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Verfahren zur Erzielung hoher Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften in einem magnetischen Material.
Dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass das Material bis oder annähernd bis zu seiner magnetischen Übergangstemperatur gebracht und sodann mit der gewünschten Permeabilität entsprechender Schnelligkeit abgekühlt wird. Diese sogenannte magnetische Übergangstemperatur ist im allgemeinen dadurch bestimmt, dass bei ihr ein plötzliches Sinken der Permeabilität bei fortschreitender Erhitzung des Materials eintritt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das Material von Raumtemperatur bis oder annähernd bis zu seiner magnetischen Übergangstemperatur erhitzt und von dieser Temperatur mit entsprechender Schnelligkeit abgeküblt.
Das Verfahren kann auch dahin abgeändert werden, dass das Material zuerst über seine magnetische Übergangstemperatur hinaus erhitzt, sodann allmählich ungefähr bis zur magnetischen Übergangstemperatur abgekühlt, von da an entsprechend rasch abgekühlt wird.
Die Bedeutung des Eisens bei der praktischen Anwendung elektrischer Ströme ist genügend bekannt. Seine hervorragende Qualität bezüglich hoher magnetischer Permeabilität hat es unentbehrlich
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Die geschmolzene und durch Erhitzen in geschmolzenem Zustand erhaltene Zusammensetzung wurde in eine Form geschüttet und abgekühlt, um einen Ingot zu bilden. Aus diesem Ingot wurde das Material durch entsprechende Bearbeitung in eine für die Vornahme von Versuchen geeignete Form gebracht.
Um ein Material zu erzeugen, welches eine bestimmte Permeabilität aufweist, u. zw. entweder das Maximum, welches bei einer gegebenen Komposition magnetischen Materials erhalten werden kann oder etwas niedrigere Permeabilität für bestimmte Zwecke, kann das nachstehend beschriebene Hitzeverfahren zur Anwendung gelangen. Um die geeignetste Behandlung in einem speziellen Falle feststellen zu können, ist es für Prüfzwecke zweckmässig, das Material in ringförmige Gestalt geeigneter Dimensionen zu bringen. Dies wird leicht dadurch erhalten, dass man einen Teil des Materials in Streifenform bringt und hieraus in der nachstehend beschriebenen Weise ein Probestücke bildet.
Die durch Ziehen erhaltene Probestange wird wiederholt geschmiedet, wodurch der Durchmesser verringert wird und die Stange entsprechend verlängert wird. Der so gebildete Stab wird dann durch wiederholte Operation auf eine Dicke von ungefähr Nr. 20 B 8-Kaliber gebracht. Der Draht passiert
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Es wurde angenommen, dass der Versuch mit einer Reihe gleicher Probestücke vorgenommen wird, welche alle gleich weit unterhalb der kritischen Temperatur behandelt und dann mit verschiedenen Geschwindigkeiten von diesem Punkt aus auf 3000 abgekühlt werden. Von hier aus kann die Abkühlung mit irgendeiner passenden Geschwindigkeit für den übrigen Teil des Weges bis auf Normaltemperatur erfolgen, worauf die Probestücke daraufhin geprüft werden können, um festzustellen, welches die höchste Permeabilität aufweist. Für den Fall, dass es nicht zweckmässig ist, eine Anzahl von Probestücken für eine Prüfung herzustellen, genügt ein Probestück.
Dieses wird durch den oben geschilderten Hitzeprozess mehrmals hindurchgeführt, wobei die Behandlung in bezug auf die Schnelligkeit der Abkühlung von der kritischen Temperatur bis auf 3000 variiert. Die durch solche Versuche erhaltenen Resultate sind wiederholbar.
Die Ergebnisse dieser Prüfung lassen für jeden besonderen Fall erkennen, mit welcher entsprechenden Kühlgeschwindigkeit, ausgehend von der kritischen Temperatur bis herabgehend auf 300 , die gewünschte Permeabilität erreicht wird. In diesem Zusammenhange sei bemerkt, dass für viele Zwecke die höchste Permeabilität weder notwendig noch wünschenswert ist und dass infolgedessen vermittels der eben beschriebenen Versuche eine entsprechende, durch Versuche vorher bestimmte Kühlgeschwindigkeit bestimmt werden kann, welche zu einer Permeabilität führt, die allen Anforderungen gerecht wird.
