie aus Kern und Anker handelt (Hauptsache ist, dass der Luftspalt sehr kurz, vergleichen mit dem im Kern verlaufenden Teil der Feldlinien, ist) und die Feldlinien senkrecht zu dem Luftspalt verlaufen, kannst du die Kraftwirkung über die Energieänderung im Luftspalt und der der Dickenänderung berechnen.

EDIT: ich hab noch einen Link gefunden, da ist eine Beispielrechnung, die du möglicherweise für deine Belange nutzen kannst:
http://www.fh-bochum.de/fb3/gelab/dateien/uebungen/magnetisches_feld2.pdf