Ferritkerne

Ferritkerne: Was ist das?

Ferritkerne sind ausgesprochen weit verbreitete Teile elektronischer Komponenten. Verwendet werden sie vor allen Dingen in Transformatoren, wobei die Windungen rundum den Kern dem Transformator die Fähigkeit verleihen, den Strom bzw. die Spannung an der ersten Windung zu verändern. Zudem gibt es zahlreiche weitere elektrische Geräte, in denen Ferritkerne zum Einsatz kommen, sowie viele verschiedene Arten und Ausführungen von Ferritkernen.

Die für Ferritkerne verwendeten Materialien werden in aller Regel entsprechend der vorgesehenen Anwendung ausgewählt. Neben ihrer Funktion als Kern eines Transformators verfügen Ferritkerne zudem über ein gewaltiges Potenzial zur Verhinderung elektrischer Interferenzen, und werden sehr häufig in Rundfunkgeräten eingesetzt. Ferritkerne zählen zu den vielseitigsten und wichtigsten Teilen grundlegender elektronischer Geräte. Zahlreiche Geräte können ohne die Materialien, die in diese scheinbar simplen Bauteile einfließen, nicht hergestellt werden, und viele elektronische Geräte der heutigen Zeit würden ohne Ferritkern einfach nicht wie gewünscht funktionieren.

 

Die Geschichte der Ferritkerne

Wie ein jeder Student der Elektronik weiß, gehen viele Entdeckungen, welche die Technologien noch heute prägen, auf das 19. Jahrhundert zurück. Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war das Phänomen der Induktion bereits bekannt. Nur kurze Zeit später befassten sich experimentierfreudige Wissenschaftler mit Transformatoren und setzten sie in Beleuchtungssystemen ein.

Ferrit ist im materialwissenschaftlichen Sinn gleichbedeutend mit reinem Eisen, im Bereich Magnetismus weicht die Bedeutung jedoch etwas ab. Hierbei werden Ferrite als Verbundwerkstoffe aus Eisenoxid und Keramik angesehen. Dies sind die Kerne, die in modernen Transformatoren zum Einsatz kommen, gleichwohl ursprünglich mit anderen Materialien experimentiert worden ist.

Heutzutage werden Ferritkerne im Bereich Elektronik in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, bei denen Wicklungen erforderlich sind. Ferrite zeichnen sich durch ihre hohe magnetische Permeabilität aus. Ebenso verfügt Ferrit über eine niedrige elektrische Leitfähigkeit; die Kombination dieser beiden Eigenschaften machen Ferritkerne ideal für die Verwendung in Transformatoren und vielen weiteren Anwendungen. Eingesetzt werden Ferritkerne darüber hinaus auch in sogenannten Ferritstabantennen und in Einbau-Schaltnetzteilen.

Die meisten unter uns werden Ferritkerne als Computer-Equipment gesehen haben. Am Ende vieler Computer-Kabel enthält ein Kunststoff-Zylinder oder ähnliches eine Ferritperle zur Verringerung von Interferenzen. Öffnet man das Gehäuse eines Computers, so wird man viele verschiedene Kabel und Leitungen entdecken: Manche von ihnen werden zu genau demselben Zweck von Ferritkernen geschützt, sprich: Interferenzen innerhalb des Geräts zu reduzieren und die Leistung des Gesamtsystems zu steigern.

Ferritkerne werden zudem an High-End Datenkabeln und in vielen weiteren Anwendungen eingesetzt.

Im Zusammenhang mit Transformatoren befinden sich Ferritkerne in nahezu jedem elektrischen Gerät, das Strom aus einer herkömmlichen Steckdose bezieht. Im Inneren der großen Stecker am Ende vieler Adapterstecker elektrischer Geräte ändert ein Transformator die Spannung bzw. den Strom, und sorgt somit für den sicheren Betrieb des Geräts. Diese Transformatoren beinhalten in der Regel Ferritkerne.

Was sind Ferrite?

