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Tipps für Elektromagnet gesucht
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schramberg



Anmeldedatum: 02.06.2006
Beiträge: 14

BeitragVerfasst am: Fr Jun 02, 2006 9:59 am    Titel: Tipps für Elektromagnet gesucht Antworten mit Zitat

Hallo Leute,

habe durch Zufall dieses Forum entdeckt und dachte mir, fragst du einfach mal, vielleicht kann dir ja jemand helfen.

Derzeit baue ich an einer Motorbremse für kleine Elektromotoren, die Bremse erfolgt durch Dauermagneten und mechanische Teile. Die Mechanik dient zur Distanz-Steuerung der Magneten. Sie ist für die Bauhöhe und die Größe der Maschine natürlich abträglich.

Eleganter wäre es, statt der Dauermagneten einen Elektromagneten einzusetzen. Die Bremswirkung (Wirbelstromprinzip) würde dann mit der Stromstärke des Magneten gesteuert.

Der Magnet müßte ca. einen Durchmesser von 50-60 mm haben, und innen müßte ein Durchlaß bleiben für die Welle, also ein ringförmiger Magnet/Spule.

Die elektrische Brems-Leistung dürfte pi mal Auge der Motorleistung der getesteten Motoren entsprechen, das wären bei 6-16 V max 25/35 A so um die 50 - 550 Watt.

Gibt es solche Magneten schon fertig zu kaufen? Oder Tipps oder Links für den Selbstbau?

Kann der Selbstbau so stattfinden, daß ich in einen Eisenring einfach Wicklungen einlege und die Drähte dann zur Spannungsquelle/Poti führe?

Wäre für Hinweise dankbar.

MfG Schramberg
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Andi



Anmeldedatum: 05.04.2004
Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 12:04 am    Titel: Antworten mit Zitat

Es wäre sicherlich ratsamer die Wirbelstrombremse ähnlich einer Scheibenbremse beim Auto auszuführen, allein schon wegen des größeren Hebels.
Ausserdem bin ich mir nicht sicher ob es reicht den Leiter innerhalb des Magneten zu drehen um ausreichend Bremswirkung zu erzielen.
Selbstbau ist denke ich eine gute Lösung, Elektromagneten sind nicht besonders kompliziert aufgebaut.
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schramberg



Anmeldedatum: 02.06.2006
Beiträge: 14

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 11:16 am    Titel: Antworten mit Zitat

Andi hat Folgendes geschrieben:
Es wäre sicherlich ratsamer die Wirbelstrombremse ähnlich einer Scheibenbremse beim Auto auszuführen, allein schon wegen des größeren Hebels.
Ausserdem bin ich mir nicht sicher ob es reicht den Leiter innerhalb des Magneten zu drehen um ausreichend Bremswirkung zu erzielen.
Selbstbau ist denke ich eine gute Lösung, Elektromagneten sind nicht besonders kompliziert aufgebaut.


Danke erstmal für die Antwort. Ich bin Mechaniker, kein Elektriker, das stelle ich immer wieder fest. Smile

Mit dem Elektromagneten hab ich mich wohl nicht klar ausgedrückt. Der Elektromagnet steht, da dreht sich nichts. Was sich dreht, ist die Welle, auf der eine Scheibe sitzt. Wird in der Scheibe ein elektromagnetisches Feld induziert, wird die Welle gebremst. Dieses Feld kann man mit Dauermagneten (Neodym) erzeugen, wenn man sie näher an die rotierende Scheibe heranführt.

