Überhitzung von Ferrit bzw Eisenpulver-Kernen

[Stefan Huebner]

Moin zusammen,
ich frage mich gerade, welche Folgen eine Überhitzung eines Ferrit-
bzw EP-Ringkernes hat. Welche Temperaturen über welche Dauer usw.
Konkret habe ich in einem Wandler eine Speicherdrossel mit verkohltem
CuL gefunden, daher gehe ich mal von mindestens 180°C Drahttemperatur
aus. Nach Neubewickeln wird die Drossel mit Grundlast unmittelbar
wieder sehr heiss; die Ursache hierfür habe ich noch nicht weiter
gesucht, da ich erstmal nachlesen wollte, welche Folgen... naja, siehe
oben.
Ich muss gestehen, dass ich mir darüber noch nie Gedanken gemacht habe
- immer nur, wie ich dafür sorge, dass die Temperatur von Wickelgut
und Kern weit in den zulässigen Grenzen bleibt...

[Andreas "cavala" Fischer]

Post by Stefan Huebner
Ich muss gestehen, dass ich mir darüber noch nie Gedanken gemacht habe
- immer nur, wie ich dafür sorge, dass die Temperatur von Wickelgut
und Kern weit in den zulässigen Grenzen bleibt...

http://de.wikipedia.org/wiki/Curietemperatur

[Joerg]

Post by Stefan Huebner
Moin zusammen,
ich frage mich gerade, welche Folgen eine Überhitzung eines Ferrit-
bzw EP-Ringkernes hat. Welche Temperaturen über welche Dauer usw.
Konkret habe ich in einem Wandler eine Speicherdrossel mit verkohltem
CuL gefunden, daher gehe ich mal von mindestens 180°C Drahttemperatur
aus. Nach Neubewickeln wird die Drossel mit Grundlast unmittelbar
wieder sehr heiss; die Ursache hierfür habe ich noch nicht weiter
gesucht, da ich erstmal nachlesen wollte, welche Folgen... naja, siehe
oben.
Ich muss gestehen, dass ich mir darüber noch nie Gedanken gemacht habe
- immer nur, wie ich dafür sorge, dass die Temperatur von Wickelgut
und Kern weit in den zulässigen Grenzen bleibt...

Es gibt bei vielen Kernmaterialien eine Besonderheit in der
Temperaturkurve. Die Kernverluste nehmen bei leicht steigenden
Temperaturen zunaechst ab. Das Minimum findet sich meist bei einigen zig
Grad ueber Zimmertemperatur. Geht es aber darueber hinaus, steigen die
Verluste an, der Kern wird noch heisser, die Verluste steigen noch
schneller. IOW die Chose laeuft mit einem Affenzahn aus dem Ruder ...
fatz ... *PENG*

Auf Folie 6 dieses Vortrags findet sich ein Beispiel:

http://www.digipower.it/magnetics/Part3.pdf

[Stefan Huebner]

Post by Joerg
Es gibt bei vielen Kernmaterialien eine Besonderheit in der
Temperaturkurve. Die Kernverluste nehmen bei leicht steigenden
Temperaturen zunaechst ab. Das Minimum findet sich meist bei einigen zig
Grad ueber Zimmertemperatur. Geht es aber darueber hinaus, steigen die
Verluste an, der Kern wird noch heisser, die Verluste steigen noch
schneller. IOW die Chose laeuft mit einem Affenzahn aus dem Ruder ...
fatz ... *PENG*

Darum liegen die Netzteile ja auch hier ;)
Nur bleibt zunächst die Frage: was passiert nach der Abkühlung? Dem
Magneten in meinem Weller-Bratomaten hat die ständig Überschreitung
der Curie-Temperatur in seinen knapp 2 Jahrzehnten augenscheinlich
nicht geschadet.

Ist der Kern danach noch benutzbar, wenn nein, welche Eigenschaft
ändert sich?

Post by Joerg
http://www.digipower.it/magnetics/Part3.pdf

Danke, schaue ich nachher mal drauf.

