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Magnetkern für elektromagnetische Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkern für eine elektromagnetische Vorrichtung, z. B. eine Hochfrequenzselbstinduktionsspule oder einen Hochfrequenztransformator. Unter dem Wort"Kern"ist dabei im allgemeinen jeder Teil des Magnetkreises einer elektromagnetischen Vorrichtung, also z. B. auch der Mantel einer Hochfrequenzselbstinduktionsspule zu verstehen.
Für bestimmte Zwecke ist es erwünscht, dass die in einem solchen Magnetkern zulässige magnetische Induktion einen möglichst hohen Wert aufweist. Ein Beispiel dafür ist eine Schaltung zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung durch Gleichrichtung von Spannungsimpulsen, die über eine Induktivität auftreten, welche von einem periodisch erzeugten und unterbrochenen Strom durchflossen wird und zu welcher eine Kapazität, z. B. die parasitäre Kapazität der Spule, parallel geschaltet ist.
Je höher die magnetische Induktion B ist, die im Kernmaterial zugelassen werden kann, bevor bei der Betriebstemperatur, die bis auf 800 C zunehmen kann, eine wesentliche Abweichung von der Proportionalitätsbeziehung zwischen der magnetischen Induktion B und der magnetischen Feldstärke H für das Kemmaterial entsteht, um so kleiner können die Abmessungen des Magnetkreises sein, so dass die parasitäre Kapazität einer solchen Selbstinduktionsspule geringer und
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bedingt ist, in der io den Maximalwert des durch die Spule fliessenden Stromes, L die Induktivität und Cp die Parallelkapazität und insbesondere die parasitäre Kapazität der Spule andeutet.
Ein anderes Beispiel sind Schaltungen zur Erzeugung des Ablenkstromes durch die Ablenkspulen einer Kathodenstrahlröhre. Die Ablenkspulen sind hiebei über einen Transformator mit dem Ausgangskreis einer Entladungsröhre gekoppelt, der eine sägezahnförmige Steuerspannung zugeführt wird und wobei eine soge-
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Energie zurückliefert. Bei einer solchen Schaltung treten als endgültige Verluste die durch die Transformatoreigenschaften bedingten Verluste auf. Es ist daher von Bedeutung, dass einerseits die ferromagnetischen Verluste im Transformator möglichst geringe sind, während anderseits die magnetische Induktion B bis auf einen hohen Wert praktisch in linearem Verhältnis mit der magnetischen Feldstärke H zunehmen muss.
Die Erfindung bezweckt, Magnetkerne zu schaffen, die für solche Schaltungen geeignet sind, in denen die zulässige magnetische Induktion bei 500 C übersteigenden Betriebstempelaturen höher liegt als bisher erreicht werden konnte,
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wird, wie es im vorstehenden bereits erwähnt wurde, diejenige Induktion verstanden, bis zu welcher noch keine wesentliche Abweichung von der Proportionalitätsbeziehung zwischen der magnetischen Induktion B und der magnetischen Feldstärke H besteht. Die Grösse dieser Abweichung von der Proportionalitätsbeziehung kann z. B. in der nicht-linearen Verzerrung der magnetischen Induktion B zum Ausdruck kommen, wenn ein sinusförmig wechselndes Magnetfeld H wirksam gemacht wird.
Bekannt ist aus den französischen Patentschriften Nr. 887083,904800 und 906784 die Bereitung von ferromagnetischen Ferriten mit niedrigen Verlusten bei hohen Frequenzen und mit einer hohen Anfangspermeabilität durch Sinterung unter passender Regelung des Sauerstoffgehaltes. Die meisten dieser Materialien sind aber zum oben beschriebenen Zweck weniger gut verwendbar, da die zulässige magnetische Induktion zu gering ist.
Die Erfindung betrifft eine Auswahl aus dem umfangreichen Gebiet der Ferrite der in den vorerwähnten Patentschriften beschriebenen Art, denn es hat sich ergeben, dass nahezu dichtgesinterte manganhaltige Ferrite mit einem Curie-Punkt über 250'C durch sehr hohe Werte der zulässigen magnetischen Induktion auszeichnen und in dieser Hinsicht daher ausserordentlich gut als Material für einen Magnetkern der oben beschriebenen Art geeignet sind. Unter Curie-Punkt"wird hier die Temperatur verstanden, bei der ein
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magnetischer Werkstoff in einen für praktische Zwecke als unmagnetisch aufzufassenden Zustand übergeht.
