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Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes
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ein Bestandteil der Isolierung wird. Durch diese zusätzlichen Massnahmen lässt sich die Permeabilität wesentlich erhöhen, indem man höhere Drücke als die bisher gebräuchlichen anwendet. Dabei werden auch die Kernverluste im Vergleich zu jenen bei nach demselben Verfahren, aber ohne Ölbehandlung hergestellten Kernen wesentlich herabgesetzt. Die isolierten Teilchen werden vorzugsweise mit einer verdünnten Lösung eines Leichtmineralöls in einem flüchtigen Lösungsmittel überzogen, worauf die ölhältigen Teilchen auf eine genügend hohe Temperatur erhitzt werden, um das Lösungsmittel zu verflüchtigen und zumindestens einen Teil des Öles zu verdampfen.
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Diese in einem noch unveröffentlichten Vorschlag beschriebene Aluminatbehandlung besteht darin, dass der aus den isolierten Teilchen nach dem Verpressen erhaltene Kern mit einem Alkalialuminat imprägniert und nachfolgend unter Glühen der Magnetteilchen und Aushärtung des überzuges gebrannt wird.
Gelangen beide Behandlungsweisen zur Anwendung, so reagiert das Aluminat mit dem Alkalisilikat und dem Öldampf unter Bildung eines keramikartigen Reaktionsproduktes. welches ein Bestandteil der Isolierung wird. Nach diesem kombinierten Verfahren hergestellte Kerne haben eine Permeabilität derselben Grössenordnung wie die bei alleiniger Ölbehandlung erhaltenen, wesentlich niedrigere Kernverluste als bei Aluminatbehandlung oder Ölbehandlung allein sowie eine ausgesprochene überlegene mechanische Festigkeit.
Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den nachfolgenden, im einzelnen beschriebenen speziellen Ausführungsformen und Beispielen im Zusammenhang mit den angeschlossenen
Zeichnungen hervor. In diesen veranschaulicht Fig. 1 graphisch den typischen Effekt des Anteils der an- gewendeten Isolierung auf die magnetische Permeabilität bei 1800 Hz sowohl bei bekannten als auch beim erfindungsgemäss verbesserten Verfahren. Fig.. 2 stellt die entsprechende Wirkung des Anteils der Isolierung auf die Kernverluste bei 1800 Hz für verschiedene Fälle dar.
Vorbekannte Verfahren.
Obgleich verschiedenartige feinverteilte Magnetteilchen zur Durchführung der Erfindung verwendet werden können, ist es doch vorzuziehen. eine spröde Metallegierung aus der Nickel- und Eisenlegierungen umfassenden, unter der Bezeichnung "Permalloy'" bekannten Gruppe zu verwenden. Vonbesonderem Interesse ist eine molybdänhaltige"Permalloy"-Legierung, die im wesentlichen aus etwa 82% Nickel, 16eo Eisen und 2% Molybdän besteht.
Gemäss einer Methode zur Behandlung und Zerkleinerung der Legierung werden die Metallkomponenten der Legierung miteinander verschmolzen und im geschmolzenen Zustande oxydiert, um die Legierung spröde zu machen. Bei dieser Behandlung zeigt die beim Erstarren erhaltene Legierung ein feLT1- kristallines Gefüge, was die Überführung in ein feines Pulver mittels üblicher Vermahlungs-und Pulverisierungsmethoden erleichtert.
Das erhaltene Magnetpulver wird durch ein Sieb von 0, 13 mm lichter Maschenweite gesiebt. Etwaige zu grosse Teilchen werden nochmals vermahlen. Die Hauptmenge der Teilchen fällt in einen Grössenbereich von etwa 0,07 bis 0, 05 mm. Das gesiebte Pulver wird hierauf einer Wärmebehandlung durch Glühen bei einer Temperatur von 815 bis 8700 C unterworfen, um beim Mahlvorgang im magnetischen Material entstandene Spannungen zu beseitigen.