[Joerg]

Post by Stefan Huebner

Post by Joerg
Es gibt bei vielen Kernmaterialien eine Besonderheit in der
Temperaturkurve. Die Kernverluste nehmen bei leicht steigenden
Temperaturen zunaechst ab. Das Minimum findet sich meist bei einigen zig
Grad ueber Zimmertemperatur. Geht es aber darueber hinaus, steigen die
Verluste an, der Kern wird noch heisser, die Verluste steigen noch
schneller. IOW die Chose laeuft mit einem Affenzahn aus dem Ruder ...
fatz ... *PENG*

Darum liegen die Netzteile ja auch hier ;)
Nur bleibt zunächst die Frage: was passiert nach der Abkühlung? Dem
Magneten in meinem Weller-Bratomaten hat die ständig Überschreitung
der Curie-Temperatur in seinen knapp 2 Jahrzehnten augenscheinlich
nicht geschadet.
Ist der Kern danach noch benutzbar, wenn nein, welche Eigenschaft
ändert sich?

Hatte ich frueher allein aus Kostengruenden immer gemacht. Verkokelten
Draht mit dem Messer rausgepult, Balun neu gewickelt, alles paletti. Ich
hatte aber auch welche gesehen, bei denen dann Broeckchen fehlten, und
von einem Balun fand ich nach dem dumpfen Knall und dem Herabklatschen
des Dipols vom Kern so gut wie nichts mehr wieder. Leider kostete dieser
Kern den Gegenwert einer Kiste Koepi :-(

Post by Stefan Huebner

Post by Joerg
http://www.digipower.it/magnetics/Part3.pdf

Danke, schaue ich nachher mal drauf.

[Stefan Huebner]

Moin Joerg,

Post by Joerg
Hatte ich frueher allein aus Kostengruenden immer gemacht. Verkokelten
Draht mit dem Messer rausgepult, Balun neu gewickelt, alles paletti. Ich

Das habe ich mir auch gedacht, die Netzteile sind für einen Storage
Server, derzeit nicht lieferbar und die Admins im KH haben Angst um
ihre Krankenakten. Meine neu gewickelte Drossel hat auf jeden Fall
sehr ähnliche Induktivität wie ein Vergleichsexemplar. Nun muss ich
nur noch den Grund für die übermäßige Erwärmung finden. Mal die Dioden
anschauen und messen, was da so aus dem Wandlertrafo kommt.
Das Ganze ist ein Halbbrücken-Durchflusswandler mit induktiver
Regelung der drei Hauptausgänge (3,3 5 12V).

Post by Joerg
hatte aber auch welche gesehen, bei denen dann Broeckchen fehlten, und
von einem Balun fand ich nach dem dumpfen Knall und dem Herabklatschen

Davor bin ich bisher verschont geblieben...

[Joerg]

Post by Stefan Huebner
Moin Joerg,

Post by Joerg
Hatte ich frueher allein aus Kostengruenden immer gemacht. Verkokelten
Draht mit dem Messer rausgepult, Balun neu gewickelt, alles paletti. Ich

Das habe ich mir auch gedacht, die Netzteile sind für einen Storage
Server, derzeit nicht lieferbar und die Admins im KH haben Angst um
ihre Krankenakten. Meine neu gewickelte Drossel hat auf jeden Fall
sehr ähnliche Induktivität wie ein Vergleichsexemplar. Nun muss ich
nur noch den Grund für die übermäßige Erwärmung finden. Mal die Dioden
anschauen und messen, was da so aus dem Wandlertrafo kommt.
Das Ganze ist ein Halbbrücken-Durchflusswandler mit induktiver
Regelung der drei Hauptausgänge (3,3 5 12V).

Pass nur auf, dass die Drossel auch unter Vollast passt. Wo sitzt die
genau? Speicherdrossel + Wandlertrafo passt irgendwie nicht so ganz.

Wichtig ist, dass das Dingen nicht saettigt, aber das laesst sich ja
nachmessen.

Post by Stefan Huebner

Post by Joerg
hatte aber auch welche gesehen, bei denen dann Broeckchen fehlten, und
von einem Balun fand ich nach dem dumpfen Knall und dem Herabklatschen

Davor bin ich bisher verschont geblieben...

Der schlimmste Fall (zum Glueck nicht mein Design) war ein 1kW Switcher
im Dauertest. Alle hatten schon Feierabend, bis auf den Nachtwaechter.
Dessen Schaeferhund wurde so langsam wild. "Ja was hast Du denn jetzt
auf einmal?" Dann bollerte er gehen die Stubentuer und die beiden gingen
rauf. Im Teppich hatte nach der Kernschmelze dieses Netzteils gerade ein
Schwelbrand begonnen.