Bei Vornahme dieser Versuche kann Fig. 1 von Nutzen sein. Die dort dargestellten Kurven gelten für eine Nickel-Eisenlegierung von 70% Nickel, welche einer konstanten magnetisierenden Kraft H =0'03 unterworfen und auf die Temperatur erhitzt wird, welche auf der Abszissenachse aufgetragen ist. Die Permeabilitätswerte sind auf der Ordinatenachse aufgetragen. Die Kurve R wird unter der Voraussetzung erhalten, dass die Abkühlung von der kritischen Temperatur auf ungefähr 3000 bei der günstigsten Geschwindigkeit erfolgt.
Wenn die Abkühlung zu schnell oder zu langsam erfolgt, so ergibt sich eine Kurve gleich S. Dies bedeutet, dass für eine Legierung, in welcher hohe Permeabilität entwickelt wurde,
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die Kurve R einen hohen Induktionswert für mittlere Temperaturen aufweist, jedoch fällt sie auf ein dazwischen liegendes Minimum, wie dies bei P dargestellt ist, ab, bevor sie auf das bekannte Maximum Q steigt, welches vor der-Erreichung der kritischen Temperatur, in diesem Falle ungefähr 600 , liegt. Wenn die gewünschte Permeabilität nicht erreicht wurde, so ergibt sich die Kurve ; S, welche kein derartiges Zwischenminimum P aufweist.
Bei Prüfung der Probestücke bei verschiedenen Geschwindigkeiten kann die richtige Geschwindigkeit leicht festgestellt werden, indem der Versuch eine Kurve gleich R ergibt, in welcher ein Zwischenminimum P vorliegt, an Stelle einer Kurve S, welche kein derartiges Zwischenminimum aufweist. Nach einiger Übung ist es möglich, sehr rasch festzustellen, welches Verfahren das beste ist.
In obigen Ausführungen wurde als Verhältnis des Nickels zum Eisen 781/2 und 21%% angegeben, doch kann von diesem Verhältnis wesentlich abgewichen werden, sofern Nickel und Eisen die einzigen Bestandteile sind. Wenn es sich um andere Bestandteile handelt, so kommt dieses Verhältnis überhaupt nicht in Frage. Bis jetzt hat sich bei der ausschliesslichen Verwendung von Nickel und Eisen herausgestellt, dass das erwähnte Verhältnis die grösste Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften ergibt.
Permeabilitätsmessungen von Nickel-Eisenlegierungen in anderen Verhältnissen haben folgendes ergeben. Gebraucht man z. B. für Versuchszwecke gewundene Spulen mit 70% Nickel an Stelle von 7Yz%, so ist nach dem richtigen Glühprozess und Abkühlen die Permeabilität bei Kräften, die sich Null nähern, ungefähr 15. 000, während für einen Prozentsatz von 78Y2 aie entsprechenden Permeabilitätswerte 37. 000 und 38.500 sind. Man sieht, dass diese Werte viel höher liegen als die Werte für Siliziumstahl bei gleichen magnetisierenden Kräften, der bzw. Permeabilitäten von nur ungefähr 400 und 1500 aufweist.
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Kräfte bestimmt, beispielsweise von der Grössenordnung 0'01 bis 0'05 Gas. Einheiten.
Die Resultate werden aufgetragen und rückwärts für den Wert H = 0 ausgewertet. Auf diese Weise ergibt sich der Permeabilitätswert der magnetisierenden Kraft Null. Das Permeabilitätsmaximum liegt zwischen 45.000 und 60.000, dies ist der Fall bei 78% % Nickel und seiner magnetisierenden Kraft von ungefähr O'O1 CGS. und der entsprechende Wert der Induktion B beträgt zwischen 4500 und 5000 Gas. Einheiten.
