Passive Bauelemente Induktive Bauelemente – so einfach, aber doch anspruchsvoll

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Einfache Komponeten wie Induktivitäten und Transformatoren werden oft verkannt, dabei erfordern ihre Entwicklung und Fertigung ein hohes Maß an Fachkenntnis und technischem Knowhow.

Elektronische Geräte sind in unserem alltäglichen Leben überall präsent – trotzdem kennen die meisten Nutzer nur ganz wenige Bauteiltypen. Eine Suche im Internet nach elektronischen Bauelementen ergibt Ergebnisse wie Halbleiter, Mikroprozessoren oder Transistoren, aber nur wenige Informationen zu den Magnetbauteilen, die für die Funktion dieser Komponenten eine so zentrale Rolle spielen.

Auch einfache Komponenten erfordern Knowhow

Selbst unter Elektronikingenieuren gelten vermeintlich einfache Bauteile wie eine Induktivität oder ein Transformator als in höchstem Maße „Low-Tech“. In Wirklichkeit jedoch erfordern Entwicklung und Herstellung solcher passiven Bauteile ein hohes Maß an Fachkenntnis und technischem Knowhow.

Sowohl vom technologischen als auch vom Anwenderstandpunkt aus, lassen sich Magnetbauteile in vier Hauptkategorien einteilen: Bauteile für niedrige Frequenzen, Bauteile für hohe Frequenzen, isolierte und nicht isolierte Bauteile. Bei speziellen elektrischen und physikalischen Anforderungen werden häufig individuell konzipierte Bauteile benötigt. Die Entwicklung von Transformatoren wird durch die zentrale Frage der Maximierung der Materialeffizienz entsprechend den geltenden Standards vorangetrieben. Auf dem Gebiet der gewickelten Bauteile bauen die wichtigsten Innovationen auf der Materialforschung auf.

Hoch- und niederfrequente Anwendungen

Als niedrige Frequenzen gelten normalerweise Frequenzen von 50 oder 60 Hz in Verbindung mit der 230-V-Wechselstrom-Netzversorgung in Europa bzw. 115-V-Netzversorgung in Nord- und Südamerika. Anwendungen sind z.B. Netzfilter, Motoransteuerung, unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USVs), Pumpen, Fördersysteme, HKL-Anlagen, lineare Stromversorgungen oder die Stromverbrauchsmessung.

Schaltnetzteile brauchen Hochfrequenz-Magnetbauteile

Der Einsatz von Hochfrequenz-Magnetbauteilen gewann im Zuge der Einführung von Schaltnetzteilen (SMPS) mit hohen Wirkungsgraden steigende Beliebtheit. Anfangs lagen die Frequenzen bei ca. 16 kHz, unmittelbar oberhalb der menschlichen Hörschwelle, inzwischen können sie aber im MHz-Bereich liegen. Solche Netzteile werden heute vorzugsweise zum Laden von mobilen Geräten und zum Schalten, Regeln und Schützen von LEDs, TV-Geräten, Rechnern, Kommunikationssystemen und sogar Elektrofahrzeugen eingesetzt.

Isolierte und nicht isolierte Magnetbauteile

Zu den nicht isolierten Magnetbauteile gehören Induktionsspulen, die zur Verminderung elektrischer Rauschsignale oder zum kurzzeitigen Speichern von Energie eingesetzt werden, Filter oder Transformatoren, mit denen elektrische Spannungen aufwärts oder abwärts transformiert werden. Ein abwärts transformierender Transformator z.B. transformiert eine Eingangswechselspannung von 400 V (oder 415 V in Großbritannien) auf 230 V.

Wenn Menschen mit elektrischen Komponenten in Kontakt kommen können, wie dies z.B. beim Netzteil eines Laptops der Fall ist, werden isolierte Transformatoren verwendet, um einen elektrischen Schlag zu vermeiden. Der Primärkreis wird über einen Transformator von der Sekundärseite getrennt. Intern haben die Transformatorentwicklungen eine oder mehrere Isolationsschichten, die aus einer Kunststoffspule oder Isolierband bestehen können. Einige der anspruchsvollsten Anwendungen finden sich im Bereich der Produkte für die Medizintechnik, bei denen die Barriere aus einer dreifachen Isolation und/oder einem Abstand von mehreren Millimetern besteht. In Fällen, in denen die Elektronik direkt in Kontakt mit dem Patienten kommen kann, werden häufig Ringkern-Trenntransformatoren als zusätzlicher Schutz verwendet.

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