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Rubrik: News
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Publiziert: 28.04.2004 06:00

Transformator: Wer löst das Rätsel der Dimensionierung?
20'000 Franken

(mib) Die Idee ist einleuchtend: Ein Transformator soll mit möglichst wenig Material gebaut werden und gleichzeitig viel Leistung erbringen. Die Idee in die Praxis umzusetzen, ist jedoch alles andere als einfach, denn es gibt gleich mehrere offene Fragen: Einerseits ist nicht klar, welche Form der perfekte Transformator haben muss, andererseits ist dessen minimale Volumen-Kennziffer bis heute nicht exakt bekannt. In der Praxis gibt man sich deshalb mit einer optimierten Variante zufrieden.

Nun soll das Rätsel gelöst werden. Zum ersten Mal schreibt das Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik (D-ITET) (1) der ETH Zürich eine Preisaufgabe aus, die sich mit „der Dimensionierung von elektromagnetischen Einrichtungen“ befasst. Die „Intellectric Competition 04“ (2) richtet sich an alle eingeschriebenen Studentinnen und Studenten, Doktorandinnen und Doktoranden der ETH. „Die Aufgabe ist einerseits eine intellektuelle Herausforderung. Ihre praktische Bedeutung liegt andererseits darin, dass sie dem Transformator-Konstrukteur ein Beurteilungskriterium liefert, wie weit sein Entwurf bezüglich Materialaufwand noch verbesserungsfähig ist“, findet Jörg Hugel, emeritierter Professor für Elektrotechnische Entwicklungen und Konstruktionen und Vater des Preises.

Der Preis ist mit 20'000 Franken dotiert und wird von der Rudolf Chaudoire-Stiftung finanziert. Der 1991 verstorbenen Unternehmer Rudolf Chaudoire entwickelte schlagwettergeschützte Antriebe für den Bergwerkbau. Die von ihm initiierte Stiftung unterstützt unter anderem auch Studierende der Antriebstechnik, Leistungselektronik und Mechatronik der ETH Zürich mit namhaften Beiträgen.

Sollte das Rätsel der optimalen Bauform mit minimaler Kennziffer gelöst werden, wäre dies eine Sensation, findet Jörg Hugel. Neben der hohen Preissumme könnte der Gewinner oder die Gewinnerin die Resultate mit Sicherheit auch in einem Fachjournal publizieren.


Bei Transformatoren wird ein Eisenkern von einer Kupferwindungen umschlossen. Dabei fliesst auf dem einen Ring der Magnetfluss (blau), auf dem anderen der Stromkreis (rot). Bild: D-ITET


Transformator

Der Transformator dient der Umwandlung von elektrischen Spannungen und Strömen und beruht auf der elektromagnetischen Induktion. Wie ein Getriebe die Drehzahl und das Drehmoment den speziellen Anforderungen anpasst, so besorgt dies der Transformator für Ströme und Spannungen; im Idealfall sind Getriebe und Transformatoren verlustfrei. Diese Eigenschaften des Transformators werden in allen Zweigen der Elektrotechnik vielfach ausgenutzt, vom Milliwatt- bis in den Gigawatt-Bereich. Aufgebaut ist der „Trafo“ aus zwei Spulen, die sich auf einem geschlossenen Eisenkern befinden und miteinander nicht elektrisch leitend verbunden sind; auf dem Eisenkern wird der magnetische Fluss geführt, auf der Kupferwindung der elektrische Strom. Wird nun auf der Primärspule eine Wechselspannung angelegt, so wird das ständig wechselnde Magnetfeld über den geschlossenen Eisenkern auf die zweite Spule induziert, übertragen. Der von der Sekundärspule abgegebene Strom verhält sich umgekehrt proportional zum zugeführten Strom auf der Primärspule.




Fussnoten:
(1) Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik: www.ee.ethz.ch/
(2) Intellectric Competition 04: www.ee.ethz.ch/./events/dept/intellectric04.de.html



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