Ratgeber
Mit dem Begriff Klappferrit können selbst Technikprofis mitunter nichts anfangen. Dabei handelt es sich bei diesen Bauelementen um Komponenten, die gezielt elektromagnetische Hochfrequenz-Störungen unterdrücken – und damit sehr oft unverzichtbar sind.
In unserem Ratgeber machen wir Sie mit dem Material Ferrit vertraut und erklären, wie Klappferrite aufgebaut sind, wie sie funktionieren und wo ihre Stärken liegen.
Ein Ferrit ist ein keramisches Material. Es entsteht durch Mischen und Brennen großer Anteile von Eisen(III)-Oxid – also Rost – mit kleinen Anteilen eines oder mehrerer zusätzlicher metallischer Elemente. Dazu gehören beispielsweise Strontium, Barium, Mangan, Nickel und Zink. Sie sind ferromagnetisch, das heißt, sie können magnetisiert oder von einem Magneten angezogen werden. Im Gegensatz zu anderen ferromagnetischen Materialien sind die meisten Ferrite allerdings nicht elektrisch leitfähig. Das prädestiniert sie zur Unterdrückung von Wirbelströmen als Magnetkerne in Transformatoren. Ferrite lassen sich in zwei Familien unterteilen, basierend auf ihrem Widerstand gegen Entmagnetisierung:
Hartferrite besitzen eine hohe Koerzitivfeldstärke, sie sind also schwer zu entmagnetisieren. Hauptanwendungen sind Dauermagnete für Kühlschranktüren, Lautsprecher und kleine Elektromotoren.
- Bei Weichferriten dagegen lässt sich die Magnetisierung leicht ändern, sie dienen deshalb häufig als Leiter von Magnetfeldern. Zu finden sind sie überwiegend in der Elektronikindustrie. Haupteinsatzgebiet sind Ferritkerne für Hochfrequenzdrosseln, Transformatoren und Antennen.
Diese Ferrite gehören zu den Mantelwellenfiltern. Sie sind Drosseln, die hochfrequentes Rauschen in elektronischen Schaltungen unterdrücken. Ihren Namen verdanken sie der Art ihrer Montage: Die meist ringförmigen Elemente sind halbiert und mit einem Klapp- und Schließmechanismus versehen. Sie lassen sich deshalb sehr schnell und leicht um eine Leitung herumklappen und verschließen.
Das in ihnen enthaltene Material verhindert elektromagnetische Störungen in zwei Richtungen: von einem Gerät oder zu einem Gerät. Ein leitendes Kabel wirkt bekanntlich als Antenne: Wenn das Gerät Hochfrequenzenergie erzeugt, kann diese durch das Kabel übertragen werden, das dabei als ungewollter Strahler wirkt.
In diesem Fall ist ein Klappferrit für die Einhaltung der EMV-Vorschriften erforderlich. Umgekehrt verhindert das Klappferrit bei anderen Störquellen, wie zum Beispiel bei Haushaltsgeräten, dass ein Kabel als Antenne wirkt und Wellen von diesen Geräten empfängt. Dies ist besonders häufig bei Datenkabeln und medizinischen Geräten der Fall.
Große Typen sind häufig bei externen Verkabelungen zu sehen. Verschiedene kleinere finden sich intern auf Leiterplatten zum Schutz der Pins von empfindlichen Komponenten wie Transistoren, Steckern und integrierte Schaltungen.
Auf Drähten, die als Gleichstromleiter vorgesehen sind, können Ferrite unbeabsichtigte Hochfrequenzenergie im MHz-Bereich mit niedrigem Pegel blockieren. Hier wirken sie als Tiefpassfilter. Auf unsymmetrischen Koaxialübertragungsleitungen – beispielsweise USB- und Videokabel – blockieren sie Streustrom, ohne das im Kabel übertragene Signal zu stören.
