Software: FEM - Tutorial - Magnetfeld - Wirkung kleiner Luftspalte

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Wirkung kleiner Luftspalte

Im angezogenen Zustand eines E-Magneten besteht häufig die Aufgabe, mit möglichst kleinem Strom eine ausreichende Haltekraft aufzubringen. Das wird unterstützt durch die stark nichtlineare Kennlinie F = f (s), welche zu einem steilen Anstieg der Magnetkraft für kleine Arbeitsluftspalte führt. Für obiges Diagramm wurde der Kraftverlauf bei i=0.2 A im Bereich des Arbeitsluftspalts von 10 µm ... 1 mm berechnet.

Bei angezogenem Anker existieren innerhalb unseres Magnetkreises insgesamt 3 kleine Luftspalte:

• Restspalt des Arbeitsluftspalts
• Führungsluftspalt zwischen Anker und Deckel;
• Luftspalt zwischen Magnet-Topf und Deckel.

Leider besitzen kleine Luftspalte innerhalb eines Magnetkreises die Eigenschaft, in ihrem magnetisch wirksamen Wert in Bezug auf ihren Nennwert eine große prozentuale Streuung aufzuweisen:

• Auch geschliffene Flächen besitzen noch Oberflächen-Profile mit Höhenunterschieden im µm-Bereich. Das folgende Bild zeigt den überhöhten 2½D-Scan einer geschliffenen, laminierten Polfläche:
  
• Aus diesem Gesamt-Scan zeigt das nächste Diagramm einen Schnitt:
  
• Zusätzlich bilden sich im Verlauf der Zeit auf den Oberflächen Korrosions- und Verschmutzungsschichten im µm-Bereich.
• Weiterhin sind die Oberflächen nicht exakt eben und orthogonal.

Es soll mit dem folgenden Experiment untersucht werden, in welchem Maße die Haltekraft des E-Magneten bei einem Strom i=0.2xx A von den Streuungen der Luftspaltwerte abhängt (xx=01..99 - Teilnehmer-Nummer). Dazu werden folgende Normalverteilten Streuungen angenommen:

• sAnker = 50 µm ±20 µm
• sDeckel = 20 µm ±10 µm
• sGleit = 80 µm ±20 µm

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