Ein Ferritkern ist ein Verbund. Er besteht aus Sauerstoff und Übergangsmetallen. Manch ein Ferritkern enthält noch weitere Materialien, darunter Mangan, Nickel, Zink und ähnliches. Ferritkerne werden oftmals auf eine sogenannte geringe Koerzitivfeldstärke ausgelegt. Das bedeutet, dass die magnetischen Eigenschaften des Kerns mühelos umgekehrt werden können. Ferritkerne mit dieser Eigenschaft werden auch Weichferrite genannt.

Zu den am häufigsten verwendeten Materialien für Weichferrite zählen Mangan-Zink-Ferrit und Nickel-Zink-Ferrit. Zudem werden viele andere Materialien verwendet, die für gewöhnlich je nach der vorgesehenen Anwendung, ihrer Anpassungsfähigkeit an Änderungen des magnetischen Feldes, und weiterer Eigenschaften ausgewählt werden.

Anwendungen mit Ferritkernen

Ferritkerne werden in einer Vielzahl elektronischer Anwendungen eingesetzt. Man findet sie in Schaltungskomponenten, Signalgebern, Transformatoren und mehr.

Ferritkerne gibt es in den verschiedensten Formen, zum Beispiel als Zylinder, als Ring und so weiter. Dazu sind sie in vielen verschiedenen Größen erhältlich. Die verwendeten Materialien sind in dieser Hinsicht ungeheuer flexibel und bieten dank der jahrelangen Weiterentwicklung viele verschiedene Variationen, die sich für die unterschiedlichsten Anwendungen eignen.

Ferritkern-Transformatoren arbeiten in der Regel mit niedrigen Frequenzen und sind oftmals sehr groß dimensioniert. Im Bereich Elektronik sind die Frequenzen oftmals wesentlich höher und die Transformatoren wesentlich kleiner. Transformatoren befinden sich in so gut wie jedem elektronischen Gerät: Das hat zu Folge, dass Ferritkerne in nahezu jedem elektronischen Gerät da draußen eine wichtige Rolle spielen.

Viele Ferritkerne - besonders die in groß angelegten Transformatoren - sind an weitere Geräte gekoppelt. Kühlsysteme, beispielsweise, werden häufig eingesetzt um sicherzustellen, dass Hochleistungs-Transformatoren nicht Gefahr laufen, zu überhitzen - dies könnte den Transformator beschädigen und womöglich eine Gefahr für nahestehende Personen darstellen.

Übersicht über Ferrit-Produkte

Aus Ferrit hergestellte Produkte gibt es in Hülle und Fülle. Nachfolgend werden einige wenige Produkte aufgelistet und anhand bestimmter Eigenschaften beschrieben. Dabei ist es wichtig zu wissen, dass der Begriff Ferrit sowohl Produkte aus Eisen, als auch Produkte aus einer Kombination verschiedener Stoffe - für gewöhnlich Keramik und Eisen - beschreiben kann. Welche Definition zutrifft, hängt davon ab, ob es sich um Magneten oder um materialwissenschaftliche Fragen handelt. Bei Letzterem bezieht sich Ferrit auf Eisen.

Ferritkerne müssen manchmal entsprechend ihrer Übereinstimmung mit diversen Standards ausgewählt werden. In solchen Fällen listen Hersteller alle Standards auf, die der jeweilige Ferritkern erfüllt, sodass es ihren Kunden wesentlich leichter fällt, die entsprechenden Produkte auszuwählen und sicherzustellen, dass ihre entwickelten Geräte den jeweils zutreffenden Anforderungen entsprechen.

Neben dem weitverbreiteten Gebrauch in Transformatoren werden Ferritkerne auch in Induktivitäten und ähnlichen Komponenten eingesetzt. Ferritkerne sind normalerweise standardmäßig in diversen Computer-Kabeln integriert, wenngleich Entwickler digitaler Datengeräte oftmals weitere Ferrithülsen, Perlen oder ähnliches hinzufügen, um mögliche Interferenzen auf ein bestimmtes Niveau zu senken.

