Übersicht weichmagnetische Kernmaterialien

  

Eisenpulver-Kerne - High-Flux-Kerne - MPP-Kerne -  Sendus- Kool-Kerne - Ferrit-Kerne

                        

!

Über Eisenpulver-Kerne

Eisenpulvermaterialien bestehen aus verschiedenen hochwertigen Eisen-Silizium bzw. Eisen-Carbonyl-Legierungen, die unter hohem Druck kalt gepreßt werden. Bei diesem Fertigungsvorgang erhält man einen verteilten Luftspalt innerhalb der Kernstruktur. Die Werkstoffe verbinden ein sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis mit exzellenten technischen Eigenschaften. Eine große Auswahl an unterschiedlichen Materialvarianten bietet die Möglichkeit, für Hochfrequenzanwendungen sowie für den Leistungsbereich eine optimale Lösung zu finden.

Eisenpulver mit sehr hoher Reinheit und kleinster Partikelgröße (meist Karbonyleisenpulver) wird mit Isolationsmittel und Binder vermischt und bei hohen Drücken in gehärtete Werkzeuge gepresst. Nach einer Härtung des Binders ist der Kern fertig. Es erfolgt kein Sintern, die Partikel sollen keine Kurzschlüsse untereinander erhalten. Ein nachfolgender Entgratungs- und Beschichtungsprozess schließt die Fertigung ab. Man unterscheidet die drei Gruppen:

  • hohe Permeabilitäten (60-100), Anwendung bis ca. 75 kHz
  • mittlere Permeabilitäten (20-50) Anwendung von 50 kHz - 2 MHz
  • niedrige Permeabilitäten (7-20) Anwendung von 2 MHz - 500 MHz

Ein Eisenpulverkern hat ein typ. Dichte von 5 - 7 g/cm3. Der Temperaturkoeffizient der Permeabilität liegt je nach Typ zwischen 100 und 1000 ppm/°C. Standard-Eisenpulverkerne können zwischen -65 °C und + 75 °C eingesetzt werden. Sonderausführungen sollen zeitlich begrenzt bis +200 °C Anwendungstemperatur einsetzbar sein.

Bitte beachten: Abgabe MMP, High-Flux und Kool Mµ-Kerne, diese Kerne sind keine Standards und können nur als Verbund von 50 Stück, geliefert werden. Für nicht lagermäßige Kerne ist eine Vorlaufzeit von 8-16 Wochen notiert und hängt von der Produktverfügbarkeit, ab. Bitte fragen Sie an.

 

 

 

Kennlinie Eisenpulver-Kerne

 Eisenpulver-Kerne für Leistungsanwendungen und Hochfrequenzen

Eigenschaften:

*    Sättigungsinduktion bis 1.4 Teslar

*    Sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis

*    Leistungsmaterialien:

ü 13 Permebilitäten 10 – 100 µ

*    Kerngrößen von 4 mm – 165 mm

ü Große Auswahl an Kernformen

*    HF-Materialien bis 700 MHz

*    Hohe Güte

*    13 Permeabilitäten 1 - 42µ

*    Große Auswahl an Größe und Form

Anwendungen:

*    PFC Drosseln

*    Speicherdrosseln

*    Filterdrosseln

 

   

Lieferbare Ferritformen

                  

         Ringkern                       Perle                    Stab               Doppellochkern

            

     E-Kerne                Klappferrite Rundkabel     Klappferrite      Schalen-Kern

                                                                                 für Flachband

    

Über Ferrite

                                                       

Ferrite sind elektrisch schlecht oder nicht leitende ferrimagnetische keramische Werkstoffe aus dem Eisenoxid Hämatit (Fe2O3), seltener aus Magnetit (Fe3O4) und aus weiteren Metalloxiden. Ferrite leiten im nicht gesättigten Fall den magnetischen Fluss sehr gut und haben eine hohe magnetische Leitfähigkeit (Permeabilität). Diese Werkstoffe weisen somit Im Regelfall einen kleinen magnetischen Widerstand auf.

