Kugel mit Magnet beschleunigen

Hallo Andreas,

Und dann? Antriebslos weiterrollen, aufprallen oder abbremsen?

Wenn man sowieso etwas beschleungt, kann man gleich die Kugel mechanisch daran koppeln und das Problem ist gelöst. Insbesondere gibt es damit keine Nachwirkungen über den Auskuppelpunkt hinaus.

Das naheliegendste mit einem Magneten wäre, wenn er feststeht und die Kugel zu sich heranzieht.

Im Gegenteil, Wirbelströme bremsen die Relativbewegung, ziehen die Kugel also mit dem bewegten Magneten mit. Wenn leitfähige feststehende Teil am Weg sind, werden diese den Magneten abbremsen.

In der Nähe von c wirds wohl sicher Probleme geben.

Ich nehme an, daß eine Höchstgeschwindigkeit hier keine Rolle spielt. Und der Magnet muß in Bewegungsrichtung mindestens die max. Beschleunigungskraft aufbringen um die Kugel nachzuziehen. Dazu muß er wahrscheinlich eine Schräglage einnehmen, was zu einer entsprechenden Kräfteaufteilung führt. Für die horizontale Komponente müssen im gegebenen Abstand also >40N übrigbleiben.

Siegfried

Hallo Siegfried!

Vielen Dank für Deine Antwort. Das klingt ja zur Abwechslung mal richtig positiv! :-)

Ja, sie rollt antriebslos weiter und prallt vielleicht irgendwann auf eine andere Kugel. Bis sie erneut vom Magneten angezogen und beschleunigt wird, vergehen viele Sekunden bis ein paar Minuten. Eine etwaige Hitzeentwicklung ist also nicht so schlimm, da kein Dauerbetrieb stattfindet.

Das wäre das beste - klar. Aber ich kann sie nicht mechanisch koppeln, da die Platte geschlossen ist.

Du meinst also in einer Achse, der Magnet befände sich dann also auch auf der Platte? Das wäre leider keine akzeptable Lösung.

Sehr schön, dass ich mir keine sorgen um Wirbelströme machen muss. Und diese entstehen auch nicht, wenn die Kugel durch die Anziehung zu rollen beginnt?

Am Weg gibt es kein leitfähiges Material.

Das darf es ruhig, ist nicht weiter tragisch :-)

Wenn ich also den Magneten schräg stelle muss er vertikal eine Kraft von

320N (160 m/s² * 2 kg) aufbringen, und horizontal eine Kraft von über 40N? Und diese müssen im Abstand von 3 cm wirken? Nimmt die magnetische Kraft mit d² (d = Abstand) ab? Wie kann ich denn nun die nötigen Angaben herausfinden, um zu wissen, wie solch Magnet gebaut sein müsste?

Hoffe Du kannst mir nochmal weiterhelfen! Vielen Dank!

Gruß Andreas

Hallo Andreas,

Naja, der Teufel steckt im Detail.

Da gehts schon los, du kannst weder den Magnet schlagartig zu Stillstand bringen noch die Anziehung ebensoschnell ausschalten. Es gibt zumindest eine Übergangsphase.

Und ob die Kugel überhaupt von Anfang an rollt oder erst später das Rollen anfängt, ist auch noch die Frage.

Stößel von hinten ist auch verboten?

Was macht dich so sicher, daß sie rollt? Ich halte es eher für wahrscheinlich, daß die Reibung nicht für das Trägheitsmoment reicht - es soll ja ausgerechnet eine Hohlkugel sein.

Nun, 3mm Abstand wären sicher günstiger. Kann die Platte nicht eine Nut an der Unterseite haben?

Das hängt vom Feldverlauf ab. Z.B. daran, ob der Magnet als Stab oder als Joch ausgebildet ist.

Ich denke, bevor man den Magnet dimensionieren kann, müssen noch viele Randbedingungen geklärt werden.

Siegfried

Hallo Andreas, so etwas nennt sich dann (in einer etwas anderen Grössenordnung) Magnetschwebebahn und ist in Ostfriesland oder China zu besichtigen... Wie so etwas dimensioniert wird, kann ich Dir allerdings auch nicht sagen. Gruss Harald

Harald Wilhelms schrieb:

Hallo Harald, Die in Deutschland zu besichtigende Magnetschwebebahn (im folgenden als Transrapid bezeichnet) steht nicht in Ostfriesland sondern ist im Emsland unweit der Ortschaft Lathen beheimatet.

Mit einem Eisenbehafteten Synchron Linear- Langstatormotor :-) Im Fahrweg ist der Stator installiert. Er wird mit Dreiphasen Wechselstrom gespeist. Die Frequenz ist regelbar von 0 bis 270 Hz. Im Transrapid wird ein Strom induziert und ein zweites Magnetfeld aufgebaut das den Transrapid etwa 10mm anhebt. Wird die Frequenz der Spannung im Stator erhöht, beginnt der Transrapid zu fahren.