Die Permeabilität des neuen magnetischen Materials, beispielsweise einer Nickel-Eisenlegierung, wird offensichtlich nicht lediglich aus der Summe oder dem Durchschnitt der Permeabilität der Komponenten gebildet. Nicht nur die Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften gestaltet sich viel grösser als oiejenige irgendeiner der Komponenten allein (z. B. Nickel oder Eisen), sondern diejenige Komponente (Nickel), welche die niedrigere Permeabilität hat, bildet den grösseren Bestandteil der Legierung, während Eisen, welches bisher als das beste magnetische Material gilt, noch nicht den vierten Teil der Legierung bildet.
Es ist bemerkenswert, dass das Prozentverhältnis der Nickel-Eisenlegierung, welches bei niedrigen magnetisierenden Kräften ein Maximum an Permeabilität und ein Minimum an Hysteresisverlusten zur Folge hat, auch dasjenige Verhältnis darstellt, bei welchem in starken magnetischen Feldern (H = 50 bis H = 500) die Zusammenziehung der Kraftlinien aufhört. Während der Hitzeprozess für diese Phänomene nicht notwendigerweise derselbe sein muss, ist das Zusammenfallen des Maximum an Permeabilität mit dem Minimum an Hysteresisverlusten und dem Aufhören der Zusammenziehung der Kraftlinien für dieses Verhältnis bedeutsam für den einheitlichen Charakter der Legierung, welchen die Legierung bei diesem Verhältnis zeigt.
Der spezifische Widerstand der Nickel-Eisenlegierung gemäss der Erfindung ist bedeutend höher als derjenige einer der Komponenten und entspricht annähernd der in Fig. 2 dargestellten Kurve. Bei zu Nickelist der spezifische Widerstand volle 50% höher als derjenige für Nickel oder Eisen allein.
Offensichtlich gibt ein geringerer Gehalt an Nickel einen entschieden höheren spezifischen Widerstand und es mag in manchen Fällen wünschenswert sein, auf Permeabilität zugunsten des spezifischen Widerstandes zu verzichten. Für einige Zwecke ist die höchste Permeabilität, die erreicht werden kann, nicht notwendig. In solchen Fällen kann es besser sein, den Nickelgehalt herabzusetzen, so dass man in der Kurve der Fig. 2 zu einer höheren Permeabilität kommt.
Fig. 3 zeigt die Hysteresisverluste für Probestücke der verbesserten Legierung, wobei der Prozentsatz'anNickel über einen weiten Bereich hin variiert ist. Die Ordinaten der Kurve geben die Arbeit, ausgedrückt in Erg pro Kubikzentimeter, dargestellt durch die übliche Hysteresisschleife für ein
Induktionsmaximum von 5000 pro ass. Einheiten pro Quadratzentimeter des Querschnittes.
Man sieht aus der Kurve, dass bei 78% Nickel der Wert geringer ist als 100 Erg. Es sei bemerkt, dass dieser Prozentsatz für ein Maximum an Hysteresisverlusten der gleiche ist wie für ein Maximum an Permeabilität. Man sieht ferner, dass die geringen Resultate für die Nickel-Eisenlegierung bei diesem
Prozentsatze viel geringer sind, wie die Werte für andere magnetische Materialien. So beträgt z. B. für eine höhere Qualität von Eisen der Wert 925 und für Nickel ist er nicht geringer als 2200.
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Das magnetische Material, welches gemäss der Erfindung hergestellt wurde, kann vorteilhaft verwendet werden für Relais, für Frequenzänderer und für Modulatoren, ferner für Belastungsspulen bei Signalleitungen. Drosselspule mit sehr hoher Induktanz und geringem Widerstande können vermittels des Materials sehr klein gehalten werden. Es wird also Material gespart und die Fabrikation gestaltet sich billig. Es hat sich herausgestellt, dass Spulen aus diesem Material besonders verwendbar sind als magnetischer Nebenschluss bei Unterseekabeltelegraphen-Empfangsapparaten. Das Material ist ferner sehr gut geeignet für Transformatorenkerne, speziell solche, welche mit niedrig magnetisierenden Kräften arbeiten, z. B. Eingangstransformatoren für Telephonverstärker.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzielung hoher Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften in einem magnetischen Material, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Material bis oder annähernd bis zu seiner magnetischen Übergangstemperatur gebracht und sodann mit einer der gewünschten Permeabilität entsprechenden, durch Versuche vorherbestimmten entsprechenden Schnelligkeit abgekühlt wird.