Ratgeber
Ferrite sind keramische ferritmagnetische Materialien aus Eisenoxid (Fe2O3) und Oxiden anderer Metalle. Diese können hohe Werte bei der Permeabilität, d. h. der magnetischen Leitfähigkeit, erreichen. Hartmagnetisches Material zeichnet sich durch hohe Koerzitivfeldstärke aus, d. h. die daraus gefertigten Bauteile lassen sich sehr stark und dauerhaft magnetisieren, deshalb werden daraus vornehmlich Dauermagnete, z. B. für Lautsprecher, hergestellt. Weichmagnetisches Materialdagegen zeigt kleine Werte der Koerzitivfeldstärke und kommt erst bei hohem magnetischen Fluss in die Sättigung. Das bedeutet, dass sich weichmagnetisches Material mit geringen Verlusten ummagnetisieren lässt.
Weil es sich um Keramik handelt, die nicht elektrisch leitend ist, gibt es im elektromagnetischen Wechselfeld keine Wirbelstromverluste, wie man sie von Eisenkernen kennt. Im Folgenden geht es um Bauelemente, die aus weichmagnetischen Materialien hergestellt werden. Auf Grund seiner magnetischen und elektrischen Eigenschaften eignen sich diese zur Herstellung von Kernen für Transformatoren, Drosseln, Spulen und EMV-Störschutz-Bauelementen.
Ferrit-Kern in Stabform unbewickelt eignet sich für universelle Anwendungen
Beschichteter Ferrit-Ringkern für Breitband- und Symmetrieübertrager
Um jeden stromdurchflossenen Leiter gibt es ein Magnetfeld. Wenn sich in dessen Nähe magnetisch aktives Material befindet, z. B. Eisen oder Ferrit, werden die davon ausgehenden magnetischen Feldlinien sich in diesen Gegenständen konzentrieren, weil in dem Material die magnetische Leitfähigkeit, wesentlich größer ist als die der umgebenden Luft.
Das Ferrit kann aus einem Kern oder Stab bestehen, um den der Leiter gewickelt wird, aber auch um einen ringförmigen Kern, durch dessen Öffnung der Leiter geführt ist. Der auf diese Weise erhöhte magnetische Fluss führt dazu, dass der um oder durch einen Magnetkern geführte Leiter eine deutlich höhere Induktivität aufweist als wenn er nur von Luft, die eine geringere Permeabilität aufweist, umgeben wäre.
Wenn der Leiter von Wechselstrom durchflossen wird, addiert sich zu dem ohmschen Widerstand des Leiters noch der induktive Widerstand, der mit wachsender Frequenz zunimmt. Das heißt, dass hochfrequente Signale auf dem Leiter abgeschwächt werden, während Gleichstrom so gut wie nicht beeinflusst wird.
Diese Ferrit-Bauelemente werden deshalb beispielsweise dazu benutzt, Störspannungen, die von Schaltvorgängen verursacht werden, zu dämpfen, so dass sie sich auf Zuleitungen von Schaltnetzteilen oder digitalen Systemen nicht ausbreiten können oder von diesen abgestrahlt werden.
Die Herstellung von Ferrit-Magnetkernen erfolgt wie bei anderen Keramiken mit Sinter- und Brennprozessen. Dabei werden die Materialien in Form von Pulvern oder Pasten in Formen gepresst und anschließend getrocknet und gebrannt. Dabei entstehen Bauteile, die ähnlich hart und spröde wie andere Bauteile aus Keramik sind. Es darum nicht ohne weiteres möglich, diese Teile nach der Fertigstellung mechanisch zu bearbeiten oder zu modifizieren. Aus diesem Grund gibt es ein umfangreiches Spektrum an Formen und Ausführungen von Ferritkernen, die an die jeweilige Anwendung optimal angepasst sind.
So werden stabförmige und ringförmige Ausführungen als Ferrit-Ringkern in verschiedenen Abmessungen hergestellt, auch Doppellochkerne, die bewickelt oder durch die Leiter durchgeführt werden. Diese Bauteile werden üblicherweise mit ihrem AL-Wert spezifiziert. Mit dem lässt sich wie bei einer Spule berechnen, mit welcher Windungszahl ein bestimmter Wert der Induktivität erreicht wird.
Sehr montagefreundlich sind die sogenannten „Klapp-Ferrite“. Hier sind zwei Ferrit-Halbschalen in einem Kunststoffgehäuse eingebaut. Diese lassen sich einfach um Rund- oder Flachbandkabel anlegen. Sie werden anschließend zusammengeklappt und mit einer Einschnapp-Verbindung verschlossen, manchmal nur mit einem Schlüssel wieder zu öffnen.
Auch von Klapp-Ferriten gibt es unterschiedliche Ausführungen, die an das jeweilige Kabel optimal angepasst sind. Bei Klapp-Ferriten werden als technische Daten der induktive Widerstand bei einer bestimmten Frequenz angegeben, z. B. 40 Ω bei 25 MHz. D. h. unterhalb dieser Frequenz ist der Widerstand geringer, darüber nimmt er zu. Im jeweiligen Datenblatt findet sich zumeist eine Grafik, aus der sich der genaue Wert ablesen lässt.
Klappferrit, der sich recht einfach um ein Rundkabel legen lässt
Besonders klein sind oberflächenmontierbare Ferrite. Diese SMD-Bauelemente eignen sich als Datenleitungsfilter und zur Versorgungsspannungsentkopplung in sehr kompakten Gerätekonstruktionen.
Eine ganz andere Ausführung ist die flexible Ferritfolie. Hiermit lassen sich die magnetischen Eigenschaften der Abstrahleinrichtungen von NFC- („Near Field Communication“) oder RFID-Systemen („Radio Frequency Identification“) effizienter zu machen.
Ferrit-Bauelemente reagieren ähnlich wie andere Gegenstände aus Keramik empfindlich auf mechanische Belastungen. Aus diesem Grund sollte man Ferrite beim Bewickeln, bei der Montage und im Betrieb keinen Schlägen, Stößen oder plötzlichen Biege- bzw. Torsionslasten aussetzen, die zum Bruch oder zu Absplitterungen führen können. Wenn Ferrite in Kunststoffe eingebettet werden, ist darauf zu achten, dass dies elastisch geschieht, um Spannungen auszuschließen. Mechanische Spannungen des Bauteils haben auch Einfluss auf den AL-Wert des Materials und damit die Induktivität der Gesamtanordnung
Beschädigungen können auch von plötzlicher starker Abkühlung (Kältespray) oder Ultraschall zur Reinigung verursacht werden. Auch erhöhte Temperatur, z. B. beim Lötvorgang, verändert die magnetischen Eigenschaften von Ferriten. Die zulässigen Werte finden sich in den Datenblättern. Die handelsüblichen Ferrit-Kerne sind RoHS-konform.