Projekt 49: Schwebende Kugel Nachbau

Autoren: Benedikt Röper, Niklas Lingenauber
Betreuer: Prof. Schneider

Bei dieser Seite handelt es sich um die Dokumentation des Projektes "Schwebene Kugel - Nachbau" des Elektrotechnik-Praktikums im 5. Semester des Studiengangs Mechatronik. Das Projekt besitzt die Projekt-Nummer 49 , wurde von Benedikt Röper und Niklas Lingenauber bearbeitet und von Prof. Schneider betreut.

Aufgabe

Die Aufgabe des Projektes lautet eine Magnetkugel zum Schweben zu bringen. Alternativ können auch andere leichte Objekte, die mit einem Magneten versehen sind zum Schweben gebracht werden können. Die Anleitung für dieses Projekt konnte aus der Zeitschrift c't hacks 4/2014 entnommen werden.

Erwartungen an die Projektlösung

An das Projekt wurden folgende Erwartungen gestellt:

Lesen Sie den Artikel in c‘t hacks 4/2014
Planen Sie den Aufbau
Beschaffen Sie die Bauteile
Realisierung des Aufbaus
Machen Sie spektakuläre Videos, welche die Funktion visualisieren.
Test und wiss. Dokumentation
Live Vorführung während der Abschlusspräsentation

Schwierigkeitsgrad

Anspruchsvoll (**)

Wirkungsprinzip

Es ist allgemein bekannt, dass sich im Magnetismus gleichnamige Pole abstoßen und sich unterschiedliche Pole anziehen. Die Schwierigkeit, eine Magnetkugel zum Schweben zu bringen, liegt darin, ein Gleichgewicht zwischen der durch den Magnetismus verursachten Anziehungskraft und der Erdanziehungskraft auf die Kugel zu erzeugen. Dazu wird ein dynamischen Magnetfeld benötigt, um eine Änderung des Magnetfeldes zu realisieren. Mit einer Spule lässt sich ein dynamisches Magnetfeld erzeugen und elektrisch steuern.

Regelkreis

Um die Aufgabenstellung zulösen, wurde der in der c't hacks beschriebene Schaltkreis verwendet. Die Eingangsspannung beträgt 12V. Ein Spannungregler erzeugt daraus eine 5V-Spannung um den Hallsensor zu versorgen, der das Magnetfeld zwischen Kugel und Magnetkugel ermitteln soll und an einen Operationsverstärker übermittelt. Als Referenzspannung dient ein Potentiometer, über das sich der Abstand der Kugel zur Spule einstellen lässt. Befindet sich die Intensität des Magnetfeldes im gewünschten Bereich, schaltet der Mosfet am Ausgang des Operationsverstärkers nicht durch. Dadurch fließt eiin sehr geringer Strom durch die Spule, das Magnetfeld wird sehr schwach. Ist die Intensität unterhalb des gewünschten Bereichs, schaltet der Mosfet durch und erzeugt durch den fließenden Strom ein Magnetfeld. Die maximale Spannung an der Spule beträgt 12V.

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