DE1271275B - Verfahren zur hitzebestaendigen Verfestigung von gewickelten oder geschichteten Magnetkernen aus weichmagnetischen Werkstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zur hitzebeständigen Verfestigung von gewickelten oder geschichteten Magnetkernen aus weichmagnetischen Werkstoffen In der Elektrotechnik werden für die verschiedensten Zwecke gewickelte oder geschichtete Magnetkerne in großer Zahl benötigt. Insbesondere kommen heute in immer steigendem Maß solche Magnetkerne zur Anwendung, die aus hochpermeablen Werkstoffen hergestellt werden. Dabei ist es erwünscht, daß die hochgezüchteten magnetischen Eigenschaften dieser Kerne möglichst unabhängig von den bei der Handhabung oder dem Einbau auftretenden mechanischen Beanspruchungen sind und die Kerne auch höheren Temperaturen ohne merkliche Einbuße ihrer magnetischen Eigenschaften ausgesetzt werden können.
• Es sind bereits eine Reihe von Verfahren bekannt, durch die gewickelte und geschichtete Magnetkerne aus weichmagnetischen Werkstoffen teilweise oder ganz mit Schutzschichten versehen werden, die eine mechanische Versteifung und Verfestigung der Magnetkerne erzielen. Diese Schutzschichten bestehen in den meisten Fällen aus Kunststoffen oder aus einer Mischung von Kunststoffen mit hitzebeständigen Füllstoffen oder aus Glimmerteilchen. Letztere werden insbesondere verwendet, um eine weiche Innenschicht zu erhalten (vgl. deutsche Patentschrift 1000 540, dritte Spalte, unten).
• Die Verwendung von Kunststoffen oder von Mischungen aus Kunststoffen und hitzebeständigen Füllstoffen gestattet wohl die Herstellung von Schutzschichten, die für den Bereich der Raumtemperatur oder wenig darüber geeignet sind. Für Temperaturen von einigen 100° C sind derartige Schutzschichten für die Versteifung von Magnetkernen aus hochpermeablen Werkstoffen jedoch nicht brauchbar, insbesondere deswegen nicht, weil sie bei höheren Temperaturen zwangläufig eine Aufkohlung und damit eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften der magnetischen Werkstoffe und ferner eine Zerstörung der durch den Kunststoff bzw. durch den Kunststoffanteil bewirkten Verfestigung des Magnetkernes bedingen.
• Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird es nun ermöglicht, gewickelte oder geschichtete Magnetkerne aus weichmagnetischen, insbesondere aus hochpermeablen Werkstoffen in der Weise mechanisch zu verfestigen, daß die magnetischen Eigenschaften dieser Kerne auch nach der Verfestigung praktisch ohne Beeinträchtigung ihrer zahlenmäßigen Werte erhalten bleiben. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten und verfestigten Magnetkerne können ohne eine Schädigung ihrer magnetischen Eigenschaften auf mehrere 100° C gebracht oder sogar auf Glühtemperatur erhitzt werden, wenn nach der Verfestigung eine an sich bekannte, der jeweiligenLegierung angepaßte W ärmebehandlung vorgenommen wird. Diese Wärmebehandlung besteht in einem Nachglühen des verfestigten Kernes, wobei das Nachglühen zweckmäßigerweise bei Temperaturen zwischen 400 bis 1300° C erfolgt.
• Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es gleichgültig, ob es sich um Bandkerne in Form von Ringbandkernen oder Schnittbandkernen oder um lamellierte, aus einzelnen Stanzteilen geschichtete Magnetkerne handelt. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfestigungsverfahren nicht nur für Kerne mit den üblicherweise benutzten Blechstärken von etwa 0,1 bis 0,35 mm geeignet, sondern die Verfestigung läßt sich auch mit Vorteil auf Kerne mit Banddicken bis herunter zu der Größenordnung von 10 um anwenden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur hitzebeständigen Verfestigung von gewickelten oder geschichteten Magnetkernen aus hochpermeablen weichmagnetischen Werkstoffen besteht darin, daß auf die durch die Schmalseiten der aufgewickelten Blechbänder oder der gestapelten Stanzteile gebildeten Flächen der Magnetkerne durch ein an sich bekanntes Flammspritzverfahren (Autogenflamme, Plasmalamme, Lichtbogenspritzen) eine die einzelnen Lagen des Magnetkernes an ihren Rändern fest miteinander verbindende, elektrisch nichtleitende Schicht aus Keramik, keramikartigen Stoffen oder aus Mischungen solcher Stoffe mit Metalloxyden oder mit Metallpulvern aufgebracht und der Magnetkern dadurch als Ganzes verfestigt wird. überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, daß sich derartige Stoffe zur Verfestigung von Magnetkernen eignen, ohne deren magnetische Werte zu-beeinträchtigen, obwohl ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient nur rund halb so groß ist wie derjenige weichmagnetischer metallischer Werkstoffe, und daß hierbei das Flammspritzverfahren verwendbar ist, obgleich durch dieses Verfahren die Werkstücke auf Temperaturen erhitzt werden, die eine Verschlechterung der magnetischen Werte erwarten lassen.
