4.4 Spule mit Massekern (S. 198-199)

Gepresstes Eisenpulver für Spulenkerne (Massekerne) wird als magnetischer Kern- werkstoff in der Nieder- und Hochfrequenztechnik in sehr vielen Ausführungsfor- men verwendet. Es hat die Aufgaben: ) die Spuleninduktivität zu erhöhen ) einen einfachen Induktivitätsabgleich in einem großen Abgleichbereich zu ermöglichen Bei der Entwicklung der Massekeme stand der Gedanke im Vordergrund, die Wir- belstromverluste des Eisens zu vermindern.

Da die Verluste von der Teilchengröße abhängen, wird für die Herstellung von Massekernen ein Eisenpulver (Carbonylei- sen) verwendet, dessen Teilchen einen Durchmesser bis herab zu 5 · 103mm aufwei- sen. Die magnetische Leitfähigkeit (Permeabilität ` r) eines Massekerns ist – wegen der starken Streuung bei Kemen mit nicht geschlossenem Eisenweg – nur bei Ringker- nen genau anzugeben. Die sogenannte Ringpermeabilität ( ` r) ist die wirksame Permeabilität einer Toroid- spule mit ringförmigem Eisenkern und definiertem Spulenaufbau. Sie dient der Kennzeichnung des Pulverkern-Werkstoffs. Pulverkerne für Kurzwellenspulen haben eine Ringpermeabilität von ` r = 5 bis 7. Kerne für Mittel- und Langwellen- spulen haben einenWert von ` r = 7 bis 20. Pulverkern-Werkstoffe für Drosselspulen, Übertrager und Pupinspulen haben eine Ringpermeabilität von ` r = 30 und höher. Abb. 4.5 zeigt einige gebräuchliche Massekerne. Zu beachten sind bei Massekernen die Spulenverluste bei höheren Frequenzen.

Das einen Leiter umgebende Magnetfeld erzeugt bei hohen Frequenzen im Innern des Leiters Wirbelströme, die eine zusätzliche Erwärmung und damit Verluste bedingen (Wirbelstromverluste). Außerdem verursachen die Wirbelströme aber auch eine Stromverdrängung an die Oberfläche des Eisens (Skineffekt), sodass der Hochfrequenzstrom nur in einer dünnen Schicht an der Oberfläche des Leiters fließt (Verminderung der Leitfähigkeit des Leiters bei Hochfrequenz).

In einer vom Hochfrequenzstrom durchflossenen Spule treten somit Verluste auf, die durch ) den ohmschenWiderstand, ) dieWirbelströme und ) den Skineffekt bedingt sind. Enthält eine Spule einen Eisenkern, so treten zu diesen drei Verlusten noch hinzu: ) Hystereseverluste (Ummagnetisierungsverluste im Eisen) und ) Wirbelstromverluste im Eisen. Bei Frequenzen über 2 MHz machen sich noch die Verluste im Isolierstoff des Spu- lenkörpers (dielektrische Verluste) bemerkbar. Diese sind der Spulenkapazität pro- portional.

4.5 Spule mit Eisenblechkernen

Spulen (z. B. Drosseln und Übertrager) werden mit einem Kern aus Eisenblechen versehen, wenn sie im Nieder- oder Mittelfrequenzbereich betrieben werden. Aus- nahmsweise werden auch Übertrager und Drosselspulen bis zu einer Betriebsfre- quenz von 500 kHz und höher mit Eisenblechen ausgerüstet, insbesondere dann, wenn das zu übertragende Frequenzband relativ schmal ist. In zunehmendemMaße werden für Übertrager (z. B. Sparübertrager) im Mittel- und Hochfrequenzgebiet Ferritkerne verwendet. Zur Verminderung der Hysterese- und Wirbelstromverluste werden die Bleche aus legiertem Eisen (mit Zusätzen von Aluminium, Chrom, Nickel und/oder Silizium) hergestellt.

Diese Legierungen haben eine kleine Koerzitivfeldstärke, eine hohe Induktion und z. T. einen hohen spezifischen Widerstand. Eine Eisen-Chrom- Nickel-Legierung (Hypern 20) hat z. B. einen etwa 15 mal so hohen spezifischen Widerstand als reines Eisen. Die Vergrößerung des spezifischen Widerstands des Eisenkerns wirkt sich unmittelbar durch eine Verminderung der Wirbelströme aus. Eine weitere Herabsetzung der Wirbelströme lässt sich erzielen durch Verminde- rung der Blechdicke. Für Hochfrequenzübertrager werden Bleche mit einer Dicke von nur 0,05 bis 0,1 mm verwendet. Kernwerkstoffe und Schnittformen sind weit- gehend in die Normung einbezogen.