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SebastianLi
Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 3
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 SebastianLi Verfasst am: 17. Okt 2016 15:36 Titel: Entmagnetisierung von verschiedenen Werkstücken |
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Meine Frage:
Hallo,
als Projektarbeit in meinem Studium wurde mir die Aufgabe zugeteilt, ein Gerät zur Entmagnetisierung von Platten zu entwickeln. Die Platten dienen als "Unterlage" für ein Lasersintergerät, in welchem aus eisenhaltigem Staub Werkzeuge o.ä gefertigt werden. Um die Qualität des Verfahrens zu erhöhen, müssen die Platten, die aus Edelstahl bestehen, möglichst unmagnetisch sein.
Die Platten haben folgende Maße:
mm^3)
Mein Problem hierbei:
Ich habe das Problem mittels CST Studio (FEM) simuliert. Ohne das Werkstück liegt die berechnete Feldstärke in der gesamten Spule bei über 2000 A/m, was zur Sättigung reichen sollte. Simuliere ich nun aber inklusive Werkstück, bricht die Feldstärke zusammen und die magnetische Flussdichte im Stahl beträgt maximal 0,07T, was bei weitem nicht ausreicht. Wie kommt das, bzw was beachte ich nicht?
Meine Ideen:
Für die Entmagnetisierung rutscht das Werkstück durch einen Kanal, um den die Spule gewickelt ist, welche von Wechselstrom durchflossen wird.
Die Spule hat ein viereckiges Profil und 100 Windungen bei einer Lage. Der Strom beträgt 10A und ist bei der Simulation konstant, es handelt sich also um ein (in der Simulation) statisches Problem, weshalb die Induktivität keinen Einfluss auf den Stromfluss haben sollte. Im Betrieb soll das Niederspannungsnetz mit 230V/50Hz genutzt werden, aber da die Simulation aktuell diese komischen Werte liefert, stecke ich noch fest.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3388
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| ML Verfasst am: 17. Okt 2016 17:57 Titel: Re: Entmagnetisierung von verschiedenen Werkstücken |
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Hallo,
| SebastianLi hat Folgendes geschrieben: |
als Projektarbeit in meinem Studium wurde mir die Aufgabe zugeteilt, ein Gerät zur Entmagnetisierung von Platten zu entwickeln. Die Platten dienen als "Unterlage" für ein Lasersintergerät, in welchem aus eisenhaltigem Staub Werkzeuge o.ä gefertigt werden. Um die Qualität des Verfahrens zu erhöhen, müssen die Platten, die aus Edelstahl bestehen, möglichst unmagnetisch sein.
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Es gibt ja sowohl magnetisierbare, als auch nicht magnetisierbare Stähle. Weshalb wird hier ein Stahl verwendet, der magnetisierbar ist?
| Zitat: |
Ich habe das Problem mittels CST Studio (FEM) simuliert.
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Du hast das Problem zwar vielleicht simuliert, aber nicht so detailliert beschrieben, dass ich Dir hier helfen könnte.
| Zitat: |
Für die Entmagnetisierung rutscht das Werkstück durch einen Kanal, um den die Spule gewickelt ist, welche von Wechselstrom durchflossen wird.
Die Spule hat ein viereckiges Profil und 100 Windungen bei einer Lage. Der Strom beträgt 10A und ist bei der Simulation konstant, es handelt sich also um ein (in der Simulation) statisches Problem, weshalb die Induktivität keinen Einfluss auf den Stromfluss haben sollte. |
Weshalb beträgt der Strom 10A? Vom Bauchgefühl her würde ich das Material zunächst durch Anlegen einer hohen Wechselspannung in die Sättigung schicken und anschließend die Amplitude der Spannung langsam bis auf null senken. Der Betrieb in Sättigung sowie der ohmsche Widerstand der Wicklung bewirken dabei, dass die Magnetisierungskurve symmetrisiert wird (vgl. https://de.wikipedia.org/wiki/Transformator#Verhalten_bei_Netzst.C3.B6rungen_und_beim_Einschalten)
Viele Grüße
Michael
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SebastianLi
Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 3
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| SebastianLi Verfasst am: 17. Okt 2016 19:41 Titel: |
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Danke für deine Antwort!