Bei Ferrite handelt es sich um weichmagnetische Sinter-Werkstoffe. Sie bestehen aus einer Mischung von Metalloxyden und Metallcarbonaten, eingebettet in den Grundstoff Fe2O3. Das Pressen und Sintern des Materials erlaubt auf sehr wirtschaftliche Weise die Herstellung der unterschiedlichsten Formen für jeden Anwendungsfall. Durch den nachfolgenden Glühprozeß in verschiedenen Atmosphären erhalten die ´Ferrite die notwendige Härte sowie ihre hervorragenden magnetsichen Eigenschaften.

Diese Kerne sind in den unterschiedlichsten Kernvarianten vom Ringkern bis zu diversen Formkernen  lieferbar.

   

Hintergrundwissen

 

Eigenschaften:

Man unterscheidet weichmagnetische und hartmagnetische Ferrite. Weichmagnetische Ferrite (Einsatz in der Elektrotechnik/Elektronik als Transformator- und Spulenkerne) werden durch Zusatz von Nickel, Zink oder Mangan- Verbindungen hergestellt und zeichnen sich durch möglichst geringe Koerzitivfeldstärke aus. Hartmagnetische Ferrite (Einsatz als Dauermagnetwerkstoff) enthalten zusätzlich zum Eisenoxid Barium und Strontium. Im magnetisierten Zustand sollen sie ein möglichst großes Dauermagnetfeld behalten können (Remanenz).

Ob ein magnetischer Werkstoff eher weich- oder hartmagnetisch ist, lässt sich anhand seiner Hysteresekurve ermitteln. Für weichmagnetische Ferrite wird eine möglichst leichte (Um-)Magnetisierbarkeit angestrebt, was einer schmalen Hysteresekurve entspricht. Bei hartmagnetischen Ferriten ist dagegen eine möglichst hohe  Koerzitivfeldstärke gefordert.

Ferrite sind wie alle keramischen Werkstoffe recht hart und spröde und daher bruchgefährdet.

Herstellung:

Ferrite werden meist in einem Sinterprozess hergestellt.

Hartmagnetische Ferrite werden durch eine chemische Reaktion, die Kalzination, aus den Ausgangstoffen Eisen(III)-oxid und Barium- bzw. Strontiumcarbonat hergestellt. Dieser Prozess wird veraltet als „Vorsintern“ bezeichnet. Anschließend muss das Reaktionsprodukt möglichst fein aufgemahlen (Einbereichsteilchen, Weiss-Bezirke, Korngröße 1 bis 2 µm), zu Presslingen geformt, getrocknet und gesintert werden. Die Formung der Presslinge kann in einem äußeren Magnetfeld erfolgen, wobei die Körner (möglichst Einbereichsteilchen) so in eine Vorzugsorientierung gebracht werden (Anisotropie).

Bei kleinen, geometrisch einfachen Formen kann ebenfalls das sogenannte „Trockenpressen“ zur Formung von Werkstücken eingesetzt werden; hierbei ist die starke Tendenz zur (Re-)Agglomeration kleinster Teilchen (1 bis 2 µm) die Ursache für meist schlechtere magnetische Kennwerte gegenüber den „nass“ gepressten Teilen. Direkt aus den Ausgangstoffen geformte Presskörper können zwar konzertiert kalziniert und gesintert werden, die magnetischen Kennwerte von auf diesem Wege hergestellten Produkten sind aber sehr schlecht.

Weichmagnetische Ferrite werden ebenfalls vorgesintert (Bildungsreaktion), aufgemahlen und gepresst. Jedoch findet die anschließende Sinterung in speziell angepassten Atmosphären (z. B. Sauerstoffmangel) statt. Die chemische Zusammensetzung und vor allem die Struktur von Vorsinterprodukt und Sinterprodukt unterscheiden sich stark.

Anwendungsgebiete:

Anwendung finden Magnetwerkstoffe auf Ferritbasis vor allem in der Elektrotechnik. Da sie kaum elektrisch leitfähig sind und daher nahezu keine Wirbelstromverluste auftreten, sind sie als Kernmaterial für Spulen und Transformatoren auch für höchste Frequenzen geeignet.

