Schutz vor elektromagnetischer Strahlung Gute Figur beim induktiven Laden

Ferriitlösungen und Vitrolamfolien im Vergleich.
Ferriitlösungen und Vitrolamfolien im Vergleich.

Die Firma Vacuumschmelze hat mit Vitrolam eine flexible Folie entwickelt, die beim Handling in der Produktion oder durch das Herunterfallen beim Endkunden nicht kaputt zu kriegen ist. Zum Einsatz kommt die Folie nicht nur in der mobilen Telefonie, sondern auch bei Automobilelektronik-Applikationen.

Am 20. März 1900 erhielt Nikola Tesla sein erstes Patent über die drahtlose Energieübertragung und legte damit die technische Grundlage für das induktive Laden. Das Prinzip der kabellosen Energieübertagung ist also seit mehr als 100 Jahren bekannt. Eine Vielzahl nicht kompatibler Ladegeräte von unterschiedlichen Herstellern und der damit einhergehende Verdruss bei den Handynutzern haben in den letzten Jahren dafür gesorgt, dass das induktive Laden ein wahres Revival erlebt – und das nicht nur im Bereich der mobilen Telefonie. Auch die Notwendigkeit, das E-Auto bei möglichst jedem Parkvorgang einfach und unkompliziert aufladen zu können, hat das Thema auf der Prioritätenliste weiter nach oben gehievt. Doch zurück zum fast schon unverzichtbaren Alltagshelfer Mobiltelefon. Hier erobert die kabellose Energieübertragung alle möglichen Lebensbereiche: Ikea beispielsweise bietet Möbel mit integrierter Ladestation an. Zudem erobert das Prinzip die Fahrgasträume von Autos und wird an Flughäfen angeboten.

Die höchst komfortable Art, seine elektronischen Geräte wieder aufzuladen, setzt sich in vielen Bereichen des Alltagslebens Stück für Stück durch. Dafür sprechen auch Schätzungen, die im Bereich der kabellosen Energieübertragung bis zum Jahr 2018 ein Marktvolumen von 8,5 Milliarden Dollar sehen. Der Löwenanteil dieser enormen Wachstumsraten wurde dabei für 2015 und 2016 prognostiziert.

Das Prinzip des induktiven Ladens ist im Grunde bestechend einfach: Zur induktiven Energieübertragung wird im Transmitter (Sender, Generator) ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, und zwar mit einer von Wechselstrom durchflossenen Spule (Bild 1). Auch auf der Empfängerseite ist eine Spule vorhanden, die von einem Teil des magnetischen Wechselfelds durchdrungen wird. Dadurch wird in der Empfängerspule eine Spannung induziert. Wenn an der Spule nun eine elektrische Last angeschlossen wird, kommt es aufgrund der induzierten Spannung zum Stromfluss durch die Last und es wird Leistung übertragen. Das Wirkprinzip entspricht dem eines Transformators mit schwacher Kopplung der Spulen.

Besser nicht ohne Schirm

Das breit gestreute Magnetfeld der Transmitterspule beim induktiven Laden ist allerdings für viele moderne elektronische Geräte – Stichwort „elektromagnetische Verträglichkeit“ – nicht unproblematisch. Damit ist der üblicherweise erwünschte Zustand gemeint, dass technische Geräte einander nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte störend beeinflussen. Dazu gibt es auch eine für die Hersteller bindende Richtlinie der EU „ zur Harmonisierung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über die elektromagnetische Verträglichkeit“ – kurz: EMV-Richtlinie (EMC) 2014/30/EU. Sie behandelt die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmitteln und gibt vor, auf welche Weise die elektromagnetische Verträglichkeit von elektrisch betriebenen Geräten im europäischen Binnenmarkt beschaffen sein soll. Es ist also nicht nur vorgeschrieben, sondern auch dringend notwendig, die empfindlichen elektronischen Geräte gegen das beim induktiven Laden entstehende Magnetfeld abzuschirmen. Hierzu eignet sich bei weitem nicht jedes Material. In Aluminiumhüllen, die zur Trennung des Akkus von der Elektronik bei Handys dienen könnten, würde sich der Strom beispielsweise ebenfalls einkoppeln. Der so entstandene Stromfluss könnte zu einer Erwärmung und auf lange Sicht zu einer schädlichen Überhitzung der umgebenden Komponenten führen.

Dünn und flexibel – nicht um jeden Preis

Stand der Technik sind heute Ferrite für Ladestationen, in deren Sendern Ferritplatten von durchschnittlich etwa 2,5 mm Dicke verbaut werden. Der Vorteil dieses keramischen Werkstoffs liegt im Preis, denn in der beschriebenen Standardausführung sind diese Ferritplatten durchaus günstig. Allerdings hat dieses Material auch einen entscheidenden Nachteil: Je dünner es ist, desto empfindlicher reagiert es auf Belastung und ist in der Folge zerbrechlicher.

Andererseits geht der Trend ganz eindeutig zum immer schlankeren Design. Gadgets für den täglichen Gebrauch, beispielsweise Notebooks oder Mobiltelefone, zeichnen sich bereits seit Jahren dadurch aus, dass sie immer dünner werden. Auch lassen sich in Bezug auf das Design mit möglichst dünnen Ausgangsmaterialien viel mehr Möglichkeiten realisieren als mit vergleichsweise dicken Ferritplatten. Durch den Trend zum Dünn-Design jedoch wird der Kostenvorteil der Ferrite gegenüber anderen Materialien schnell obsolet. Denn um die werkstoffimmanente Zerbrechlichkeit auch bei der Herstellung extrem dünner Ferritplatten zu kompensieren, sind die Hersteller dazu übergegangen, Folien auf die Platten aufzulaminieren. Dieser zusätzliche Produktionsschritt bedeutet eine aufwändigere Herstellung und führt natürlich auch zu größeren Ausschussmengen bei der Produktion – und das manifestiert sich in höheren Kosten.

Eine interessane Alternative zu den Ferriten kommt nun aus Hanau: Hier hat die Vacuumschmelze (VAC) mit Vitrolam eine flexible Folie entwickelt, die beim Handling in der Produktion oder durch das Herunterfallen beim Endkunden nicht kaputt zu kriegen ist. Diese neue Folie besteht aus mehreren Schichten des weichmagnetischen Werkstoffs Vitroperm 800 R.