[Stefan Huebner]

Post by Joerg
Pass nur auf, dass die Drossel auch unter Vollast passt. Wo sitzt die
genau? Speicherdrossel + Wandlertrafo passt irgendwie nicht so ganz.

Der Trafo hat keinen Luftspalt, insofern würde ich mal annehmen, dass
die Drossel hinter der Doppeldiode die Speicherfunktion übernimmt...
Nein im Ernst: geteilte Sekundärwicklung, Mitte an Masse, die beiden
Enden über eine Dual-Schottky mit gemeinsamer Kathode an die fragliche
Drossel und dann zu den dicken Elkos.
In Reihe zu einem Wicklungsende und einer der beiden Diodenhälften
liegt noch die Drossel für die induktive Spannungsregelung, mit dem
Kern, den ihr wohl als "saturable reactor" bezeichnet. Einen deutschen
Terminus der nicht wie eine schwere Erkrankung der Innereien klingt
habe ich noch nicht gefunden...

Post by Joerg
Wichtig ist, dass das Dingen nicht saettigt, aber das laesst sich ja
nachmessen.

Ohne Last wohl kaum. Ich hatte im Test 6A Last dran, aber auch mit 1A
roch es schon nach dem Silikonkleber, mit dem ich die Drossel an ihrem
Platz und die Kaptonfolie fixiert habe.

[Joerg]

Post by Stefan Huebner

Post by Joerg
Pass nur auf, dass die Drossel auch unter Vollast passt. Wo sitzt die
genau? Speicherdrossel + Wandlertrafo passt irgendwie nicht so ganz.

Der Trafo hat keinen Luftspalt, insofern würde ich mal annehmen, dass
die Drossel hinter der Doppeldiode die Speicherfunktion übernimmt...
Nein im Ernst: geteilte Sekundärwicklung, Mitte an Masse, die beiden
Enden über eine Dual-Schottky mit gemeinsamer Kathode an die fragliche
Drossel und dann zu den dicken Elkos.
In Reihe zu einem Wicklungsende und einer der beiden Diodenhälften
liegt noch die Drossel für die induktive Spannungsregelung, mit dem
Kern, den ihr wohl als "saturable reactor" bezeichnet. Einen deutschen
Terminus der nicht wie eine schwere Erkrankung der Innereien klingt
habe ich noch nicht gefunden...

Nur an einem Ende? Oerks. Na ja, kam vermutlich auf jeden Pfennig an.

Post by Stefan Huebner

Post by Joerg
Wichtig ist, dass das Dingen nicht saettigt, aber das laesst sich ja
nachmessen.

Ohne Last wohl kaum. Ich hatte im Test 6A Last dran, aber auch mit 1A
roch es schon nach dem Silikonkleber, mit dem ich die Drossel an ihrem
Platz und die Kaptonfolie fixiert habe.

Wird der Kern sofort heiss? Hat der Kern evtl. einen Haarriss
abbekommen? Saettigungsmessung ginge hier nur ueber Shunt und A-B
Diff-Messung am Scope oder Uebertrager. Oder Shunt am Fusspunkt des
Uebertragers, der sollte ja an Masse sitzen und einen Haifischzacken
muesste man auch dort noch ausmachen koennen.

[Stefan Heimers]

Post by Stefan Huebner
Nein im Ernst: geteilte Sekundärwicklung, Mitte an Masse, die beiden
Enden über eine Dual-Schottky mit gemeinsamer Kathode an die fragliche
Drossel und dann zu den dicken Elkos.

Du hast sicher die beiden Schottkydioden einzeln gemessen???

Falls eine von beiden offen wäre, würde über der Speicherdrossel eine
wesentlich höhere Wechselspannung induziert, während das Netzteil
vermeintlich weiter funktioniert.


Stefan

[Heinz Schmitz]

Post by Stefan Huebner
Ohne Last wohl kaum. Ich hatte im Test 6A Last dran, aber auch mit 1A
roch es schon nach dem Silikonkleber, mit dem ich die Drossel an ihrem
Platz und die Kaptonfolie fixiert habe.

Kapton? Echt? Hoffentlich bleibt es kalt. Siehe z.B.
http://www.vision.net.au/~apaterson/aviation/kapton_mangold.htm

Grüße,
H.