Weichmagnetische Ferrite:

  • Ferritkerne in Spulen (Ferritantennen), Drosseln und Transformatoren
  • Zum Verändern der Leitungseigenschaften, siehe Bespulte Leitung
  • in der Hochfrequenztechnik (HF) und beim Antennenbau, z. B. Kerne in Balune und Zirkulatoren in Richtkopplern
  • Impulsübertrager und Signalübertrager für hohe Frequenzen, z. B. in Symmetriergliedern

Entstördrosseln

  • Magnetköpfe in Tonbandgeräten (Löschkopf), Videorecordern, Computer-Festplatten und Diskettenlaufwerken
  • Zur Abdichtung von Mikrowellengeräten (Ferrit absorbiert die aus dem Garraum austretenden elektromagnetischen Wellen und verhindert so die Emission nach außen)
  • Stealth-Technik zur Tarnung (Ferrit absorbiert Radar-Wellen)

Je nach Anwendung werden verschiedenste Bauformen hergestellt:

Ringkerne, Stabkerne, sog. bobbin-Kerne, Topfkerne, E- und U-Kerne (in Kombination mit gleichartigen oder mit I-Kernen). Die Buchstaben-Kennzeichnung erfolgt dabei in Anlehnung an die Form.

 

Kennlinie Ferrit

     Tabelle Ferrite für Leistungsanwendung

Eigenschaften:

*    Geringe Kernverluste über großen Temperaturbereich

*    Nutzbar bis 3 MHz

*      Curie-Temperatur bis 250 ̊C

*      Sättigungsinduktion 450-500 mT

*    MnTn-Ferrite

*    Große Auswahl an Formen und Größe wie E-, ETD-, EFD oder Ringkerne

*    E-Kerne mit Luftspalt lieferbar

Anwendungen:

*    Gentaktwandler

*    Flußwandler

*    Sperrwandler

*    Speicherdrosseln

*    PFC-Drosseln

                                             

Ferrit für Filter- und HF-Anwendungen

   Tabelle Ferrit für Filter- und HF-Anwendungen

   

Eigenschaften:

*    HF-Materialien mit 100-2300 µ

*    NiZn und MnZn-Ferrite

*    Geringe Verluste/hohes Q

*    Definierte Temperaturabhängigkeit

*    Große Auswahl in Form und Größe wie Stab-, Rohr-, oder Ringkerne

Anwendungen:

*    Strompensierte Drosseln

*    Filterdrosseln

*    Dämpfungsperlen

*    Stromwandler

 

Ferritkern als Speicher

   

Der sogenannte Kernspeicher wurde 1949 als eine Form der magnetischen Datenspeicherung erfunden. Diese Erfindung ersetzte zum Teil die Williamsröhre und wurde erst vor wenigen Jahrzehnten durch den Halbleiterspeicher abgelöst. Kernspeicher nutzten hartmagnetische, d.h. magnetisierbare Ferrit-Ringkerne.

Alle anderen Ferritkerne bestehen aus weichmagnetischem Ferrit, d.h. aus Ferrit, der möglichst keine Dauermagneteigenschaften aufweist.

Kennlinie Ferrit mit hoher Permeabilität

   Tabelle mit Hoher Permeabilität

 

Eigenschaften:

 

*    Extrem hohe Permeabilität bis 15.000 µ

*    MnZn-Ferrite

*    Geringe Verspannungsempfindlichkeit

*    Permeabilität stabil bis zu hohen Frequenzen

*    Große Auswahl in Form und Größe wie E-, ETD-, EFD-oder Ringkerne

 

Anwendungen:

*    Stromkompensierte Drosseln

*    Stromwandler

*    Breitband-Übertrager

*    Delay Lines

 

 

Bitte Lupe klicken

  

Zurück zu - MPP-Kerne-Übersicht

Gleichspannungswandler

    

Ein Gleichspannungswandler, auch DC-DC-Wandler genannt, engl. DC-DC Converter, bezeichnet eine elektrische Schaltung welche eine am Eingang zugeführte Gleichspannungen in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau umwandelt. Die Umsetzung erfolgt mit Hilfe eines periodisch arbeitenden elektronischen Schalters und einem oder mehrerer Energiespeicher. Gleichspannungswandler zählen zu den selbstgeführten Stromrichtern. Im Bereich der elektrischen Energietechnik werden sie auch als Gleichstromsteller bezeichnet.

