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Siemens: Magnetische Keramikfolie für Transformatoren verkleinert Leuchten

Um Schaltungen der Leistungselektronik - etwa für die Beleuchtung - zu verkleinern und einfacher fertigen zu können, entwickelt Siemens magnetische Keramikfolien. Solch eine Elektronik passt Spannung, Stromstärke oder auch Frequenz an den Verbaucher an. Beispielsweise an eine Lampe. Um nun Platz einzusparen, werden möglichst viele Bauteile wie Widerstände oder auch Spulen in die einzelnen Lagen von keramischen Leiterplatten integriert. Auf diese Weise werden metallische Flächen oder Leitungen erzeugt.

Magnetische Kerne, beispielsweise für Transformatoren, ließen sich bislang jedoch nur schwer in Keramik einbetten. Die neu entwickelte Folie löst laut Unternehmen nun dieses Problem und reduziert dadurch den Platzbedarf - zum Beispiel in Autoscheinwerfern mit Entladungslampen. Bisher liefern dort Vorschaltgeräte die nötige Hochspannung für die Lichterzeugung. Diese könnten in Zukunft direkt in die Lampe integriert werden, erklkärt das Unternehmen.

Transformatoren zum Beispiel bestehen aus einem geschlossenen Magnetkern mit zwei Wicklungen. Integriert man das Bauteil in eine Platine, realisiert man die Wicklungen in zwei Lagen der Leiterplatte und setzt den Magnetkern in eine gebohrte Öffnung ein. In keramischen Leiterplatten ist dies sehr aufwändig und teuer, weil Magnet und Keramik sich bei Erwärmung unterschiedlich ausdehnen und deshalb getrennte Sinter- oder Brennvorgänge nötig sind. So haben die Forscher nun eine magnetische Keramikfolie entwickelt. Sie wird über der Transformatorwicklung zwischen die einzelnen Lagen der Platine gelegt und übernimmt die Funktion des Magnetkerns. Die Ferritfolie ist einige zehntel Millimeter dünn und so gestaltet, dass sie in einem Prozessschritt mit der Keramikplatine bei unter 900 Grad Celsius gebrannt werden kann. Ein auf diese Weise eingebetteter Transformator mit einer Baugröße von etwa 1,5 bis zwei Zentimeter Kantenlänge und 1,5 Millimeter Höhe überträgt eine Leistung von 120 Watt bei einer Frequenz von 2,5 Megahertz. Die Technologie der flachen Hochfrequenz-Transformatoren ist auf Anwendungen mit wenig Platz und hohen Umgebungstemperaturen ausgerichtet, so das Unternehmen.

Neben Beleuchtungs- und Industrieanwendungen lässt sich damit auch die gleichzeitige induktive Übertragung von Energie sowie Sensor- und Steuersignalen zwischen ansonsten inkompatiblen Platinen-Technologien der Leistungs- und Steuerelektronik lösen. Davon profitiert zum Beispiel die Schnellladeeinrichtung für Elektroautos, bei der etwa 100 Ampere fließen und zudem Kommunikationseinheiten zwischen Ladesäule und Batterie versorgt werden müssen. Die Entwicklungen werden vom Bundesforschungsministerium gefördert.
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