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Nach einem Artikel von Doug DeMaw, W1FB, aus der "QST" Juni 1979
Ringkern-Spulen und ihr praktischer Gebrauch, Verwendungszwecke, Dimensionen, Windungszahl. Hinweise zur Anfertigung. Nach D. DeMaw, W1FB, QST 6/79.
Welchen Kern benutzt man, wie viele Windungen muß man aufwickeln? Wie bewickelt man einen Ringkern? Was heißt bifilar, trifilar und was quadrifilar?
Hier sind einige Antworten für den Anfänger und den Fortgeschrittenen über die hohe Kunst der Benutzung von Ringkernen und deren Wicklungstechnik.
Warum benutzen wir Ringkern-Spulen (Toroide)?
Beim ersten Gebrauch von Ringkern-Spulen stellt sich unwillkürlich die Frage. warum solche Spulen benutzt werden und worin der Vorteil gegenüber den herkömmlichen Spulen-liegt. Mit Toroiden erreicht man eine hohe Güte (Q), sie sind selbstabschirmend und benotigen wenig Platz. Die einfachste Erklärung lautet meist: "Ich benutze sie, weil sie praktisch sind". Wirklich, sie sind praktisch, die fertige Spule sieht gut aus, und sie arbeitet auch zufriedenstellend.
Aber wir wollen die herausragenden Merkmale von Ringkernen etwas genauer untersuchen. Die Güte einer Ringkernspule, welches auf ein zur Arbeitsfrequenz passendes Kernmaterial gewickelt wurde, ist hoch. Dieser Umstand hat seinen Grund darin, daß man fur eine gegebene Induktivität (z.B. 50 pH) weniger Windungen benötigt als bei einer Luftspule gleicher Induktivität. Dadurch ist der Drahtwiderstand der Ringkernspule geringer.
Die besondere Ausnahme bilden allerdings Luftspulen mit großen Abmessungen aus dickem Draht oder Rohr. Solche Spulen werden wohl kaum fur kleine Geräte mit geringer Leistung benutzt, oder wer kann sich ein 160m-Portabelgerat mit einem Tankkreis von 30 bis 40 cm Lange. einem Durchmesser von ebenfalls 30 cm und mit dickem Draht bewikkelt vorstellen? Die Abmessungen bei einer Ringkernspule für den gleichen Bereich ist nur ca. 50 mm im Durchmesser groß.
Der Grund, daß weniger Windungen bei der Benutzung von Ringkernen benötigt werden, liegt darin, daß das Kernmaterial aus einer magnetischen Substanz (Stahlblech, Eisepulverpder Ferrit) besteht. Diese Tatsache bewirkt ein Ansteigen der Spuleninduktivitat im Verhältnis zur Permeabilität des Kerns. Je höher die effektive Permeabilitat (pc), desto größer wird die Induktivitat bei einer bestimmten Anzahl von Windungen, vorausgesetzt, das Kernmaterial ist für den gewahlten Frequenzbereich benutzbar.
Die geringere Anzahl von Windungen ergibt eine Abnahme der Verluste, dadurch ein Ansteigen der Güte Q der Spule. (Q - 2n I UR oder Q - XL/R mit f in Hertz, L in Henry, R und X in Ohm). In vielen Fallen können wir bei Spulen, die gleichzeitig von einem Gleichstrom durchflossen werden, beim Einsatz von Ringkernen wegen ihrer geringeren Windungszahl den Wirkwiderstand herabsetzen. Wenn von einer Stromquelle ein beträchtlicher Gleichstrom durch eine Spule oder durch eine Wicklung eines Transformators zu einer Röhre oder einem Transistor fließt, ist eine geringere Windungszahl von Vorteil. Das bedeutet, daß die Spannungsverluste durch einen kleineren Längswiderstand viele geringer sind als bei der großen Windungszahl. Ebenso wird die Erwärmung der Spule verringert.
Wir wollen über die Tatsache der Selbstabschirmung von Ringkernen nachdenken. Das magnetische Feld einer Toroidalspule ist in sich selbst konzentriert. Eine magnetische Kopplung zwischen einzelnen Spulen oder anderen Teilen der Schaltung findet nicht statt, wenn Ringkernspulen benutzt werden. Durch diese Tatsache kann eine Schaltung wesentlich einfacher aufgebaut werden.