Die zur Zwischenspeicherung der Energie benutzte Induktivität (induktiver Wandler) besteht aus einer Spule oder einem Wandler-Transformator. Im Gegensatz dazu werden Wandler mit kapazitiver Speicherung (kapazitiver Wandler) als Ladungspumpen bezeichnet. Ladungspumpen werden eingesetzt, wenn entweder – wie in integrierten Schaltungen – keine Induktivitäten vorhanden sind, oder wenn so wenig Ausgangsleistung erforderlich ist, dass sich der Einsatz der teuren Spulen gegenüber den billigen Kondensatoren nicht lohnt.

Anwendungen:

Gleichspannungswandler finden sich als ein Teil in Schaltnetzteilen, mit denen Verbraucher wie PC-Netzteile, Notebooks, Mobiltelefone, Kleinmotoren, HiFi-Geräte uvm. betrieben werden. Die Vorteile gegenüber Linearnetzteilen liegen im besseren Wirkungsgrad und geringerer Wärmeentwicklung. Vor allem ersteres spielt bei der Wandlung einer Batteriespannung eine große Rolle, da die Lebensdauer der Batterie bei einem Schaltnetzteil wesentlich höher liegt: Bei einem linearen Spannungsregler oder einem Vorwiderstand hingegen wird die überflüssige Spannung einfach "verheizt". Die beim Schaltnetzteil auftretenden Schaltverluste sind demgegenüber zu vernachlässigen.

Neben seinem Zweck als Spannungswandler dient ein getakteter Spannungssteller auch gleichzeitig als Filter, um besonders bei Hochleistungsanwendungen den negativen Einfluss auf das Stromnetz (sog. Netzrückwirkung) so gering wie möglich zu halten Ein Beispiel ist die aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC).

DC-DC-Wandler werden auch als vollständig gekapselte Wandlermodule angeboten, welche teilweise für die direkte Bestückung auf Leiterplatten vorgesehen sind. Die Ausgangsspannung kann je nach Bauart kleiner, gleich oder größer als die Eingangsspannung sein. Am bekanntesten sind die Baugruppen, welche eine Kleinspannung auf eine galvanisch getrennte Kleinspannung übersetzen. Die gekapselten DC-DC-Wandler werden für Isolationsspannungen von 1,5 kV bis über 3 kV angeboten und dienen der Stromversorgung kleiner Verbraucher in Gleichspannungsnetzen wie z.B. an 24 V in Industrieanlagen oder an 48 V in der Telekommunikation oder Bereich elektronischer Baugruppen beispielsweise 5 Volt für Digitalschaltungen oder ±15 Volt für den Betrieb von Operationsverstärkern.

Gleichspannungswandler für hohe Ausgangsspannungen (z.B. Elektronenblitzgerät) heißen auch Transverter.

 

In der elektrischen Energietechnik und Antriebstechnik werden Gleichstromwandler als Gleichstromsteller bezeichnet. Die Unterschiede betreffen primär den Einsatz und den Leistungsbereich. Als Schalter, im Bereich der Energietechnik auch als Ventile bezeichnet, kommen dabei Leistungs-MOSFET, IGBTs und Thyristoren zum Einsatz. Gleichstromsteller werden in diesem Anwendungsgebiet auch als Kombination in Form des Zwei- oder Vierquadrantensteller eingesetzt. In Anlehnung an diese Terminologie bezeichnet man den einfachen Gleichstromsteller als Einquadrantensteller.

   

Über MPP-Kerne

                                               

Pulver der Legierung 79-81% Nickel, 20% Eisen, 2-4% Molybdän werden ebenso mit einem hochtemperaturfesten Binder beschichtet und in einem Werkzeug in Form gepresst. Nach dem Entgraten wird ein Glühprozess angeschlossen. Ein nachfolgender Entgratungs- und Beschichtungsprozess schließt die Fertigung ab.

Die erreichbaren Permeabilitäten liegen bei 14 - 550. Der am meisten genutzte Permeabilitätsbereich liegt bei 60 - 173. Sättigungswerte von Bs = 0,75 T werden erreicht. Der Temperaturkoeffizient der Permeabilität liegt je nach Typ zwischen 25 und 180 ppm/°C.

Kernformen

Folgende Standardformen sind am Markt erhältlich: Ringkerne (häufigste Form, meist isolierstoffumhüllt), E-Kerne, EF-Kerne, EM-Kerne, U-Kerne, Topfkerne, Garnrollenkerne, Stäbe.

