Wie wickelt man einen Ringkern?

Zunächst einmal ist ein Ringkern in der Geometrie ein Festkörper der einem Ring ähnelt. Wegen seiner Form kann man ihn z. B. mit einem Donut oder einem Fahrradschlauch vergleichen. Es ist wichtig zu wissen, daβ die Wicklung eines Ringkerns aus speziellen Materialien besteht die wir zusammen näher ergründen werden.

Sie werden in der Mathematik, im Ingenieurwesen, in der Architektur oder in der Astronomie verwendet und haben auch in der Elektronik ihren festen Platz. So spricht man bei Computerspeichern von einem magnetischen Kern. Außerdem wird diese Form auch bei Wickelgütern verwendet.

Die Verwendung von Ringkernen, bei der Herstellung von Wickelgütern, hat mehrere Vorteile:

1. der geschlossene Magnetkreis schränkt die Kopplung mit den umliegenden Schaltkreisen stark ein. Eine Abschirmung der Wicklungen auf Ringkernen ist in der Regel nicht erforderlich
2. der Träger der Wicklung ist stabil und robust und lässt sich leicht am Modul befestigen
3. die hohe Permeabilität des Kerns ermöglicht die gleiche Induktivität mit einer geringeren Anzahl von Windungen zu erreichen, also mit einem besseren Überspannungsfaktor, da der Widerstand des Leiters viel geringer ist.

 

Es gibt zwei Phänomene die zu einer Fehlfunktion einer Wicklung auf einem Magnetkern führen können:

• die Sättigung des Kerns und dessen Temperaturanstieg
• durch die Wahl des Materials und die richtige Dimensionierung des Kerns können diese Risiken verringert werden

Wickeln eines Ringkerns: Auf Sättigung achten

Eine Sättigung kann sowohl durch die Gleichstromkomponente, die durch die Wicklung fließt, als auch durch den Wechselstrom oder durch Permeabilität auftreten, da diese abnimmt, wenn man sich der Sättigung nähert.

Temperatur des Kerns

Die Temperatur führt zu:

• einer Erhöhung die sowohl durch die Verluste im Kupfer als auch im Magnetkern erzeugt wird
• die Verluste im Kern hängen nicht vom Gleichstrom durch die Wicklung ab, sondern steigen mit der Frequenz, der Temperatur und der Induktion
• die Auswirkungen der Temperaturerhöhung hängen stark vom Material

 

Eine zu hohe Temperatur kann den Ringkern zu stark erhitzen, daher sollte er entsprechend der Leistung richtig dimensioniert werden.

 

Erwärmung eines Ringkerns:

Die Gradzahl, um die sich der Kern erwärmt, ist proportional zu den Gesamtverlusten innerhalb der Wicklung:

• magnetische Verluste im Kern
• Kupferverluste in den Drähten und umgekehrt proportional zur Umfangsfläche des Ringkerns (oft in Katalogen angegeben)
• die Wicklungstemperatur hängt auch von der Belüftung um die Wicklung herum, der Umgebungstemperatur, dem Vorhandensein einer zusätzlichen Isolierung oder der Imprägnierung der Wicklung ab.

 

Wicklung eines Ringkerns:

1. Zunächst berechnen wir die Länge des Drahtes der für die gesamte Wicklung benötigt wird, planen dabei 20% zusätzliche Windungen mit ein
2. dazu ist es am einfachsten, einige Windungen des Drahtes zu wickeln und die benötigte Länge zu messen
3. anschließend teilt man die gemessene Länge durch die Anzahl der Windungen um die Länge einer Windung zu erhalten
4. Plane mindestens 2 x 10 cm zusätzlich für die Verbindungen und die Handhabung des Drahtes ein
5. man kann ein Schiffchen verwenden, eine Art steifen, langen, dünnen Stab mit Kerben an beiden Enden, auf den der gesamte benötigte Faden in Längsrichtung aufgewickelt wird. Man sollte versuchen, den Draht fest an die Oberfläche des Kerns zu drücken, um Leckagen zu vermeiden, ohne jedoch die Isolierung an den Kanten zu beschädigen
6. Sicherung der Wicklung mit Klebeband. 

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