DE1671038C - Hochpermeabler Mangan-Zink-Ferritkern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ferromagnetische Ferrit- Curiepunkt zwischen 20 und UO⁰C und das Material kerne auf Mangan-, Zink- und Eisenoxidbasis mit einer des anderen Kerns einen Curiepunkt oberhalb HO⁰C

hohen Anfangspermeabilität von mehreren 1000, aufweisen soll. Die darüber hinausgehende erfindungs-

Es sind bereits Mangan-Zink-Ferritkerne mit hoher gemäße Lehre führt jedoch über den bekannten Stand Anfangspermeabilität in der Größenordnung von 5 der Technik hinaus. Erst deren Kombination mit den

μ = 1000 bis 10 000 bekannt, die ein oder mehrere vorbekannten Teilmerkmalen ist in der Lage, die der

Permeabilitätsmaxima in Abhängigkeit von der Tem- Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vollständig zu

peratur aufweisen. Der Nachteil dieser hochpermea- lösen,

blen Ferritkerne besteht darin, daß die Curietemperatur Zweckmäßigerweise werden die Trennflächen beider eine obere Grenze für die ferromagnetische Wirksam- xo Einzelkerne, d. h. die Flächen, an denen die Einzelkeit darstellt und die höchsten Anfangsperraeabiii- kerne miteinander in Berührung kommen, im wesenttäten in der Regel unmittelbar unterhalb dieser Curie- liehen entlang der im Betriebszustand verlaufenden temperatur auftreten. Das bedeutet, daß der Ver- magnetischen Feldlinien angelegt. Dadurch wird Verwendungsmöglichkeit solcher Ferritkerne in einem mieden, daß ein nicht unwesentlicher Anteil magnerelativ großen Temperaturbereich Grenzen gesetzt 15 tischer Feldlinien von einem Einzelkern in den anderen sind, da die Curietemperatur nicht überschritten wer- Einzelkern übertritt, was in der Regel zu nachteiligen den darf uui auch unterhalb dieses sogenannten Ergebnissen führt. Selbst bei sehr glatter Oberfläche ersten Permeabilitätsmaximums teilweise weitaus ge- wäre nämlich der Gesamtkern noch leicht »geschert«, ringere Permeabilitätswerte auftreten. Die Entwick- so daß die Anfangspermeabilität des Kernmaterials, lung ferromagnetischer Ferrite dieser Art mit einem 20 die am Gesamtkern gemessen wird, nicht der Kernsekundären und sogenannten tertiären Permeabi- permeabilität entspräche.

litätsmaximum vermochte zwar die Anfangspermea- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zusammenbilität auch in einem relativ größeren Temperatur- Setzungen für die Ausgangssubstanzen beider Einzelbereich noch relativ hoch zu halten, den Anforderun- kerne derart ausgewählt sind, daß die Einzelkerne gen, die durch verschiedene neue Techniken an hoch- »5 ihre sekundären und tertiären Permeabilitätsmaxima permeable Ferritkerne gestellt werden, sind diese bei verschiedenen Temperaturen besitzen. Dadurch bekannten Mangan-Zink-Ferritkerne jedoch noch wird eine mehr oder weniger starke Kompensierung nicht vollständig gewachsen. Zu diesen Techniken von Maxima und Minima im Permeabilitäts-Tempezählen unteranderem:Tieftenveraturverfahren,Raum- ratur-Verlauf erreicht und die Temperaturabhängigfahrzeugsteuerung, Tiefs^etsstungen. 30 keit im Betriebstemperaturbereich vermindert.

Der Erfindung liegt die Aui^abe zugrunde, einen Es ist vorteilhaft, die Kerne als Ringkerne auszu-Mangan-Zink-Ferrit mit mindestens zwei Einzelkernen bilden und für den Gesamtkern zwei oder mehr Einmit unterschiedlichem Zinkgehalt zu schaffen, der in zelkerne gleicher oder verschiedener Höhe bei sonst einem Temperaturbereich zwischen etwa —50 und gleichen Abmessungen zu verwenden. Die Wicklungen + 100°C eine hohe Anfangspermeabilität von mehr 35 werden dann über sämtlich.; Kerne gelegt, so daß als μ_α = 5000 bei geringen Verlusten besitzt. Der- jeder Kern in gleicher Weise magnetisiert ist. Werden artige Ferritkerne sollen insbesondere für breitbandige Einzelkerne in weiterer Ausoildung der Erfindung mit Übertrager, Impulsübertrager, Leistungsübertragtr bei einer etwa gleichen Curietemperatur, jedoch unterhohen Frequenzen verwendet werden, und zwar auch schiedlicher Lage der Permeabilitätsmaximavenvendet, dann, wenn diese Geräte erheblichen Temperatur- 40 so kann die Permeabilitäts-Temperatur-Kurve unter Schwankungen ausgesetzt sind. Umständen so weit egalisiert werden, daß keine aus-