Warum genau dieser Stahl genutzt wird, kann ich dir leider nicht beantworten. Ich werde bei den Maschinenbauern aber mal nachfragen.
Zur Simulation:
Die Spule wird durch 100 einzelne ideale Leiterschleifen (r=0, A=0) dargestellt, die in einem Abstand von 2,5mm zueinander gewickelt sind. Das rechteckige Profil hat eine Höhe von 37,5mm und eine Breite von 276mm. Die Tiefe beträgt 250mm. Der Raum um und in der Spule besteht aus Luft.
Die Simulation zeigt auch zufriedenstellende Ergebnisse, solange ich nicht die Metallplatte miteinbeziehe, die zentriert innerhalb der Spule liegt. Damit das ganze etwas deutlicher wird, habe ich die Simulationsergebnisse angefügt. Die Permeabilität des Metalls beträgt 1000.
Man erkennt, dass das H-Feld plötzlich praktisch nicht mehr existent zu sein scheint, wenn sich die Platte innerhalb der Spule befindet. Meine Frage ist daher, ob ich das ganze falsch simuliert habe, oder ob die Ergebnisse evtl. doch realistisch sein könnten, was sich mir jedoch nicht erschließt.
Zu den 10A:
Die magnetische Feldstärke ist vom Strom abhängig, der durch einen Leiter fließt, siehe  . Da meine Leiter (noch) keinen Widerstand haben, ist die Spannung für die Simulation nicht wichtig.
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H-Feld ohne Werkstück.jpg |
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SebastianLi
Anmeldungsdatum: 17.10.2016
Beiträge: 3
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| SebastianLi Verfasst am: 17. Okt 2016 19:42 Titel: |
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Da ich nur 3 Anhänge machen konnte, hier noch der für die Flussdichte
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3388
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| ML Verfasst am: 17. Okt 2016 20:21 Titel: |
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Hallo,
| SebastianLi hat Folgendes geschrieben: |
Die Simulation zeigt auch zufriedenstellende Ergebnisse, solange ich nicht die Metallplatte miteinbeziehe, die zentriert innerhalb der Spule liegt. Damit das ganze etwas deutlicher wird, habe ich die Simulationsergebnisse angefügt. Die Permeabilität des Metalls beträgt 1000.
Man erkennt, dass das H-Feld plötzlich praktisch nicht mehr existent zu sein scheint, wenn sich die Platte innerhalb der Spule befindet. Meine Frage ist daher, ob ich das ganze falsch simuliert habe, oder ob die Ergebnisse evtl. doch realistisch sein könnten, was sich mir jedoch nicht erschließt.
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Klar geht das H-Feld gegen null, wenn Du ein hochpermeables Material in die Spule legst: Zum Verständnis setzen wir ein endliches B voraus. Dann geht für µ-->oo das H-Feld mit H=B/µ-->0.
Die Situation hast Du beispielsweise im belasteten Trafo (linkes Bild). Da gilt für den Kern in guter Näherung H=0. Wenn Du dann das Durchflutungsgesetz für einen Weg entlang des Kerns annimmst, kommt heraus:
 \cdot \mathrm{d}\vec s = 0 = N_1 \cdot i_1(t) + N_2 \cdot i_2(t))
Das ist dann die Gleichung für die Stromtransformation beim Transformator.
Wenn Du einen hochpermeablen Kern hast, musst Du das H-Feld immer draußen suchen, nicht im Kern. Im Falle des Transformators also zwischen den Schenkeln (rechtes Bild, Sekundärseite nicht gezeichnet).
| Zitat: |
Die magnetische Feldstärke ist vom Strom abhängig, der durch einen Leiter fließt, siehe .
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Der Strom legt nicht das H-Feld fest, sondern das Linienintegral über einen geschlossenen Weg. Das H-Feld findest Du in Deinem Beispiel in der Luft.
| Zitat: |
Da meine Leiter (noch) keinen Widerstand haben, ist die Spannung für die Simulation nicht wichtig. |
Die Spannung legt (ideale Leiter vorausgesetzt) materialunabhängig die zeitl. Änderung des Flusses fest, also irgendwas mit B.
Der Strom legt hingegen das H-Feld (alleridngs nur als Ringintegral) fest.
Viele Grüße
Michael
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