Hallo,
ich habe neulich etwas Interessantes gelesen, und zwar, dass Spulenkerne
altern und sich aufgrund dessen die Wirbelstromverluste erhöhen. Als
"Grund" war eine zu hohe Betriebstemperatur angegeben. Woran es
letztlich physikalisch liegt, darauf wurde aber nicht eingegangen! Und
genau das interessiert mich. Bisher bin ich davon ausgegangen, dass es
eigentlich Bauteile sind, die nicht altern können.
Es stand noch dabei, dass es ein irreversibler Vorgang ist.
Aber was genau passiert dabei?
Hans Maier schrieb:> dass Spulenkerne> altern und sich aufgrund dessen die Wirbelstromverluste erhöhen. Als> "Grund" war eine zu hohe Betriebstemperatur angegeben.
Für welche Art von Kernen soll das gelten?
P.S.:
Ferritkerne sind erst nach dem 2.Wk in Gebrauch gekommen.
Davor gab es aber schon Kunststoff gebundene Eisenpulverkerne und
solche, die aus hauchdünnem mit Eisenpulver oder Eisenoxid beschichteten
Papier zusammengeklebt waren.
Bei derartigen Kernen trat tatsächlich Korrosion auf, und die
Papierstapel lösten sich besonders in feuchter Umgebung allmählich in
ihre Bestandteile auf.
Hans Maier schrieb:> ich habe neulich etwas Interessantes gelesen, und zwar, dass Spulenkerne> altern und sich aufgrund dessen die Wirbelstromverluste erhöhen. Als> "Grund" war eine zu hohe Betriebstemperatur angegeben.
Ich denke, dass es in der Praxis nicht vorkommen wird, ohne die
KERNE auszuglühen...
Mir geht es nur um den physikalischen Vorgang. Probleme habe ich mit
Spulen keine. Ich will nur wissen, was da passiert. Ich bin momentan
genauso ungläubig, wie ihr. Aber vielleicht weiß ja jemand zufällig
etwas darüber...
Hier wird es auch erwähnt, aber genauso wenig erklärt:
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm
Hallo Hans,
Danke für:
> http://www.micrometals.com/thermalaging.html
Aber ich lehne Berichte ab, die Messwerte aufführen, ohne zu sagen, wie
die zustande gekommen sind.
Ober habe ich die Antwort auf die Hauptfrage überlesen: "Wie bewirkt
Überhitzung eine Zunahme der Wirbelstromverluste in Eisenpulverkernen?"
Spekulation: Die Eisenpulverteile müssen ja noch heißer sein als der
Ringkern als Ganzes. Könnten die sogar an die Curie-Temperatur heran
kommen? Wann verändert sich das Bindemittel und wie?
Ich bleib dabei: Wo "Autsch" beim Anfassen, da ist die Temperatur zu
hoch.
Ciao
Wolfgang Horn
Hans Maier schrieb:> Mir geht es nur um den physikalischen Vorgang.
Mir ist keine auf Kerne bezogene Erklärung bekannt, aber eine
allgemeine. Dir bringt Dich vielleicht weit genug.
Es gibt nur eine Temperatur bei der in Materie auf der atomaren Ebene
gar nichts passiert. Der absolute Nullpunkt. Das folgt unmittelbar aus
der Definition der Temperatur, nach beim Nullpunkt keinerlei Bewegung
(thermische Schwingung) der Atome vorliegt.
Die andere Veränderung, die eintreten kann, ist letztlich auf den
Übergang von Elektronen zurückzuführen. Ohne das, können keine Ionen
entstehen und damit keine chemischen Reaktionen. Formal gesehen darf
dann auch keine andere Energieform einwirken, damit "gar nichts" mit den
Elektronen passiert.
Je höher die Temperatur steigt, desto wahrscheinlicher werden die zwei
Möglichkeiten: Die Veränderung von Positionen der Atomen und die von
Elektronen, wobei letzteres unter Umständen eine Veränderung des
Materialverbundes bewirkt.
Physikalisch wird das einerseits unter dem Stichwort Bindungsarten
(hauptsächlich ein Thema in der Chemie) beschrieben. Die üblichen
Kernmaterialien sind Sinter aus Bindematerial und Metall. Zusätzlich
spielt die Brownsche-Bewegung (Temperatur) eine Rolle.
Beide Effekte bewirken, dass sich unter Energieeinwirkung die Struktur
des Kernmaterials unmerklich - je höher die Temperatur ist, desto
schneller - verändert. Die Wirkung des Kerns beruht aber darauf, dass
das Material seine definierten Eigenschaften eben hat.
Diese Erklärung ist relativ allgemein und kann unter Gesichtspunkten der
Permeabilität, Hysterese etc. als Veränderung der
Strom-Magnetismus-Wechselwirkung auch gezielter beschrieben werden.
Das ist sehr allgemein beschrieben, sollte Dir aber Stichworte für
eigene Recherchen geben. Es mag auch sein, dass das ein oder andere
Detail so nicht stimmt. Ich habe das eben aus meinem Gedächtnissieb
zusammengeklaubt.
Man kann das bestimmt auch besser erklären.
Zusammengefasst, bewirkt Wärme eine Veränderung von Material. Je höher
desto schneller.
P.S. Da der Einwand kam: Hohe Temperatur an sich, ist allein nicht
ausschlaggebend, sondern die Energiemenge die über die Zeit einwirkt.
Ein kurzer Moment mit hoher Temperatur und der Formgebung wirkt anders
als langfristige Einwirkung, die auf die Dauer höhere Energiemengen
bedeutet, so das sich die Wirkung akkumuliert.
Die Curietemperatur besagt ein Ferromagnet verliert sein statisches
Feld. Ein Ferrit hat aber kein statisches Feld.
