- Veröffentlicht am 9. März 2023
- Zuletzt bearbeitet am 16. Apr. 2024
- 6 min
Wie Ferritkerne richtig eingesetzt werden
Ferrite sind keramische Metalloxide & dank ihrer hohen magnetischen Leitkraft zum Dämpfen hochfrequenter elektromagnetischer Störsignale geeignet. Ferritkerne sind daher in vielen Funkentstörungs-Anwendungen vorzufinden.
Was ist ein Ferritkern?
Ein Ferritkern ist ein passives Bauelement, das zur Entstörung von elektrischen Leitern eingesetzt werden kann. In der Regel handelt es sich um Stäbe, Ringe oder Platten aus Ferriten, also elektrisch schlecht bzw. nicht leitenden ferromagnetischen Werkstoffen aus dem Eisenoxid Hämatit oder Magnetit. Diese sind aufgrund ihrer inneren Struktur entweder hartmagnetische oder weichmagnetische Stoffe, die jedoch elektrisch isolierend wirken.
Diese Kombination von elektromagnetischen Eigenschaften hat viele praktische Anwendungen für die industrielle Elektrotechnik, wo oft zahlreiche Leiter eng nebeneinander auf hohen Frequenzen Ströme leiten müssen und stets Gefahr laufen, sich durch induktive Effekte unerwünscht zu beeinflussen.
Welche Funktion haben Ferritkerne?
Ferritkerne bestehen aus Ferriten, die sich einerseits durch hohe magnetische Leitkraft auszeichnen, jedoch elektrisch isolierend wirken. Dadurch eignen sie sich hervorragend dafür, unerwünschte elektromagnetische Wellen zu dämpfen. Die Feldlinien des Magnetfeldes sind bestrebt, durch das magnetisch leitende Ferrit zu verlaufen, lösen dort jedoch aufgrund der elektrisch isolierenden Eigenschaften keine Wirbelströme aus. Die Folge: Der Ferritkern wirkt wie ein magnetischer Schwamm, der umliegende elektromagnetische Wellen absorbiert und so verhindert, dass sie mit anderen elektrischen Komponenten wechselwirken. Dadurch werden unerwünschte Störsignale minimiert, die durch Induktion in unterschiedlichen Leitern entstehen könnten.
Welche Formen von Ferritkernen gibt es?
Ferrite werden in unterschiedlichen Formen verbaut, um verschiedenen Anforderungen gerecht zu werden:
Ferritstäbe sind die einfachste Bauform. Sie werden mit einem Leiter umwickelt und verfügen über eine spezifische Induktivität, mithilfe derer sich die optimale Windungszahl berechnen lässt.
Ferritringe sind Ringkerne, die einen durch ihren Hohlraum geführten Leiter umschließen und so eine Störunterdrückung erzielen. Ihre Anwendungen hängen ebenfalls von der spezifischen Induktivität ab.
Klappferrite bestehen aus zwei Hohlkern-Hälften, die sich bequem an Leitern fixieren lassen, ohne dass dieser von seinen Verbindungen getrennt werden muss. Sie sitzen in einem einfachen Kunststoffgehäuse und schließen mittels eines Klappbandes. Im Datenblatt zu den Bauteilen befindet sich oft einer Grafik, die den frequenzabhängigen elektrischen Widerstand angibt, um die korrekte Implementierung zu vereinfachen.
Ferritperlen oder auch Dämpfungsperlen sind über zwei seitliche liegende Kondensatoren geerdet und können in Reihe mit einer Stromversorgung deren Spannung entkoppeln.
SMD-Ferrite eignen sich für kompakte Geräte wie Steuermodule. Sie sind besonders gut für Störfilterung an Datenleitungen geeignet.
Ferritkern Sortiment bei RS
Praktisches Zubehör und Sets für Ferrite
Ferritkernen gibt es in unterschiedlichsten Formen. Um jedoch flexibel selbst die ungewöhnlichsten Leiterformen elektromagnetisch schützen zu können, haben wir Designkits, mit denen sich ein Ferritkern für jeden erdenklichen Leiter finden lässt. Sie enthalten praktisches Zubehör wie Kunststoffgehäuse zum schnellen Fixieren oder auch Werkzeuge zum einfacheren Implementieren.
Ein weiterer hilfreicher Zusatz liegt in ESD-Schutzkits (electrostatic discharge). Diese sind besonders auf kompakte Anwendungen von Ferritperlen in Schaltkreisen spezialisiert und enthalten eine Vielzahl von unterschiedlich großen Ferritperlen in diversen Induktivitäten. Auch spezielle Ferritplatten und -folien sind erhältlich. Diese werden heute insbesondere im Bereich der Nahfeldkommunikation für Mobiltelefone verwendet, wo sie wie eine Linse wirken, die das elektromagnetische Feld bündelt und dadurch fokussiert.