Metallbecher oder Schirmbleche sind nicht nötig, um eine gute Abschirmung zwischen den einzelnen Stufen einer Schaltung zu erreichen. Ungewollte Kopplungen zwischen Ringkernspulen oder zwischen einer Ringkernspule und anderen Bauteilen einer Schaltung können, wenn überhaupt, nur durch kapazitive Kopplung entstehen. Diese Tatsache kann auftreten, wenn die einzelnen Ringkernspulen zu eng zusammen aufgebaut werden oder eine Ringkernspule räumlich sehr eng mit anderen Bauteilen der Schaltung zusammengebaut wird. Daher ist es sehr ratsam, für den genügenden Abstandaller kritischen Bauteile der Schaltung auf einer gedruckten Schaltung zu sorgen, besonders dann, wenn man ohne eine Abschirmung arbeiten will.
Welcher Kern ist zu benutzen?
Für leden Selbstbauer ist die richtige Wahl des Kernmaterials für Toroide (oder für jede Spule, die mit magnetischem Kernmaterial aufgebaut ist) von größter Wichtigkeit. Wir können wählen zwischen HF-Eisenpulver-Kernen und Ferrit-Kernen. Als eine Faustregel gilt, daß HFEisenpulver-Kerne mehr Leistung verarbeiten können, ohne in die Sättigung zu kommen oder zerstört zu werden. als Ferrit-Kerne gleicher Größe. Obendrein verandern Fernt-Kerne bei Uberlastung ihre magnetischen Werte fur dauernd. Wenn die überlastung zu groß wird, zerbrechen sie in viele Teile. HF-EisenpulverKerne hingegen erhitzen bei Uberlastung, behalten aber nach dem Abkühlen ihre magnetischen Werte.
Da fragt man sich natürlich, warum trotz dieser vorgenannten Nachteile Ferritmaterial benutzt wird. Nun, besonders bei niedrigeren Frequenzen muß man bei HF-Eisenpulver-Kernen wesentlich mehr Windungen auf den Kern aufbringen, um eine bestimmte Induktivität zu erhalten. Das wieder erfordert die Benutzung von dünnerem Draht, wodurch wiederum die Verluste ansteigen (durch den größeren Drahtwiderstand) und dadurch die Güte der Spule abnimmt. Es ist ein Unterschied, ob man z. B. auf eine Spule für eine Induktivität von 52p H bei einem Ferrit-Ringkern (AMIDON FT-50-61) 28 Windungen oder bei einem HF-Eisen-Ringkern (AMIDON FT-50-1) 67 Windungen aufbringen muß. Beim Ferrit-Ringkern kann man dafür einen Draht von ca. 0,6 mm Durchmesser, beim HF-Eisen-Ringkern dagegen von nur 0,25 mm Durchmesser benutzen. Man muß nicht nur mehr Windungen aufbringen mit dünnerem Draht, hat daher auch mehr Bewicklungsarbeit, der dünnere Draht hat auch mehr (Wirk)widerstand. Man handelt sich also obendrein noch eine geringere Güte Q ein.
Breitband- kontra Schmalband-Induktivitäten
Toroide werden heutzutage in zunehmendem Maße für Breitbandtransformatoren und abgestimmte Schwingkreise (Schmalband) benutzt. HF-Eisenpulver- oder Ferrit-Kernmaterial kann für beide Anwendungsfälle eingesetzt werden, doch Ferrit-Kernmaterial wird für Breitbandanwendungen bevorzugt. Dies hat seinen Grund in der höheren Permeabilität von Ferrit.