Aber ansonsten würde ich auch einen Linearmotor favorisieren um einen magnetischen Gegenstand linear zu beschleunigen. Und da bei der zu bewegenden Kugel von Andreas noch nichtmal ein Schwebezustand vonnöten ist, lässt sich das auch sicherlich relativ einfach realisieren. Die Erzeugung eines wandernden Magnetfelds mit variierender Frequenz ist ja schon mit einem "normalen" Frequenzumrichter abgehakt. Einzig die Entwicklung des Stators dürfte etwas mehr an Manpower verschlingen da es dazu sicher keine fertige Lösung gibt.

Gruß Carsten

Der Magnet muss nicht schlagartig zum Stillstand gebracht werden, er darf noch Platz zum "Auslaufen" haben wenn das nötig ist. Ich habe hier einen E-Magneten rumliegen, der sehr schnell abschaltet (unmerklich nach Stromtrennung). Bei meiner Anwendung kommt es auch nicht auf die Genauigkeit an, wenn der Magnet also ein paar ms braucht bis das Magnetfeld abgeflaut ist stört das nicht weiter.

Das ist auch nicht wichtig. Hauptsache sie bewegt sich linear weiter.

Momentan schon noch. Wenn garnichts geht muss ich mir über sowas auch Gedanken machen. Aber das ist die allerletze Notlösung.

Siehe oben: Sie muss nicht rollen, darf auch gerne gleiten. Die Hohlkugel muss leider auf Grund des Gewichtes sein. Ich kann sie aber - wenn das hilft - mit einem Gießharz o.ä. mit geringer Dichte füllen.

Nein, leider nicht. Sie ist über die ganze Fläche 19 mm dick (10 mm Luftspalt, den man zur Not evtl. noch etwas verkleinern kann) und das muss leider auch so bleiben.

Kannst Du mir sagen welche Rahmenbedingungen noch geklärt werden müssen? Kannst Du mir dann bei der Dimensionierung behilflich sein?

Danke nochmal. Gruß Andreas

Hallo Casten!

Naja, schweben muss die Kugel nicht, aber es ist halt schon ein relativ großer Zwischenraum vorhanden:

O ---> Kugel

-------------------------- Platte (

--------------------------

MMMMMMMMMMMM Magnete

Da müssen doch die einzelnen Magnete auch sehr stark sein, um diesen Abstand zu überwinden.

Wie muss so ein Stator in etwa aussehen? Sind damit im Prinzip die Schienen gemeint?

Gruß Andreas

Am 2004-07-27 schrieb Andreas Lademann:

Wie groß ist denn die Kugel? (Nötig, um die Massenträgheit abschätzen zu können).

Du weißt, dass das eine heftige Beschleunigung ist und zudem eine große Massenträgheit überwunden werden muss?

Was heißt etwas? Wenn ich das so richtig sehe, wären selbst bei optimaler Kopplung einige kW für die Beschleunigung nötig....

Sprich: Du wirst, wie auch immer, ein Platzproblem bekommen...

Sie hat einen Durchmesser von 40mm. Wenn es hilft wg. Trägheit oder so kann ich die Kugel auch mit Gießharz füllen.

Naja. So schlimm sind 160 m/s² doch auch nicht...

Vielleicht auch 5 m/s Endgeschwindigkeit, das ist dann eine Beschleunigung von 62,5 m/s². Aber nur wenns sein muss...

Immer positiv denken ;-)

Gruß Andreas

Hallo Andreas,

In diesem Ansatz spielt der Magnet eine untergeordnete Rolle. Er ist nicht mehr als eine Klammer, der die Kugel mit dem eigentlichen Beschleunigungsapparat verbindet und kann gedanklich durch eine mit der Kugel belastete Feder mit einer speziellen Kennlinie ersetzt werden.

Bevor du daran gehst, diese Feder nach Stärke und Material auszusuchen, muß doch erst einmal feststehen, ob das System überhaupt deine Anforderungen erfüllen kann. Z.B. ist eine lineare Beschleunigung damit nur schwer möglich, die Frage des Gleitens/Rollens hat sicher auch Auswirkungen auf den Geschwindigkeitsverlauf nach der Trennung.

Für Trag- und Haltekräfte von Magneten kenne ich nur ein paar Näherungen, konkretes Dimensionieren habe ich noch nie probiert.

Siegfried

Andreas Lademann schrieb:

Wie ein aufgesägter flach gedrückter Drehstrommotor.

Am besten schaust Du Dich mal bei

um. Dort sind in der Rubrik Technik mehrere Bilder aus denen die Funktionsweise ersichtlich ist.

Sind damit im Prinzip die Schienen gemeint?

Antwort von Radio Eriwan: Im Prinzip ja.

Wobei der Transrapid auf einem Magnetfeld schwebt und von einem weiteren Magnetfeld davon abgehalten wird seitlich am Fahrweg entlang zu schleifen.