• In der Zeichnung ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verfestigter Ringbandkern als Ausführungsbeispiel dargestellt.
• A b b. 1 gibt eine Seitenansicht und A b b. 2 den Schnitt AB des dargestellten Ringbandkernes wieder.
• Im einzelnen bedeuten: a) die eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verfestigte Stirnfläche des Magnetkernes, b) die zweite nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verfestigte Stirnfläche, c) den aus einem aufgewickelten Band eines magnetischen Stoffes bestehenden Magnetkern.
• Je nach den an die Höhe der Festigkeit oder an die Güte der magnetischen Eigenschaften der Magnetkerne gestellten Forderungen werden alle Stirnflächen der Magnetkerne oder nur einzelne davon oder auch nur Teile einer solchen Fläche auf die erfindungsgemäße Weise verfestigt.
• Durch die vorerwähnten Forderungen wird aber auch die Menge der gegebenenfalls den keramischen Stoffen beizumischenden nichtleitenden Metalloxyde und des Metallpulvers bestimmt. Hierbei ist im Hinblick auf die Art, Menge und Körnung des zuzusetzenden Metallpulvers zu beachten, daß die durch das Flammspritzen auf die Stirnflächen der Magnetkerne aufgebrachten Schichten keine elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den einzelnen Blechlagen der Magnetkerne herstellen, um die Gefahr des Auftretens von Wirbelströmen und damit eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften des Kernes auszuschließen.
• Ein besonders hoher Grad von mechanischer Verfestigung der gewickelten oder geschichteten Magnetkerne kann dadurch erreicht werden, daß auf die auf den Stirnflächen aufgespritzte elektrisch nichtleitende keramische Schicht eine Schicht aus Werkstoffen mit hoher mechanischer Festigkeit aufgespritzt wird. Diese auf der keramischen Unterlage aufgebrachte Schicht kann auch metallisch leitend sein. Die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den Blechlagen wird durch die isolierend wirkende keramische Schicht verhindert.
• Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand von Beispielen näher erläutert. Beispiel 1 Aus einem 20 mm breiten und 0,025 mm dicken Band aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem Nickelgehalt von 80% wurde ein Ringbandkern mit einem Außendurchmesser von 55 mm und einem Innendurchmesser von 35 mm gewickelt. Der auf diese Weise hergestellte unverfestigte Ringbandkern wurde schlußgeglüht und danach die Permeabilität bei einer Temperatur von 20° C, einer Feldstärke von 10 mOe und einer Frequenz von 50 Hz gemessen. Sie ergab einen Wert von 42 800. Der gleiche Kern wurde nunmehr gemäß der Erfindung verfestigt, indem man auf seine beiden Stirnflächen durch Flammspritzen eine aus Aluminiumoxyd (A1203) bestehende Keramikschicht aufbrachte. Eine unter den gleichen Bedingungen wie vorher durchgeführte Messung der Permeabilität ergab einen Wert von 42 500.
• Beispiel 2 Ein Ringbandkern aus dem gleichen Material und mit den gleichen Abmessungen wie im Beispiel 1 wurde nach dem Wickeln in Wasserstoffatmosphäre bei 900° C während 2 Stunden und anschließend bei 450°C während 1 Stunde geglüht. Die an dem unverfestigten Ringbandkern bei einer Temperatur von 20° C, einer Feldstärke von 10 mOe und einer Frequenz von 50 Hz gemessene Permeabilität betrug 30 400. Der Ringbandkern wurde dann gemäß der Erfindung verfestigt, indem auf seinen beiden Stirnflächen eine Schicht aus Aluminiumoxyd (A1203) aufgespritzt wurde. Die unter den gleichen Bedingungen wie vorher erfolgte Messung ergab eine Permeabilität von 30 300. Der verfestigte Magnetkern wurde daraufhin in einer Wasserstoffatmosphäre für 2 Stunden bei 1000° C und anschließend für 1 Stunde bei 450°C geglüht. Nunmehr konnte unter den gleichen Meßbedingungen wie vorher eine Permeabilität von 48 000 gemessen werden.