Für Breitband-Transformatoren, wie wir sie heutzutage in Transistor-Endstufen benutzen, ist die größere Permeabilität von Ferrit-Kernmaterial gerade beim unteren Ende des benutzten Frequenzbereiches notwendig. Wenn wir mit der Betriebsfrequenz steigen, tendiert das Ferrit-Kernmaterial dazu, in seiner Permeabilität abzuflachen, man kann auch sagen, es "verschwindet", soweit es die Spule oder den Breitband-Transformator betrifft, infolge der relativen Unbrauchbarkeit des Oei niedrigen Frequenzen brauchbaren Kernmaterials bei höheren Frequenzen. Es gibt eine Grundregel, die man beim Aufbau von Breitband-Transformatoren befolgen muß:
Der induktive Widerstand der Wicklungen muß einen viermal größeren Wert haben als die jeweils angeschlossene Impedanz
Ein Beispiel: Ein Breitband-Transformator wird zwischen dem 50-0-Ausgang einer Vorstufe und dem Eingang einer Transistor-Endstufe mit 100 Basisimpedanz benötigt. Die kleinere Wicklung muß demnach einen induktiven Widerstand von 400 und die größere Wicklung von 200Q haben. Daher benötigen wir bei einer unteren Grenzfrequenz von 3,5 MHz für die (kleinere) Sekundärwicklung eine Induktivität von 1,8 pH und für die (größere) Primärwikklung eine Induktivität von 9 pH. Wir rechnen dabei nach der Formel L. - XL/2nf mit f in MHz.
Die gleiche Grundregel gilt für Breitband-Drosselspulen. Auch hier ein Beispiel:
Angenommen, wir benötigen für die Spannungsversorgung mit 12 Volt - für den Kollektor einer Transistorendstufe eine Breitband-Drosselspule. Die Kollektorimpedanz sei 58 Ohm. Demnach muß unsere Drosselspule einen induktiven Widerstand XL von 4 x 58 -232 0 haben. Nach der oben angegebenen Formel errechnen wir wieder bei 3,5 MHz eine Induktivität von 10,55 pH für unsere Breitband-Drosselspule.
Das Ergebnis dieser Grundregel besagt, wenn wir XL zu niedrig ansetzen, verlieren wir Leistung durch die Spulen- bzw. Transformatorwindungen. Ebenso kann eine zu niedrige Induktivität der Drosselspule als Parallelwiderstand zur Ausgangsimpedanz wirken.
Normalerweise werden in Schmalband-Kreisen (abgestimmte Kreise) oberhalb 1,5 MHz HF-Eisenpulver-Ringkerne benutzt, wenn auch einige Ferrite unterhalb 25 MHz noch brauchbar sind. Die HF-Eisenpulver-Kerne können jedoch wesentlich mehr Leistung vertragen (für eine gegebene Größe), ohne in die Sättigung zu gelangen. Hohe Gütewerte sind bis in den VHF-Bereich mit solchen Kernsorten möglich.
Ein allgemeines Problem ist der Gebrauch von Ferrit- oder HF-Eisenpulver-Ringkernen in Schaltungen, in welcher sie mit einer hohen Leistung (100 Watt oder mehr) arbeiten. Wenn die Schaltung eine relativ hohe Impedanz hat, treten auch sehr hohe HF-Spannungswerte auf, besonders in Schmalbandkreisen. Es treten dann sehr oft überschläge zwischen der Wicklung und dem Kern oder zwischen den Windungen auf dem Kern auf. Die beste Vorsorge in solchen Fällen ist die Bewicklung des Ringkerns mit einem hochisolierenden Band mit sehr gut dielektrischen Werten (3M-Glasband, Mylarband oder ähnl.), bevor die eigentliche Spule auf den Ringkern gebracht wird.
Eine zusätzliche Sicherheit bringt die Benutzung von Teflon-isoliertem Draht. Normaler Kupfer-Lackdraht ist für Spulen, bei welchen hohe HF-Spannungen auftreten können, normalerweise nicht geeignet. Man sollte auch darauf achten, daß solche Spulen nicht zu eng mit anderen Bauteilen in der Schaltung zusammengebaut werden und genügenden Abstand lassen. Ein großzügiger überzug mit einem geeigneten Schutzlack aus Polystyrene (Q-Dop'e) schützt die aufgewickelte Spule und verhindert ungewollte Bewegungen auf dem Kern. Man kann sich diesen Schutzlack, der auch die Wicklung bei hohen Spannungen sehr gut schützt, leicht selbst herstellen. Dazu löst man kleine Polystyrene-Teile in Aceton auf.
Welche Kerngröße muß ich wählen?
Da gibt es keine einfache Anleitung oder eine Tabelle für den Anfänger, aus der man sicher entnehmen kann, wie man die für seinen Zweck richtige Kerngröße bestimmen kann, zum Beispiel Kerngröße im Verhältnis zur Leistung.