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Er- geprägten sekundären bzw. tertiären Maxima trotz findung vor, daß die Ausgangssubstanzen für die hoher Anfangspermeabilität des Gesamtkernes in Einzelkerne weniger als 0,05 Gewichtsprozent Ge- einem weiten Temperaturbereich auftreten. Ein spon-Samtverunreinigungen aufweisen und aus folgendem 45 tanes Absinken der Gesamtpermeabilität durch AusBereich ausgewählt sind: fallen des einen Kernes mit der niedrigeren Curie-51,5 bis 53,0 Molprozent Fe₂O₃, temperatur findet dann ebenfalls nicht statt.
20 bis 30 Molprozent ZnO, ^{An Hand der F} ' 8- 1 bis 6, die Ausfuhrungsbeispiele 17 bis 28,5 Molprozent MnO. ^{für die} Erfindung darstellen, ist diese im folgenden ' 50 noch näher erläutert.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei In der F i g. 1 ist ein Übertrager mit einem erfin-

Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre die oben dungsgemäßen Ferritkern im Schnitt dargestellt. Der

trörterte Aufgabe erfolgreich gelöst werden kann und Übertrager ist aus zwei Ringkernen 1, 2 gleicher Ab-

die Lösung der gestellten Aufgabe, d. h. über einen messungen zusammengesetzt, und beide Ringkerne

Sehr großen Temperaturbereich von etwa 150°C, 55 sind mit gemeinsamen Wicklungen 3 umgeben, von

eine sehr hohe Anfangspermeabilität ergibt. denen die Anschlußleitungen 4 an die entsprechenden

Die Verwendung reiner Ausgangssubstanzen ist Kontaktstellen führen. Spulenkörper und Befestigung!»·

an sich bereits bekannt, und es ist auch bekannt, im organe sind der Übersichtlichkeit halber nicht dar·

Bedarfsfall ferromagnetische Kerne aus verschiedenen gestellt. Der Einzelkern 1 weist eine Zusammensetzung

Schichten, beispielsweise mit unterschiedlichem Zink- 60 auf, die im Dreistoffdiagramm 5 der F i g. 2 mit dem

gehalt und mit unterschiedlicher effektiver Permeabi- Punkt \A dargestellt ist. Der Einzelkern 2 weist die

lität, auszubilden, um einen gewünschten Permeabi- dem Punkt IA gemäß F i g. 2 entsprechende Zusam·

bilitätsverlauf innerhalb eines relativ kleinen Betriebs- mensetzung auf. Die Zusammensetzung bezieht sich

temperaturbereiches zu erreichen. Dabei sollen zwei jeweils auf die Einwaage der Oxidgemische,

oder mehrere zusammenpassende Teilkerne aus 65 . .

Nickel-Zink-Ferrit mit verschiedenen Temppratur- Beispiel A

koeffizienten der Permeabilität miteinander vereinigt Nach diesem Ausführungsbeispiel besteht die Zu-

t erden, wobei das Material des einen Kerns einen snmmensctziing 1A aus 52 Molprozent FejO₃, 28 Mol-

prozent ZnO und 20 MolprozentMnO, DieZusammensetzung 2 A besteht aus 53 Molprozent Fe,O_a, 26 MoI-prozent ZnO und 21 Molprozent MnO, Die nicht ferritbildenden Verunreinigungen bei beiden Einzelkernen betragen weniger als 0,02 Gewichtsprozent. Die Curietemperaturen (T_e) der beiden Einzelkerne liegen bei 75 bzw. 105⁰C.

