Elektrische Maschinen Teil: 1 u. 2

Prof. Dr.-Ing. E. Nolle 1-9 Elektrische Maschinen
1.4 Magnetischer Kreis
1.4.1 Materie im Magnetfeld
Nach dem Durchflutungsgesetz ist jeder Strom untrennbar mit einem Magnetfeld verbunden. Ohne
besondere Maßnahmen sind diese Felder in der Regel aber klein und für technische Zwecke
ungeeignet. So erzeugt z. B. ein linienförmiger Gleichstrom von I = 20 A im Abstand r = 10 cm die
magnetische Flussdichte B = 40 μT, was nur etwa dem Wert des Erdmagnetfeldes in Deutschland
entspricht. Daher lassen sich bei vielen praktischen Anwendungen erst durch weitgehendes Ausfüllen
des Magnetkreises mit sog. ferromagnetischen Stoffen technisch brauchbare Felder realisieren.
Zu diesen ferromagnetischen Stoffen gehören in erster Linie
Eisen, Kobalt und Nickel,
wobei aus Preisgründen dem Eisen die größte Bedeutung zukommt.
Untersucht man das Verhalten der Stoffe im Magnetfeld, so ergeben sich grob drei Gruppen:
1. Diamagnetische Stoffe mit μr < 1
d. h. diese Stoffe schwächen das Magnetfeld gegenüber dem Wert in Vakuum ab.
Die Abweichung ist aber minimal und beträgt selbst bei Wismut lediglich 0,17 %.
2. Paramagnetische Stoffe mit μr > 1
d. h. diese Stoffe verstärken zwar das Magnetfeld, wobei dieser Verstärkungseffekt mit kleiner 1 %
für technische Zwecke aber ebenfalls vernachlässigbar ist.
3. Ferromagnetische Stoffe mit μr >>1
d. h. sie verstärken das Magnetfeld um Größenordnungen
(Größtwert: μr = 3,8⋅10 6 bei einem 3%-SiFe-Einkristall).
Bei technischen Anwendungen rechnet man für Eisenwerkstoffe etwa mit μr ≈ 1000.
Da ferromagnetische Stoffe in der Regel auch gute elektrische Leiter sind, können sie nur bei kleinen
Abmessungen bzw. bei zeitlich konstanten Feldern als Massivteile eingesetzt werden.
Bei Betrieb mit Wechselflüssen müssen die Magnetkerne lamelliert, d.h. aus dünnen, isolierten
Einzelblechen geschichtet werden.
Entsprechend ihrer großen Bedeutung sind diese sog. Elektrobleche in separaten Normen beschrieben
und dabei grob nach der Art der Herstellung eingeteilt in
schlussgeglühte bzw. nicht schlussgeglühte Bleche.
Untergruppen: nicht kornorientiert kornorientiert legiert unlegiert
Norm: EN 10 106 EN 10 107 EN 10 165 EN 10 126
Kennbuchstabe: A N (S,P) E D
Innerhalb der einzelnen Gruppen sind die Bleche nach den maximal zulässigen spezifischen
Eisenverlusten klassifiziert. So kennzeichnet
M 530 − 50
A
Kennbuchstabe für nicht kornorientiertes Elektroblech im schlussgeglühten
Zustand
das Hundertfache der Dicke in mm
das Hundertfache der maximal zulässigen spezifischen Eisenverluste in W/kg bei
sinusförmiger Induktion mit B = 1,5 T (bei Sondergüten S u. P: 1,7 T) und f = 50 Hz
Kennbuchstabe für Elektroblech
ein typisches Elektroblech zum Einsatz bei Kleinmotoren aller Art.
Für genauere Betrachtungen sind jedoch die konkreten Verlust- und Magnetisierungskennlinien
erforderlich, die in Bild 1.10 auszugsweise für die in Europa bevorzugten Gruppen der schlussgeglühten
Elektrobleche dargestellt sind.