Als eine Faustregel mag da folgendes gelten: Benutze den größten Kern, den die Berech nung zuläßt. Diese Aussage ist berechtigt, denn je größer der Kern ist um so größer kann seine Belastung sein. Die Wahl der Größe ist abhängig von der maximal erlaubten Fluxdichte (B) des Kernmaterials oder Bma, geteilt durch die Arbeitsfluxdichte Bop. In manchen Veröffentlichungen ist Bmax auch als Bsa, angegeben, dies ist die Fluxdichte, bei welcher der Kern gesättigt ist. Bop in einem gegebenen Schaltkreis, in welchem ein Ringkern oder ein anderer magnetischer Kern gebraucht wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Darunter sind die benutzte Spannung Vrms der Querschnitt Ac des magnetischen Weges in qcm, die Anzahl der Windungen auf dem Kern N und die Arbeitsfrequenz f. Die Formel zur Berechnung von Bop ist:
und wenn gleichzeitig ein Gleichstrom durch die Wicklung der Spule fließt, lautet die Formel folgendermaßen:
wobei:
Igl = Gleichstrom durch die Wicklung der Spule,
4L - der lnduktanz-Faktor ist,
BOP in Gauß,
f in Hz,
AC in cm2.
Die Werte von AC und AL können dabei aus den Unterlagen des Herstellers für den betreffenden Kern entnommen werden. Die Werte der einzelnen Daten sind für den Amateur, welcher einen Ringkern für eine gegebene Schaltung wickelt, sehr wichtig. Wenn die Berechnung stimmt, kennt man die Flußdichte in Gauß. Dann kann man den richtigen Kern in übereinstimmung mit den Herstellerdaten aus den Unterlagen nach Bmax bzw. Bsat aussuchen. Diese Werte sind jeweils für den Kerntyp und die Kerngröße angegeben.
Auf jeden Fall ist der Wert für Bsa, etwas größer zu wählen als Bop, um eine zu schnelle Sättigung oder gar Zerstörung des Kerns zu vermeiden.
Wir ersehen aus der Formel, daß der wichtigste Wert Vrms ist. Je größer die HF-Spannung ist, um so größer ist auch Bop. Das ist ein Grund dafür, daß Probleme auftreten, wenn Ringkerne in einem Hochleistungskreis mit großer Impedanz benutzt werden. Daher raten manche Schaltungsentwickler davon ab, Ringkerne in Spulen oder Transformatoren mit einer Impedanz, die höher als 600 Ohm ist, zu benutzen. Dies gilt ganz besonders für Kreise mit großer Leistung und bei Breitband-Transformatoren. Ein untersuchter Ringkern (15 cm Durchmesser) war in der Lage, 20 kW Leistung in einem niederohmigen Balun zu verarbeiten. In einer Schaltung mit hoher Impedanz (großes Vrms) wurde dieser Kern schon bei einer Leistung von 300W bei 14 MHz zerstört.
Abb. 1: Ringkern-Spule in schematischer und bildlicher Darstellung (A). Die beiden vertikalen Unten bei L1 deuten auf das magnetische Kern-Material hin. Zum Vergleich ist rechts eine Luftspule dargestellt (B). Man erkennt, daß fur die gleiche Induktivitat bei der Luftspule mehr Windungen notig sind. Unten ist der Serien-Widerstand (R) und die Gleichung fur Q angefuhrt.
Abb. 2: Vergleich zwischen einem Ferrrt-Kern hoher Permeabilitat und einem Eisenpulver-Kern niedriger Permeabilitat fur die gleiche Induktivität. Ftir den Kern mit hoher Permeabilitat werden mehr Windungen benotigt.
Wicklungshinweise für Ringkern-spulen
Wir erhalten eine große Anzahl von Nachfragen danach, wie Ringkerne bewickelt werden müssen. Viele haben Schwierigkeiten bei der richtigen Definition der Begriffe "bifilar, trifilar oder quadrifilar gewickelt". Andere wieder wissen nicht, wie die Wicklung auf dem Ringkern verteilt werden muß, wie eine Anzapfung einer Wicklung zu machen ist oder wie eine Koppelwicklung aufgebracht wird. Das sind ganz normale Fragen.
