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Funk
Ferritstäbe näher untersucht
WOLFGANG FRIESE- DG9WF
Ferritstabkerne eignen sich für verschiedene Anwendungen in der gesam­
ten Elektronik. ln der Funktechnik verwendet man sie u. a. als Antennen­
stäbe. Der Beitrag vermittelt Grundlagenwissen für den erfolgreichen Ein­
satz und beschreibt einige für die Praxis bedeutsame Zusammenhänge.
Die für Ferritantennen verwendeten Stab­
kerne bestehen aus weichmagnetischen
Ferritwerkstoffen. Ihre wirksame Permea­
bilität und das Frequenzverhalten werden
von Bauform und Material beeinflusst.
Dabei spielen die Auswirkungen der soge­
nannten Scherung eine wesentliche Rolle.
Bild 1: Versuchsanordnung zur Wirkung der
Scherung. Erst im geschlossenen magneti­
schen Kreis zeigt die unterschiedliche Per­
meabilität der Zylinderkerne Wirkung.
Die Kenntnis dieser Zusammenhänge gibt
dem Praktiker eine wertvolle Hilfestellung
bei der Auswahl von Ferritstabkernen für
den Aufbau von Ferritantennen, Induk­
tionsspulen und Stabkern-Sensorspulen.
• Magnetische Werkstoffe
Alle Stoffe besitzen eine magnetische Ei­
genschaft. Je nach deren Ausprägung
unterscheidet man Diamagnetismus, Para­
magnetismus, Ferromagnetismus, Antifer­
romagnetismus und Ferrimagnetismus [ 1].
Im allgemeinen Sprachgebrauch versteht
man unter magnetischen Materialien sol­
che, die ein ferromagnetisches Verhalten
aufweisen.
22 • FA 1113
Neben der elektrischen Ladung besitzt je­
des Elektron ein magnetisches Moment, das
sogenannte Spinmoment. Man kann sich
vereinfacht vorstellen, dass sich jedes Elek­
tron wie ein winziger Elementarmagnet
verhält. Ferromagnetische Metalle, z. B.
Eisen, Nickel und Kobalt, sind kristalline
Festkörper, bei denen die magnetischen
Momente der Elektronenspins in dieselbe
Richtung orientiert sind. Die Momente der
einzelnen Atome addieren sich (Bild 3).
Antiferromagnetismus liegt dann vor, wenn
die Momente der gedachten Kernmagnete
paarweise antiparallel ausgerichtet sind
und sich somit aufheben (Bild 4). Liegen
in den Gitterstrukturen unterschiedliche
Magnetisierungen vor, heben sich die Mo­
mente nicht völlig auf (Bild 5). Das Mate­
rial ist nach außen hin magnetisch wirk­
sam, man bezeichnet diese Eigenschaft als
ferrimagnetisch [2].
• Weich- und hartmagnetische
Werkstoffe
Werkstoffe, bei denen nach dem Abklingen
des ausrichtenden (fremden) Magnetfelds
fast alle Elkmentarmagnete ihre Ausrichtung
beibehalten, nennt man hartmagnetisch.
Aus ihnen werden beispielsweise
Permanentmagnete gefertigt.
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Bild 2: Ei , n diamagnetischer Werkstoff
enthält pro Flächeneinheit weniger Feld­
linien un� besitzt eine kleinere Permea­
bilität als Luft (a), umgekehrt ist es beim
paramagnetischen Werkstoff (b).
Fällt bei wkichmagnetischen Werkstoffen
das ausrichtende Magnetfeld weg, so ver­
lieren die meisten Elementarmagnete ihre
gemeinsame Ausrichtung. Die relativ we­
nigen verbleibenden, ausgerichteten Ele­
mentarmagnete bewirken einen kleinen
Restmagnetismus des Materials (Rema­
nenz). Um diesen zu beseitigen, ist ein ent­
gegengesetrz:t wirkendes Feld mit der Ko­
erzitivfeldstärke He notwendig. Die Zu­
sammenhä?ge lassen sich durch Hysteresekurven
darstellen (Bild 6).
Weichmagnetische Werkstoffe haben eine
schmale Hystereseschleife, die Koerzitiv­
feldstärke He ist gering, bei Permanent­
magneten ist es umgekehrt.
Im Wechselfeld werden die Elementar­
magnete ständig umgepolt. Durch diese
Reibung erwärmt sich der Werkstoff, man
spricht von Hystereseverlusten. Ferritan­
tennenstäbe werden ausschließlich aus
weichmagnetischen Werkstoffen gefertigt.
• Ferromagnetische Werkstoffe
und Ferrite
Als weichmagnetische Ferritsorten werden
hauptächlich Nickel-Zink-Ferrit (Ni-Zn)
und Mangan-Zink-Ferrit (Mn-Zn) verwen­
det. Zur Variation der Eigenschaften erhal­
ten sie während der Herstellung verschie­
dene Dotierungen. Die Unterschiede zwi­
schen diesen oxidischen und den metalli­
schen Magnetwerkstoffen wie z. B. Eisen
sind beträchtlich. Am auffälligsten ist der
Vergleich des spezifischen Widerstands
bzw. der Leitfähigkeit. Deren Werte liegen
bei Mn-Zn-Ferriten etwa ab 106 und bei Ni­
Zn-Ferriten bis zu 1012 niedriger als bei den
Metallen [2]. Dieser Umstand wirkt sich
bei Ferriten äußerst vorteilhaft in Bezug auf
induzierte Wirbelströme aus, die im Ver­
gleich zu Eisen praktisch erst bei viel höhe­
ren Frequenzen relevant werden. Um die
Wirbelströme bei Kernen aus weichmagne­
tischen Metalllegierungen möglichst gering
zu halten, setzt man diese aus dünnen von­
einander isolierten Blechen zusammen.
Die Anfangspermeabilität von Eisen liegt
etwa sechsmal höher als beim höchstper­
meablen Ferrit, während die Sättigungs­
induktion des Eisens den vierfachen Wert
aufweist [2].
Bild 3:
Beim ferromagneti­
schen Werkstoff sind
die magnetischen Mo­
mente der Elektro­
nenspins gleich aus­
gerichtet.
Bild4:
Antiferromagnetismus
liegt dann vor, wenn
die Elektronenspins
eine antiparallele Aus­
richtung besitzen, die
Magnetisierung hebt
sich auf.
BildS:
Beim ferrimagneti­
schen Material besit­
zen die verschiedenen
Gitterstrukturen eine
entgegengesetzte,
aber unterschiedlich
hohe Magnetisierung.
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