Physik Forum

[Kay]

Hallo,

ich bin Informatiker mit ein paar rudimentären Kenntnissen in Elektrotechnik. Letztere reichen leider nicht aus um mir folgende Frage zu beantworten:

Wie wird ein im Innern einer Spule in Längsrichtung der Spule frei beweglicher ferromagnetischen (z.B. Eisen) Kern ausgelenkt, wenn die Spule mit Wechselstrom versorgt wird?
Es handelt sich genau genommen um die Spule einer Schwingkolbenpumpe (oder Vibrationspumpe) so wie sie in Kaffeeautomaten eingesetzt werden. Als Kern der Spule dient dabei der Pumpkolben. Dieser Kern ist etwa halb so lang wie die Spule, aber im Durchmesser passgenau zum Innendurchmesser der Spule. Der Kern kann sich dabei nur im Innern der Spule bewegen.
Normalerweise wird bei einer solchen Spule nur eine der beiden Netzhalbwellen der Versorgungspannung zur Auslenkung in eine Richtung (z.B. die Ansaugrichtung) genutzt. Die andere Netzhalbwelle wird mittels einer vorgeschalteten Diode gesperrt, so dass eine am Kolben befestigte Rückstellfeder den Kolben wieder in die entgegengesetzte Richtung befördern kann. Was passiert, wenn man die Diode weglässt?
Mir ist klar wie die Anziehung zw. Magnet und ferromagnetischem Körper funktioniert, wenn beide von einander räumlich getrennt sind, wie z.B. bei einem Dauermagneten und dem Kühlschrankgehäuse Da spielt es keine Rolle ob sich die Polung des Magneten ändert. Der ferromagnetische Körper wird immer angezogen, da sich seine Polung entsprechend mit ändert. Was passiert aber, wenn der ferromagnetische Körper sich im Innern eines homogenen magnetischen Feldes befindet (eben im Inneren der besagten Spule)? Was passiert insbesondere, wenn sich die Polung der Spule aufgrund einer Wechselspannungsversorgung immer wieder ändert? Wohin bewegt sich der Körper, bzw. der Kolben?

Ich hoffe jemand kann mir etwas auf die Sprünge helfen. Schon mal vielen Dank im Voraus.

VG,

kay.

[Frank]

Es hängt davon ab, ob das System in Resonanz gearbeitet hat (wovon ich ausgehe). Dabei ist die Anregungsfrequenz (Frequenz der Halbwellen) gleich der Eigenfrequenz des Feder-Massesystems.

Vermutlich würde dann einerseits die Frequenz des Kolbens verdoppelt, was dann andererseits nicht mehr zum Feder-Masse-Schwingsystem passt. Damit würden die Ausschläge (bei doppelter Frequenz) wohl viel geringer ausfallen, der Kolben also fast stehenbleiben.


Durch das nun anliegende magnet. Wechselfeld und die höhere Frequenz würden vermutlich auch die Magnetisierungsverluste steigen und damit der Kolben stärker erwärmt.

[Fritz]

Wie Frank schon sagte: der Eisenkern wird durch Strom in der Spule (egal welche Polarität) zur Mitte gezogen. Soo homogen ist das Feld dieser Spule nämlich nicht.

Das da eine Diode drin ist kann ich mir nicht vorstellen. Das würde ja zu einem Gleichstromanteil in der Spule führen was den Kern in die Sättigung treiben würde was wiederum die Kraftwirkung stark vermindern würde.

Bist du sicher dass das ein Diode ist?

Warum willst du deine Kaffeemaschine hacken ?

mfg Fritz

[Frank]

[Kay]

Hallo Fritz, hallo Frank,

erstmal herzlichen Dank für die schnellen und hilfreichen Antworten.

[Fritz]

[Kay]

Hallo Fritz,

Vielen Dank für die anschauliche Erklärung. Das bedeutet also, dass der Koben wenn Strom an die Spule gelegt wird, aus seiner durch die Kraft der Rückstellfeder bedingten 'Ruhelage' an einem Ende der Spule in Richtung Spulenmitte gezogen wird, weil dort das Magnetfeld innerhalb der Spule am energiereichsten ist und dort entsprechend durch den ferromagnetischen Körper des Kolbens etwas minimiert werden könnte. Dadurch wäre die Gesamtenergie des Magnetkreises in diesem System dann am geringsten, da außer dem beweglichen Kolbens in der Spule nichts anderes durch die Kraft des Magnetfelds verändert werden könnte um die Energie zu minimieren. Ohne Rückstellfeder würde dann die Spule mit mittig gelagertem Kolbe/Kern ein sog. stabiles System bilden, oder?

Ich werde mir auf jeden Fall nochmal die B- und H-Felder genauer anschauen

Vielen Dank nochmal,

Grüsse,

kay.