Eine "bifilare" Wicklung ist eine Wicklung, die aus zwei gleich langen Drähten besteht. Diese beiden Drähte werden zusammen auf den Ringkerngleichzeitig aufgewickelt. Das ergibt dann für beide Drähte die gleiche Anzahl von .Wirdungen. Die beiden Drähte können Draht neben Draht auf den Kern aufgebracht werden wie eine normale eindrähtige Spule. Eine einfachere und populärere Methode ist das Verdrillen der beiden Drähte vor dem Bewikkeln der Spule.
Dabei sollte das "Verdrillen" ca. 1 - 1 1/2 "Schläge" pro 3 mm betragen.
Das Verdrillen geschieht am besten mit einer einfachen Handbohrmaschine. Die eine Seite der beiden Drähte wird an einem Stück dickeren Draht festeten, welches in den Schraubstock eingespannt wird. Das andere Ende der beiden Drähte wird ebenfalls an einem dickeren Draht festgelötet und in die Bohrmaschine eingespannt Sind die beiden Einzeldrähte nicht zu dünn, so kann man sie auch direkt in die Bohrmaschine einspannen. Beim Verdrillen muß die Bohrmaschine so gehalten werden, daß der Draht etwas gespannt ist und die "Schläge" gleich sind. Eine "trifilare" Wikklung besteht aus drei gleichlangen Drähten und eine "quadrifilare" Wicklung aus vier Drähten. Die Vorbereitung und die Wicklung ist genauso wie vorher besprochen.
Abb. 3: Schematische und bildliche Darstellung eines bifilar gewickelten Ringkern-Transformators.
In Bild 3 ist ein bifilar gewickelter Ringkern in Schaltung und Ansicht gezeigt. Es ist hilt-reich, aber nicht unbedingt notwendig, farblich unterschiedliche Drähte für die Herstellung von multifilaren Windungen zu benutzen. Je mehr Einzeldrähte benutzt werden, um so schwieriger ist es, die zusammengehörenden Enden der Drähte nach dem Bewickeln des Ringkerns herauszufinden. Fur solche Zwecke gibt es zwar verschiedenfarbige Drähte, aber wer hat sie als Amateur schon zur Hand, und welcher Fachhändler hat sie in kleinen Mengen auf Lager? Aber auch da gibt es Hilfe. Man kann si~.h für diese Zwecke seinen "vielfarbigen" Draht auch selbst herstellen. Dazu werden entsprechende Drahtstücke ausgespannt, gereinigt und fettfrei gemacht und dann mit Sprühdosenfarbe besprüht. Normaler Auto-Sprühlack eignet sich weniger zu diesem Einfärben der Drähte, da er meist spröde wird und beim Bewickeln bricht und vom Draht abspringt. Im Originalartikel von W1 FB wird "ordinary aerosolcan spray enamel", also ein Emailfarbspray, benutzt.
Abb. 4: A) Zählweise der Windungen eines Ringkerns. B) Die schwarzen Punkte zeigen die Polarität der Windungen an.
In den meisten Schaltungen ist die Polarität der Windungen ausschlaggebend. Bild 4 B zeigt das Prinzip. Die Punkte am Anfang der Windungen von T 1 zeigen die Polarität (Wicklungssinn) an. die Phasenlage ist dort gleich, wo die Punkte in der Schaltung eingezeichnet sind. Bei dem Beispiel in Bild 4 B sind die Windungspunkte a und d phasenverschoben (um 180 Grad), um für die Transistoren Q 1 und Q 2 Gegentaktbedingungen herzustellen. Würde man stattdessen die beiden Windungspunkte a und-c benutzen, dann würden die beiden Transistoren im Eintakt arbeiten, da die Phase an diesen Punkten gleich ist.