Ferritperlen

Ferritperlen hören auf viele verschiedene Namen. Manchmal werden sie Ringe, Kerne und EMI-Filter genannt, besonders geläufig ist jedoch die Bezeichnung „Drossel“. Es handelt sich hierbei um passive elektronische Komponenten. Ihre Aufgabe ist es, Hochfrequenzrauschen zu verringern. Nicht zuletzt deshalb sind sie unerlässliche Bestandteile für die Verhinderung von Interferenzen von bzw. zu einem elektronischen Gerät. Man findet sie sehr häufig am Ende von Computer-Kabeln, versteckt in einem Kunststoff-Gehäuse in Form einer kleinen Ausbuchtung.

Ferritkern Design Kits

Ferritkern Design Kits beinhalten all die Materialien, die Elektro-Ingenieure bzw. Hobby-Bastler für die Entwicklung ihres eigenen Ferritkerns benötigen. Manche dieser Kits werden als zweckgebundenes Produkt angeboten und dienen dem Bau einer bestimmten Komponente. Andere wiederum beinhalten viele verschiedene Materialien und können zum Bau beliebiger Komponenten mit Ferritkern verwendet werden.

Auf der Suche nach bestimmten Eigenschaften können Entwickler mit verschiedenen Arten von Kernen experimentieren. Diese Kits erlauben die Verwendung verschiedenster Materialien und Designs, um die jeweils verwendeten Komponenten sehr genau anzupassen.

Ferritkern Sortiment

Ferritkern Sortimente beinhalten eine Vielzahl verschiedenster Materialien, oftmals zusammengefasst für relativ ähnliche Zwecke. So verfügen manche Sortimente über sogenannte Entstörkerne, während wieder andere verschiedene Arten von Kernen beinhalten, die ein Entwickler für unterschiedliche Projekte benötigen könnte.

Manche Ferritkern-Sortimente sind ziemlich groß angelegt und bestehen aus vielen verschiedenen Optionen, um Elektro-Ingenieuren die Arbeit mit verschiedenen Komponenten und Designs zu ermöglichen. Zusätzlich zu ihrer Materialvielfalt beinhalten Ferritkern Sortimente oftmals Kerne verschiedener Designs, damit diese zur Entwicklung der unterschiedlichsten Komponenten verwendet werden können.

Ferrit Ringkerne

Ferrit-Ringkerne sind mit vielen verschiedenen Kernen erhältlich und werden häufig in Breitband-Transformatoren eingesetzt. Ebenso eingesetzt werden sie in Impulstrafos. Diese Produkte richten sich hauptsächlich an Personen, die einen Mischer oder eine Drossel zu bauen planen.

Ferrit Stabkerne

Ferrit Stabkerne werden in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, von RFID-Equipment bis hin zu Induktivitäten. Sie werden oftmals als Einzelteile verkauft, und bieten Ingenieuren somit die Möglichkeit, die jeweiligen Komponenten ihrer Designs individuell anzupassen. Ebenso wie alle anderen Ferrit-Komponenten sind auch Ferrit Stabkerne in den verschiedensten Materialien erhältlich, und bieten Ingenieuren somit die Möglichkeit, die Eigenschaften der jeweils herzustellenden Komponenten präzise anzupassen.

Ferrithülsen

Ferrithülsen werden ganz allgemein an Kabeln verwendet, oftmals insbesondere an Kabeln für Antennen. Sie helfen, die Induktivität des Leiters zu modifizieren und verbessern die Leistung der jeweiligen Antenne. Zudem findet man sie in vielen weiteren Anwendungen, während sie manchmal lediglich aufgrund der Anwenderfreundlichkeit des Hülsen-Designs ausgewählt werden.

Ferrit Flachkerne

Ferrit Flachkerne dienen demselben Zweck wie andere Ferritkerne: Sie verringern elektromagnetische Interferenzen. Ferritkerne im Design eines Flachkerns sind speziell auf die Verwendung in Flachkabeln und Flachbandkabeln ausgelegt. Man findet sie oftmals im Inneren von Daten-Equipment, darunter Flachkabel und ähnliche Leitungen innerhalb eines Computers.