[Stefan Huebner]

On Tue, 02 Sep 2008 12:17:54 +0200, Heinz Schmitz

Post by Heinz Schmitz

Post by Stefan Huebner
Ohne Last wohl kaum. Ich hatte im Test 6A Last dran, aber auch mit 1A
roch es schon nach dem Silikonkleber, mit dem ich die Drossel an ihrem
Platz und die Kaptonfolie fixiert habe.

Kapton? Echt? Hoffentlich bleibt es kalt. Siehe z.B.
http://www.vision.net.au/~apaterson/aviation/kapton_mangold.htm

Ja nettes Ding. Da muss ich 1. noch mal nachsehen, ob das
durchsichtige "180°C-Klebeband" wirklich Kapton ist oder nur aus
Tradition so genannt wird und 2. mal Denkanstösse im Umfeld verteilen.
Bisher waren hier immer alle froh, wenn Isolierungen in Trafos,
Iso-Material für Halbleiter usw. darauf basierten.

[Henry Kiefer]

Post by Joerg

Post by Stefan Huebner
Moin Joerg,

Post by Joerg
Hatte ich frueher allein aus Kostengruenden immer gemacht.
Verkokelten Draht mit dem Messer rausgepult, Balun neu gewickelt,
alles paletti. Ich

Das habe ich mir auch gedacht, die Netzteile sind für einen Storage
Server, derzeit nicht lieferbar und die Admins im KH haben Angst um
ihre Krankenakten. Meine neu gewickelte Drossel hat auf jeden Fall
sehr ähnliche Induktivität wie ein Vergleichsexemplar. Nun muss ich
nur noch den Grund für die übermäßige Erwärmung finden. Mal die Dioden
anschauen und messen, was da so aus dem Wandlertrafo kommt.
Das Ganze ist ein Halbbrücken-Durchflusswandler mit induktiver
Regelung der drei Hauptausgänge (3,3 5 12V).

Pass nur auf, dass die Drossel auch unter Vollast passt. Wo sitzt die
genau? Speicherdrossel + Wandlertrafo passt irgendwie nicht so ganz.
Wichtig ist, dass das Dingen nicht saettigt, aber das laesst sich ja
nachmessen.

Post by Stefan Huebner

Post by Joerg
hatte aber auch welche gesehen, bei denen dann Broeckchen fehlten,
und von einem Balun fand ich nach dem dumpfen Knall und dem
Herabklatschen

Davor bin ich bisher verschont geblieben...

Der schlimmste Fall (zum Glueck nicht mein Design) war ein 1kW Switcher
im Dauertest. Alle hatten schon Feierabend, bis auf den Nachtwaechter.
Dessen Schaeferhund wurde so langsam wild. "Ja was hast Du denn jetzt
auf einmal?" Dann bollerte er gehen die Stubentuer und die beiden gingen
rauf. Im Teppich hatte nach der Kernschmelze dieses Netzteils gerade ein
Schwelbrand begonnen.

Du wärest der ideale Opa!


- Henry

[Stefan Heimers]

Post by Stefan Huebner
Ich muss gestehen, dass ich mir darüber noch nie Gedanken gemacht habe
- immer nur, wie ich dafür sorge, dass die Temperatur von Wickelgut
und Kern weit in den zulässigen Grenzen bleibt...

Ich vermute, dass der Kern eine höhere Temperatur aushält als der Kunststoff
des Wicklungsträgers.

Allerdings könnte ich mir vorstellen, dass der Kern nach einem Kurzschluss
mit hohem DC-Strom dauerhaft magnetisiert ist und damit die Induktivität
kleiner wird.


Stefan

[Stefan Huebner]

Post by Stefan Heimers
Ich vermute, dass der Kern eine höhere Temperatur aushält als der Kunststoff
des Wicklungsträgers.

Naja, da war der Lack halt ab ;)

Post by Stefan Heimers
Allerdings könnte ich mir vorstellen, dass der Kern nach einem Kurzschluss
mit hohem DC-Strom dauerhaft magnetisiert ist und damit die Induktivität
kleiner wird.

Habe ich auch schon dran gedacht, allerdings ist eher der Wechselstrom
das Problem wie es scheint. Als Speicherdrossel sollte das Ding ja
Gleichstrom gewohnt sein, die Drossel wird aber auch fast ohne DC-Last
schon kochend heiss.