Gruß Carsten

Hallo Carsten, der Unterschied zwischen Ostfriesland und Emsland war mir als Braun- schweiger nicht so ganz bewusst. Wo genau ist denn da die Grenze? Hier in Braunschweig gab es übrigens auch schon mal ´ne Teststrecke für eine Magnetschwebebahn (Die langsame Ausführung für den Stadtverkehr)

Wie das funktioniert, ist mir allerdings nicht ganz klar. Eigentlich kann man da ja nur den geringen Schlupf eines Asynchronmotors nutzen.

Wie der Transrapid in etwa funktioniert, wusste ich schon. Nur die Dimensionierung, wenn man statt eines "Eisenbahnwagens" eine Kugel bewegen muss, macht mir einige Probleme...

Das war das, was ich mit "Dimensionierung" meinte. :-) Gruss Harald

Hallo, Harald,

Du (Harald.Wilhelms) meintest am 29.07.04:

Vielleicht hilft ja auch da die Definition, die schon den Kreis Friesland (mit der Kreisstadt Jever) von Ostfriesland unterscheidet: "Ostfriesland ist da, wo die Kühe hübscher sind als die Mädchen!"

(einige meiner besten Bekannten sind Ostfriesen ...)

Viele Grüße! Helmut

Harald Wilhelms schrieb:

Ostfriesland fängt hinterm Emsland an. Das eigentliche Ostfriesland ist die Ecke zwischen Leer, Emden und Aurich. Und: Ja, da sind die Kühe oft wirklich schöner als die Mädchen... ;-)

Ein LAngstator hat keinen Schlupf. Das Wanderfeld im Fahrweg zieht das stehende Feld des Zuges einfach mit sich mit. Soll der Transrapid schneller fahren muß die Frequenz des Magnetfelds höher werden. Wird die Frequenz verringert, fährt der Tr. langsamer. Den Transrapid kann man sogar- genau wie einen gemeinen Elektromotor- durch Umkehrpolung zum Stillstand bringen. Hat nur den kleinen Nachteil dass das die Fahrgäste nicht überleben. :-)

Also, gemacht hab ich sowas auch noch nicht. Mein Lösungsansatz wäre folgender: Einfach mit der Formel für die Lorentzkraft rechnen. Dann ist F= B * I * l * z Wobei F bekannt ist. Denn F ist hier die Masse der Kugel. B ist die magnetische Flußdichte (Ich würd hier einfach mal 0,8 oder

1,0 einsetzen) I ist der Strom durch den Leiter l ist die wirksame Leiterlänge und z die Anzahl der Leiter

Für den Wert von I würd ich mich an den Brushless Reglern aus dem Modellbau orientieren. Diese Regler gibt es für Ströme von 10 bis 60A und für 6 bis 16 Zellen rsp. 7,2 bis 19,2V.

Jetzt bleiben noch die beiden Unbekannten wirksame Leiterlänge und Anzahl der Leiter. Und mit denen liesse sich ja etwas experimentieren. Also für die wirksame Leiterlänge kurzerhand abgeschätzt wie das bei einem Brushless- Motor ist. Vielleicht 40mm.

Wenn die Kugel mwchanisch geführt wird kann man sich ja auf einen Stator beschränken. Ansonsten müsste man die Führung über zwei Statoren realisieren die V- Förmig links und rechts unter der Kugel laufen.

Naja, vielleicht hilft das ja schon. :-)

Gruß Carsten

Juergen Bors schrieb:

In erster Näherung (lineare Geschwindigkeitzunahme) ergibt sich:

Kinetische Energie: 8 Joule, Zeit zum Beschleunigen: 25 ms, Erforderliche Leistung(mechanisch): 320 Watt.

Gruß, Alfred.

Andreas Lademann schrieb:

Ich möchte mal anregen, nicht nur über Maße, Massen, Kräfte u.s.w. zu diskutieren, sondern auch über die Zeit.

Wenn sich die Kugel mit einer Endgeschwindigkeit von 8 m/s bewegt, legt sie einen Zentimeter in 1,25 ms zurück. Wer kann denn abschätzen, wie groß der "Wirkbereich" eines Beschleunigungsmagneten ist? Und wie schnell muss in diesem ein Magnetfeld aufgebaut (und abgebaut) werden? Geht das überhaupt innerhalb sinnvoller Zeiten?

Grüsse

Alfred Gemsa schrieb:

Bei 0,2 m Weg? Da hab ich noch einen Faktor 2 drin und komme auf 50 ms.

und 160 W.

Grüsse

Das erklärt aber noch nicht, wie man Energie i n den Transrapid kriegt. z.B. für Beleuchtung und die Magnete für das Abheben des Fahrzeugs. Schleifer wären ja wohl für ein ansonsten berührungs- loses Fahrzeug nicht das wahre... Gruss Harald

Harald Wilhelms schrieb:

Du wirst staunen ;-) Der Transrapid hat doch tatsächlich Akkus an Bord. Und diese werden an den Haltestellen (Bahnhöfen) mittels Schleifkontakten aufgeladen.