Aus diesen Pulverwerkstoffen werden beispielsweise Ringkerne mit einem Außendurchmesser von ca. 4 – 78,9 mm hergestellt. Durch die notwendigen Presskräfte gibt es unabhängig von der Kernform Volumenbeschränkungen, die bei etwa 350 cm3 liegen.

Anwendungen

Kerne aus Pulververbundwerkstoffe werden bevorzugt für Anwendungen gewählt, bei denen sich die Permeabilität mit hohen DC-Aussteuerungen nicht verändern darf. Durch die relativ hohen elektrischen Widerstand bieten sie Vorteile bei Leistungsanwendungen mit hohen Frequenzen. Bevorzugt werden u.a. Entstördrosseln, Speicherdrosseln und PFC-Drosseln mit diesen Kernen aufgebaut, weniger geeignet sind sie für Transformatoren und Übertrager-Anwendungen.

 

Kennlinie MPP-Kerne

  

Für Bauelemente mit hohen technischen Anforderungen bieten diese Werkstoffe die ideale Basis. Durch extrem niedrige Verluste und sehr hohe Aussteuerbarkeit lassen sich selbst für hohe Ströme sehr kleine Bauformen realisieren. Dabei bietet auch hier das weiche Sättigungsverhalten der Pulverkerne einen großen Vorteil gegenüber den Luftspaltkernen. Neben den bekannten Ringkernabmessungen sind speziell für Kool Mµ-Werkstoffe ab sofort auch E-Kerne lieferbar.

 

Eigenschaften MPP-Kerne

*    Legierung aus ca. 80% Nickel, 20% Eisen

*    Sehr niedrige Eisenverluste

*    Hohe Gleichstromaussteuerbarkeit

*    Sättigungsinduktion um 0,7 Teslar

*    Gute Temperaturstabilität

*    10 verschiedene Permeabilitäten 14….550µ

*    29 Kerngrößen von OD 4.19.78.9 mm (Außen)

Anwendungen

*    Speicherdrosseln

*    Drosseln mit hoher Güte

*    Drosseln mit hohem Stromrippel

*    Sperrwandler

 

 

Über High-Flux--Kerne

    

Diese Kerne sind ein Abwandlung der MPP-Kerne mit einer anderen Materialzusammensetzung. Pulver der Legierung 50% Nickel und 50% Eisen wird nach dem oben beschriebenen MPP-Prozess verarbeitet. Die erreichten Permeabilitäten liegen bei 14 - 160. Durch den höheren Eisenanteil werden Sättigungswerte von Bs = 1,5 T erreicht.

Kernformen

Folgende Standardformen sind am Markt erhältlich: Ringkerne (häufigste Form, meist isolierstoffumhüllt), E-Kerne, EF-Kerne, EM-Kerne, U-Kerne, Topfkerne, Garnrollenkerne, Stäbe.

Aus diesen Pulverwerkstoffen werden beispielsweise Ringkerne mit einem Außendurchmesser von ca. 4 – 78,9 mm hergestellt. Durch die notwendigen Presskräfte gibt es unabhängig von der Kernform Volumenbeschränkungen, die bei etwa 350 cm3 liegen.

Anwendungen

Kerne aus Pulververbundwerkstoffe werden bevorzugt für Anwendungen gewählt, bei denen sich die Permeabilität mit hohen DC-Aussteuerungen nicht verändern darf. Durch die relativ hohen elektrischen Widerstand bieten sie Vorteile bei Leistungsanwendungen mit hohen Frequenzen. Bevorzugt werden u.a. Entstördrosseln, Speicherdrosseln und PFC-Drosseln mit diesen Kernen aufgebaut, weniger geeignet sind sie für Transformatoren und Übertrager-Anwendungen.

 

Kennlinie High-Flux-Kerne

    

Für Bauelemente mit hohen technischen Anforderungen bieten diese Werkstoffe die ideale Basis. Durch extrem niedrige Verluste und sehr hohe Aussteuerbarkeit lassen sich selbst für hohe Ströme sehr kleine Bauformen realisieren. Dabei bietet auch hier das weiche Sättigungsverhalten der Pulverkerne einen großen Vorteil gegenüber den Luftspaltkernen. Neben den bekannten Ringkernabmessungen sind speziell für Kool Mµ-Werkstoffe ab sofort auch E-Kerne lieferbar.