Daß es funktioniert, hab ich schon ausprobiert. Jetzt geht es drum, wie der Apparat am effektivsten gebaut werden kann, von den Abmessungen her. Ob man das Magnetische Feld besser am Außenrand positioniert, wer weiß, vielleicht ist das ja auch egal, oder ob die Scheibe dicker oder dünner oder größer oder kleiner sein muß, darüber habe ich im Internet nichts gefunden. Die wenigen, die das machen, verwenden PC-Festplatten, das sind ganz dünne Alu-Scheiben, mit dem fraglichen Argument, die wären vibrationsfrei. Dabei muß man das sowieso nachdrehen, denn die sitzen ja auf der Welle nicht so wie im PC. Wenn ich dann höre, die Bohrung erweitern, dann sträuben sich mir schon die Haare ... Bohrungen kann man nämlich so und so erweitern, ganz sicher aber besser nicht so, daß man die aufbohrt. Shocked

Was ich darüber gefunden habe, ist eher, wie es nicht funktioniert, von verschiedenen Unis, die ihre Studenten mit solchen Versuchen belästigen ... Wink Wenn man die Bleche schlitzt, kann sich kein elektromagnetische Feld aufbauen, also benötigt man als erstes mal eine räumlich zusammenhängende Metallfläche aus Alu oder Kupfer, sonst geht es nicht.

Nähere Infos dazu habe ich nicht gefunden. Die Wirbelstrombremsen sind mengenmäßig am meisten bei den Heimtrainern vertreten, aber zur Konstruktion erfährt man nichts. Daher selbst ausprobieren. Ich bau gerade einen Prüfstand, wo man verschiedene Scheiben aufsetzen kann. Möglicherweise haben dickere Scheiben bessere Bremswirkung, möglicherweise auch nicht. Denkbar wäre statt Scheibe auch ein Alu-Zylinder, um den herum die Magneten sitzen. Der optimale Sitz der Magneten wäre auch noch ein ungelöstes Problem.

Die Scheibe den großen Nachteil, daß sie viel Bau-Breite erfordert. Das ganze sitzt in einem abgeschlossenen Gehäuse, was aus dem Vollen gedreht wird, die Baubreite vernichtet also richtig Material. Verstellbare Magneten erfordern mechanische Teile, und je mehr verstellbar ist, umso mehr klappert die Kiste. Außerdem ist es nicht elegant, wenn man die Bremswirkung mit der Hand regulieren muß. Ein Regler wäre da schon viel feiner. Wink

Mein Verdacht ist: das Hauptproblem mit dem Elektromagneten könnte die Stromstärke sein. Wenn die identisch sein sollte mit der abzubremsenden Motorleistung, müßten um 500 Watt Bremswirkung zu bringen bei 12 Volt satte 40 Ampere durchlaufen. Das bringt mein Trafo aber nicht, abgesehen davon erinnert das sehr an eine Herdplatte ... Wink

Mit zwei parallel geschalteten Autobatterien wären es immerhin noch 20 Ampere, geht man dann bis 0,75 KW Bremsleistung, 30 Ampere. Dazu müßte man erstmal einen Regler finden, bei Conrad.de ist bei 5 Amps Ende der Veranstaltung.

MfG Schramberg
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Andi



Anmeldedatum: 05.04.2004
Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 2:05 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hm, so läuft der Hase, Gleichstrommotoren.

Du sagst das das kleine Motoren sind, dann wäre folgender Versuch für dich sehr interessant: den Motor vom Strom trennen und die beiden Anschlüsse (vom Motor, nicht von der Stromquelle) kurzschließen.
Der Motor wirkt, wenn er sich frei dreht, wie ein Generator und erzeugt aus der Drehbewegung einen Stromfluss.
Wenn man den jetzt kurzschließt (also maximale Last für den generator) dann braucht sich die Energie in der Drehbewegung sehr schnell auf und der Motor wird langsamer.
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schramberg



Anmeldedatum: 02.06.2006
Beiträge: 14

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 2:52 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Andi hat Folgendes geschrieben:
Hm, so läuft der Hase, Gleichstrommotoren.

Du sagst das das kleine Motoren sind, dann wäre folgender Versuch für dich sehr interessant: den Motor vom Strom trennen und die beiden Anschlüsse (vom Motor, nicht von der Stromquelle) kurzschließen.
Der Motor wirkt, wenn er sich frei dreht, wie ein Generator und erzeugt aus der Drehbewegung einen Stromfluss.
Wenn man den jetzt kurzschließt (also maximale Last für den generator) dann braucht sich die Energie in der Drehbewegung sehr schnell auf und der Motor wird langsamer.