Die Teilchen werden dann mit einer Isolierung aus einem feuerfesten Metallsilikat, Magnesiumhydroxyd und einem Alkalisilikat überzogen. Vorzugsweise stellt man den Überzug aus 1 Gew.-Teil Talk
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weisen. Es können sowohlandere feuerfeste Metallsilikate, wie Aluminiumsilikate, als auch andere Alkalisilikate, wie Kaliumsilikat, verwendet werden.
Die Überzugsmasse wird vorzugsweise in mindestens drei Verfahrensstufen mit Hilfe einer wässerigen Suspension der Bestandteile aufgebracht, worauf nach jeder Stufe bei einer Temperatur von etwa 132 bis 1490 C bis zur Trockne erhitzt wird.
Nachdem die Teilchen isoliert wurden, werden sie unter einem Druck von etwa 10. 500 bis 14. 000 kgfcm2 zu einem Kern von Gestalt, z. B. einem Ring, verpresst. Im Verlaufe dieser Druckanwendung werden die Magnetteilchen abermals Spannungen ausgesetzt, wodurch die magnetischen Eigenschaften ungünstig beeinflusst werden. Die Kerne werden daher nochmals einer Wärmebehandlung durch Glühen unterworfen, indem man sie bei einer Temperatur von etwa 538 bis 7050 C brennt. Vorzugsweise
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wird dieses Nachbrennen der Kerne in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre bei etwa 6500 C vorgenommen. Während dieser Wärmebehandlung wird das Isoliermaterial vollständig ausgehärtet.
Gemäss der technischen Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Verfahrens werden Kernringe mit einer Isolierung der angegebenen Art erzeugt, wobei etwa 1, 25 Gew.-Teile Isoliermaterial auf je 100 Gew.-Teile Magnetpulver kommen. Derartige Kernringe zeigen eine durchschnittliche magnetische Permeabilität von 125 bei 1800 Hz sowie einen durchschnittlichen Kernverlust von 0, 190 Einheiten
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methoden erreichbaren Grenzen für solche Kernringe sind Permeabilitäten von mindestens 115 und Kern- verluste von nicht mehr als 0,240 Einheiten.
In den Zeichnungen veranschaulichen die Fig. 1 und 2 bei typischen Materialansätzen die Wirkung der verwendeten Isoliermenge auf die magnetischen Eigenschaften (Permeabilität und Kernverlust). Es versteht sich, dass die Absolutwerte von den angegebenen Werten in Abhängigkeit von den verschiede- nerlei andern Verfahrensbedingungen (insbesondere Zusammensetzung und Teilchengrösse des Metalls,
Kompressionsmethode, Isolierverfahren und die beim Brennen vorherrschenden Bedingungen) etwas abwei- chen. doch bleiben die in der Zeichnung dargestellten allgemeinen Verhältnisse gleich.
Die Kurve A in
Fig. 1 zeigt die magnetische Permeabilität als Funktion des Anteils der Isolierung, für nach dem vorstehend beschriebenen Standardverfahren hergestellte Kerne, während die Kurve B in Fig. 2 den Kernverlust beim gebräuchlichen Verfahren darstellt.
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, liegt die maximale Permeabilität für das typische Beispiel bei etwa 0,55 Anteilen der Isolierung, während der Kernverlust mit zunehmendem Anteil der Isolierung über den ganzen Bereich stetig abnimmt, wie sich aus der abfallenden Kurve B ergibt. Für eine andere Pulverserie kann die maximale Permeabilität jedoch je nach den Verfahrensbedingungen zwischen etwa 0, 5 und etwa 0,8 Anteilen der Isolierung liegen. Vom Standpunkt der Herstellung aus ist es äusserst wün r schenswert. eine geringere Menge Isoliermaterial (0, 5-0, 9 Teile) zu verwenden als bisher gebräuchlich war (l. 2-1, 3 Teile), um die Permeabilität so nahe wie möglich an den Maximalwert heranzubringen, soweit dies eben zusammen mit einem zulässigen Kernverlust geschehen kann.