 

Eigenschaften High-Flex-Kerne

*    Legierung aus 50% Nickel, 50% Eisen

*    Hohe Speicherenergie

*    Sehr hohe Gleichstromaussteuerbarkeit

*    Sättigungsinduktion 1.5 Teslar

*    6 verschiedene Permeabilitäten 14…160µ

*    27 Kerngrößen von              OD 6.99mm….78.9mm (Außen)

Anwendungen

*    Speicherdrosseln

*    Drosseln mit hoher DC-Aussteuerung

*    Filterdrosseln

Über Kool-Mµ-Kerne (Sendust-Kerne)

Kool-Mµ-Kerne (Sendust-Kerne)

Diese in Japan um 1930 entwickelte Legierung aus Silizium, Aluminium und Eisen wird u.a. auch als Pulverwerkstoff verarbeitet. Die Sendust-Zusammensetzung Fe Si 9,6 Al 6,0 erreicht eine sehr geringe Magnetostriktion. Der Fertigungsprozess erfolgt ähnlich wie beim MPP-Kern.

Man erreicht Permeabilitäten von μ = 26-125. Sättigungswerte von Bs = 1,05 T (Teslar) werden erreicht.

Durch die preiswerteren Einsatzmaterialien sind Kool-Mµ-Kerne (Sendust-Pulverkerne) billiger als MPP und High Flux-Kerne. Die Verluste liegen über denen von MPP aber unter denen von High-Flux und Eisenpulverkernen. Die niedrige Magnetostriktion führt zu einen sehr geringen Geräuschentwicklung im Betrieb.

Kernformen

Folgende Standardformen sind am Markt erhältlich: Ringkerne (häufigste Form, meist isolierstoffumhüllt), E-Kerne, EF-Kerne, EM-Kerne, U-Kerne, Topfkerne, Garnrollenkerne, Stäbe.

Aus diesen Pulverwerkstoffen werden beispielsweise Ringkerne mit einem Außendurchmesser von ca. 4 – 78,9 mm hergestellt. Durch die notwendigen Presskräfte gibt es unabhängig von der Kernform Volumenbeschränkungen, die bei etwa 350 cm3 liegen.

Anwendungen

Kerne aus Pulververbundwerkstoffe werden bevorzugt für Anwendungen gewählt, bei denen sich die Permeabilität mit hohen DC-Aussteuerungen nicht verändern darf. Durch die relativ hohen elektrischen Widerstand bieten sie Vorteile bei Leistungsanwendungen mit hohen Frequenzen. Bevorzugt werden u.a. Entstördrosseln, Speicherdrosseln und PFC-Drosseln mit diesen Kernen aufgebaut, weniger geeignet sind sie für Transformatoren und Übertrager-Anwendungen.

 

Kool Mµ-Kerne (Sendust-Kerne)

        

Für Bauelemente mit hohen technischen Anforderungen bieten diese Werkstoffe die ideale Basis. Durch extrem niedrige Verluste und sehr hohe Aussteuerbarkeit lassen sich selbst für hohe Ströme sehr kleine Bauformen realisieren. Dabei bietet auch hier das weiche Sättigungsverhalten der Pulverkerne einen großen Vorteil gegenüber den Luftspaltkernen.

Eigenschaften-Kool-Mµ-Kerne

*    Legierung aus 85% Eisen, 9% Si, 6% Al

*    Niedrige Eisenverluste gegenüber Eisenpulver

*    Sättigungsinduktion um 1 Teslar

*    Hohe Gleichstromaussteuerbarkeit

*    5 verschiedene Permeabilitäten 26 – 125 µ

*    30 Kerngrößen von OD(Außen) 4.19mm – 78.9mm

Anwendungen

*    Speicherdrosseln

*    PFC-Drosseln

*    Filterdrosseln

Kennlinie Kool-Mµ-Sendust-Kerne

   

Über Balune

                                       
  

Ein Balun (von engl. balanced-unbalanced) ist in der Elektrotechnik und Hochfrequenztechnik ein Bauteil zur Wandlung zwischen einem symmetrischen Signal und einem asymmetrischen Signal.

