Hystereseverluste

Hystereseverluste sind Energieverluste, die in ferromagnetischen Materialien auftreten, wenn deren Magnetisierung durch wiederholte Änderungen des angelegten Magnetfelds umkehrt. Sie entstehen durch irreversiblen Domänenwandtransport und Drehung der magnetischen Momente, wodurch beim Umlauf der Magnetisierung Wärme im Material freigesetzt wird. Hystereseverluste treten vor allem in ferromagnetischen und ferrimagnetischen Werkstoffen auf und hängen von der Mikrostruktur, der Zusammensetzung, der Temperatur sowie dem mechanischen Zustand des Materials ab.

Formal lässt sich der Verlust pro Volumen und Zyklus durch die Fläche des B-H-Polygons beschreiben: Die Energiemenge pro Zyklus beträgt W_h = ∮ H dB, und die mittlere Verlustleistung ergibt sich aus P_h = f × W_h, wobei f die Frequenz des angelegten Feldes ist. Bei sinusförmischer Anregung steigt der Verlust typischerweise mit der Frequenz sowie mit der Amplitude des Flussdichtes Bmax. Empirisch wird oft das Steinmetz-Gesetz verwendet: P_h ≈ k × f^α × Bmax^β, wobei α und β materialabhängig sind (typisch im Bereich von etwa 1,5–2,0 bzw. 1,5–2,0).

Wichtige Materialparameter sind die Koerzitivität und der Hysterese-Schleifenbereich; Materialien mit schmalen Schleifen (niedrige Koerzitivkraft) weisen geringere Hystereseverluste auf. Zur Reduzierung tragen geeignete Werkstoffe (z. B. weiche, feinkörnige Strukturen, amorphe oder lamellierte Aufbauten) sowie eine optimale Verarbeitung bei. Hystereseverluste unterscheiden sich von Wirbelstromverlusten, die durch induzierte Ströme entstehen und stärker mit Frequenz und Bauteilquerschnitt zusammenhängen. In Design und Materialauswahl werden häufig Datenblätter mit Verlustkurven als Funktionen von Frequenz und Flussdichte herangezogen.