Wie aus Fig. 2, Kurve B hervorgeht, ist der Kernverlust viel zu hoch, wenn man beim Standardverfahren versucht, nur
0, 5-0, 9 Teile Isolierung anzuwenden.
Gemäss der Erfindung werden Magnetteilchen, die mit einer ein Alkalisilikat enthaltenden Isolierung überzogen sind, und insbesondere Teilchen, die im allgemeinen nach den vorstehend beschriebenen vorbekannten Verfahren hergestellt wurden, vor dem Verpressen mit Öldampf behandelt. Die isolierten Teilchen werden vorzugsweise mit einem dünnen Ölfilm überzogen und sodann erhitzt, um zu mindestens einen Teil des Öles zu verdampfen. Der Öldampf wird vom Alkalisilikat absorbiert und reagiert mit diesem unter Bildung eines Bestandteiles der Isolierung. Durch diese zusätzliche Massnahme kann unter Anwendung von höheren Drücken als bisher üblich die Permeabilität des fertigen Kernes wesentlich erhöht und in jedem Falle der Kernverlust wesentlich gesenkt werden.
Vorzugsweise werden 0, 05-0, 35 Gew.-Teile eines Leichtmineralöles auf Basis von 100 Gew.-Teilen des isolierten Pulverszugesetzt, indem man die Teilchen mit einer verdünnten Lösung des Öles in einem flüchtigen Lösungsmittel vermischt. Man verwendet eine verdünnte Lösung, so dass die zur Anwendung gelangende geringe Ölmenge, vorzugsweise etwa 0. 2 Gew.-Teile, derart verteilt ist, dass im wesentlichen alle isolierten Teilchen mit einem äusserst dünnen Ölfilm überzogen werden. Dieser Ölfilm kann eine Dicke von etwa 0. 000025 mm haben. Die verdünnte Öllösung kann etwa 1 bis etwa 3, 5% Öl, Rest Lösungsmittel enthalten. Ein Zusatz eines oberflächenaktiven Mittels, z.
B. von Aerosol" (eingetragene Marke für Dihexylnatriumsulfosuccinat) oder von"Levapon" (eingetragene Marke für Alkylsulfate und AIkylsulfonate) zum Öllösungsmittelgemisch ist empfehlenswert, um dessen Oberflächenspannung herabzusetzen und das Überziehen der Teilchen mit einem dünnen Ölfilm zu erleichtern. Es genügen etwa 4 Tropfen" Aerosol" für 400 ml des Öllösungsmittelgemisches.
Obwohl die Dampe im wesentlichen aller Öle von Natriumsilikat absorbiert werden und verwendet werden können, so ist doch ein unverschnittenes, nicht regenerierte, einfach destilliertes Öl. also ein Leichtmineralöl mit den folgenden Eigenschaften besonders gut geeignet :
Dichte = 0, 887 : Viskosität bei 380 C = 21-29 cSt,
Flammpunkt = 1540 C ; Siedepunkt = 1210 C ; flüchtige Substanz = maximal 0, 351o bei 1000 C ;
Neutralisationszahl = 0, 10 mg KOH zur Neutralisation von 1 g Öl ;
Asche = maximal 0, mollo.
Das jeweils benutzte Lösungsmittel ist nicht kritisch. Es muss aber die erforderliche Ölmenge, bis zu
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etwa 3, halo, auflösen können und bei einer Temperatur verdampfen, die wesentlich unter jener liegt, bei der das Öl zu verdampfen beginnt. Aceton, das eine niedrige Viskosität hat und bei etwa 570 C siedet, ist für eine Vielzahl von Ölen geeignet. Andere geeignete Lösungsmittel umfassen Methylchloroform, Tetrachlorkohlenstoff und Toluol.
