Metallverformung durch Kurzpulsmagnetfelder

Spulen und Formapparaturen

1.Anwendung zum Metallstanzen und Verformen von Blechen

1.1 Aufbau der Spulen
Um die Leistungsfähigkeit der Kondensatorbank zu überprüfen wurden 3 verschiedene Flachspulen gewickelt, die als Arbeitsspulen direkt an die "Kombinierte Kondensatorbank" (siehe Aufbau bzw. Methodik) angeschlossen werden können. Die Spulen können so zum Verformen und Stanzen von Aluminiumblechen benützt werden. Alle drei Spulen sind schneckenartig mit 6mm2 starkem Installationsdraht gewickelt und haben einen Außendurchmesser von 15,5 cm. Flachspule 1 (FL1) ist einlagig, d.h. radial von innen nach außen schneckenartig gewickelt.

Die zweilagige Flachspule 2 (FL2) ist von außen nach innen und anschließend auf der Oberseite wieder zurück nach außen gewickelt. Bei der FL3 wurde handwerklich wie bei FL2 verfahren, jedoch dann als dritte Lage wieder erneut nach innen gewickelt.
Um eine ausreichende Stabilität zu erreichen habe ich alle Wicklungen mit Kabelbindern fixiert und in Multiplex- Holzplatten eingepasst.
Die Verwendung von Multiplexplatten erwies sich aus Stabilitätsgründen als absolut notwendig, da andere Holzbretter, wie z.B. Tischlerplatten den Kraftstößen nicht standhalten können.

1.2 Die Spulenunterlage
Aufgrund mehrerer „Zertrümmerungen der Spulenunterlagen“ musste ein geeignetes Unterlagenmaterial für die Spulen gefunden werden. Schließlich wurde ein Betonbloch gegossen, der aufgrund seines großen Gewichts (ca.30 kg) und der Stabilität bestens geeignet scheint die mechanischen Impulse abzudämpfen.

Gießen des Betonblock in Negativform		getrockneter Betonblock		fertiger Betonblock mit aufgelegter Flachspule

2.Anwendung für die elektromagnetische Dosenzerquetschung

Für diese Anwendung (genauere Details siehe Methodik) wurden Spulen mit unterschiedlichen Windungszahlen gewickelt und innen mit herkömmlichen Alu-Dosen bestückt. Da sich das während der Kondensatorentladung aufbauende Magnetfeld gleichmäßig auf den runden Luftraum zwischen Spule und Dose beschränkt (siehe Theorie), ergeben sich in der Dose betragsgleiche nach innen gerichtete Radialkräfte.
Die Quetschspule hingegen wird radial nach außen hin belastet.
In der Fachliteratur findet man eine Vielzahl empirischer Formeln um die Induktivität kurzer Zylinderspulen zu berechnen. Die in der Schulphysik herkömmliche Formel

ist zur Berechnung der Induktivität hier ungeeignet! Bei dieser Formel wird von einer unendlichen Spulenlänge ausgegangen. Will man jedoch einen realistischen Induktivitätswert berechnen, so muss man das Ergebnis mit einem sog. Korrekturfaktor multiplizieren. Dieser ist in entsprechenden Tabellen in der Fachliteratur nachschlagbar und hängt von dem jeweiligen Verhältnis von Spulendurchmesser/Länge ab.
Im "Taschenbuch der Physik" (Stöcker, Verlag Harri Deutsch, 1998) ist eine Formel für "kurze Spulen" beschrieben, die sehr realistische Werte liefert:

Die genauen Werte der jeweiligen Spuleninduktivität sind jedoch am besten durch Messungen ermittelbar. In folgender Tabelle sind Messungen mit einem LCR-Messgerät dargestellt.