Ferritkerne sind eine der einfachsten und preiswertesten Arten von Interferenzfiltern für bereits vorhandenen elektronische Verkabelungen. Für einen einfachen Schutz wird der Draht einfach durch die Mitte um den Kern gewickelt, typischerweise fünf- oder siebenmal.
Klappferrite sind allerdings deutlich schneller und einfacher zu montieren: Sie sind normalerweise so konstruiert, dass der Draht nur einmal durch ihn hindurchgeht. Ist der Sitz nicht fest genug ist, lässt sich der Kern mit Kabelbindern sichern.
Bei großem Durchgang kann die Verkabelung ein- oder mehrmals durchgeschleift werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass jede Schleife zwar die Impedanz zu hohen Frequenzen erhöht, aber auch die Frequenz der höchsten Impedanz zu einer niedrigeren Frequenz verschiebt.
Klappferrite gibt es sowohl für Rund- als auch für Flachbandkabel. Damit sie möglichst stramm sitzen, existieren verschiedene Größen. Erhältlich sind außerdem Varianten mit integrierter Kabelfixierung. Sie dient dazu, ein unerwünschtes Verrutschen auf dem Kabel zu vermeiden. Damit erübrigt sich eine zusätzliche Fixierung mit Kabelbindern.
Für eine sicherheitsrelevante Anbringung bietet der Handel auch Ferritkerne mit Schlüsseltechnologie. Nach der Montage lässt sich das EMV-Bauteil nur mit einem kleinen Schlüsselwerkzeug öffnen. Das verhindert unbefugtes Entfernen des Kerns und damit den Wegfall der Entstörwirkung.
Harmonisch passend zu gängigen Kabelfarben sind die meisten Klappferrite mit schwarzem und weißem Gehäuse verfügbar. Die Größe sollte mindestens dem Kabeldurchmesser entsprechen, üblich sind maximal 5 bis 27 und minimal 2,5 bis 22 Millimeter. Die Dämpfung der Hochfrequenzen spielt natürlich ebenfalls eine wichtige Rolle. Der damit verbundene Wechselstromwiderstand wird in der Regel für eine Frequenz von 100 MHz angegeben und liegt zwischen 40 und 525 Ohm. Da im Prinzip alle im Handel angebotenen Ferritkerne RoHS-konform sind, muss man sich übrigens um schädliche Inhaltsstoffe keine Sorgen machen.
Worauf ist bei der Montage zu achten?
Grundsätzlich sollten Klappferrite so nah wie möglich an der Störquelle angebracht werden. Handelt es sich beim Störer beispielsweise um ein Fernsehgerät mit per Kabel angeschlossener Soundbar, ist der Ferritkern ein paar Zentimeter nach dem Ausgang für das Tonsignal anzubringen, dabei handelt es sich meist um den Kopfhöreranschluss. So wird verhindert, dass vom Fernseher ausgehende Hochfrequenzsignale das Audiosignal negativ beeinflussen.
Wie lässt sich die Wirkung eines Ferrits erhöhen?
Indem einfach ein Modell gewählt wird, das für das Kabel eigentlich viel zu groß ist. Statt das Kabel nur einmal in den Kern einzulegen, wird es zweimal oder dreimal als Schlaufen eingelegt. Wichtig ist dabei allerdings, dass sich das Gehäuse immer noch ohne Probleme schließen lässt. Hintergrund: Durch die zusätzliche Wicklung erhöht sich die Induktivität und damit die schützende Wirkung des Ferrits.
Wirkt sich ein Ferritkern auch negativ auf das Nutzsignal einer Leitung aus?
Nein, denn Nutzsignale sind in der Regel Gegentaktsignale. Das heißt: Sie erreichen die Last in gleicher Größe über den Hin- wie über den Rückleiter und erkennen im Ferrit keine Induktivität. Ferrite bekämpfen dagegen Gleichtaktsignale im MHz-Bereich, also Signale, die in die gleiche Richtung laufen und so an der Last eine parasitäre Impedanz erzeugen.