[Stefan Heimers]

Post by Stefan Huebner
die Drossel wird aber auch fast ohne DC-Last
schon kochend heiss.

Zwei weitere Ideen:

- Sind die Kondensatoren OK? Alle, nicht nur Elkos, testen. Insbesondere
denjenigen Folienkondensator, der parallel zur Primärwicklung liegt.


- Beobachtest Du die Erwärmung bei geöffnetem Netzteil, oder geschlossen mit
Belüftung wie im Normalbetrieb? Sind die Lüfter in Ordnung? Vielleicht ist
die Erwärmung normal, die Belüftung schlecht.


Stefan

[Stefan Huebner]

On Mon, 01 Sep 2008 22:58:47 +0200, Stefan Heimers

Post by Stefan Heimers

Post by Stefan Huebner
die Drossel wird aber auch fast ohne DC-Last
schon kochend heiss.

- Sind die Kondensatoren OK? Alle, nicht nur Elkos, testen. Insbesondere
denjenigen Folienkondensator, der parallel zur Primärwicklung liegt.

Sind nur zwei Elkos 2200u/16V hinter der Drossel, die sind neu. Davor
wird induktiv geregelt, genaugenommen vor einer Hälfte der
Doppel-Schottkydioden. Ich muss noch mal messen, aber dazu muss das
Ding erstmal zerlegt werden. Gar grauselig...

Post by Stefan Heimers
- Beobachtest Du die Erwärmung bei geöffnetem Netzteil, oder geschlossen mit
Belüftung wie im Normalbetrieb? Sind die Lüfter in Ordnung? Vielleicht ist
die Erwärmung normal, die Belüftung schlecht.

Geöffnet, mit 1A wird die Drossel schon sehr heiss, bei 6A riecht es
instantan nach dem Silikonkleber unter der Drossel. 15A ist Nennstrom.
Der Quirl pustet direkt durch die Drossel durch.

[Hans Jürgen Riehl]

Hallo,

auch lange vor dem Erreichen der Curietemperatur geht die Permeabilität -
insbesondere bei extrem hochpermeablen Kernmateriealien - bei Erwärmung
zurück. Grund sind mechanische (Scher-) Spannungen im Kern als Folge des
unvermeidlichen Temperaturgradienten. Hochpermeable Kerne könnte man deshalb
(Empfindlichkeit auf mechanische Spannungen) durchaus auch als Wägezellen
einsetzen. Ein Versuch mit einer Probewicklung auf einen neuen Kern und
einem Induktivitätsmessgerät zeigt leicht Auflösungen weit unter einem
Gramm. Hier wurden "Lösungen" solcher Erwärmungsprobleme gesehen, die darin
bestanden, den zu kühlenden Kern an einer Stelle plan anzuschleifen und mit
Silikonkautschuk zur Kühlung an das Gehäuse zu kleben. Mit dem Wissen um den
Effekt des Temperaturgradienten: Die falsche Lösung. Eine (wenig) bessere
Lösung wäre gleichmäßige forcierte Luftkühlung des ganzen Kerns. Letztlich
hilft nur: Verminderung der Erregung (z.B. zwei Kerne), Vergrößerung des
Querschnittes (zwei Kerne stapeln) und graduell auch die Optimierung des
Kernmaterials.

Gruß
Hans Jürgen

[MaWin]

Post by Stefan Huebner
und Kern weit in den zulässigen Grenzen bleibt...

Kein Problem, der Kern kommt vom Sintern und kuehlte dort schon
mal ab. So lange er noch heile ist, hat er keine besonders
veraenderten Kennwerte.

[Joerg]

Post by MaWin

Post by Stefan Huebner
und Kern weit in den zulässigen Grenzen bleibt...

Kein Problem, der Kern kommt vom Sintern und kuehlte dort schon
mal ab. So lange er noch heile ist, hat er keine besonders
veraenderten Kennwerte.

Und falls nicht, muss man eh Feger und Kehrschaufel nehmen ... ;-)

[Dieter Wiedmann]

Post by Stefan Huebner
ich frage mich gerade, welche Folgen eine Überhitzung eines Ferrit-
bzw EP-Ringkernes hat.

http://www.micrometals.com/thermalaging_index.html

Vergleichbares zu Ferritkernen findest du bei Epcos.


Gruß Dieter

P.S.: Mit der Curietemperatur hat das nichts zu tun.