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Railgun Basics

Was ist eine Railgun?

Eine Railgun (zu Deutsch  „Schienenkanone“) ist ähnlich wie eine Coilgun auch ein Linearmotor, sie verwendet aber gänzlich andere magnetische Kräfte.

Während bei der Coilgun Ferromagnetismus die treibende Kraft darstellt, ist es bei der Railgun Hauptsächlich die sog. Lorentz-Kraft  (genauer: Die Lorentzkraft auf einen stromdurchflossenen Leiter).

Dabei ist die Lorentzkraft gegeben durch

  • den Strom der durch den Leiter fließt
  • die Länge des Leiters
  • die stärke das Magnetfeldes

Und zwar in der Beziehung (Formel):  F=I x B * L  dabei ist

F ⇒ Kraft in Newton
I ⇒ Strom in Ampere
B ⇒ Magnetfeld in Tesla
L ⇒Länge des Leiters in Metern

Das x ist dabei das vektorielle Kreuzprodukt. Für alle die nicht mehr wissen was das ist: Für uns ist es ohnehin egal, wir können die Formal auch als F=I * B * L schreiben.

Der Schlitten sollte (muss aber nicht) aus einem nicht-ferromagnetischem Material sein, also nicht aus Eisen, Nickel oder etwas in der art. Im allgemeinen eignen sich Materialien wie Kupfer oder Aluminium.

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Betrachten wir zuerst den Stromfluss. In dem unserem Bild (s. Abb. 1) stellen die orangen Stäbe unser Schienen da, beide sind an eine Stromquelle angeschloßen. Unser beweglicher Schlitten (in grau dargestellt) schließt dieSchienen kurz wodurch ein Stromfluß Zustande kommt. Dieser ist durch dieblauen Pfeile dargestellt.
Um auf unsere Formel zurück zu kommen. Die Länge L ist hier der Abstand der beiden Schienen, bzw. die Breite des Schlittens. Das der Strom I derStrom ist der von einer Schiene in die andere fließt (über den Schlitten) versteht sich von selbst.

Existiert nun ein Magnetfeld, welches senkrecht auf die Schienen wirkt (B) dann wird der Schlitten aus denSchienen herausgedrückt.
Die große Frage ist nun: Wo kommt dieses Feld her? Nun natürlich lässt sich dieses Feld durch Magnete oder Elektromagnete von aussen anlegen allerdings verwenden die meisten Railguns einen geschickteren Mechanismus.

5d7792938de5c655a2df39ff293a9ae6Jeder Stromfluß erzeugt um seinen Leiter herum auch ein Magnetfeld (rote Pfeile). Innerhalb der Schienen ist dieses Feld so gut wie homogen. Dieses Feld ist also unser B. Damit haben wir alle unser Größen zusammen.

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Hier nochmal eine isometrische Sicht des Vorgangs. Also, der Strom (blau) fließt durch die Schienen(orange) über den Schlitten (grau). Dabei entsteht durch denStromfluss ein Magnetfeld(rot) welches eine Kraft auf den Stromdurchfloßenen Schlitten ausübt. Dies bewegt den Schlitten aus den Schienen heraus (grün)

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