Levitation - Sheydin Design

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Elektromagnetische Levitation
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Dieses Verfahren
soll in dem System
Inductrack bei der
Magnetbahntechnik
eingesetzt werden.
Czochralski-Verfahren:
bezeichnet ein Verfahren
der Werkstofftechnik
zur Herstellung
von einkristallinen
Werkstoffen.
3.6. Magnetische Wechselfelder
Wenn ein Leiter von einem zeitlich ändernden magnetischen Feld durchsetzt
wird, werden in ihm infolge der Umlaufspannung Wirbelströme
induziert. Diese Wirbelströme verursachen ihrerseits ein magnetisches
Wechselfeld, dessen Wirkung dem ursächlichen Feld entgegengerichtet
ist d.h. die Felder stoßen sich ab. Es entsteht ein dem Magneten entgegen
gerichtetes magnetisches Feld. Leiter wie Kupfer und Aluminium
verhalten sich dadurch wie diamagnetische Substanzen. 58 Man nutzt
diesen Effekt für Antriebszwecke z.B. in der Antriebsscheibe eines
Wechselstromzählers oder zum Bremsen von mechanischen Bewegungen
etwa in der Wirbelstrombremse.
Um Levitation mit hochfrequenten magnetischen Wechselfelder zu erreichen,
können Leiter und Magnet unterschiedlich angeordnet werden:
• Schnell rotierender Magnet bzw. Leiter.
• Schnell sich relativ zueinander bewegter Magnet und Leiter.
• Ein Leiter, der sich im hochfrequenten Wechselfeld eines Elektromagneten
befindet.
• Eine Variante des Czochralski-Verfahrens, bei dem die Schmelze
des Materials aus dem Kristall gezogen wird und vom gleichen
elektromagnetischen Wechselfeld in Schwebe gehalten wird, das
sie erhitzt.
Um jedoch eine ruhende und stabile Schwebeposition zu erreichen,
kommt unter den verschiedenen Möglichkeiten zur Erzeugung dieses
Effekts ein hochfrequentes Wechselfeld eines Magneten infrage.
Es ist möglich zwischen Magnetfeld und Wirbelstrom ein stabiles
Gleichgewicht herzustellen, um einen Leiter in einem relativ stabilen Zustand
frei schweben zu lassen. Im mittleren Teil wird die Scheibe etwa
senkrecht vom magnetischen Fluss durchsetzt. Die dabei entstehenden
Wirbelströme kompensieren einen großen Teil ihres Gewichtes. Infolge
der Geometrie der Anordnung wird in den äußeren Teilen der Scheibe
nur ein geringer Teil der Gewichtskraft kompensiert. Bewegt sich die
Scheibe infolge einer Asymmetrie etwas weiter nach außen, so steigt
dort der magnetische Fluss, wodurch die Scheibe in die stabile Position
zurückgedrängt wird. Legt man eine zweite Aluminiumscheibe über die
erste, vergrößern beide Scheiben zusammen ihren Abstand zum Grund,
da ein größeres Gegenfeld aufgebaut werden kann. Die in Wirbelströme
ungewandelte magnetische Energie wird in den Aluminium-Scheiben
fast vollständig in Wärme umgesetzt. Die Entwicklung von Hitze ist deshalb
für einen dauerhaften Schwebezustand problematisch.
Wirbelstrom: Ringförmige
Ströme in
ausgedehnten Leitern,
die infolge einer elektromagnetischen
Induktion
hervorgerufen werden.
Abb. 43: Versuchsaufbau zu magnetischen Wechselfeldern
Abb. 44: Visualisierung der induzierten Wechselfelder
58 vgl. Zimmermann 2011, S.31