Hartmagnetisch

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 führt in allen weichmagnetischen Werkstoffen zu einer vielfach höheren magnetischen Flussdichte als das von außen wirkende magnetische Feld in Luft erzeugt. Vereinfacht ausgedrückt „verstärkt“ ein weichmagnetisches Material ein äußeres Magnetfeld um die Werkstoffpermeabilität. Weichmagnetische Werkstoffe besitzen eine Koerzitivfeldstärke von <1000 A/m. Bei Überschreitung der Koerzitivfeldstärke in einem Gegenfeld wird auch die Richtung des magnetischen Flusses im Werkstoff umgedreht.

Im Gegensatz zu hartmagnetischen Werkstoffen (siehe Dauermagnet) wird so der Hystereseverlust beim Ummagnetisieren, z. B. in einem Transformator oder dem Wechselfeld in Generatoren und Elektromotoren klein gehalten. Die Verlustleistung im Kern-Werkstoff setzt sich aus Hystereseverlust und Wirbelstromverlust zusammen. Zur Verringerung der Wirbelstromanteils werden daher bei netztypischen Frequenzen widerstandserhöhende Legierungszusätze wie Silizium und Aluminium bei Eisenlegierungen verwendet. Bei hohen Frequenzen werden wenig oder nichtleitende Ferrite eingesetzt.

Zur Unterscheidung sind besonders die Permeabilität und die Verluste von Bedeutung.

Man verwendet zwei weichmagnetische Stoffgruppen:

• Metalle (massiv, gebundene Pulver, Bleche, kristalline oder amorphe Bänder, früher auch Drähte)
• keramische Werkstoffe (Ferrite)

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 (sogenanntes „Weicheisen“)
• 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, Drosseln
• Relais und Schütze
• Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter)
• Bauteile zur Ultraschallerzeugung (Magnetostriktion)
• mechanische Filter und Verzögerungsleitungen
• Magnetkopf für die Informationsspeicherung in hartmagnetischen Stoffen (Magnetband, Festplatte, Magnetstreifen, früher auch Drähte)
• Diebstahlsicherung (Warensicherungsetikett)
• induktive Sensoren
• Reedkontakte
• Ferritantennen

Siehe auch

Transformator, Eisenkern, Drossel, Pulverkern, Ferritkern