Ph 10

Umwelt und Technik

Waltenhofen'sches Pendel - Wirbelstrombremse

Ein Aluminiumring kann zwischen den Polschuhen eines Elektromagneten pendeln. Ist das Magnetfeld noch abgeschaltet, so ist die Pendelschwingung relativ ungedämpft. Schaltet man nun das Magnetfeld ein (rechte Animation), so wird das Pendel stark abgebremst.

Schwingt der Ring in den Elektromagneten so ändert sich das Magnetfeld welches den Ring durchsetzt, es nimmt zu.
Dadurch wird im Ring eine Spannung induziert, die einen Induktionsstrom verursacht.
Nach Lenz ist dieser Strom so gerichtet, dass er die Ursache seiner Entstehung zu hemmen sucht. Er fließt also so, dass er ein Magnetfeld bewirkt, das dem des Elektromagneten entgegengerichtet ist (der Induktionsstrom "versucht" den ursprünglichen - feldfreien - Zustand herzustellen).
Der Ring stellt nun einen stromdurchflossenen Leiter dar, der sich zum Teil im Feld des Elektromagneten befindet. Nach der UVW-Regel der rechten Hand wirkt auf ihn eine Kraft entgegen der Bewegungsrichtung, der Ring wird abgebremst.

Befindet sich der Ring vollständig im Magnetfeld so wirkt auf ihn keine Kraft, da sich das Magnetfeld welches den Ring durchsetzt nicht ändert.

Schwingt der Ring aus dem Elektromagneten so ändert sich das Magnetfeld welches den Ring durchsetzt, es nimmt ab.
Dadurch wird im Ring eine Spannung induziert, die einen Induktionsstrom verursacht.
Nach Lenz ist dieser Strom so gerichtet, dass er die Ursache seiner Entstehung zu hemmen sucht. Er fließt also so, dass er ein Magnetfeld bewirkt, das dem des Elektromagneten gleich gerichtet ist (der Induktionsstrom "versucht" den vorangegangenen Zustand: "Magnetfeld durch Ring" wieder herzustellen).
Der Ring stellt nun wieder einen stromdurchflossenen Leiter dar, der sich zum Teil im Feld des Elektromagneten befindet. Nach der UVW-Regel der rechten Hand wirkt auf ihn eine Kraft entgegen der Bewegungsrichtung, der Ring wird weiter abgebremst.

Anstelle des Aluminiumrings kann man eine volle Kupfer- oder Aluminiumplatte als Pendelkörper verwenden. Auch hier werden Ströme (Wirbelströme) im Metall induziert, die Schwingung wird sehr schnell gestoppt, sowie man das Magnetfeld über den Schalter des Netzgeräts einschaltet. Ist dagegen die Metallplatte mit Sägeschlitzen versehen, so ist die Dämpfung wesentlich geringer, da sich die Wirbelströme nicht so gut ausbilden können.

Die nebenstehende Animation zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Wirbelstrombremse. Eine rotierende Metallscheibe kann abgebremst werden, wenn sie - wie skizziert - von einem Magnetfeld durchdrungen wird (hier Magnetfeld in die Schirmebene). In der Metallscheibe entstehen Wirbelströme. Der stromdurchflossene Leiter erfährt dann durch das äußere Magnetfeld eine bremsende Kraft.

Je kleiner die Rotationsgeschwindigkeit wird, desto geringer werden auch die Wirbelströme.

zur Übersicht

zur Materialseite