Ferritkerne

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Alle Ringkerne sind - RoHS Compliant Qualitätsstandart ISO 9001

 

Grundsätzlich kann man sich merken, dass die Eisenpulver-Ringkerne für schmalbandige Anwendungen sind und die Ferrit-Ringkerne für breitbandige Anwendungen benutzt werden.

 

Sofern in Ausnahmefällen nicht abweichend angegeben, sind alle Amidon-Produkte

Alle Ringkerne sind - RoHS: konform

 

Ferrite Toroidal Cores:

Ferrit-Ringkerne sind in zahlreichen Größen von 2,5 mm bis 127 mm Außendurchmesser und mit Permeabilitäten von µ 20 bis mehr als µ 15.000 lieferbar. Sie eignen sich ausgezeichnet für eine Reihe von Anwendungen im Bereich von HF-Schaltkreisen, und ihre relativ hohe Permeabilität ist besonders nützlich, um hohe Induktivitäten mit möglichst kleiner Windungszahl zu erreichen.

Es gibt zwei Hauptgruppen von Materialien:

Die Gruppe mit einer Permeabilität zwischen µ 20 und µ 800 enthält in der Regel Nickel-Zink-Typen, während im Bereich zwischen µ 800, µ 5000, µ 10.000 und µ 15.000 allgemein Mangan-Zink-Typen verwendet werden.

Nickel-Zink-Ringkerne weisen einen hohen Volumenwiderstand und eine mäßige Stabilität auf, bieten aber hohe Güten im Frequenzbereich von 500 kHz bis 100 MHz. Die sind für Anwendungen in Resonanzkreisen mit geringer Leistung und - wegen ihrer hohen Permeabilität - besonders gut zur Anfertigung von Breitbandübertragern geeignet.

Die Mangan-Zink-Ferritkerne mit Permeabilitäten von µ 800 bis µ 15.000 haben einen recht niedrigen Volumenwiderstand und eine mittlere Sättigungsflußdichte. Sie bieten hohe Güten zwischen 1 kHz und 1 MHz. Kerne aus dieser Materialgruppe werden auch verbreitet für Transformatoren in Schaltnetzteilen eing esetzt, die mit 20...100 kHz Schaltfrequenz arbeiten. Ihre steile Sättigungscharakteristik erlaubt den Einsatz in Transformatoren, die mit Eigensättigung arbeiten. Sie können aber auch ungesättigt betrieben werden, wenn Pulsmodulations-Schaltkreise die Schaltfunktion übernehmen. Die AL-Werte sind im Gegensatz zu den Eisenpulver-Materialien in der Einheit nH/Wdg2 angegeben. Diese Einheit ist übrigens zahlenmäßig identisch mit der Einheit mH/(1000 Wdg.)2, die gelegentlich auch zu finden ist.

Sie können die AL-Werte und die Formel benutzen, um die Windungszahl für die gewünschte Induktivität zu berechnen. Mit Hilfe der Drahttabelle sollte dann geprüft werden, ob die benötigte Windungszahl auf den ausgewählten Kern paßt.

Die Daten gelten nicht als zugesicherte Eigenschaften,siehe Originalunterlagen Amidon Datenbuch!

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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:

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.

 

Ferrite- nicht aus Eisen

 

Ferrite bestehen, anders als es die Bezeichnung vermuten lassen mag, nicht aus Eisen, sondern aus Nickel-Zink bzw. Mangan-Zink.

Die Permeabilität reicht von 20 bis 15.000 µ. Ringkerne aus Ferrite eignen sich für einen breiten Einsatz in HF-Schaltungen. Ferrite werden besonders in Breitband-Übertragung eingesetzt. Die hohe Permeabilität macht sie besonders interessant für Spulen hoher Induktivitäten bei geringer Anzahl von Windungen. Nickel-Zink-Ferrite weisen eine relative Permeabilität von 20 bis 800 auf, während der Wert von Ringkernen aus Magan-Zink über 800 beträgt.

Nickel-Zink-Ringkerne besitzen einen hohen spezifischen Widerstand und geringe Verluste im Frequenzband 0,5 bis 100 MHz bei mittlerer Temperaturstabilität. Sie sind geeignet für Spulen hoher Induktivitäten bei geringen Leistungen. Die geringe Permeabilität lässt sie auch für Breitband-Transformatoren geeignet erscheinen.

Magan-Zink-Ringkerne weisen eine Permeabilität ab 800 bis zu 15.000 bei mäßigem Volumenwiderstand  und mittlerer Sättigungsflussdichte auf. Sie verursachen geringe Verluste im Frequenzbereich 1kHz bis 1 MHz. Kerne dieser Kategorie werden in Schaltnetzteilen eingesetzt. Nachfolgend die Formel zur Berechnung der Windungszahl:

 

N=1.000x√ (L/AL )

N…..Anzahl der Windungen

L ….Induktivität in mH

AL ….Material in mH je 1.000 Windungen

 

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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.

   

Lieferbare Ferritformen

                  

         Ringkern                       Perle                    Stab               Doppellochkern

            

     E-Kerne                Klappferrite Rundkabel     Klappferrite      Schalen-Kern

                                                                                 für Flachband

    

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

 

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

 

 

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