Andi, danke für die Antwort, aber das Thema geht anders: Motor-Leistungsprotokoll.

Gemessen werden Lastspannung, Strom und Drehmoment. Das fängt so an: der Motor läuft ungeregelt mit Leerlaufspannung zzgl. Rollwiderstand des Apparats auf max. Drehzahl bei kleinem Strom, sagen wir mal 40.000 U/min bei 1,5 Ampere.

Damit der Motor von der Leerlaufdrehzahl herunterkommt, muß er gebremst werden, und zwar nicht, indem man ihm den Saft wegnimmt, sondern der soll ungeregelt volle Pulle weiterlaufen, was er eben kann.

Beim Bremsen steigen die Amps mit abnehmender Drehzahl bis Herstellerangabe, wenn also MAX 15 Amps draufstehen, muß man die Bremse lösen, wenn die erreicht sind, oder man hat mal ´n Motor gehabt.

Multipliziert mit der bei MAX Amps anliegenden Lastspannung hat man dann die elektrische Eingangsleistung bei Höchstleistung (nach Hersteller-Angaben, wieviel man noch rauskitzeln kann, andere Frage). Die Ausgangsleistung errechnet sich nach dem übertragenen Moment in Verbindung mit der dann anliegenden Drehzahl. Und aus dem Quotienten von beiden in Watt hat man dann den Wirkungsgrad.

Ist bei Gleichspannung ja alles sehr einfach zu rechnen.

Ist nur nicht ganz einfach zu messen. Was für Mechaniker. Wink

Man darf ihm also nicht den Strom wegnehmen, man muß vollen Strom reinpumpen und ihn dabei bremsen, damit er Leistung rausrückt.

Wie gesagt, so klein gebaut wie möglich. Pocket-Version. Dazu müßte man natürlich wissen, wo ich ja gerade dran bin, wie man das elektromagnetische Feld am besten Induziert. Kleine dicke Scheiben oder große dünne oder Zylinder und wie man die Magneten am besten anordnet. Bzw., aus obigen Gründen, vielleicht statt Dauermagneten besser E-Magnet-Spule.

Zu der stell ich mir vor: isolierten Kupferdraht eng gewickelt in einer Eisenhülse, ausgegossen mit Harz. Das ganze schwimmt im Ölsumpf dürfte aber bei 20 oder 30 Amps soviel Temperatur annehmen, daß sowohl die Isolierung wie auch das Harz dahinschmelzen ... möglicherweise. Oder dicke Drähte und sehr hohe Spannung, um die Amps in den Keller zu kriegen. Womöglich dann noch die 3. Autobatterie parallel schließen??? Wink

Wenn jemand an sowas schon mal gebastelt hat, Hinweise wären jetzt hilfreich.




MfG Schramberg


Zuletzt bearbeitet von schramberg am Sa Jun 03, 2006 4:52 pm, insgesamt einmal bearbeitet
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Andi



Anmeldedatum: 05.04.2004
Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 3:14 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Achso, sag doch das du nen Motorenprüfstand willst.
Warum muss der dann in einem massiven Gehäuse untergebracht werden?
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schramberg



Anmeldedatum: 02.06.2006
Beiträge: 14

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 3:59 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Andi hat Folgendes geschrieben:
Achso, sag doch das du nen Motorenprüfstand willst.
Warum muss der dann in einem massiven Gehäuse untergebracht werden?


Tja, gute Frage. Ohne dem wär es nämlich viel schneller gebaut.

*abgesehen von dem Sicherheitsaspekt, daß man wo rumfummelt, wo ungeschützt Scheiben mit 20.000-40.000 U/Min. laufen ... ist zwar nicht die Leistung drin von einer FLex aber trotzdem ... *

Problem Nr. 1: Wohin geht die Energie, wenn man einen 500 Watt Motor magnetisch ausbremst? Antwort: Das ist exakt dasselbe, als wenn man einen 500 Watt Heizsieder in Betrieb hat.