Jede Ringkernspule hat eine bestimmte Eigenresonanz. Dieser Effekt kommt durch die Windungskapazität zustande. Die Windungskapazität entsteht durch die Kapazitäten der Windungen untereinander, da ja jede Windung meist eng neben der anderen liegt. Ein mittelgroßer Ringkern mit 1000 Windungen hat z.B. ca. 80 pF Streukapazität, wenn die Enden der Wicklung eng beieinander sind, wie in Bild 5 C gezeigt. Wenn man einen 30-Grad-Winkel, wie in Bild 5 A gezeigt, einhält, vermindert sich diese Streukapazität auf ca. 40 pF. Dieser schlechte Effekt der Streukapazität vergrößert die "effektive" Induktivität und vermindert die Güte der Ringkernspule. Je näher die Frequenz der Eigenresonanz bei der Arbeitsfrequenz liegt, um so geringer wird die Güte. Daher ist die Bewicklungsmethode, wie sie in Bild 5 A gezeigt wird, bei allen Ringkernspulen möglichst einzuhalten. Besonders bei Breitband-Transformatoren auf Ringkernen ist dieser Wicklungshinweis zu beachten.
Abb. 5: A) Richtige Wickelweise für eine eindrahtige Spule. B) und C) Falsche Wickelweise. D) Anbringen einer Anzapfung.
Obwohl in Bild 5 B der Hinweis "falsch" steht, kann diese Art der Bewicklung in manchen Fällen vorteilhaft sein. Wenn ein gewisser "Abstimmfaktor" bei einer Ringkernspule, die in einem abgestimmten Schwingkreis zusammen mit einem Festkondensator geschaltet ist, kann die Bewicklung des Ringkerns ca. den halben Kernumfang betragen. Dabei sollte die benötigte Induktivität ungefähr dem benötigten Wert entsprechen. Hat man dann die Komponenten des Schwingkreises zusammengeschaltet, kann man durch Auseinanderschieben oder Zusammenpressen der Wicklung auf dem Ringkern den Schwingkreis auf die gewünschte Frequenz abstimmen und damit optimieren. Zusammenpressen der Wicklung ergibt eine Zunahme der Induktivität. Auseinanderziehen der Wicklung ergibt eine Abnahme der Induktivität. Wenn man den Schwingkreis auf diese Weise optimiert hat, kann man die Windungen der Wicklung durch überlackieren auf dem Ringkern sicher festlegen.
Das Bild 5 D zeigt, wie man eine Anzapfung bei einer Ringkernwicklung herstellt. Beim Bewickeln des Ringkerns wird an der Stelle, wo die Anzapfung sein soll, eine kleine Drahtschlaufe verdrillt und dann der Ringkern weiter bewickelt. Die Isolation des Drahtes an der Anzapfstelle wird abgekratzt und das verdrillte Ende verlötet Dabei sollte man die Drahtschlaufe nicht zu klein machen, damit man den Draht des Anzapfpunktes auch gut in der Schaltung verarbeiten kann.
Zum Schluß sei noch auf das Aufbringen einer zweiten Wicklung auf einer Ringkernspule eingegangen (Primär- und Sekundärwindung eines Transformators), wie es in Bild 6 A dargestellt ist. Zuerst wird die große Wicklung auf den Ringkern aufgebracht Die kleine Wicklung wird dann über die große Wicklung gewikkelt am niederohmigen Ende. Dieser Punkt wird oft als das "kalte" Ende bezeichnet. Damit !st immer der dem Massepunkt am nächsten liegende Punkt der Wicklung gemeint Dieser Punkt muß nicht immer mit Masse verbunden seien, wichtig ist, daß er für die HF "kalt" ist. Der Term "kalt" besagt dabei, daß an diesem Punkt wenig oder keine HF ist.
Im Bild 4 A ist gezeigt, wie die Windungen gezählt werden. Die Zählung beginnt beim Punkt x und endet am Punkt y. Im Beispiel sind es zwei Windungen. Werden mehr als eine Wicklung auf den Ringkern aufgebracht, so müssen sie immer in der gleichen Wicklungsrichtung aufgebracht werden. Manche kommerziellen Entwickler stehen auf dem Standpunkt, daß eine kleine Wicklung auf einem Ringkern-Transformator (Wicklung c/d im Bild 6 A) über den ganzen Kernumfang verteilt werden soll, wie in Bild 5 A gezeigt. Diese Methode ist für Breitband-Anwendung richtig, aber bei SFhmalband-Anwendung ist die in Bild 6 A gezeigte Wickelart richtig. Diese Methode reduziert die ungewollte kapazitive Kopplung zum "heißen" Punkt des Transformators, da ja zwischen den einzelen Wicklungen auch Streukapazitäten auftreten.
Abb. 6: Schematische und bildliche Darstellung eines Ringkerns mit Sekundarwicklung.
