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 Kraft einer Spule berechnen

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gaulois
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Beitrag 1 von 5
BeitragVerfasst am: 10 Sep 2011 17:53    Kraft einer Spule berechnen  Antworten mit Zitat Nach oben

Hallo zusammen,
für verschiedene Bereiche der Bahn habe ich ein paar Spulen zu bauen, d. h. ich habe vor, etwas elektrisch zu bewegen, es gibt aber meines Wissens keine passenden Spulen dafür zu kaufen.

Nun habe ich nach einigem Rechnen folgendes berechnet:

Eine Spule mit 6mm Innendurchmesser und 2,5 cm Länge soll aus 0,15 mm Kupferlackdraht gebaut werden. Wenn ich die 220 m auf der Rolle komplett aufwickle, dann bekomme ich eine Spule mit 17mm Außendurchmesser (ist mir eigentlich zu viel) und bei einem Widerstandswert von 0,967 pro Meter einen ohmschen Widerstand von 213 Ohm bei 6166 Wicklungen. Bei 18 V sollte die Spule 0,08 Ampere durchlassen und mithin rund 1,5 Watt Eingangsleistung haben. Soweit kann ich das noch glauben. Jetzt kommt der Teil meiner Rechnung, wo ich mal einen Elektro-Experten bräuchte:

Ich habe eine Flussdichte µ von 2,3533 errechnet und komme damit auf eine Lorentz-Kraft von 43 N. Das entspräche dem Anheben von 4,3 kg und das kann ich nicht glauben, dass das mit einer so kleinen Spule gehen soll. Was ich gar nicht verstehe: Wenn ich weniger Wicklungen mache, steigt die Amperezahl und der Widerstand sinkt, aber gleichzeitig steigt bei mir die Lorentz-Kraft der Spule.

Irgendwie habe ich das Gefühl, dass ich den Induktiven Widerstand in meiner Berechnung bräuchte, aber den kenne ich nicht und kann ihn nicht errechnen.

Gebraucht wird das u. a. für eine Baggerschaufel (siehe hier).

Wie komme ich an ein realistisches Ergebnis? Die Spule kann auch ruhig weniger Wicklungen haben, sie soll nur nicht heiß werden im Betrieb. Wer kann mir da helfen Question




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HansK
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Beitrag 2 von 5
BeitragVerfasst am: 28 Sep 2011 19:17    Kraft einer Spule berechnen  Antworten mit Zitat Nach oben

Hallo Gert,
bei Deiner Rechnung must Du natürlich den induktiven Widerstand berücksichtigen, es sei denn Du betreibst Deine Spule mit Gleichstrom.
Si von Dir angegebenen Werte
Bei 18 V sollte die Spule 0,08 Ampere durchlassen und mithin rund 1,5 Watt Eingangsleistung
sind graue Theorie da Du mit Gleichstrom gerechnet hast. Bei Wechselstrom hast Du bei Dpulen immer induktiven Widerstand! Dadurch wird der Strom viel niedriger und dadurch wird Deine Kraft auch kleiner.

Leider kann ich Dir nicht sagen, wie man den induktiven Widerstand berechnet. Mein Elekektro-Ingenieur-Studium ist seit 1978 vorbei und seitdem habe ich mit induktivem Widerstand nichts mehr zu tun gehabt.

Aber in Deinem anderen Thread hast Du ja schön gezeigt, wie man das Problem auch lösen kann: Durch Versuche.

Versuch doch mal die Ströme zu messen. Sowohlvon der frisch gekaufte Wiad-Schaufel als auch von den Eigenbau-Spulen. Dann hat das Rätsel raten ein Ende.

Gruß aus dem Westerwald
Hans

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gaulois
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Beitrag 3 von 5
BeitragVerfasst am: 28 Sep 2011 21:29    Kraft einer Spule berechnen  Antworten mit Zitat Nach oben

Hallo Hans,
das mit dem induktiven Widerstand weiß ich, aber berechnen kann ich ihn leider nicht. Ich arbeite aber mit gleichgerichtetem Strom. Die Messung habe ich gestern durchgeführt und auch in dem anderen thread dargelegt.
Eigentlich habe ich bei den Berechnungen auch mehr auf die Verhältnisse der einzelnen Spulen abgestellt als auf die tatsächlichen Werte, weil ja eben der induktive Widerstand fehlt. Da das Verhältnis der Kräfte linear zu der Drahtlänge ist, kann man das ja relativ gut errechnen, wie lang der Draht wirklich sein muss. Ich kam auf 25 m statt der verwendeten knapp 200.




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Beitrag 4 von 5
BeitragVerfasst am: 29 Sep 2011 20:49    Kraft einer Spule berechnen  Antworten mit Zitat Nach oben

Hallo Gerd,
ok das mit dem induktiven Widerstand berechnen fällt aus.
Aber Du schreibst
Ich arbeite aber mit gleichgerichtetem Strom.
und dazu fällt mir ein, dass die Spule bei Gleichstrom einen viel kleineren Widerstand hat als mit Wechselstrom, da es in diesem Fall keinen induktiven Widerstand gibt.
Bei Deiner Eigenbau-Spule kann es problemlos sein, da Du alles durch Versuchsreihen ermittelst und austestest.
Aber die Spule in der Original-Wiad-Schaufel ist auf Wechselstrom ausgelegt. Wenn Du die mit Gleichstrom betreibst fehlt der induktive Widerstand und es fließt ein viel zu hoher Strom. Dass die dann heiß wird wundert mich nicht wirklich. Auch unter dem Aspekt der Kinder-Sicherheit solltest Du überlegen zumindest die Wiad-Schaufel mit Wechselstrom zu betreiben.

Nur so aus Neugier gefragt: Wieso arbeitest Du mit gleichgerichtetem Strom? Nutzt Du den gleichgerichtetem Strom nur für die Schaufel-Spulen oder auch für den dazugehörigen Kran?

Gruß aus dem Westerwald
Hans

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Beitrag 5 von 5
BeitragVerfasst am: 29 Sep 2011 21:11    Kraft einer Spule berechnen  Antworten mit Zitat Nach oben

Hallo Hans,
Danke für diesen Hinweis, das ist zwar logisch, aber daran hätte ich natürlich nicht gedacht. Gut, dass Du mir das mitteilst!

Ich arbeite auf der gesamten Anlage beim Lichtstrom mit Gleichstrom, weil ich bei den Weichenantrieben und speziell bei einer Schattenbahnhofssteuerung Gleichstrom brauchte.

Der Strom ist gleichgerichtet, aber nicht geglättet, d. h. ich habe weiterhin die Sinuswellen, aber eben alle oberhalb der Nullachse. Eigentlich müsste irgendein induktiver Widerstand vorhanden sein durch das Pulsieren, aber er dürfte anders sein als bei einer kompletten Feldumkehrung.

Da werde ich für die Kräne wohl mit einer separaten Stromversorgung mit Wechselstrom versorgen müssen. Think




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