Da hilft auch nicht, wie ich schon gesehen habe, daß man den ganzen Tisch voller Lüfter stellt. Abgesehen davon, daß die Lüfter sowie nix bringen, stört mich der Tisch. Man kann nicht für jeden Sch... einen ganzen Tisch belegen.

Problem Nr. 2: Daher, wegen der Ausmaße: Wie kriegt man es auf kleinstem Raum unter? Wie kriegt man den ganzen Apparat so klein, daß er in die Westentasche paßt?

Antwort: Alles muß im Ölbad schwimmen.

Ölbad ist ohne Gehäuse nicht zu haben. Ein öldichtes Gehäuse mit durchlaufender Welle erschwert nicht nur den Aufwand, sondern auch die Konstruktion ganz schön, man muß da voll umdenken.

Dritter Punkt wäre womöglich, daß alle Kugellager-Hersteller solche Drehzahlen nur mit Ölbad angeben. Ob ein voll gekapseltes Kugellager -> 2Z<- das ohne Ölbad bringt, weiß ich nicht. DAS sind 40.000 U/min. Da werden die Hersteller sehr schweigsam. Womöglich würde sich die Fettschmierung auflösen, Kugellager festlaufen. Daher also ohne "2Z" gleich ins Bad. 2Z = zwei Stahldichtscheiben. Dem ist aber bei wirklicher Temperatur nicht zu trauen, ich kann es mir nicht vorstellen, wie die die Schmierung wirklich zurückhalten wollen.

Mine Drehbank hat ein 100er Futter. Von dem muß ich rückwärts rechnen: 3 Gewindehülsen übereinander und innen drin die Scheibe, bleibt für die Scheibe höchstens 55 mm.

Mit dem Elektromagneten allerdings wär die 3. Hülse überflüssig (=die die Dauermagneten zustellt). Spart mir dann 12 mm in der Breite und das Material und den Arbeitsaufwand. Plus das, was man womöglich spart, je nachdem, was die Versuche mit verschiedenen Scheiben ergeben.

Wenn das mit E-Magnet funktionieren würde, wäre das alles konstruktiv viel einfacher.

Bevor man allerdings dafür auf Verdacht ein neues Gehäuse herstellt, müßte man irgendwie eine Vorstellung haben, wie der aussehen müßte, Größe, Leistung und so weiter.


MfG Schramberg
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Andi



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BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 6:16 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Also muss das nur auf kleinsten Raum weil alles in ein kleines Gehäuse mit Ölbad soll?

Warum nicht den guten, alten Mechanischen Prüfstand mit Reibbremse und Federwaage?
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schramberg



Anmeldedatum: 02.06.2006
Beiträge: 14

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 6:41 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Andi hat Folgendes geschrieben:
Also muss das nur auf kleinsten Raum weil alles in ein kleines Gehäuse mit Ölbad soll?

Warum nicht den guten, alten Mechanischen Prüfstand mit Reibbremse und Federwaage?


Tja,

darauf gibt es viele Antworten.

Familienfrieden, kein Prüfstand mit Reibbremse, der die Küche blockiert. Wink

Zweitens daß


............... pssssssssssssssssst.................

.............. nicht weitersagen ....................

alles RS232 Schnittstelle. Muß alles synchron in den PC rein.

Allerdings daß im Internet von quasi Divas also von selbsternannten Experten apodiktisch verkündet wird, die Handbremse würde zuviel Hitze entwickeln ... da muß man denen auch mal auf die Finger hauen. Einen 500 W Motor mit Handbremse abzubremsen, das ist doch wohl lächerlich. Umso mehr, als die Wirbelstrombremse mindestens genausoviel Hitze entwickelt.

Den stoppe ich mit einem Handschuh! Wollen die aber nicht hören. SIE haben mich gesteinigt.

Seitdem habe ich keine Lust mehr, zu dem Thema was zu sagen. Wink


Zuletzt bearbeitet von schramberg am Sa Jun 03, 2006 6:51 pm, insgesamt einmal bearbeitet
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Andi



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Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 6:50 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Wieso nix Handbremse?
Wie ich schon sagte, eine Wirbelstrombremse hat kein definiertes Bremsmoment, wenn sich die Scheibe schneller dreht wird sie stärker gebremst, der Bremsmagnet nimmt wärenddessen die gleiche Leistung auf.

