Kraft auf Eisenkern in Spule

fabmo · Anmeldungsdatum: 03.11.2005 Beiträge: 44

Hallo,

wenn ich einen Eisenkern in eine Gleichstromdurchflossene Spule stecke wird
dieser doch wieder herausgedrückt oder? Oder passiert das nur, wenn ich einen Magneten nehme? Wie heißt diese Kraft?

Danke

[edit by Ari: hab mal den Titel ein wenig verändert...]

Ari · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2005 Beiträge: 577 Wohnort: Göttingen

Stichwort hierfür ist die Lorentzkraft.

Die Spule wird von Gleichstrom durchflossen, also hat sie auch ein Magnetfeld. Nähert sich nun so ein Eisenkern diesem Magnetfeld, wirkt die Kraft des Magnetfeldes senkrecht zu seinen Feldlinien und stößt den Eisenkern ab.

Was meinst du mit "wenn ich einen Magneten nehme"? Anstatt des Eisenkerns einen Magneten oder statt der Spule einen Magneten?

Schrödingers Katze · Anmeldungsdatum: 10.07.2005 Beiträge: 695 Wohnort: Leipzig

Das mit dem Magneten ist Ansichtssache. Vielmehr klappt es mit einem Nicht-Magneten von beiden Seiten der Spule. Wie die Kraft heißen soll, weiß ich nicht. Magnetische Kraft, eigenlich ist das nichts besonderes [Ari-edit: Lorentzkraft würd ich das jetzt eigentlich nicht nennen. Na ja, im Endeffekt lässt sich alles darauf zurückführen...] Viel eher könnte man fragen, welchen Namen die Regel trägt, nach der man sich dabei orientieren kann: Und zwar ist das die Lenz'sche.

Gast

Okay schonmal vielen Dank...!
Worauf ich eigentlich hinaus will. ist folgendes:
Wir wollen ein elektrisches Nagelschussgerät konstruieren und sind noch auf der Suche nach dem Perfekten Antrieb.

Wir werden warschienlich auf irgendeinden Antrieb mit einer Spule zurückgreifen.

Nur wie kann ich die Kraft ausrechnen, mit der eine Gleichstromdurchflossene Spule einen Eisenkern "festhält" bzw. reinzieht.?

Achja muss es überhaupt eine DC durchflossenen Spule sein?

Danke für Antworten...

Gast

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Gast

> .. muss es überhaupt eine DC durchflossenen Spule sein?

Bei einem Eisenkern eigentlich nicht.
Ich würde einen Kondensator über die Spule entladen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Gast

Praktische Überlegung:
Eine mehrstufige coilgun verwenden, hier ist die Theorie dazu.
Mehr dazu bei bei wikipedia unter 'External links'.

Hier ist die Version für den electro pistolero:

http://www.gausspistol.com/sitebuilder/images/DSCN1551s-683x491.jpg

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Interessant! Das Funktionsprinzip dieser coilguns kommt ohne meine hypothetische Annahme aus, dass es irgendwie möglich sein könnte, den Spulenstrom schneller hochzufahren, als sich die Elementarmagnete im Eisennagel umpolen können. (Nachdem ich dies sehe, vermute ich, dass meine Annahme nicht ganz realistisch war.)

Diese coilguns ziehen vielmehr das Projektil immer in die Mitte der Spule, und weil sie den Strom sofort wieder ausschalten, wenn das Projektil dabei am schnellsten geworden ist, bewegt sich das Projektil einfach mit der erhaltenen hohen Geschwindigkeit auf der anderen Seite aus der Spule heraus.

fabmo · Anmeldungsdatum: 03.11.2005 Beiträge: 44

Okay.... Vielen Dank....

Aber, wenn ich einen Eisenkern in eine Stromdurchflossene Spule halte, so wird dieser doch in die Spule gezogen, bis diese mit dem Kern vollständig ausgefüllt ist oder?

Wei heißt diese Kraft, und womitt berechne ich sie, und wovon hängt sie ab? Strom, Windungen ???

Danke

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die Größe dieser Kraft ist nicht ganz so leicht auszurechnen. Sie ist natürlich größer, wenn das Magnetfeld, das die Spule erzeugt, größer ist.

Genaugenommen hängt sie davon ab, wie stark sich das Magnetfeld (und mit ihm auch die Magnetisierung des Eisenkernes) verändert entlang des Weges des Eisenkernes in die Spule hinein.

Um so etwas genau zu berechnen, muss man z.B. die genaue Form des Magnetfeldes der Spule (auch dort, wo es inhomogen ist) kennen, das ist also etwas komplizierter. Ich denke, wenn man so etwas ausrechnet, dann man man das gerne numerisch mit Simulationssoftware wie z.B. Ansys.

Wahrscheinlich kommt man am schnellsten zum Erfolg, wenn man das einfach direkt ausprobiert und dabei vor allem mit dem Timing des Strompulses durch die Spule solange spielt, bis die Geschosse am schnellsten sind.

Gast

ja der Antrieb ist eher Nebensächlich... Wir können da auch viel Idealisieren.
Nur irgendwelche Berechnungen muss ich abgeben.

Es geht in dem Projekt eigentlich eher um die Mechanische Seite.

Daher wenn ich sage, man kann das mit ner Spule machen, muss ich irgendwas berechnen...

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Da könntest du vielleicht versuchen, eine Größenordnung für die kinetische Energie abzuschätzen, die man auf diese Weise einem Projektil verpassen kann, indem du die Energie des Magnetfeldes in der Spule berechnest:

Gast

Könnte man ungefähr sagen, dass diese Energie dann aufgebracht wird, wenn das Projektil halb in der Spule steckt?
Ist die Energie einigermaßen unabhängig von der Masse bzw. Größe des Projektils?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich würde lieber noch ungefährer bleiben und sagen: Die Energie für die Beschleunigung kommt aus dem Magnetfeld der Spule,

also könnte man versuchen, die Größenordnung der kinetischen Energie des Projektils abzuschätzen, indem man mal die magnetische Feldenergie in der Spule ausrechnet.

Die Energie, die die Stromversorgung der Spule nachschiebt, während der Spulenstrom schon maximal ist und das Projektil gerade beschleunigt wird, ist in dieser nur sehr groben Abschätzung gar nicht berücksichtigt.

Die auf das Projektil übertragene Energie ist bestimmt von diversen Dingen abhängig, z.B. auch vom zeitlichen Timing des Stroms durch die Spule.

Gast

okay also kann ich so die Energie des Magn. Feldes berechnen.
Diese Energie kann ich aber nicht gleichsetzten Kin. Energie auf das Projektil.
Aber ich liege doch nicht falsch in der Annahme, dass die Kin. Energie des Projektils größer sein müsste als die oben aus der Formel stammende Energie des Magn. Feldes.?? Oder?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich würde eher vermuten, dass die kinetische Energie des Projektils kleiner ist als die Energie im magnetischen Feld der Spule.

Gast

Okay also eher kleiner aber proportional zur energie des Magn Feldes... oder?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Wenn die Magnetische Feldenergie in der Spule größer ist, dann wird das Projektil schneller sein. Ich denke, unter idealisierten Bedingungen (keine Bremsung des Projektils durch Reibung, ...) ist das ein proportionaler Zusammenhang.

Das "kleiner als" ist eine Vermutung meinerseits, die Berechnung der kinetischen Energie als Energie des magnetischen Feldes eine Abschätzung der Größenordnung.

Um genaueres sagen zu können, würde ich empfehlen, das experimentell auszuprobieren und/oder für eine konkrete Anordnung komplett zu simulieren.