85% Eisen + 9.5% Silicium + 6,0% Aluminium

Pulverkerne (Pulververbundwerkstoffe)

Pulverkerne, auch Pulververbundwerkstoffe oder Soft Magnetic Composites (SMC) genannt, sind pulvermetallurgisch hergestellte weichmagnetische Kernwerkstoffe. Sie stellen eine Alternative zu Ferriten sowie massiven weichmagnetischen Werkstoffen dar und werden vor allem für Drosseln, Induktivitäten sowie elektromagnetische Bauteile eingesetzt.

Durch ihre hohe elektrische Resistivität und den verteilten Luftspalt eignen sich Pulverkerne besonders für Anwendungen mit hohen Gleichstromanteilen und erhöhten Betriebsfrequenzen.

Herstellung

Zur Herstellung werden feinste ferromagnetische Metallpulver mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung oder einem hochtemperaturbeständigen Bindemittel versehen. Anschließend wird das Material unter hohem Druck in die gewünschte Kernform gepresst und wärmebehandelt.

Die elektrische Isolation jedes einzelnen Pulverpartikels verhindert großflächige Wirbelströme innerhalb des Kernmaterials. Dadurch entstehen wesentlich geringere Wirbelstromverluste als bei massiven Metallkernen.

Ein charakteristisches Merkmal von Pulverkernen ist der sogenannte verteilte Luftspalt. Dieser entsteht durch die isolierten Pulverteilchen und sorgt dafür, dass die Permeabilität geringer, gleichzeitig jedoch die Induktivität auch bei hoher Gleichstromvormagnetisierung deutlich stabiler bleibt.

Neben dem Pressverfahren existieren auch Gussverfahren für Pulververbundwerkstoffe, die jedoch aufgrund des geringeren magnetischen Füllgrades heute nur noch selten eingesetzt werden.

Eigenschaften

Pulverkerne verbinden die Vorteile metallischer Werkstoffe mit einer hohen elektrischen Resistivität. Gegenüber Ferriten besitzen sie in der Regel eine höhere Sättigungsflussdichte, während Ferrite bei sehr hohen Frequenzen oftmals geringere Kernverluste aufweisen.

Typische Eigenschaften sind:

• hohe Sättigungsflussdichte

• geringer Einfluss von Gleichstromvormagnetisierung

• verteilter Luftspalt

• geringe Wirbelstromverluste

• gute Temperaturstabilität

• hohe Überlastfähigkeit

• mechanisch hart und spröde, ähnlich keramischen Werkstoffen

Typische Kennwerte

Je nach Werkstoff ergeben sich folgende Bereiche:

• Koerzitivfeldstärke (Hc): ca. 0,1 bis 1 A/m

• Sättigungsflussdichte (Bs): ca. 0,5 bis 1,9 T

• Relative Permeabilität (µ): ca. 5 bis 250

• Spezifischer elektrischer Widerstand: ca. 1 bis 10⁶ Ω·cm

Die tatsächlichen Werte hängen vom verwendeten Material und dessen Zusammensetzung ab.

Werkstoffgruppen

Je nach Legierung werden verschiedene Pulverkernmaterialien unterschieden.

Eisenpulverkerne

Bestehen nahezu vollständig aus Reineisen.

Eigenschaften:

• hohe Sättigungsflussdichte

• kostengünstig

• ideal für hohe Gleichstrombelastungen

• geeignet für Speicherdrosseln und Leistungsinduktivitäten

MPP-Kerne (Molypermalloy Powder)

Legierung aus etwa:

• 81 % Nickel

• 17 % Eisen

• 2 % Molybdän

Eigenschaften:

• äußerst geringe Kernverluste

• hervorragende Temperaturstabilität

• sehr konstante Permeabilität

• geringe Magnetostriktion

• ideal für Präzisions- und Hochfrequenzanwendungen

High-Flux-Kerne

Legierung aus:

• 50 % Nickel

• 50 % Eisen

Eigenschaften:

• sehr hohe Sättigungsflussdichte

• geringe Permeabilitätsänderung bei Gleichstrom

• besonders geeignet für Hochstromdrosseln und PFC-Anwendungen

Sendust-Kerne

Legierung aus etwa:

• 85 % Eisen

• 9,5 % Silizium

• 5,5 % Aluminium

Eigenschaften:

• geringe Kernverluste

• hohe Sättigungsflussdichte

• gute Temperaturstabilität

• wirtschaftliche Alternative zu MPP-Kernen

Anwendungsgebiete

Pulverkerne werden überall dort eingesetzt, wo hohe Gleichstromanteile auftreten und die Induktivität möglichst konstant bleiben soll. Typische Anwendungen sind:

• Speicherdrosseln

• PFC-Drosseln (Power Factor Correction)

• Ausgangsdrosseln in Schaltnetzteilen

• DC-DC-Wandler

• Leistungsinduktivitäten

• EMV- und Entstörfilter

• Stromkompensierte Drosseln

• Solarwechselrichter

• Ladegeräte

• Industrieelektronik

• Antriebstechnik

• Elektromotoren und Leistungselektronik

Dank ihrer hohen Sättigungsflussdichte und ihres verteilten Luftspalts gehören Pulverkerne heute zu den wichtigsten Kernmaterialien in modernen Schaltnetzteilen und leistungselektronischen Anwendungen.