Wo kommen Ferrite zum Einsatz?
Ferrite werden vielfach in der Elektrotechnik verwendet, wo sie zu den wichtigsten Bauteilen überhaupt gehören. Die Vorteile von Ferritkernen im Bereich der EMV liegen vor allem in den geringen Kosten sowie die schnelle und einfache Implementierung im Vergleich zu anderen Entstörungsgeräten wie Abschirmkabel.
Sie werden zur Begrenzung von magnetisch induzierten Wirbelströmen eingesetzt, zum Beispiel in Transformatorkernen, Drosseln und Spulen. Auch in diversen Applikationen im Bereich der EMV findet man sie in Form von Ferritperlen oder -stäben. Hier dämpfen sie im Umfeld von elektrischen Leitern hochfrequente Störsignale. Dazu wird der Leiter um einen Ferritstab gewickelt oder durch den Innenraum eines hohlen Ferritkerns geführt. Dies sieht man zum Beispiel bei USB-Kabeln mit Ferritkernen, die an einem Ende des Kabels kurz vor dem USB-Bus sitzen.
Die kleinen SMD-Ferrite (“Surface Mounted Device”) eignen sich besonders für kompakte Anwendungen, zum Beispiel in der Steuerelektronik von Computern, Mobiltelefonen oder Fernsehgeräten.
Ferrite spielen auch eine besondere Rolle in der Militärtechnologie. Durch ihre magnetisch dämpfende Wirkung werden sie für sogenannte Stealth-Technologie (dt. Tarnung) eingesetzt. Hierbei werden sie an der Hülle von U-Booten oder Flugzeugen angebracht, um Radarwellen zu absorbieren und so die Detektion des Fahrzeuges durch Radaranlagen zu verhindern.
Wie setzt man Ferritkerne richtig ein?
Das wichtigste beim Umgang mit Ferriten ist eine behutsame Handhabung. Wie die meisten magnetischen Leiter sind Ferrite empfindlich gegenüber Erschütterungen und zu hohen Temperaturen. Um sie zu schützen, sollten sie daher nicht an Stellen eingesetzt werden, an denen sie Bewegungen oder Hitze ausgesetzt sind. Auch mechanische Spannungen müssen bei dem äußerst porösen Material vermieden werden.
Verwendet man Ferritkerne oder -perlen, sollte man vorher die auftretenden Frequenzen berechnen oder ermitteln. Soll ein Ferritkern mit einer Nennfrequenz von 1 kHz zum Beispiel ein Netzkabel mit einer Taktrate von 100 Hz entstören, sinkt seine Induktivität exponentiell ab.
Achten Sie stets auf eine gute Haftung des Ferritkerns an seiner vorgesehenen Stelle. Ist er nicht ausreichend befestigt oder besitzt einen zu großen Durchmesser, könnte er am Leiter verrücken und seine Funktion nicht mehr sachgemäß ausführen.
Häufig gestellte Fragen
Für welche Kabel eignen sich Ferritkerne?
Grundsätzlich eignen sich Ferritkerne für alle Kabel, die auf hohen Frequenzen Strom leiten. Netzkabel, AV-Kabel wie VGA-Kabel oder Datenübertragungskabel wie LAN-Kabel sind alle anfällig für Störungen. Manche Kabel, wie zum Beispiel HDMI-Kabel sind bereits durch andere Methoden EMV-geschützt erhältlich.
Welchen Umwelteinflüssen hält ein Ferritkern stand?
Ferritkerne sind unempfindlich gegenüber den meisten chemischen Einflüssen. Sie müssen jedoch besonders vor Erschütterung, Hitze und mechanischer Spannung geschützt werden.
In welchen Formen gibt es Ferritkerne?
Ferritkerne gibt es in vielen verschiedenen Formen, von Stab- und Ringkernen über Klappferrite bis zu kompakten SMD-Ferriten.
Warum sollte man einen Ferritkern am Kabel anbringen?
Überall, wo hochfrequente Wechselströme auftreten, besteht die Gefahr einer elektromagnetischen Beeinflussung von anderen Leitern und Geräten. Durch den Einsatz von Ferritkernen wird dieses Risiko minimiert.
Benötigen HDMI-Kabel Ferritkerne?
HDMI-Kabel besitzen von sich aus eine elektromagnetische Abschirmung; ein Ferritkern ist hier redundant.