Von den manganhaltigen Ferriten, die unter die gegebene Definition fallen, kommen besonders die einfachen Manganferrite und ferner Mangan- ziukferrite in Frage, die eine verhältnismässig geringe Zinkmenge, z. B. höchstens 15 Mol.-% Zinkoxyd (alles auf Mol. -" 0 der Oxyde MnO, ZnO und Fe20 J umgerechnet) enthalten. Die Obergrenze des Zinkgehaltes wird hier durch die Anforderung bedingt, dass der Curie-Punkt des Ferrits höher als 250" C liegen muss.
Im Rahmen der Erfindung sind besonders gute Ergebnisse bei einem Atomverhältnis Fe : Mn im Ferrit von etwa 2-5 : 1 erhalten. Ferner ist das Verhältnis der Mengen zweiwertiger und dreiwertiger Metallverbindungen von Bedeutung, d. h. dass dreiwertige Manganione bzw. zweiwertige Eisenione in beschränkten Mengen im Ferrit enthalten sein müssen zwecks Erzielung der gewünschten elektromagnetischen Eigenschaften. Es muss bei der Bereitung des Ferrits aber dafür Sorge getragen werden, dass keine übermässige Menge dreiwertigen Mangans entsteht, da die Homogenität und somit die elektromagnetischen Eigenschaften des Ferrits darunter leiden würden.
Dieser Umstand gilt für manganhaltige Ferrite im allgemeinen ; in Übereinstimmung damit wurde daher in der belgischen Patentschrift Nr. 466927 schon eine Bereitung von Manganferrit durch Sinterung und Abkühlung in einer Stickstoffatmosphäre beschrieben.
Was das oben angeführte Verhältnis der Mengen zweiwertiger und dreiwertiger Metallverbindungen anbetrifft, wurde festgestellt, dass es zweckmässig ist, den Sauerstoffgehalt bei der Bereitung der Ferrite für die erfindungsgemässen Magnetkerne in der Weise zu regeln, dass in dem durch die Formel (l-x) MII0. xM g wiedergegebenen Ferrit, in der MII und MIII ein zweiwertiges bzw. ein dreiwertiges Metall andeuten, die x-Werte zwischen den Grenzen 0-50 und 0-53 liegen. Dies ist dadurch erreichbar, dass die
Sinterung und gegebenenfalls auch die Abkühlung in einer Atmosphäre durchgeführt wird, welche im wesentlichen aus einem inerten Gas, z. B. Stickstoff, besteht und welche nur eine geringe Sauerstoffmenge, z.
B. bis 0'1 Vol.-% enthält, wie es im übrigen bei der Bereitung von manganhaltigen Ferriten an sich bekannt ist (siehe die oben erwähnte belgische Patentschrift
Nr. 466927). Auch ist von Bedeutung, dass die
Sintertemperatur und die Dauer der Sinterung derart gewählt werden, dass das Material nahezu völlig dichtsintert und daher bei der Abkühlung praktisch keinen Sauerstoff mehr aufzunehmen vermag. Auf diese Weise lassen sich Magnetkerne anfertigen, die z. B. bei Feldstärken von 5 bzw.
10 Oersted und bei 80 C Induktionen von sogar über 4000 Gauss ergeben. Solche Magnetkern eignen sich unter anderem besonders zur Ver- wendung von Hochfrequenzselbstinduktions- spulen und Hochfrequenztransformatoren.
Beispiel l : Man bereitete ein Gemisch von Manganoxyd, das durch Erhitzung reinen Mangankarbonats auf 500 C an Luft hergestellt wurde und von reinem aktivem Ferrioxyd in ellsem solchen Verhältnis, dass das Atomverhältnis Fe : Mn im Gemisch gleich 2-78 war. Dieses Gemisch wird mit Alkohol in einer Kugelmühle vermahlen. Darauf wird der Alkohol verdampft und das Oxydgemisch auf 9000 C vorgeheizt.
