Luftspalt (Magnetismus)

Als Luftspalt wird in der Elektrotechnik im Rahmen magnetischer Kreise der Raum oder Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Flächen bezeichnet, welche einen magnetischen Fluss führen. Beispiele sind der Luftspalt zwischen Rotor und Stator eines Elektromotors oder der Luftspalt in Drosselspulen. Bei manchen technischen Geräten wie Transformatoren wird danach gestrebt, für eine möglichst effiziente Funktion den Luftspalt möglichst klein zu halten.

Eisenkern mit Luftspalt

Polschuh einer Schenkelpolmaschine; die grün dargestellte Form führt zu inhomogener, die in Orange zu homogener magnetischer Flussdichte im Luftspalt

Ein Luftspalt im ansonsten geschlossenen Verlauf eines Eisenkernpaketes oder Ferritkernes vergrößert den magnetischen Widerstand im magnetischen Kreis. Damit berechnet sich die Induktivität für einen magnetischen Kreis mit Luftspalt wie folgt:

L={\frac {N^{2}}{R_{m,{\text{Eisen}}}+R_{m,{\text{Luft}}}}}\approx {\frac {N^{2}}{R_{m,{\text{Luft}}}}}

R_{m,{\text{Luft}}}={\frac {1}{A_{L}}}={\frac {l_{\text{Luft}}}{\mu _{0}\cdot A}}

Die magnetische Sättigung des Kernwerkstoffes tritt dadurch erst bei wesentlich höheren Feldstärken ein. Im Luftspalt von Speicherdrosseln ist ein wesentlicher Teil der magnetischen Energie gespeichert. Hierfür muss in Kauf genommen werden, dass sich die Induktivität pro Windungszahl (sogenannter Al-Wert) verringert.

Auch wenn dieser Spalt nicht aus Luft besteht, spricht man trotzdem von Luftspalt; interessant für die Wirkung ist die Abwesenheit ferromagnetischen Materials. Je nach Bauteilfunktion treten dort hohe Kräfte (z. B. bei Drosselspulen) auf; ggf. sind Maßhaltigkeit und Verschleißfestigkeit entscheidend (z. B. bei Magnetköpfen). Daher werden vielfach Luftspalte aus festem (nicht ferromagnetischen) Material gebaut; dadurch werden Geräusche (z. B. Netzbrummen) und eine Veränderung der Spaltbreite vermindert.

Bei Gleichstrom-Relais vermeidet ein Luftspalt das Haftenbleiben des Magnetankers am Spulenkern, da auch bei stromloser Spule eine geringe Restmagnetisierung erhalten bleibt. Er wird hier mit einem nicht ferromagnetischen Niet oder einer Folie ausgefüllt.

Pulverkerne bestehen aus vielen voneinander getrennten ferromagnetischen Teilchen, man spricht hier auch von einem verteilten Luftspalt.

Literatur

Gregor D. Häberle, Heinz O. Häberle: Transformatoren und elektrische Maschinen in Anlagen der Energietechnik. 2. Auflage. Verlag – Europa – Lehrmittel, Haan-Gruiten 1990, ISBN 3-8085-5002-3.
Karl-Heinz Dietsche, Thomas Jäger: Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 25. Auflage. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 2003, ISBN 3-528-23876-3.
Winfrid Hauke, Rolf Thaele, Günter Reck: RWE Energie Bau-Handbuch. 12. Auflage. Energie-Verlag GmbH, Heidelberg 1998, ISBN 3-87200-700-9.

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