Symmetrierglied 60 Ohm / 240 Ohm für den Frequenzbereich 50…250 MHz mit Ferrit-Doppellochkern, Breite etwa 15 mm

Vor allem in der Hochfrequenztechnik wird auch die Bezeichnung Symmetrierglied verwendet. Balune arbeiten in beide Richtungen, daher gibt es den Begriff „Asymmetrierglied“ nicht.

Symmetrisch bedeutet, dass zwei gegen Massepotential gleichgroße gegenphasige Wechselspannungen vorliegen, beispielsweise bei Zweidraht-Leitungen und symmetrischen Antennen. Das asymmetrische Signal (eine Leitung auf Masse) wird meist mit einem Koaxialkabel übertragen.

Oft wirken Balune auch als Impedanzwandler zur Leistungsanpassung; vor allem in der Audiotechnik dienen Balune auch zur Potentialtrennung.

 

Bitte Lupe klicken

Balun mit Transformator

  

 Bei Frequenzen bis zu einigen 100 MHz verwendet man meistens eine Anordnung aus einer Spule mit Mittelanzapfung, die auf Massepotential liegt. Diese Anordnung wirkt als Spartransformator. Aus den Gesetzmäßigkeiten eines Transformators folgt, dass an der symmetrischen Seite eine viermal so große Impedanz angeschlossen werden muss wie an der unsymmetrischen Seite. Durch getrennte Primär- und Sekundärwicklungen kann man außer Potentialtrennung auch andere Transformationsverhältnisse erzielen.

Bei geringen Ansprüchen an die Qualität genügt es mitunter, Mantelwellen von Hochfrequenzsignalen durch einige Windungen des Koaxialkabels oder durch aufgeschobene Ferrit-Ringkerne zu verhindern (Mantelwellensperre). Dann wirken Innen- und Außenleiter des Kabels wie Wicklungen eines Transformators mit Übertragungsverhältnis 1:1 (stromkompensierte Drossel). In diesem Fall gibt es keine Impedanztransformation.

Balun-Schaltungen mit Verzögerungsleitungen

     

Bei sehr hohen Frequenzen sind die Verluste von Verzögerungsleitungen geringer als die von Induktivitäten, deshalb verwendet man hier Schaltungen mit Verzögerungsleitung, die meistens als Koaxialkabel ausgeführt ist. Diese Schaltungen funktionieren jedoch nur in einem kleinen Frequenzbereich, weil die Länge der Leitung exakt ein bestimmtes Vielfaches der Wellenlänge λ betragen muss.

Im einfachsten Fall lässt sich eine Mantelwellensperre durch einen λ/4-Topfkreis erzielen. Ebenso wie bei der Schaltung mit stromkompensierter Drossel wird die Impedanz dadurch nicht verändert.

Ein Balun mit λ/2-Umwegleitung funktioniert so: Die Phasenlage einer Wechselspannung am Anschluss A (im Bild rechts oben) wird entlang der (kupferfarbenen) Leitung um 180° verschoben, die Beträge von Strom und Spannung ändern sich dadurch nicht. Die Spannung zwischen linkem Ende B und rechtem Ende A dieser Umwegleitung ist wegen der Gegenphasigkeit doppelt so hoch wie zwischen einem Ende und der Abschirmung.

Am linken Anschluss B des Balun wird dieses phasengedrehte Signal mit der dortigen Wechselspannung parallel geschaltet. Deshalb addieren sich die Ströme der beiden Antennenhälften. Berechnet man den scheinbaren Widerstand zwischen A und B, so ergibt sich der vierfache Wert des Koax-Anschlusses.

Balun-Schaltungen mit elektronischen Bausteinen

    

Digitalsignale werden in Computern immer unsymmetrisch erzeugt bzw. verarbeitet. Die Übertragung der Signale zu anderen Computern erfolgt aber fast immer symmetrisch per Ethernet oder USB, weil so besonders geringe Störungen auftreten. Die erhebliche Bandbreite der Signale von Null bis zu einigen 100 MHz verbietet den Einsatz von Transformatoren, deshalb wird die Umwandlung durch schnelle elektronische Schaltungen vorgenommen. Empfängerseitig ähnelt die Schaltung einem Differenzverstärker. Obwohl die Schaltungen wie Balune wirken, werden sie üblicherweise nicht so bezeichnet.

