Weichmagnetische Werkstoffe

Weichmagnetische Werkstoffe sind ferromagnetische Materialien, die sich in einem Magnetfeld leicht magnetisieren lassen. Diese magnetische Polarisation kann z. B. durch einen elektrischen Strom in einer stromdurchflossenen Spule oder durch Anwesenheit eines Permanentmagneten erzeugt werden. Die Werkstoffpolarisation liefert bei allen Ferromagneten einen vielfach höheren Beitrag zur magnetischen Flussdichte als die von außen angelegte magnetische Feldstärke. Vereinfacht ausgedrückt „verstärkt“ ein weichmagnetisches Material ein äußeres Magnetfeld um die Werkstoffpermeabilität. Weichmagnetische Werkstoffe zeichnen sich durch eine niedrige Koerzitivfeldstärke (<1000 A/m) aus. Bei Überschreitung der Koerzitivfeldstärke in einem Gegenfeld wird auch die Richtung des magnetischen Flusses im Werkstoff umgedreht. Im Gegensatz zu hartmagnetischen Werkstoffen mit hoher Koerzitivfeldstärke wird so der Hystereseverlust beim Ummagnetisieren z.B. in einem Generator, Motor oder Transformator klein gehalten, wobei sich in einem Wechselfeld die gesamte Verlustleistung im Werkstoff aus Hystereseverlust und Wirbelstromverlust zusammensetzt. Zur Verringerung der Wirbelstromanteils werden daher bei netztypischen Frequenzen widerstandserhöhende Legierungszusätze wie Silizium und Aluminium bei Eisenlegierungen verwendet, bei hohen Frequenzen dagegen werden quasi nichtleitende Keramiken eingesetzt.

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Zur Unterscheidung werden hauptsächlich die Eigenschaften Permeabilität und Verluste benutzt.

Grundsätzlich unterscheidet man die weichmagnetischen Materialien in die zwei Hauptgruppen:

• metallische Werkstoffe
• keramische Werkstoffe

Die metallischen Werkstoffe basieren im Wesentlichen auf den ferromagnetischen Metallen Eisen, Cobalt und Nickel. Hier unterscheidet man die drei Hauptgruppen: kristalline Legierungen, amorphe Legierungen, nanokristalline Legierungen.

Die keramischen Werkstoffe sind im Wesentlichen Ferrite auf Basis von Metall-Oxiden, wobei die beiden Stofffamilien Mangan-Zink (MnZn) und Nickel-Zink (NiZn) im Vordergrund stehen.

Eine weitere Klassifizierung wird in der Norm IEC 60404-1 vorgenommen:

• Eisen
• Stähle mit niedrigem Kohlenstoffanteil
• Stähle mit Silizium Zusatz (FeSi)
• andere Stahlsorten
• Nickel-Eisen Legierungen (FeNi)
• Cobalt-Eisen-Legierungen (FeCo)
• andere Legierungen (z.B. FeAl, FeAlSi)
• Ferrite

Weit verbreitete Bauformen weichmagnetischer Werkstoffe bzw. die äußeren Formen, in der sie Verwendung finden, sind folgende:

• Kernbleche
• Ringkerne
• Schnittbandkerne
• geklebte Blechpakete
• Form- und Massivteile
• Pulverkerne
• geteilte Kernformen wie UU, UI, EE, EI, EC, RM, Schalen (Schwerpunkt Ferrite)
• dünne Schichten
• Drähte

Die Hauptanwendungen für weichmagnetische Werkstoffe liegen überwiegend im Bereich der Elektrotechnik und sind:

• Motoren und Generatoren
• Transformatoren, Übertrager, Drossel
• Relais
• Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter)
• Bauteile zur Ultraschallerzeugung
• mechanische Filter und Verzögerungsleitungen
• Magnetkopf für die Informationsspeicherung
• Temperaturkompensation (Ausdehnungs- und Einschmelzlegierungen)
• Bimetall-Anwendungen
• Diebstahlsicherung (Warensicherungsetikett)
• Sensoren
• Ferritantennen

Siehe auch

• Kernspeicher