Die verwendete Ölmenge hängt von der Natriumsilikatmenge in der Isolierung ab, wobei die stärker isolierten Teilchen eine grössere Ölmenge absorbieren können, da mehr Natriumsilikat vorhanden ist.
Die mit öl überzogenen Teilchen sollen auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der das Öl zu verdampfen beginnt, vorzugsweise auf etwa 127 C für das oben genannte spezielle Öl, das bei etwa 1210 C siedet. Diese Temperatur muss genügend lange, vorzugsweise etwa 5-15 min, beibehalten werden, um einen wesentlichen Anteil des Öles zu verdampfen, wobei zumindestens ein Teil des Öldampfes vom Natriumsilikat aufgenommen wird. Wenn später der Kern gebrannt wird. verdampfen etwaige Ölreste und das wärmebehandelte Reaktionsprodukt aus Natriumsilikat und dem Öldampf bleibt als Bestandteil der Isolierung zurück.
In Fig. 1 zeigt die Kurve D die Steigerung der Permeabilität, die sich bei der Ölbehandlung zusammen mit erhöhtem Druck ergibt, während Kurve E in Fig. 2 die Herabsetzung des Kernverlustes angibt.
Es ist zu beachten, dass durch die Ölbehandlung die Erzeugung von Magnetkernen hoher Permeabilität (bis zu 240 bis 250) aus zwei Gründen ermöglicht wird : Erstens erlaubt diese Behandlung die Anwendung eines höheren Druckes als bisher, so dass man einen dichteren Kern mit einer höheren Permeabilität erhält. Zweitens ermöglicht das Verfahren durch drastische Senkung des Kernverlustes, wie in Fig. 2, Kurve E angegeben, die Anwendung eines geringeren Anteiles an Isolierung von 0, 5 bis 1, 0 Gew.-Teilen, was
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Nun wurde eine Reihe von Kernen aus einem gleichmässigen Gemisch von 74% der schwächer isolierten Teilchen aus Ansatz A und 26% der Standardteilchen aus Ansatz B gepresst. Einige der Kerne wurden
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Die Vorteile der Verwendung eines Gemisches von schwächer und stärker isolierten Pulvern liegen darin, dass die erzielbare Permeabilität etwa dem Gewichtsdurchschnitt aus den beiden Bestandteilen folgt, während sich der Kernverlust mehr dem Wert des stärker isolierten Pulvers als dem Durchschnittswert nähert. Vorzugsweise werden 70-80jo Teilchen mit 0, 50-0, 90 Teilen Isolierung auf 100 Teile Metall mit 30-20go Teilchen mit 1, 2-1, 5 Teilen Isolierung vermischt.
Beispiel 4 : Eine Anzahl von Kernen mit 0, 9 Gew.-Teilen Isolierung wurden der in Beispiel 1 beschriebenen Ölbehandlung und dann einer Aluminatbehandlung unterworfen, bei welcher die Kerne bei etwa 98, 50 C nach dem Verpressen und vor dem Brennen 60 min lang mit einer 10% gen wässerigen Natriumaluminatlösung getränkt wurden. Die nach diesem kombinierten Verfahren behandelten Kerne hatten eine Permeabilität von 215 und einen Kernverlust von 0, 115 Einheiten, im Vergleich zu 217 und 0, 150 für die Ölbehandlung allein bzw. 174 und 0,19 für die Aluminatbehandlung allein und 177 und 0,60 ohne irgendeine dieser Behandlungen.
Die nach dem kombinierten Verfahren, hergestellten Kerne waren wesentlich härter und liessen sich schwerer brechen als die nach irgendeinem der andern Verfahren hergestellten Kerne, was wahrscheinlich der Anwesenheit des keramikartigen Bestandteiles in der Isolierung zuzuschreiben ist. Bei dem Versuch,
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