Beiiic Einzelkerne werden in gleicher Weise hergestellt. Die betreffenden Oxidgemische werden getrennt 1 Stunde bei 870⁰C kalziniert, danach 2 Stunden in der Schwingmühle mit doppelt destilliertem Wasser gemahlen und nach dem Trocknen mit einer Bindemiuellösung unter Verwendung von Polyäthylenglykol vermischt. Diese getrennten Mischungen werden zu getrennten Einzelringkernen mit einem Außendurchmesser von etwa 5 mm, einem Innendurchmesser von etwa 3 mm und einer Kernhöhe von etwa 1,· ,um zu einer Dichte von etwa 3 g/cm³ gepreßt. Dl Preßlinge werden in jeweils getrennten Ferritbei-'.iltern mit eingepaßtem Deckel ind den Preßlingen er. brechenden Zusammensetzungen eingesetzt und n„·. ■■· 7stündigem Aufheizen bei 1300⁰C zunächst <)0 ,runden in Luft und anschließend 24 Stunden in lv.-'sam strömendem reinem Stickstoff mit weniger al 1.02 Volumprozent Sauerstoff gesintert. Der Sticksi !'.'strom beträgt etwa 0,4 l/h bei einem Ofenvolumen ν«·.-! 1,5 1. Die Abkühlung von der Sintertemperatur hi> auf 600⁰C erfolgt in 2 Stunden, von 600 bis auf ?t'ü C in 3 Stunden und danach bis zur Zimmertemperatur langsam.

in der F i g. 3 ist der. temperaturabhängige Permeabiiiiätsverlauf des beschriebenen Ferritkernes \A und IA dargestellt. Die Anfangspermeabilität beträgt in einem sehr großen Temperaturbereich von —50 bis ; 105 "C mehr als 10 000 bei einer Meßfeldstärke von // — 1,6 mOc und einer Meßfrequenz von 5 kHz.

Beispiel B

Ein ähnlich der in F i g. 1 dargestellten Anordnung zusammengesetzter Ferritkern weist bezüglich seiner fiinzelkerne die folgenden Zusammensetzungen auf, die in F i g. 2 mit den Punkten XB und IB dargestellt sind. Die Zusammensetzung XB beträgt 52 Molprozent Fe₂O₃, 29 Molprozent ZnO und 19 Molpro- ■n nt MnO (Te= 55^JC), die Zusammensetzung IB 52 Molprozent Fe₁O₃. 22 Molprozent ZnO und 26 Molprozent MnO (Tc -= 130°C). Der Zinkgehalt weicht daher bei beiden Einzelkernen IB und 2B stärker voneinander ab, als der Zinkgehalt bei den Einzelkernen IA und 2/4. Die Eirazelkerne nach dem Beispiel b werden in etwa gleicher Weise hergestellt. Als Bindemittel dient jedoch eine Polyvinylalkohollösung, und die Abmessungen betragen 14 mm Außendurchmesser, 8 mm Innendurchmesser und 4,4 mm Kernhöhe. Der Preßdruck beträgt 3 t/cm¹, und die Abkühlung von der Sintertemperatur bis zur Zimmertemperatur erfolgt langsam mit etwa 100°C/h.

In der F i g. 4 ist der temperaturabhängige Permeabilitätsverlauf der in diesem Beispiel B beschriebenen Kernkombination dargestellt. Aus diesem Kurvenverlauf ist ersichtlich, daß durch Wahl zweier Einzelkerne mit stark unterschiedlicher Curietemperatur bei der niedrigeren Curietemperatur ein nicht unbeträchtlicher Sprung im Permeabilitätsverlauf auftritt. Es ist jedoch gewährleistet, daß die Anfangspermeabilität von —.10 bis +13O⁰C mehr als etwa 10 000 und in einem kleineren Betriebstemperaturbereich von 30 -J; 25⁰C sogai mehr als 18 000 beträgt. Die Meßfeldstärke bei diesem Beispiel beträgt N = 0,6 mOe, die Meßfrequenz 5 kHz,

Beispiel C

Nach diesem Ausführungsbeispiel besteht die Zusammensetzung 1C aus 52 Molprozent Fe₈O₃, 24 Molprozent ZnO und 24 Molprozent MnO (T_e = 115°C), die Zusammensetzung IC, wie beim Beispiel A als 2A bezeichnet, aus 53 Molprozent Fe_aO₃, 26 Molprozent ZnO und 21 Molprozent MnO (T_c = 110⁰C) (s. F i g. 2). Gegenüber Beispiel A weist die Kern-Kombination IC + IC insgesamt einen geringeren ZnO-Gehalt auf, und die Curietemperaturen der beiden Einzelkerne liegen etwa gleich. Die Lage der stark ausgeprägten sekundären Permeabilitätsmaxima, der Permeabilitäts-Temperaturkurven der Einzelkerne ist sehr unterschiedlich (F i g. 5).