Muss ja keine Bremsscheibe ausm Auto sein, denke so ne kleine Fahrradbremse mit Handbetätigung tuts auch, den Bremssattel um die Welle drehbar gelagert, am Bremssattel eine Waage bzw. eine Druckmessdose (ums per PC auswertbar zu machen) befestigt und paralell dazu die Stromaufnahme des Motors aufzeichnen, fertig ist der Prüfstand für ein- und Ausgangsleistung.
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schramberg



Anmeldedatum: 02.06.2006
Beiträge: 14

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 6:55 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Andi hat Folgendes geschrieben:
Wieso nix Handbremse?
Wie ich schon sagte, 1.) eine Wirbelstrombremse hat kein definiertes Bremsmoment, wenn sich die Scheibe schneller dreht wird sie stärker gebremst, der 2.) Bremsmagnet nimmt wärenddessen die gleiche Leistung auf.

Muss ja keine Bremsscheibe ausm Auto sein, denke so ne kleine Fahrradbremse mit Handbetätigung tuts auch, den Bremssattel um die Welle drehbar gelagert, 3.) am Bremssattel eine Waage bzw. eine Druckmessdose (ums per PC auswertbar zu machen) befestigt und paralell dazu die Stromaufnahme des Motors aufzeichnen, fertig ist der Prüfstand für ein- und Ausgangsleistung.


1.) ja

2.) weiß nicht, eher nicht.

3.) Am Bremssattel eine Waage? Wie das? Eine RS232-Waage ist ungefähr 20x25x15 Zentimeter groß und kann die Kraft nur von oben. Sie ist ein Monster, was jeden Motorprüfstand ruiniert, schon allein vom Design her.

Druckmeßdose? Hast du mal eine Skizze dazu?


MfG Schramberg
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Andi



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BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 7:17 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Jetzt muss es auch noch gut aussehen... Wink

Um das mal zusammenzufassen:
Um am PC ein fertiges Protokoll mit Messdaten zu erhalten braucht man vier Messwerte:
Eingangsseitig Strom und Spannung.
Ausgangsseitig Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit.

Wie willste denn das alles erfassen?
Wie gesagt, man kann aus der aufgenommenen Leistung des Elektromagneten nicht auf den Drehmoment schließen.
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schramberg



Anmeldedatum: 02.06.2006
Beiträge: 14

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 7:23 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Andi hat Folgendes geschrieben:
1.) Jetzt muss es auch noch gut aussehen... Wink

Um das mal zusammenzufassen:
Um am PC ein fertiges Protokoll mit Messdaten zu erhalten braucht man vier Messwerte:
2.) Eingangsseitig Strom und Spannung.
3.) Ausgangsseitig Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit.

4.) Wie willste denn das alles erfassen?
5.) Wie gesagt, man kann aus der aufgenommenen Leistung des Elektromagneten nicht auf den Drehmoment schließen.



1.) Ja klar! Wink

2.) Falsch! Du hast die Drehzahl vergessen! Plus, du hast das Moment vergessen, denn:

3.) Wie willst du Drehmoment ausgangsseitig bestimmen, wenn du eingangsseitig keine Meßwerte hast?

4.) Durch entsprechende Meßgeräte: RS232

5.) Die Profis im Automobilbau machen es so. Für den Hobby-Bereich ab er zu kompliziert.

MfG Schramberg
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Andi



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BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 7:27 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Welche Drehzahl? Elektromotoren nehmen nur Strom auf und geben Drehmoment ab.

Man könnte sicherlich aus Drehzahl und Magnetfeldstärke das Drehmomment zurückrechnen, ist aber viel zu aufwendig, wie du schon sagtest.

Frühere Messtände arbeiten genau so wie ich das oben vorgeschlagen habe, entweder mit einer Wirbelstrombremse oder als Wasserwirbelbremse.
Jedenfalls wird an der Bremse selbst ein Hebel befestigt und gemessen welche Kraft die Bremse ausübt, so erhält man sein Drehmoment und zusammen mit der Winkelgeschwindigkeit seine Leistung.
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schramberg



Anmeldedatum: 02.06.2006
Beiträge: 14

BeitragVerfasst am: Sa Jun 03, 2006 7:49 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Andi hat Folgendes geschrieben:
Welche Drehzahl? Elektromotoren nehmen nur Strom auf und geben Drehmoment ab.

Man könnte sicherlich aus Drehzahl und Magnetfeldstärke das Drehmomment zurückrechnen, ist aber viel zu aufwendig, wie du schon sagtest.

Frühere Messtände arbeiten genau so wie ich das oben vorgeschlagen habe, entweder mit einer Wirbelstrombremse oder als Wasserwirbelbremse.
Jedenfalls wird an der Bremse selbst ein Hebel befestigt und gemessen welche Kraft die Bremse ausübt, so erhält man sein Drehmoment und zusammen mit der Winkelgeschwindigkeit seine Leistung.


Die Leistung des Motors

abgabeseitig

wird bestimmt aus dem Moment der Welle in Newton-cm/M, kann aber nicht errechnet werden ohne Kenntnis der Drehzahl.

Dazu sind die elektrischen Daten sogar ohne Belang, man kann den Motor als eine mechanische = nichtelektrische Maschine betrachten, er liefert ja eine Kraft ab wie ein Ochse, und wie die Kraft da reinkommt, ob durch Strom oder Weizenkleie, ist ausgangsseitig egal. Beim Ochsen kommt die tatsächlich gelieferte Kraft eher von der Weizenkleie.

Die elektrischen Daten (=Eingangsleistung) im Vergleich zu der mechanischen Leistung (=Ausgangsleistung an der Motorwelle) dienen lediglich der Bestimmung des Wirkungsgrades.

Man benötigt eingangsseitig:

Lastspannung (Volt)
Stromstärke (Ampere)
= Eingangsleistung in Watt

Ausgangsseitig:

Drehzahl (U/Min)
Moment (in Newton, abhängig vom Hebelarm umzurechnen)

Aus Moment und Drehzahl errechnet sich das Drehmoment und die Leistung der Motorwelle in Watt.

Der Trick ist, dem Motor mechanisch sauber das Moment abzunehmen ohne Meßfehler. Das Moment ist die auf den Motorkörper reziprok zur Wellenbewegung wirkende Kraft. Das ist mechanisch einigermaßen anspruchsvoll. Daher macht´s ja auch Spaß, das zu optimieren.

Von großen, tischübergreifenden Hobby-Versuchsapparaturen habe ich schon genug gesehen, das imponiert mir nicht. Ich will das ja optimieren, und es funktioniert ja. Meine Prototypen sind ca. 80 mm im Umfang und Wellenlänge ca. 150 mm, die kann man in die Westentasche packen und sie leisten das, was eine riesengroße Tisch-Apparatur leisten könnte, viel besser: sie werden wegen Ölbad nicht warm. Natürlich, die Testmotoren, die können verrauchen. Die sind ja ohne Kühlung. Nicht aber der Apparat.

Meine Idee ist jetzt: wie könnte ich den Apparat, unter Verwendung eines Elektromagneten, noch kleiner bauen? Daher war ja die Frage gedacht, was man sich unter einem Elektromagneten an Kenndaten vorstellen muß. Leider bisher noch keine Antwort, aber so eilig ist es ja nicht ... Wink

Man kann sich noch vieles vorstellen, wenn man erst mal von der Festplatten-Scheiben-Masche wegkommt: Eine T-Förmig gedrehte Scheibe, mit Außenrand, wo außen die Stator-Magneten sitzen. Dann müßte man vielleicht weder E-Magnet machen noch Mechanik, er bremst sich durch die Drehzahl von alleine.

Dummerweise nur, solange man nichts drüber liest, muß man das alles selbst probieren. Daher also: Tipps und Links zum Thema willkommen.



MfG Schramberg
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