Kundenspezifische nanokristalline Kerne

Nanokristalline Magnetkerne übertreffen herkömmliche Ferritkerne in wichtigen Bereichen häufig. Sie können eine deutlich höhere Anfangspermeabilität und eine höhere Sättigungsflussdichte erreichen (zum Beispiel ~1.2–1.7 T gegenüber etwa 0.5 T bei Ferriten). Das bedeutet, dass ein nanokristalliner Kern mehr magnetischen Fluss (oder Strom) verarbeiten kann, bevor er in Sättigung gerät, was bei derselben Anwendung eine kleinere Kerngröße oder eine höhere Leistungsübertragung ermöglicht. Darüber hinaus weisen nanokristalline Materialien bei mittleren Frequenzen (Zehnerbereiche von kHz) typischerweise geringere Kernverluste auf und behalten bei erhöhten Temperaturen eine bessere Leistung bei, wohingegen Ferritkerne tendenziell steigende Verluste zeigen und mit zunehmender Frequenz und Temperatur größere Sicherheitsmargen erfordern können. Kurz gesagt ermöglichen nanokristalline Kerne im Vergleich zu entsprechenden Ferritlösungen kompaktere und effizientere Designs, insbesondere für Hochleistungs- oder Breitbandanwendungen.

Nanokristalline Kerne werden hergestellt, indem eine spezielle Metalllegierung rasch zu einem dünnen Band erstarrt und anschließend wärmebehandelt wird, um eine extrem feine kristalline Mikrostruktur zu bilden (Korngrößen in der Größenordnung von Nanometern). Das resultierende Material vereint eine amorphähnliche Gleichmäßigkeit mit Kristallbereichen im Nanomaßstab, was ihm außergewöhnliche weichmagnetische Eigenschaften verleiht. Dieser Herstellungsprozess führt zu einer sehr hohen Permeabilität und geringen Koerzitivfeldstärke sowie zu minimaler Magnetostriktion (mechanische Verformung durch Magnetisierung). Diese einzigartige Struktur verleiht nanokristallinen Kernen ihre sehr geringen Verluste und die hohe Sättigungsinduktion. In der Praxis bedeutet dies, dass diese Kerne magnetische Energie effizienter speichern und übertragen können als herkömmliche Stahl- oder Ferrite cores, insbesondere über einen breiten Frequenzbereich, und dabei außerdem geringe hörbare Geräusche sowie eine stabile Leistung über lange Zeit aufweisen.

Sie werden in einer Reihe von Leistungs- und Anwendungen zur Kontrolle elektromagnetischer Interferenzen (EMI) eingesetzt, die eine hohe Leistung in kompakter Form erfordern. Zu den häufigen Einsatzbereichen zählen Leistungstransformatoren für mittlere Frequenzen (im Betrieb von einigen Kilohertz bis zu einigen zehn kHz) in Wandlern und Wechselrichtern, bei denen der hohe Sättigungsfluss kleinere Transformatorgrößen ermöglicht. Sie werden außerdem häufig in Gleichtaktdrosseln und EMI Filter eingesetzt, um unerwünschtes Rauschen in Stromleitungen zu unterdrücken – die hohe Permeabilität nanokristalliner Kerne ermöglicht eine starke Rauschdämpfung über breite Frequenzbänder hinweg. Darüber hinaus sind bestimmte Ausführungen nanokristalliner Kerne für Präzisionsstromwandler und Sensorvorrichtungen ausgelegt (zum Beispiel in Smart Metering oder Fehlerstromschutzschaltern), da sie mit nahezu null Remanenz hergestellt werden können. Zusammengefasst kann jede Anwendung, die eine kompakte, effiziente magnetische Komponente benötigt – von erneuerbaren Energiesystemen und Elektrofahrzeugen bis hin zu industriellen Antrieben und Strom­versorgungen – von kunden­spezifischen nanokristallinen Kernen profitieren.

Ja. Ein wesentliches Merkmal der nanokristallinen kOr-Kernreihe ist die Möglichkeit, Kerne in einer Vielzahl von Formen, Größen und Bauformen herzustellen, um spezifische Kundenanforderungen zu erfüllen. Die Kerne werden zunächst als bandgewickelte Ringe aus dem nanokristallinen Bandmaterial gewickelt; von dort aus können sie entweder als Ringkerne bestehen bleiben oder nach Bedarf geschnitten und zu C-Kernen, E-Kernen, ovalen Formen, rechteckigen Blöcken oder anderen Geometrien verarbeitet werden. Unterschiedliche Außenabmessungen, Innendurchmesser und Höhen (Stapelhöhe der Bandlagen) können spezifiziert werden. Der Herstellungsprozess für diese Bandkerne erfordert keine teuren Formen oder Werkzeuge für jede neue Form, sodass selbst kunden­spezifische Einzelanfertigungen oder Kleinserien auf kosteneffiziente Weise realisierbar sind. Das bedeutet, dass Sie einen Kern erhalten können, der exakt zu Ihrem verfügbaren Bauraum und Ihren Montageanforderungen passt, anstatt Ihr Design an standardisierte, ab Lager verfügbare Kerngrößen anpassen zu müssen.

