Eine magnetischen Testfläche erlaubt den flexiblen Aufbau von Versuchen und Schaltungen. Neodym-Magnete sind aber auch für viele weitere Anwendungen nützlich.
Im privaten Elektroniklabor kommen gelegentlich „fliegende Aufbauten“ vor, um Bauteile, Platinen oder Schaltungen zu testen, bevor diese endgültig irgendwo ein- oder angebaut werden. Für einzelne bedrahtete (through-the-hole) Bauteile wird das gemeinhin mit den bekannten Breadboards erledigt, aber es gibt auch oft den Fall, dass ganze Platinen zu testen sind, mehrere fertige Module testweise zusammen geschaltet werden müssen oder während einer Reparatur zerlegte Teile zu untersuchen sind.
Den kompletten Artikel lesen Sie in der Make 3/22 ab Seite 102.
Mehr zum Thema gibt es in Ausgabe 3/22 der Make.
Gehalten werden sollen die Aufbauten durch Supermagnete (Neodym-Magnete). Diese haben auch bei kleiner Baugröße und überschaubaren Kosten mehr als ausreichende Haltekräfte. Für die Auswahl der Magnete testet man am besten einige Exemplare, die man vielleicht von anderen Projekten herumliegen hat. Wichtig für die Haftkraft ist jedoch die Paarung von Board und Magnet.
Die Haftkraft eines Magneten ist umso größer, je höher die Feldliniendichte, sprich: die magnetische Flussdichte oder Induktion B sind. Bei gegebener magnetischer Feldstärke H des Permanentmagneten sollte daher die magnetische Leitfähigkeit des Metalls möglichst hoch sein. Das erfordert sowohl einen hohen Querschnitt, als auch eine kurze Länge des Wegs, durch den sich die Feldlinien schließen können, als auch eine hohe relative Permeabilität µr (magnetische Leitfähigkeit) des ferromagnetischen Materials - man muss also den richtigen Werkstoff wählen, wie z.B. Stahl oder Nickel. Bei der Angabe der Haftkraft eines Magneten wird übrigens oft eine polierte Weicheisenplatte mit 10mm Dicke, angenommen, also maximal ideale Bedingungen, damit sich hohe werbewirksame Werte ergeben.
Berechnen lässt sich die Haftkraft mit nicht unerheblichem manuell-mathematischem Aufwand (Stichwort: Scherung) oder numerisch durch spezielle Finite-Elemente-Methode(FEM)-Tools, beispielsweise mit FEMM, einer frei zu benutzenden Software für solche Berechnungen. Mit dem Tutorial des DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) bekommt man eine gute Einführung in die Benutzung des Programms.
(Bild: https://www.dlr.de/fk/Portaldata/40/Resources/dokumente/aktuelles/FEMM-Tutorial.pdf)
Ein sehr viel einfacher zu bedienendes Tool zur Berechnung der Haftkraft von gängigen Supermagneten finden Sie bei supermagnete.de, die dahinterliegenden Formeln werden auch angegeben.
Zylinder- oder Ringmagnete erhalten als Halte- oder Haftmagnete oft einen magnetisch gut leitfähigen Rückschluss über einen äußeren Stahltopf und deshalb wird deren Magnetfeld üblicherweise rotationssymmetrisch zu ihrer Achse eingeprägt, das heißt Nordpol und Südpol auf der jeweils entgegengesetzten Stirnfläche, so wie in der Simulation dargestellt. Im Gegensatz dazu werden flächige Haftmagnete oder Haftstreifen so magnetisiert, dass beide Pole wechselweise im Kontakt mit der Oberfläche sind, damit sich trotz sehr viel schwächerem und preisgünstigerem Ferritmagnetmaterial möglichst hohe Flussdichten, kurze Wege und somit ausreichende Haltekräfte ergeben.
Wie oben bereits erwähnt, sind auch die Eigenschaften der Oberfläche wichtig; eine zu dicke (Farb-)Schicht auf der Stahltafel ist also möglichst ebenso zu vermeiden wie eine hohe Rauigkeit. Beides reduziert die magnetische Leitfähigkeit und damit die Flussdichte und die Haftkraft. Kurz zusammengefasst braucht man für hohe Haftkräfte einen starken Magneten, eine dicke Eisenplatte und wenig Luft dazwischen.
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