Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Elektromagnet berechnen (Windungszahl,Drahtdurchmesser)


von Michael K. (tschoeatsch)


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Hallo Bastler,
unter euch sind ja recht gscheide Leut' (das ist nicht! ironisch 
gemeint), die mir vielleicht helfen können. Da ich schon erkannt hab' 
dass es besser ist, alle Fakten vorab zu veröffentlichen, als nach und 
nach davon zu erzählen,
Hier mein Vorhaben...
Es soll ein Kurzzeitmesser werden, mit einem Atmega8 gesteuert, der bei 
Ablauf der Zeit eine Melodie auf einem "Kinder-Xylophon" spielt. Dazu 
sollen unter den Blech-Klangplatten jeweils ein Elektromagnet angebracht 
werden, die dann vom Atmega angesteuert werden und mit deren Anker die 
Bleche anschlagen.
Jetzt mein Problem:
Ich hab zwar Physik damals in der Schule gehabt, aber ich muß wohl beim 
Thema Elektromagnet geschwätzt haben. Wie kommt man auf die Windungszahl 
und den Drahtdurchmesser, wenn man folgende Vorgaben hat:
Spannung: 4-5V
Strom: vielleicht so 100mA
Anker: gedacht ist ein 15-20mm langer Abstandshalter aus Stahl, 6-kantig 
mit M3 Gewindebohrung für eine Kunststoffschraube, deren Kopf den 
Klöppel bildet.
Die Spule zieht den Anker in sich rein und schiebt die 
Kunststoffschraube oben raus und schlägt damit an das Klangblech.
Kann man jetzt auf Grund dieser Vorgaben eine Abschätzung der 
Windungszahl abgeben, oder bleibt mir nur probieren?
Danke im Voraus für eure Hilfe,
Grüße von tschoeatsch

von Grisbee (Gast)


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100mA bei 5V ergibt 50 Ohm.
Bei einem Drahtdurchmesser 0.1mm wären das ca. 22m.
https://de.wikipedia.org/wiki/Spezifischer_Widerstand
Stromdichte ist mit ca 12A/mm² aber ziemlich hoch.

Auf einen Spulenkörper mit D=5mm und l=20mm passen in der ersten Lage 
ca. 3m Draht -> 8-12 Lagen.
Es gibt zwar ein paar Formeln, die aber alle mit empirischen 
Füllfaktoren arbeiten und insbesonders bei wilden Handwicklungen nicht 
sehr genau sind. Das gleiche gilt auch für die resultierende Kraft, da 
viele Parameter (mag. Eigenschaften, Reibung) nur unzulänglich bekannt 
sind. Ausprobieren führt wahrscheinlich schneller zum Ziel.

Ich würde die Wickelei sein lassen und stattdessen ein paar billige 
Relais schlachten. Kontakte entfernen und an den Anker einen elastischen 
Klöppel o.ä. dranbauen. Hat auch einen besseren Wirkungsgrad da das mag. 
Feld weitgehend in Eisen geführt wird.

von Schreiber (Gast)


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Grisbee schrieb:
> Ich würde die Wickelei sein lassen und stattdessen ein paar billige
> Relais schlachten. Kontakte entfernen und an den Anker einen elastischen
> Klöppel o.ä. dranbauen.

Damit kommt man aber nicht sehr weit.
Für einen kräftigen Sound würde ich eher zu einem kräftigen Hubmagneten 
greifen, die gibts beim Respostenhändler des geringsten Misstrauens für 
schmales Geld.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


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Für Elektromagnete benötigt man Weicheisen.
Stahl ist keine gute Ide, weil da ein
Restmagnetismus beim abschalten des Stroms bleibt.
Wenn die Zugkraft stark sein soll, ist es von Vorteil
wenn die Spule außen noch einen Mantel aus Eisen hat.
Das nennt sich dann Topfmagnet. Die Magnetische Kraft
hängt von Strom mal Windungszahl ab. Also eine Spule
mit 100 Windungen und ein Srom von 1A, ist genauso
stark wie eine Spule mit 200 Windungen und 0,5A.
Spannung ist eigentlich nur nötig um den ohmischen
Widerstand zu überwinden. Aber am besten ist es wenn
man Irgendwo fertige Magnete bekommt, schon wegen
das Problem des Weicheisens.

von Michael K. (tschoeatsch)


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Hallo Bastler,
Erstmal danke für eure Tipps.
An alte Relais habe ich auch schon gedacht, doch deren geringer Hub der 
Anker sind nicht sehr bastelfreundlich. Auf super Wirkungsgrad kommt's 
bei mir nicht an. Zur Not nehm' ich halt ein Netzteil statt Batterien. 
Jetzt noch eine Frage: Was spricht gegen die Verwendung von einem 
Neodymmagneten als Anker? Ich kann mir nicht vorstellen, dass ich den 
mit meinen geringen Strömen umpolen oder 'löschen' kann. Dann könnte 
vielleicht ein einfacher Spulenaufbau, ohne 'Topf', die gleiche 
'Anschlagsdynamik' bringen?
Grüße von tschoeatsch

von Udo S. (urschmitt)


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Michael Kirch. schrieb:
> doch deren geringer Hub der Anker sind nicht sehr bastelfreundlich.

Das Hebelgesetz ist der Freund des Mechanikers.

von Michael K. (tschoeatsch)


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Udo Schmitt schrieb:
> Michael Kirch. schrieb:
>> doch deren geringer Hub der Anker sind nicht sehr bastelfreundlich.
>
> Das Hebelgesetz ist der Freund des Mechanikers.

Schon,aber pfriemel mal an ein Siemens-Klamm Relais, dessen Anker die 
Kontakte ca. 1,5mm (geschätzt) bewegt, einen Klöppel hin, der dann von 
unten an das Xylophon haut. Das ganze dann 11mal!

von peter_s (Gast)


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Michael Kirch. schrieb:
> Was spricht gegen die Verwendung von einem
> Neodymmagneten als Anker? Ich kann mir nicht vorstellen, dass ich den
> mit meinen geringen Strömen umpolen oder 'löschen' kann. Dann könnte
> vielleicht ein einfacher Spulenaufbau, ohne 'Topf', die gleiche
> 'Anschlagsdynamik' bringen?
> Grüße von tschoeatsch

Gar nichts. Ausser Faktoren wie Preis, Verfügbarkeit, ...

von Michael K. (tschoeatsch)


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Ja und erziele ich mit Magneten als Anker bei gleicher 
Selbstbauspulengüte mehr 'Schlagkraft' als mit Stahlanker?

von Jetzt (Gast)


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Waehrend das Magnetfeld proportional zum Strom ist, ist es die Kraft 
nicht ... Bei vorgegebener Geometrie stimmt das etwa, bis ein 
ferromagnetischer Werkstoff im Kreis saettigt.

von Schreiber (Gast)


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Michael Kirch. schrieb:
> Schon,aber pfriemel mal an ein Siemens-Klamm Relais, dessen Anker die
> Kontakte ca. 1,5mm (geschätzt) bewegt, einen Klöppel hin,

Daher nimmt man ja auch kein umgebasteltes Relais, sondern einen 
Hubmagneten. Der hat mindestens 5mm Hub und reichlich Kraft...

von Tek (Gast)


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Zwar keine Hilfe zur berechnung, aber schau mal hier:
http://www.nerdkits.com/videos/robotic_xylophone/

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