Wirbelstrombremse
Prinzip
Basiswissen
Bewegt sich ein elektrischer Leiter in einem inhomogenen äußeren Magnetfeld, so werden in dem Leiter Spannungen und in der Folge Wirbelströme induziert, die ihrerseits eigene, dem äußeren Magnetfeld gemäß der Lenzschen Regel entgegengesetzte Induktionsspannungen und damit wiederum ein eigenes Magnetfeld erzeugen, das die Platte schlussendlich abbremst (Lorentzkraft). Gleiches gilt, wenn umgekehrt die Quelle des äußeren Magnetfelds, z. B. ein Dauer- oder Elektromagnet, über eine elektrisch leitende Fläche, z. B. eine Eisenbahnschiene, bewegt wird – entscheidend ist lediglich die Relativbewegung zwischen Feld und elektrischem Leiter.
Fakten
- Die induzierten Ströme sind direkt proportional zur elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten Materials.
- Eine Kupferscheibe wird daher stärker abgebremst als eine baugleiche Stahlscheibe.
- Die größte Bremswirkung wird erzielt, wenn das Magnetfeld die bewegliche Scheibe senkrecht durchsetzt.
- Je größer der Luftspalt, desto kleiner ist die maximale Bremswirkung.
- Scheiben mit umfänglich kammförmiger Struktur oder Rissen weisen eine verringerte Bremswirkung auf.
- Je kleiner die Fläche unter dem Pol ist, desto geringer ist die Bremswirkung.
- Die Bremswirkung ist stark von der Relativgeschwindigkeit zwischen Feld und Scheibe abhängig.
- Je höher der durch den Magneten fließende Strom ist, desto stärker wird das Magnetfeld und damit die Bremskraft.
Einsatzgebiete
- Bremsen von z. B. Achterbahnen
- Bremsen von schnellen Zügen
Versuch
Man lässt einen starken Kugelmagneten durch eine Röhre aus Metall senkrecht nach unten fallen. Das Magnetfeld der Kugel wird im Metall Wirbelströme erzeugen. Dadurch fließt Bewegungsenergie der fallenden Kugel in das Metall. Der Fall wird sehr extrem gebremst. Siehe dazu Aluminium-Fallturm-Versuch ↗