Nach erfolgter Abkühlung wird das Reaktionerzeugnis von neuem mit Alkohol in der Kugelmühle gemahlen und darauf getrocknet. Wenn die Zusammensetzung des Erzeugnisses durch
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bzw. ein dreiwertiges Metall andeuten, hat x den Wert 0-513.
Von dem erhaltenen Erzeugnis wird unter Hochdruck ein Ring gepresst. Dieser Ring wird dann in einer aus praktisch reinem Stickstoff bestehenden Atmosphäre auf eine Temperatur von 1250"C gesintert und darauf in derselben Atmosphäre abgekühlt. Der erhaltene Ring hat bei 20 C eine Anfangspermeabilität von 440. Bei dieser Temperatur betragen die Induktionen bei Feldstärke von 5 bzw. 10 Oersted 3650 bzw. 4300 Gauss. Bei 80 C sind diese Induktionen 3300 bzw 3950 Gauss.
Beispiel 2 : Ausgegangen wird von einem Oxydgemisch mit einem Atomverhälmis Fe : Mn von 3-22. Auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird aus diesem Material ein Ring angefertigt. Dieser Ring hat bei 20 C eine Anfangspermeabilität von 130 und die Induktionen bei 5 bzw. 10 Oersted betragen 2640 bzw. 3300 Gauss.
Bei 80 C sind diese Induktionen 2450 bzw.
3090 Gauss.
Beispiel 3 : Ausgegangen wird von einem Oxydgemisch mit einem Atomverhältnis Fe : Mn von 3-86. Die Anfertigung eines Ringes aus diesem Material erfolgt gemäss dem Beispiel 1.
Der erhaltene Ring hat bei 20 n C eine Anfangspermeabilität von 105 und die Induktionen betragen bei 5 bzw. 10 Oersted 2710 bzw.
3590 Gauss. Bei 80 C sind diese Induktionen 2450 bzw. 3200 Gauss.
Beispiel 4 : Auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird wieder ein Ring gepresst, diesmal aus einem
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3260 bzw. 3460 Gauss. Diese Induktionen sind bei 80 C 2900 bzw. 3110 Gauss.
Beispiel 5 : 16. 22 g eines aus Manganoxyd und Ferrioxyd bestehenden Gemisches und 3. 78 g eines aus Zinkoxyd und Eisenoxyd bestehenden Gemisches werden gemeinsam mit Alkohol in einer Schleudermühle vermahlen.
Das zuerst genannte Gemisch enthält Eisen und Mangan in einem Atomverhältnis von 2. 7 und ist aus reinem Mangankarbonat und reinem Eisenoxyd durch Mahlen, Vorheizung auf 9000 C und erneutes Mahlen bereitet. Das aus Zinkoxyd
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und Ferrioxyd bestehende Gemisch enthält Eisen und Zink in einem Atomverhältnis von 1'96 und ist aus reinem Zinkoxyd und reinem Eisenoxyd durch Mahlen, Vorheizung auf 800 C und erneutes Mahlen bereitet.
Das erhaltene Gesamtgemisch wird auf 900 C vorgeheizt, worauf es aufs neue gemahlen wird.
Es enthält die Oxyde der Metalle in einem Atomverhältnis Fe : Mn : Zn==3-4 : l : 0 29. Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 angegeben, wird von diesem Gemisch ein Ring gepresst und dieser Ring gesintert.
Die Anfangspermeabilität des erhaltenen Ringes beträgt 790 und die Induktionen bei 20 C und 5 bzw. 10 Oersted betragen 4050 bzw.
4520 Gauss und bei 80 C 3560 bzw. 3950 Gauss.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Magnetkern für eine elektromagnetische Vorrichtung, z. B. eine Hochfrequenzselbstinduktionsspule oder einen Hochfrequenztransformator, in der bei einer Betriebstemperatur höher als 500 C eine magnetische Induktion von wenigstens 1500 Gauss zulässig ist, wobei der Kern aus einem nahezu dichtgesinterten, manganhaltigen Ferrit mit einem Curie-Punkt über 25ù 0 C und einem Atomverhältnis Fe : Mn zwischen 4-0 und 1-5 besteht.