Neben der Geometrie können die magnetischen Eigenschaften eines nanokristallinen Kerns durch Materialauswahl und Wärmebehandlung abgestimmt werden. Durch Anpassung der Legierungszusammensetzung und der Glühbedingungen (wie Temperatur, Dauer und ob ein Magnetfeld angelegt wird) kann der Hersteller die Schlüsseleigenschaften des Kerns gezielt einstellen. So kann beispielsweise die Anfangspermeabilität je nach Zielanwendung von einigen Tausend bis auf mehrere Hunderttausend eingestellt werden – eine höhere Permeabilität ist oft vorteilhaft für eine bessere Induktivität in Drosseln, während für Stromwandler zur Vermeidung von Sättigung eine niedrigere Permeabilität oder eine kontrollierte rechteckige Hystereseschleife gewünscht sein kann. Kerne können zudem so geglüht werden, dass sie unterschiedliche Formen der Hysteresis Loop aufweisen: F-loop-Kerne haben eine „flache“ Schleife mit geringer Remanenz, ideal für Anwendungen wie RCD-Sensoren, bei denen der Kern auf magnetischen Fluss null zurückgesetzt werden muss; R-loop– oder Z-loop-Behandlungen erzeugen sehr rechteckige oder steile Sättigungsschleifen, die bestimmte Pulsübertrager- oder Energiespeicheranwendungen unterstützen können. Kurz gesagt: Durch kontrollierte Verarbeitung kann dieselbe Kerngeometrie mit unterschiedlichen magnetischen Verhaltensweisen versehen werden, um optimal zu einer bestimmten Schaltungsfunktion zu passen.

Die nanokristallinen Kerne dieser Baureihe sind für einen zuverlässigen Betrieb über einen großen, für industrielle Anwendungen geeigneten Temperaturbereich ausgelegt. Typischerweise behalten sie ihre stabilen magnetischen Eigenschaften von normalen Umgebungstemperaturen bis zu etwa 120 °C im Dauerbetrieb bei, wobei einige Typen bis ungefähr 180–200 °C stabil bleiben (wie für bestimmte Materialtypen angegeben). Diese hohe thermische Stabilität ist ein Vorteil gegenüber vielen Standard-Ferritkernen, die häufig einen stärker begrenzten oberen Temperaturbereich haben. Das bedeutet, dass diese Kerne in rauen Umgebungen – beispielsweise in Leistungswandlern, EV-Ladegeräten oder in der Luft- und Raumfahrtelektronik – eingesetzt werden können, ohne dass die Permeabilität oder die Verluste bei steigender Temperatur wesentlich beeinträchtigt werden. Für die genauen Temperaturgrenzwerte sollte stets das jeweilige Materialdatenblatt herangezogen werden, aber im Allgemeinen bewältigen die nanokristallinen kOr-Kerne erhöhte Temperaturen dank ihrer eisenhaltigen Legierungszusammensetzung und ihrer robusten geglühten Struktur sehr gut.

Bestimmte Güten nanokristalliner Kerne eignen sich durchaus für Anwendungen mit DC-Vormagnetisierung oder unsymmetrischen AC-Strömen, dies hängt jedoch von der Auslegung der Hysterese-Schleife des Materials ab. Im Allgemeinen gehen nanokristalline Kerne bei DC ähnlich wie andere weichmagnetische Materialien in Sättigung, einige Varianten sind jedoch dafür optimiert, einen kleinen DC-Anteil zu verarbeiten, ohne zu viel Induktivität zu verlieren. So umfasst die kOr-Reihe sowohl Materialien, die für nennenswerte DC-Anteile nicht empfohlen werden (gekennzeichnet für die Verwendung mit „no or small Iₙₛᵧₘ“), als auch eine Güte wie kOr 122, die für mittlere bis hohe unsymmetrische DC-Ströme ausgelegt ist. Wenn Sie beispielsweise eine Drossel auslegen, die DC (Bias) plus AC führt, oder einen Sensorkern für mögliche Offset-Ströme, sollten Sie ein Kernmaterial wählen, das für solche Bedingungen spezifiziert ist. Diese spezialisierten nanokristallinen Kerne weisen eine andere magnetische Anisotropie auf, um die Induktivität auch bei einer Vormagnetisierung aufrechtzuerhalten. Prüfen Sie stets die spezifischen Datenblattparameter wie etwa die Kurve des Induktivitätsabfalls in Abhängigkeit von der DC-Vormagnetisierung für das gewählte Kernmaterial. Wenn eine Toleranz gegenüber DC-Vormagnetisierung erforderlich ist, ist es insgesamt wichtig, die passende nanokristalline Güte auszuwählen (oder bei Verwendung eines Typs mit hoher Permeabilität einen Luftspalt im Kern in Betracht zu ziehen), damit das Bauteil seine Leistungsanforderungen erfüllt.