Hochfrequenztechnik

     

In der Hochfrequenztechnik setzt man zur Energieübertragung meistens unsymmetrische Koaxialkabel (Wellenwiderstand 50, 60 oder 75 Ω) ein, weil diese weder Energie abstrahlen noch aufnehmen und deshalb keine Störungen verursachen. Antennen sind jedoch oft symmetrische Dipole, deren Eigenschaften durch unsymmetrischen Anschluss verschlechtert werden (Fehlanpassung). Ein Balun ist daher oft Bestandteil von Antennenanlagen bei Kurzwelle, UKW und UHF. Bei offenen λ/2 Dipolantennen ist die Impedanz nahe 75 Ω; beim Anschluss an Koaxialkabel mit 75 Ω Wellenwiderstand ist keine Impedanztransformation nötig und es können Balune verwendet werden, die nach dem Prinzip der Mantelwellensperre arbeiten. Hingegen ist bei Faltdipolen, wie sie beispielsweise in Yagi-Antennen verwendet werden, die Impedanz ca. 300 Ω; für koaxiale Antennenkabel mit 75 Ω Wellenwiderstand ist eine 4:1 Impedanztransformation notwendig (Balun mit Spartrafo oder λ/2-Umwegleitung).

Balune werden auch zwischen Zweidrahtleitungen (Flachbandkabel) und Koaxialkabeln verwendet. Hier ist meist eine Impedanztransformation nötig. Der Wellenwiderstand der Zweidrahtleitung (meistens 240 Ω) ist etwa das Vierfache des Wellenwiderstands typischer Koaxialkabel (50…75 Ω), daher können auch hier Balun-Schaltungen mit 4:1 Impedanztransformation eingesetzt werden.

Verfügbare Balune:

1:1;1:1,5;2:1;3:1;4:1;6:1;9:1;12:1;16:1.

 

 

Mantelwellenfilter

    

Elektronische Geräte, die hochfrequente Störungen verursachen, wie z. B. Computer, können hochfrequente Energie über angeschlossene Kabel unerwünschterweise abstrahlen. Dabei wird die Störung als Mantelwelle, also als Gleichtaktstörung aus dem Gerät geführt und vom Kabel abgestrahlt – das gesamte Kabel bzw. dessen Abschirmung wirkt dabei als Antenne.

Um diese Störungen zu dämpfen, werden die Kabel im gesamten Querschnitt (ggf. auch mehrfach) durch einen Ferritkern geführt. Für die Gleichtaktstörung wirkt diese Anordnung durch ihre Induktivität wie eine Drossel mit einer bzw. ggf. mehreren Windungen. Das Nutzsignal jedoch, welches als Gegentaktsignal übertragen wird, sieht keine Induktivität, da sich die Magnetfelder der auf verschiedenen Adern innerhalb des Kabels hin- und rückfließenden Ströme kompensieren. Die Wirkungsweise entspricht derjenigen von stromkompensierten Drosseln, die oft ebenfalls aus Ringkernen aufgebaut sind.

Mantelwellenfilter werden z. B. bei folgenden Kabeln benutzt:

  • USB-Kabel (besonders bei USB 2.0)
  • IEEE-1394-Kabel (aka FireWire)
  • VGA-Kabel
  • Zuleitung und Ausgangsleitungen von Schaltnetzteilen
  • Flachbandkabel in Geräten (Flachbandkabelferrite)
  • Besonders gut für Mantelwellensperren z.B. RG 142, RG 58, RG 213 und Aircell und viele anderen Kabeln.

Zum nachträglichen Anbringen von Entstörkernen um Leitungen gibt es geteilte, rastbare Ring- und Flachbandkabelferrite welche an elektrischen Leitungen angebracht werden können. Diese Mantelwellenfilter werden auch als Klappferrite bezeichnet.

Mantelwellenfilter werden meistens aus den Materialien wie Eisen-Nickel-Zink hergestellt aber es gibt sie auch aus Eisen-Mangan-Zink. Erstere sind für Störungen zwischen 10 MHz bis zu 2 GHz geeignet, zweitere sind eher für Störungen im unteren Frequenzbereich im Bereich von 500 kHz bis 20 MHz als Filter anzuwenden.