Ist es nicht eher, dass div B =0 meint, es gibt keinen neuen Feldlinien,
resp wenn die aufgebraucht sind ist auch nichts mehr ?
Hi, Oder D.,
> Die Curietemperatur besagt ein Ferromagnet verliert sein> statisches Feld. Ein Ferrit hat aber kein statisches Feld.
Wikipedia: "Die materialspezifische Curie-Temperatur ... bezeichnet die
Temperatur, bei deren Erreichen ferromagnetische bzw. ferroelektrische
Eigenschaften eines Materials vollständig verschwunden sind,"
Sowie: "Ferrite (je nach Zusammensetzung): 100…460 °C"
Die Arbeit von Micrometals beschrieb aber das Verhalten von
Eisenpulverkernen. Deren Curie-Temperatur liegt deutlich höher. Mir
fehlen aber die Informationen, um die Wärmeleitfähigkeit des
Bindemittels abschätzen zu können und damit, wie heiß die
Eisenpulverpartikel werden können, wenn der ganze Kern auf nur 100 °C
kommt.
Ciao
Wolfgang Horn
Hi, Hans,
> Wäre das denn irreversibel?
Hast Recht, sicher wäre das reversibel und hätte nichts mit Alterung zu
tun.
Nach wie vor hätte ich ganz gern Kenntnis von dem Alterungsprozess, den
Micrometals da aufgenommen hat.
Ciao
Wolfgang Horn
Tja, und genau darüber zerbreche ich mir auch den Kopf. ;) Interessant
ist ja, dass man davon nirgendwo sonst liest (auch DSE-FAQ hat ja
eigentlich nur abgeschrieben)...
Wenn es etwas mit Bildung von Kristallen zu tun hat... warum gibt es
keine Detailinfos darüber.
Im Prinzip heißt das Ganze ja, dass man eigentlich keine Spulen
"recyclen" sollte. Bei Elkos leuchtet das ein. Aber bei Spulen... Das
ist der Grund, aus dem mich das interessiert.
Hans,
> Wenn es etwas mit Bildung von Kristallen zu tun hat...
Physikalisch gedacht - Eisen ist ziemlich robust, Eisenpulver auch.
Was sowieso aus der Schmelze gewonnen wurde, das darf auch ruhig
rekristallisieren.
Die Schwachstelle ist das Bindemittel. Aber auch das dürfte robust sein,
wenn die Bedingungen laut Datenblatt eingehalten werden.
Ciao
Wolfgang Horn
Damit es im Eisenmaterial zur Rekritstallisation kommt, müsste die
Temperatur viel höher (z.B. 500 C) sein. Das Bindemittel (ggf.
Kunststoff) bzw. die Isolierschicht kann sich aber ggf. schon früher
verändern und so ggf. Wirbelstromverluste vergrößern. Auch könnte sich
durch Abbau von inneren Spannungen die Permeabinität vergrößern, so dass
man ggf. eher in die Sättigung kommt.
Aus dem Link:
>All iron powder cores, regardless of the manufacturer, are susceptible to >permanent increases in core loss when exposed to elevated temperatures for >extended periods of time.
EISENPULVER-kerne!
Du weisst, wo die Funken beim Schleifen und bei Wunderkerzen herkommen?
Das sind winzige Eisenteilchen, die da mit dem Luftsauerstoff
verbrennen.
Mit Eisenpulver steht das ganze Spektrum von Korrosion offen,
einschliesslich Reaktionen mit dem Lack.
Eisenpulver reagiert natürlich mit Sauerstoff, und bildet Eisenoxid und
dies wiederum kann mit Luftfeuchtigkeit reagieren.
Deshalb verwendet man es ja seit Adolf dem Verrückten nicht mehr für
Kerne in frequenzbestimmenden Induktivitäten. Auch nicht auf
Kondensatorpapier geschmiert (Ferrocart).
Hp M. schrieb:> Mit Eisenpulver steht das ganze Spektrum von Korrosion offen,> einschliesslich Reaktionen mit dem Lack.> Eisenpulver reagiert natürlich mit Sauerstoff, und bildet Eisenoxid und> dies wiederum kann mit Luftfeuchtigkeit reagieren.
Das hat aber nichts mit der Alterung von Metallpulverkernen zu tun.
Hi, Hp M.,
> Mit Eisenpulver steht das ganze Spektrum von Korrosion offen,
Bisher habe ich das Bindemittel auch als Luftabschluss verstanden. Ich
meine, die Eisenpulverpartikel seien lackiert, damit sie eben nicht
zusammenkleben, sondern im Bindemittel schön fein verteilt sind.
Sollte das nicht der Fall sein, sondern das Eisenpulver dem Sauerstoff
ausgesetzt, wäre das eine plausible Ursache für eine Alterung infolge
Oxidierung.
Dann wäre eine neue Generation von Eisenpulverkernen zu erwarten, deren
Partikel vor Sauerstoff geschützt sind. Kerne, die auch die höheren
Betriebstemperaturen neuester Halbleiter aushalten.
Ciao
Wolfgang Horn
Wolfgang H. schrieb:> Ich> meine, die Eisenpulverpartikel seien lackiert, damit sie eben nicht> zusammenkleben, sondern im Bindemittel schön fein verteilt sind.
Sie sind nicht lackiert.
Hans Maier schrieb:> Heißt das, bei Ferritkernen tritt der Effekt nicht auf? Keine Alterung?
Wir haben bei Versuchen im Klimaschrank schon bleibende Änderungen der
Induktivität gesehen. Das Kernmaterial war N30 und die Temperatur blieb
unter der Curie-Temperatur. Die vermutete Ursache waren Änderungen der
mech. Spannungen.