Ferritkern-Transformatoren

Ferritkern-Transformatoren zählen zu den am häufigsten verwendeten Elektroteilen der Welt. Eingesetzt werden sie in großen wie kleinen Transformatoren sowie in Induktivitäten. Verkauft werden diese Transformatoren auf der Grundlage der Durchlässigkeit und der magnetischen Eigenschaften der jeweiligen Geräte. Die Wahl des richtigen Ferritkerns für einen Transformator zählt zu den kritischsten Überlegungen in der Entwicklung von Elektroteilen.

Was ist mit Zubehörtyp gemeint?

Die sogenannte Zubehör-Art eines Transformators beschreibt lediglich, welche Arten von (Zubehör-)Objekten im Laufe des Betriebs mit dem Transformator verwendet werden. Ein Silikagel Entlüfter beispielsweise ist ein Zubehör-Gerät zur Steuerung der Temperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs. Besonders große Transformatoren erreichen bei Betrieb oftmals hohe Temperaturen und erfordern diverse Zubehör-Geräte zur Kühlung. Weitere Geräte können zum Schutz des Geräts vor anderen Einflüssen verwendet werden.

Manche Transformatoren verfügen über weitere Ergänzungen, darunter bestimmte Befestigungselemente zur Befestigung des Transformators an Leiterplatten oder anderen Geräten, je nach dem vorgesehenen Anwendungsbereich. Was genau unter den Begriff Zubehör-Artikel fällt, hängt in gewissem Maße von dem Anbieter ab, bei dem der Transformator gekauft worden ist.

Womit können Ferritkern-Transformatoren verwendet werden?

Ferritkern-Transformatoren können selbstverständlich mit jedem beliebigen Transformator verwendet werden, und kommen auch bei Induktivitäten zum Einsatz. Zudem werden Ferritkerne oftmals in Sensoren und Filtern eingesetzt, insbesondere jedoch bei EMI/RFI-Filtern. Diese Transformatoren sind sehr vielseitige Geräte mit einer Vielzahl verschiedenster Verwendungszwecke und bieten dank der flexiblen Materialzusammensetzung mit entsprechend variierenden Eigenschaften ein hohes Maß an Flexibilität im Hinblick auf Anwendung und Design.

Was versteht man unter dem AL-Rating?

Das AL-Rating gibt Aufschluss darüber, inwiefern ein Transformator hochfrequenten Strom verarbeitet, und legt die Grenzfrequenz fest. Dieses Rating ist eine nicht-lineare Eigenschaft und Bestandteil der Spezifizierung im Rahmen von Entwicklungsarbeiten. Beschrieben wird das AL-Wert als Menge der Induktivität jeder Windung einer Spule.

Aus welchem Material bestehen Ferritkern-Transformatoren?

Ferritkern-Transformatoren können aus zahlreichen verschiedenen Materialien bestehen. Im Folgenden werden einige der gebräuchlichsten Materialien beschrieben. Die Materialien, aus denen ein solcher Transformator-Kern besteht — Ferrite — können in Hart- und Weichferrite unterteilt werden. Weichferrite sind in der Lage, Änderungen der magnetischen Ausrichtung mit nur sehr geringen Energieverlusten zu handhaben. Bemerkenswert ist auch, dass diese Materialien mit jeder beliebigen Stromstärke in dem Kern umgehen können, was sie noch effizienter macht.

Hartferrite behalten ihre magnetische Ausrichtung sehr gut und eignen sich besonders gut für die Übertragung magnetischen Flusses. Hierbei handelt es sich um sehr kostengünstige Komponenten: Sie sind sogar so preiswert, dass sie längst Einzug in den Alltag gehalten haben, zum Beispiel in Form von Kühlschrankmagneten.

F44

F44 ist ein Mangan-Zink-Ferritkern. Ferritkerne dieser Art bieten eine hohe Sättigung und geringe Verluste.

N27

N27 ist ein Material, das in Netzteilen und Kommunikationsgeräten eingesetzt wird. Ebenso wird es in industriellen Elektronikanwendungen verwendet.

N87

N87 wird zum Teil bei denselben Anwendungen eingesetzt wie N27 Kerne, und verfügt über gleichermaßen weitläufige Einsatzmöglichkeiten in Kommunikationsgeräten und industriellen Anlagen.