• Beispiel 3 Aus einem 20 mm breiten und 0,05 mm dicken Band aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem Nickelgehalt von 801/o wurde ein Ringbandkern mit einem Außendurchmesser von 69 mm und einem Innendurchmesser von 44 mm gewickelt. Dieser so hergestellte Magnetkern wurde 1 Stunde lang bei 900° C und anschließend 1 Stunde lang bei 450° C in Wasserstoffatmosphäre schlußgeglüht. Die bei einer Temperatur von 20° C, einer Feldstärke von 10 mOe und einer Frequenz von 50 Hz gemessene Permeabilität ergab einen Wert von 34 500.
• Dieser Magnetkern wurde daraufhin auf seinen beiden Stirnflächen durch Aufspritzen einer Keramikschicht aus Aluminiumoxyd (A1203) verfestigt. Die unter den gleichen Bedingungen wie vorher gemessene Permeabilität des verfestigten Kernes ergab einen Wert von 34 800. Der auf die vorbeschriebene Weise behandelte Ringbandkern wurde nunmehr 2 Stunden bei 1000° C und anschließend 1 Stunde bei 450° C in Wasserstoffatmosphäre nachgeglüht. Durch diese Nachglühung erhöhte sich die Permeabilität auf 70 200. Schließlich wurde der so behandelte Magnetkern während 15 Stunden bei 120° C gealtert. Die nach der Alterung bei 120°C gemessene Permeabilität ergab sich zu 94 000. Bei Raumtemperatur, d. h. bei 20° C, wurde an dem gealterten Kern eine Permeabilität von 70 000 gemessen.
• Beispiel 4 Aus einem 10 mm breiten und 0,15 mm dicken Band aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem Nickelgehalt von 50% wurde ein Ringbandkern mit einem Außendurchmesser von 55 mm und einem Innendurchmesser von 40 mm gewickelt. An dem schlußgeglühten, aber nicht verfestigten Ringbandkern wurden folgende Werte für seine magnetischen Eigenschaften gemessen: Remanenz . . . . . . . . . . . . . . 15 380 Gauß Induktion bei 3 0e ...... 15 900 Gauß Induktion bei 10 0e ...... 15 970 Gauß Koerzitivfeldstärke ....... 0,163 0e (H"(,x 10 0e) Für den gleichen schlußgeglühten Ringbandkern, der aber erfindungsgemäß durch Aufspritzen einer Keramikschicht aus Aluminiumoxyd (A1,03) auf seinen beiden Stirnflächen verfestigt wurde, ergaben sich folgende Meßwerte: Remanenz . . . . . . . . . . . . . . 15 380 Gauß Induktion bei 3 0e ...... 15 900 Gauß Induktion bei 10 0e ...... 15 970 Gauß Koerzitivfeldstärke ....... 0,164 0e (H".x 10 0e) Alle Werte dieses Beispiels wurden bei 20° C gemessen.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur hitzebeständigen Verfestigung von aus Bändern gewickelten oder aus Stanzteilen geschichteten Magnetkernen aus weichmagnetischen, insbesondere hochpermeablen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die durch die Schmalseiten der aufgewickelten Blechbänder oder der gestapelten Blechstanzteile gebildeten Stirnflächen der Magnetkerne durch das an sich bekannte Flammspritzen eine elektrisch nichtleitende Schicht aus keramischen Stoffen aufgespritzt wird, so daß die einzelnen Blechlagen an ihren Rändern miteinander fest und hitzebeständig verbunden werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den keramischen Stoffen nichtleitende Metalloxyde und/oder Metallpulver beigemischt werden, wobei die Art, Menge und Körnung des Metallpulvers derart bemessen wird, daß die aus dieser Mischung aufgespritzte Schicht nichtleitend bleibt. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die auf den Stirnflächen aufgespritzte elektrisch nichtleitende Schicht eine Schicht aus Werkstoffen mit hoher mechanischer Festigkeit aufgespritzt wird. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Stirnflächen aufgebrachten Schichten nicht auf alle Stirnflächen der Magnetkerne, sondern nur auf eine oder einige dieser Flächen oder nur auf einen Teil einer Stirnfläche aufgebracht wird. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verfestigten Kerne nachgeglüht werden. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Nachglühen Temperaturen zwischen 400 und 1300°C angewendet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 404 425, 1000 540; »Electrical Engineering«, Juni 1950, S. 544 bis 548; »J. Amer. Ceramic Soc.«, Vol. 40, Nr.
3. 3, März 1957, S. 69 bis 74.