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| [[Datei:EI-transformer core interleaved.svg|thumb|Kern aus geschichteten Transformatorblechen]] | | #Weiterleitung [[Magnetkern]] |
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| Als '''Eisenkern''', auch '''Transformatorkern''' oder kurz Kern genannt, bezeichnet man in der Elektrotechnik einen aus [[ferromagnetisch]]en Werkstoffen oder auch [[Ferrite]]n hergestellten und damit magnetisierbaren massiven oder schichtweise aufgebauten Körper. Siehe auch [[Ferritkern]].
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| Seine Hauptaufgabe besteht darin, in Verbindung mit stromdurchflossenen Spulen den magnetischen Fluss zu bündeln und die [[Induktivität]] und die magnetische Flussdichte zu vergrößern.<ref name= "Quelle 1" />
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| Bei lamellierten Eisenkernen wird von einem geblechten Kern (aus [[Elektroblech|Transformatorblechen]]) oder einem Eisenpaket gesprochen. Die voneinander isolierten Bleche sind bei Wechselfeldern zur Vermeidung von [[Wirbelstromverluste]]n erforderlich.
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| == Grundlagen ==
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| Wird eine [[Spule (Elektrotechnik)|Spule]] von einem elektrischen Strom durchflossen, baut sich um die Spule ein [[Magnetismus|Magnetfeld]] auf. Diese magnetische Wirkung wird durch einen Kern aus einem ferromagnetischen Stoff ([[Eisen]], [[Nickel]] oder [[Kobalt]]) sehr stark, bei bestimmten Stoffen mehr als 10.000-fach, erhöht.<ref name="Quelle 5" /> Der Eisenkern verbessert die [[magnetische Leitfähigkeit]], wodurch der [[Magnetischer Fluss|magnetische Fluss]] konzentriert dahin geführt werden kann, wo er wirken soll. Bei [[Transformator]]en verringert er die Windungszahl der [[Primärspule]].<ref name= "Quelle 6" />
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| Nur ferromagnetische Stoffe besitzen unterhalb der [[Curie-Temperatur]] (z. B. Eisen 768 °C) [[Weiss-Bezirk|Molekularmagnete]] im Innern. Durch den Eisenkern wird der magnetische Fluss in bestimmte Bahnen gelenkt, dies ist insbesondere bei ringförmig geschlossenen Eisenkernen mit geringem [[Streufluss]] der Fall. Allerdings ist die magnetische Leitfähigkeit nur näherungsweise konstant und von der [[Magnetische Flussdichte|magnetischen Flussdichte]] abhängig. Bei hohen Flussdichten verliert der Werkstoff seine hohe magnetische Leitfähigkeit und diese reduziert sich im Extremfall, welcher als Sättigung bezeichnet wird, auf die [[Vakuumpermeabilität]] μ<sub>0</sub>.<ref name= "Quelle 7" />
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| == Aufbau ==
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| Bei der Konstruktion von Eisenkernen ist es erforderlich, mehrere magnetische Größen zu berücksichtigen:
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| * [[Magnetische Feldstärke]]
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| * [[Magnetische Flussdichte]]
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| * die Induktivität
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| * eventuell auftretende [[Wirbelstrom|Wirbelströme]]
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| * die [[Permeabilität (Magnetismus)|Permeabilitätszahl]] (magnetische Leitfähigkeit des Kernmaterials)
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| Je nach Einsatzbereich besteht der Eisenkern aus unterschiedlichen ferromagnetischen Stoffen.<ref name= "Quelle 2" /> Hierbei ist es wichtig, dass Werkstoffe mit möglichst geringen [[Eisenverluste]]n zum Einsatz kommen. Je nach Verwendungszweck werden [[Hartmagnetischer Stoff|hartmagnetische]] oder [[Weichmagnetische Werkstoffe|weichmagnetische]] Werkstoffe eingesetzt.<ref name= "Quelle 4" /> Diese Eigenschaften sind aus der [[Hystereseschleife]] zu ersehen. Um die Wirkung des Eisenkerns zu optimieren, werden die Wicklungen der [[Spule (Elektrotechnik)|Spulen]] so gefertigt, dass ein möglichst geringer Hohlraum zwischen Eisenkern und [[Spulenkörper]] entsteht.<ref name= "Quelle 2" />
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| === Gleichstrom ===
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| Da bei [[Gleichstrom]] keinerlei Wirbelströme entstehen, kann der Eisenkern hier aus Massiveisen hergestellt werden. Diese Massiveisenkerne können sowohl aus Gusseisen als auch aus massivem Stahl bestehen. Allerdings werden in der Praxis auch diese Eisenkerne überwiegend aus [[Elektroblech|Dynamoblechen]] gefertigt. Bei kleinen Gleichstrommotoren werden die Pole häufig aus Ferritmagneten gefertigt.<ref name= "Quelle 3" />
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| === Niederfrequenter Wechselstrom ===
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| Die Wirbelstromverluste steigen quadratisch mit der [[Frequenz]] an und sind in massiven Eisenkernen so groß, dass der Massiveisenkern sehr stark erwärmt wird. Aufgrund dieser bei Wechselstrom auftretenden [[Wirbelstrom|Wirbelströme]] und der damit verbundenen Wirbelstromverluste werden die Eisenkerne für diesen Einsatz aus geschichteten und gegenseitig isolierten Dynamoblechen gefertigt.<ref name= "Quelle 8" /> Aus diesen Blechen werden, je nach Verwendungszweck, verschiedene Schnitte (M - [[:Bild:EI-transformer core.svg|EI]] - UI) gestanzt oder zu sogenannten [[Ringkern|Bandkernen]] aufgewickelt und verarbeitet.<ref name="Quelle 9" />
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| === Hochfrequenter Wechselstrom ===
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| Für hochfrequenten [[Wechselstrom]] werden Eisenkerne aus mit Isoliermasse vermischtem Eisenpulver, sogenannte Eisenpulverkerne, hergestellt. Die Isoliermasse trennt die einzelnen metallischen magnetischen Partikel und reduziert so die Wirbelströme, solange die Frequenz nicht sehr hoch ist. Da auch für das Magnetfeld Unterbrechungen entstehen erlaubt dies nur eine relativ geringe Permeabilität.
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| Ein anderes Material für hohe Frequenzen sind [[Ferrite]].<ref name= "Quelle 10" /> Dies sind keramische Materialien auf Basis von Oxiden, und je nach Zusammensetzung Isolatoren oder schlechte Leiter. Die Herstellung erfolgt durch [[Sintern]]. Aufgrund der geringen [[Elektrische Leitfähigkeit|elektrischen Leitfähigkeit]] treten bei ihnen auch bei hohen Frequenzen kaum Wirbelströme auf.<ref name= "Quelle 11" /> Bei sehr hohen Frequenzen wird kein Eisenkern verwendet.
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| === Kenngrößen ===
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| Die Kenngrößen eines Eisenkernes (oder Ferritkernes respektive) sind:
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| * Eisenweglänge: umlaufende effektive Länge des Magnetkreises
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| * Kern- oder Eisenquerschnitt: mittlere Querschnittsfläche des Kernes
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| * Permeabilitätszahl
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| * Sättigungsinduktion
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| Ferner werden für eine bestimmte Induktion und Frequenz die Verluste in Watt pro Volumen angegeben. Bei Ferriten ist oft die elektrische Leitfähigkeit angegeben.
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| Bei Ferritkernen gestattet der so genannte Al-Wert, oft angegeben in nH pro Quadratwindung, die Vorausbestimmung der Induktivität einer bestimmten Anzahl von Windungen. [[Luftspalt (Magnetismus)|Luftspalte]] verringern den Wert, gestatten jedoch eine höhere [[magnetische Durchflutung]] bis zur Kernsättigung und speichern einen großen Teil der magnetischen Energie.
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| == Einsatzbereiche ==
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| Einsatzbereiche liegen dort, wo eine gezielte Führung des magnetischen Flusses zufolge des elektrischen Stroms erforderlich ist oder wo die [[Induktivität]] einer Spule gesteigert werden muss.
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| === Einsatzbeispiele ===
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| * [[Transformator]]en
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| * [[Drossel (Elektrotechnik)|Drossel]]spulen
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| * [[Elektromotor]]en, Generatoren
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| * [[Relais]]
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| * [[Elektromagnet]]e, Zugmagnete
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| * [[Magnetkopf|Magnetköpfe]]
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| Quelle:<ref name= "Quelle 3" />
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| == Literatur ==
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| * Wolfgang Bieneck: ''Elektro T. Grundlagen der Elektrotechnik''. 5. Auflage, Holland+Josenhans Verlag, Stuttgart 2005, ISBN 3-7782-4900-2
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| * ''Grundlagen der Elektrotechnik''. 4. Auflage, Institut zur Entwicklung moderner Unterrichtsmethoden e. V., Bremen 1982
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| * Gert Hagmann: ''Grundlagen der Elektrotechnik.'' 6. Auflage, AULA-Verlag GmbH, Wiesbaden 1997, ISBN 3-89104-614-6
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| == Einzelnachweise ==
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| <references>
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| <ref name="Quelle 1">Franz Moeller, Paul Vaske (Hrsg.): ''Elektrische Maschinen und Umformer.'' Teil 1 Aufbau, Wirkungsweise und Betriebsverhalten, 11. überarbeitete Auflage, B. G. Teubner, Stuttgart 1970.</ref>
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| <ref name="Quelle 2">Ingo Wolff: ''Grundlagen der Elektrotechnik.'' Band 1, das elektrische und das magnetische Feld. 7. völlig neu bearbeitete Auflage. Verlagsbuchhandlung Dr. Wolff GmbH, Aachen 2003, ISBN 3-922697-28-3.</ref>
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| <ref name="Quelle 3">Günter Springer: ''Fachkunde Elektrotechnik.'' 18. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal 1989, ISBN 3-8085-3018-9.</ref>
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| <ref name="Quelle 4">Günter Boy, Horst Flachmann, Otto Mai: ''Die Meisterprüfung Elektrische Maschinen und Steuerungstechnik''. 4. Auflage, Vogel Buchverlag, Würzburg 1983, ISBN 3-8023-0725-9.</ref>
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| <ref name="Quelle 5">Bosch (Hrsg.): ''Technische Unterrichtung Elektrotechnik''. 1. Ausgabe, Robert Bosch GmbH, Stuttgart 1976, VDT-UBE 002/1.</ref>
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| <ref name="Quelle 6">A. Senner: ''Fachkunde Elektrotechnik''. 4. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel, 1965.</ref>
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| <ref name="Quelle 7">Hans Fischer: ''Werkstoffe der Elektrotechnik''. 2. überarbeitete Auflage, Hanser Verlag, München Wien 1982, ISBN 3-446-13553-7.</ref>
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| <ref name="Quelle 8">Rolf Fischer: ''Elektrische Maschinen.'' 12. Auflage, Carl Hanser Verlag, München und Wien 2004, ISBN 3-446-22693-1.</ref>
| |
| <ref name="Quelle 9">Gisbert Kapp: ''Transformatoren für Wechselstrom und Drehstrom.'' 3. vermehrte und verbesserte Auflage, Verlag von Julius Springer, Berlin 1907.</ref>
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| <ref name="Quelle 10">[[Curt Rint]]: ''Handbuch für Hochfrequenz- und Elektro-Techniker Band 2''. 13. Auflage, Hüthing und Pflaum Verlag GmbH, Heidelberg 1981, ISBN 3-7785-0699-4.</ref>
| |
| <ref name="Quelle 11">Ekbert Hering, Karl-Heinz Modler (Hrsg.): ''Grundwissen des Ingenieurs''. Fachbuchverlag Leipzig, München 2007, ISBN 978-3-446-22814-6.</ref>
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| </references>
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| [[Kategorie:Bauteil (Elektromaschine)]]
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| [[Kategorie:Elektrisches Bauelement]]
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| [[Kategorie:Magnetismus]]
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