Die Finzelringkernf (Außendurchmesser etwa 5 mm, Innendurchmessei etwa 3 mm, Kernhöhe etwa 1,5 mm) werden in gleicher Weise wie nach Beispiel A hergestellt.

Aus der F i g. 6 ist der temperaturabhängige Permeabilitätsverlauf der in vorliegendem Beispiel C angeführten Kernkombination ersichtlich. Die μ(7> Kurve der Kernkombination ist weitgehend egalisiert, so daß keine ausgeprägten sekundären Permeabilitätsmaxima trotz hohei Anfangspermeabilität von über 8000 in einem weiten Temperaturbereich von — 50 bis +115⁰C mehr auftreten. Da die beiden Einzelkerne, wie oben angegeben, etwa gleiche Curietemperaturen aufweisen, zeigt sich im Permeabilitätsverlauf der Kern-Kombination kein Sprung. Gemessen wurde die Permeabilität bei einer Meßfeldstärke von H = 1,6 mOe und einer Meßfrequenz von 5 kHz.

Die Sinterzeit für die dickwandigen 14-mm-Ringkerne (Beispiel B) wie für die dünnwandigen 5-mm-Ringkerne (Beispiele A und C) läßt sich erheblich verkürzen, wenn in öfen mit Vakuumeinrichtung gesintert wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Ferromagnetischer Ferritkern mit einer Anfangspermeabilität von mehr als μ_α = 5000 in einem großen Betriebstemperaturbereich von etwa 25 ± 75°C für breitbandige Übertrager, Impulsübertrager, Leistungsübertrager od. dgl. bei hohen Frequenzen, der aus mindestens zwei Einzelkernen mit unterschiedlichem Zinkgehalt zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssubstauzen für die Einzelkcrne (1, 2) weniger als 0,05 Gewichtsprozent Gesamtverunreinigungen aufweisen und aus folgendem Bereich (5) ausgewählt sind:

51,5 bis 53,0 Molprozent FeAi.
20 bis 30 Molprozent ZnO,
17,0 bis 28,5 Molprozent MnO.

2. Ferromagnetischer Ferritkern nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssubstanzen für die Einzelkerne derart gewählt sind, daß dw Einzelkerne (1, 2) ihre sekundären und tertiären Permeabilitätsmaxima bei verschiedenen Temperaturen aufweisen.

3. Ferromagnetischer Ferritkern nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssubstanzen für die Einzelkerne derart gewählt sind, daß die Einzelkerne (1, 2) eine etwa gleiche Curie· temperatur aufweisen.

4. Ferromagnetischer Ferritkern mit hoher An« (angspermeabilität von mehr als etwa.^e = 10 000 bei Zimmertemperatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daßdie Ausgangszusammensetzung des einen Einzelkernes (\A) «twa 52 Molprozent S Fe₁O₃, 28 Molprozent ZnO und 20 Molprozent MnO und die Ausgangszusammensetzung des an deren Einzelkernes (IA) etwa 53 Molprozent Fe₁O,, 26 Molprozent ZnO und 21 Molprozent MnO aufweist te

5. Ferfomagnetiseher Ferritkern mit hoher An* fattgsperfneabilität ton mehr als etwa μ* = 10 000 bei Zimmertemperatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daödle Ausgangszusammensetzung des einen Einzelkette» (IB) etwa 52 Molprozent «s Fe₁O₃, 29 Molprozent ZnO und 19 Molprozent MnO und die Ausgangszusatnmensetzung des anderen Einzelkernes (IB) etwa 52 Molprozent Fe₁O₃, 22 Molprozent ZnO und 26 Molprozent MnO aufweist.

6. Ferromagnetischer Ferritkern mit hoher Anfangspermeabilität von mehr als etwa μ_α — 10 000 bei Zimmertemperatur T = 2O⁰C nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsiusammensettung des einen ßinzelkernes (IC) etwa

52 Molpfozent Fe₁O₁, 24 Molprozent ZnO und 24 Molprottnt MnO ufld die Ausgangszusamminsitzung des anderen Binzelkernes (IC = tA)

53 Molprozent Fe₁On 26 Motprozent ZnO und 21 Molpfo«flt MnO aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen