Q - Kurven

Eisenpulver - und Ferritringkerne

- Leistungsdaten -

1. Zwei Faktoren begrenzen die Leistung eines Ringkerns

Die maximale Leistung wird letztlich durch einen von zwei Faktoren bestimmt:

• Magnetische Sättigung des Kerns
• Erwärmung der Wicklung und des Kerns

Welcher Faktor zuerst erreicht wird, hängt von Material, Frequenz und Anwendung ab.

2. Sättigung des Kernmaterials

Wird die magnetische Flussdichte (Bmax) zu groß, geht der Kern in Sättigung. Dann sinkt die Induktivität stark ab und der Kern arbeitet nicht mehr korrekt.

Das Leistungsvermögen steigt mit:

• größerem Kernvolumen (Ve)
• höher zulässiger Flussdichte (Bmax)
• geeigneter effektiver Permeabilität (μeff)

Typische maximale Flussdichten

Ferrite

• μ < 1000 → etwa 1500 Gauß
• μ > 1000 → etwa 3000 Gauß

Eisenpulver

• meist über 10.000 Gauß

Dadurch vertragen Eisenpulverkerne wesentlich höhere Gleichstrom-Vormagnetisierung als Ferrite.

3. Warum Eisenpulver geringere Permeabilität besitzt

Eisenpulverkerne bestehen aus vielen isolierten Eisenpartikeln.

Zwischen den Partikeln befinden sich winzige Luftspalte.

Dadurch

• sinkt die effektive Permeabilität,
• steigt die Sättigungsreserve,
• kann deutlich mehr Energie gespeichert werden.

Deshalb werden Eisenpulverkerne bevorzugt für

• Speicherdrosseln
• Leistungsinduktivitäten
• Baluns
• Breitbandübertrager

eingesetzt.

4. Temperatur als zweite Grenze

Auch wenn der Kern noch nicht gesättigt ist, kann die Wicklung zu heiß werden.

Die Wärme entsteht durch:

• Kupferverluste

P=I2R

• Kernverluste

Steigt die Temperatur zu stark an, ist ebenfalls die Leistungsgrenze erreicht.

Interessant ist:

• Sättigung hängt hauptsächlich vom Kernvolumen ab.
• Kühlung hängt hauptsächlich von der Kernoberfläche ab.

5. Skin-Effekt

Bei hohen Frequenzen fließt der Strom nur noch an der Oberfläche des Drahtes.

Dadurch steigt der Wechselstromwiderstand.

Beispiele aus dem Text:

• Draht Ø 1 mm → Skin-Effekt ab etwa 20 kHz
• Draht Ø 0,1 mm → erst ab etwa 2 MHz

Für HF-Spulen werden deshalb oft

• Litze
• HF-Litze
• versilberter Draht

verwendet.

6. Kernverluste

Kernverluste entstehen nur durch Wechselmagnetisierung.

Der Text nennt folgende Zusammenhänge:

• proportional zur Frequenz
• proportional zum Quadrat der Wechsel-Flussdichte

also näherungsweise

PKern​∝f⋅B2

Eine Verdopplung der Flussdichte führt ungefähr zu vierfachen Kernverlusten.

7. Ferrit oder Eisenpulver?

Bei Hochfrequenz gilt laut Text ungefähr:

Ferrit

Grenze meist durch

• magnetische Sättigung

Vorteile

• geringe Kernverluste
• hohe Permeabilität

Nachteile

• geringe Sättigungsflussdichte

Eisenpulver

Grenze meist durch

• Temperaturanstieg

Vorteile

• hohe Sättigungsflussdichte
• verträgt Gleichstromanteile
• gut für Leistungsanwendungen

Nachteile

• höhere Kernverluste

8. Praktische Erfahrungswerte

Der Text nennt folgende Beispiele aus der Amateurfunkpraxis:

Diese Werte sind Erfahrungswerte und hängen stark von

• Frequenz,
• Kühlung,
• Anpassung,
• Windungszahl,
• Material und
• Betriebsart (CW, SSB, Dauerstrich usw.)

ab.