Wie viele Windungen muß ich auf einen Ringkern aufwickeln?
Die meisten Hersteller von Ringkernen veröffentlichen in ihren Datenblättern den AL -Faktor fur jede Kernsorte und jeden Typ, den sie produzieren. Dieser Faktor wird abgeleitet aus der Induktivität bei einer bestimmten Anzahl von Windungen auf dem angegebenen Kern. Folgende Gleichung gilt:
wobei N die Anzahl der Windungen angibt.
Diese Gleichung kann benutzt werden, wenn man unbekannte Ringkerne in ihren Werten bestimmen will. Bei unbekannten Kerndaten muß man auch sicher sein, ob der Ringkern bei der benutzten Frequenz auch arbeitet. Ein falsch eingesetzter Ringkern kann die Güte beeinflussen.
Die Formel für die Berechnung der Windungszahl lautet:
wobei N die Windungszahl ist und AL der vom Hersteller angegebene Induktivitätsfaktor.
Für hochpermeable Ringkerne aus Ferrit lautet die Formel:
Ein Beispiel soll die Berechnung verdeutlichen: Angenommen, wir haben einen AMIDON-Ringkern, welcher 'ur 3,5 MHz geeignet ist, wie aus dem Datenblatt zu ersehen war. Es ist ein Kern T 68-2 aus HF-Eisenpulver. Die Typenbezeichnung sagt, es ist ein Ringkern m mit einem Du! hmesser von 0,68 inch - 1-.3 mm, und er ist aus dem Kernmaterial 2 (rot) hergestellt. Unsere Schaltung verlangt nach einer Induktivität von 28 pH. Die Herstellerangaben zu diesem Kerntyp besagen, daß er einen AL - Faktor von 57 hat. Die Berechnung lautet nun:
Als nächstes müssen wir nun feststellen, welche Drahtstärke wir benutzen müssen, wenn wir 70 Windungen auf den Kern aufbringen wollen. Die Herstellerangaben besagen, daß wir für 79 Windungen des Drahtes Nr. 28 "enameled wire" auf dem Kern Platz haben. Hierbei handelt es sich um eine amerikanische Drahtbezeichnung, aus der Drahttabelle (Copper-Wire-Table) können wir den Durchmesser des Drahtes in mm entnehmen. In diesem Fall handelt es sich um Kupfer-Lack-Draht (CuL) mit einem Durchmesser 0,32 mm, wir verwenden aber 0,3-mm-CuL-Draht.
Wicklungshilfenfür Ringkernspulen
Wer zum ersten Mal eine Ringkernspule wikkelt, hat so seine Anfangsschwierigkeiten. Man muß ja den genügend langen Draht bei jeder Windung immer wieder durch das Kernloch stecken. Die einzelnen Windungen sollen aber gleichmäßig über den Ringkern verteilt werden, es dürfen sich keine Schlaufen bilden, und es darf keine Windung auf die vorherige "aufsteigen". Weiterhin ist darauf zu achten, daß die Drahtisolierung nicht beschädigt wird, sonst treten Windungsschlüsse auf.
Abb. 7: Selbsthergestellies Wickelschiffchen. Der Draht wird auf das Schiffchen autgewickelt. Dieses wird bei ieder Wicklung durch das Kernloch gesteckt, bis die gewünschte Anzahl von Windungen erreicht ist.
Eine sehr große Hilfe bei der Bewicklung kann ein selbstgemachtes Wickelschiffchen sein, wie es im Bild 7 dargestellt ist. Als Material zum Aufbau eignet sich Basismaterial, wie es zur Herstellung von gedruckten Schaltungen benutzt wird. Die Handhabung ist denkbar einfach, sie erklärt sich schon aus der Abbildung. Eine ausreichende Länge des zu wickelnden Drahtes (Länge einer Windung x Anzahl der Windungen = benötigte Drahtlänge) wird auf das Schiffchen aufgewickelt. Das so "geladene" Schiffchen wird bei jeder Windung durch das Kernloch gesteckt und so die Spule Windung neben Windung gewickelt. Die Kanten des Schiffchens müssen mit einer Feile "gebrochen" werden, denn scharfe Kanten können die Drahtisolierung beschädigen!
DL3OE, Wolfgang Oepen.