Verfahren zur Herstellung von magnetisch unterteilten Körpern, vorzugsweise von Magnetkernen für die Schwachstromtechnik aus einer Masse mit magnetischen Einzelteilen. In der Schwachstromtechnik, insbeson dere für Ton- und Hochfrequenzzwecke, wird heute vorzugsweise magnetisches Ma terial verwendet, welches zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten senkrecht zur mag netischen Feldrichtung und gegebenenfalls zur Erhöhung der magnetischen Stabilität und Herabsetzung der Hysterese in der Feld richtung fein unterteilt ist.
Die Unterteilung zur Herabsetzung der Wirbelstromverluste muss elektrisch mehr oder weniger isolierend sein, während die etwaige Unterteilung zur Herabsetzung der Hysterese und zur Er höhung der magnetischen Stabilität elek trisch und magnetisch oder auch nur rein magnetisch (das heisst elektrisch aber nicht magnetisch leitend) sein kann.
Derartige Magnetkörper werden heute im allgemeinen durch Pressen von isoliertem Eisenpulver mit hohen Pressdrucken in festen, starren Pressformen hergestellt. Bei geeigneter Wahl des Pulvers ist es auch mög- lieh, solche Kerne aus dem Ausgansmaterial mit verhältnismässig geringen Pressdrucken zu formen. Sowohl die Anwendung höherer Drucke, wie auch die Herstellung eines Eisenpulvers, welches bereits bei geringen Drucken genügend dichte Kerne ergibt, sind technisch umständlich und teuer.
Dazu kommt, dass beim Pressverfahren für jeden Kern, oder, falls der Kern aus mehreren ein zelnen Teilen (Ringen) zusammengesetzt ist, für jeden solchen Teil (Ring) ein besonderer Pressvorgang mit einer besonderen Form (Matrize) erforderlich ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei den üblichen Pressverfahren nur eine im Verhältnis zum aufgewendeten Druck geringe Verdichtung des Ausgangsmaterials zum Magnetkörper stattfindet, und dass eine wesentlich intensivere Verdichtung dadurch zu erzielen ist, dass das Ausgangsmaterial nicht einfach in fester Form und Lage unter Druck vesetzt sondern durch einen Verfor- mungsvorgang, der ein Strecken der Masse bewirkt, zum Beispiel durch Walzen, Häm mern, Schmieden, Ziehen oder ähnliche Ver formungsvorgänge, verdichtet wird.
Diese Bearbeitung muss jedoch anderseits so vor sich gehen, dass wie beim Pressvorgang die ursprüngliche rein magnetische oder magne tische und elektrische Unterteilung des Aus gangsmaterials ganz oder teilweise gewahrt bleibt.
Es ist nicht für alle Anwendungsgebiete erforderlich, dass auch die Unterteilung in der Feldrichtung während des Verdichtungs prozesses bestehen bleibt. Die Wirkung der erfindungsgemässen mechanischen Bearbei tung, beispielsweise durch Walzen oder Häm mern, kann vielmehr so eingestellt werden, dass sich das magnetische Material in sehr feinen Schichten lagert und das Isoliermate rial im wesentlichen in parallele Zwischen schichten geschoben wird.
Es entsteht dann ein sehr fein lamellierter gern, der sich hin sichtlich seiner Herstellung von allen andern bisher bekannten derartigen Erzeugnissen dadurch unterscheidet, dass die einzelnen feinen, mehr oder weniger zusammenhängen den magnetischen Schichten nicht je für sich hergestellt, sondern in sehr grosser Zahl von beispielsweise hunderten oder tausenden von Einzelschichten gleichzeitig in einem einzi gen Arbeitsvorgang hergestellt werden.
Es ist zwar schon bekannt, feste Magnet körper durch Sintern und Walzen von mag netischem Pulver herzustellen; es handelt sich dabei jedoch um die Herstellung zu sammenhängender, magnetischer Bleche, wel che nicht unterteilt sind und die daher für die gestellte Aufgabe keine Verwendung finden können. Die Verdichtung der Masse aus magneti schen Einzelteilen durch einen Verformungs vorgang, der ein Strecken der Masse bewirkt, zum Beispiel durch Hämmern, Schmieden, Walzen, Ziehen oder auch durch Pressen ohne starre Pressformen, kann je nach den gegebenen Verhältnissen bei normaler oder bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei Glühtemperatur, erfolgen.
Da durch die ge- nannten Verformungsverfahren die Masse in allgemeinen stark erwärmt wird, in der Re gel wesentlich stärker als durch das Press- verfahren mit starren Matrizen, so genügt. diese Erwärmung in manchen Fällen schon zur Erzielung einer bestimmten gewünschten Temperatur. Umgekehrt empfiehlt es sich na türlich, falls die Verformung bei normaler Temperatur vorgenommen werden soll, in an sich bekannter Weise während des Bearbei tungsvorganges zu kühlen.
Die magnetischen Einzelelemente können aus Pulver, kleineren oder grösseren Eisen stückchen, Blech, Band oder anderem un- geformtem oder vorgeformtem Material be stehen.
Die mechanische Bearbeitung kann unter Beisein von Isoliermaterial vorgenommen werden, wenn die Herstellung eines Körpers beabsichtigt ist, welcher bereits in sich ge ringe Wirbelstromverluste aufweist. Für Hochfrequenzzwecke muss die Unterteilung ausserordentlich weit getrieben werden. Selbs[ bei Verwendung sehr feinen Pulvers sind bei den durch Pressen hergestellten Körpern die Wirbelstromverluste für Hochfrequenz immer noch erheblich. Trotzdem erreicht man bei derartigem Pulver auch mit sehr hohen Pressdrucken wegen der feinen Unterteilung in der Feldrichtung nur noch geringe Per meabilitäten.
Bei Anwendung der erfin dungsgemässen mechanischen Bearbeitung können beispielsweise aus ursprünglich an genähert runden Pulverteilchen gegebenen falls so feine Blättchen ausgewalzt werden. dass die Wirbelstromverluste beliebig gering werden.
Werden die auf diese Weise her gestellten Magnetkörper derart angeordnet, dass die Blättchen mit ihrer verhältnismässig g g rossen Fläche in Feldrichtung liegen., ist eine genügende Permeabilität gewährleistet.
Verwendet man, wie oben erwähnt, vor geformtes Material, wie zum Beispiel Bleche, Bänder, Drahtstücke oder blättchenförmiges Pulver, so werden. die Einzelteilchen durch den Verformungsvorgang, beispielsweise das Auswalzen bereits so gerichtet, dass ihre ge ringsten Dimensionen senkrecht zur Wa1z- richtung liegen. In diesem Falle können also bereits durch geeignete Wahl des Ausgangs materials eine grosse Permeabilität und ge ringe Wirbelstromverluste erzielt werden, wenn als Feldrichtung die Walzrichtung etc. gewählt wird.
Man kann jedoch auch ohne Isoliermate rial lediglich unter Zusatz eines elektrisch leitenden, nicht magnetischen Materials mag netisch stabile Magnetkörper herstellen, wel che dann in Form von Blechen, Drähten oder Bändern zur Vermeidung von Wirbelstrom verlusten genügend fein unterteilt werden müssen.
Eine besondere Ausführungsform eines solchen Verfahrens besteht darin, dass der Masse magnetischer Teilchen Eisenoxyd und Aluminium in Pulverform zugesetzt und die Masse darauf während oder nach der Ver formung auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das Eisenoxyd durch das Aluminium reduziert und Tonerde gebildet wird, die elektrisch isolierend wirkt. Da magnetisches Eisenpulver in der Regel auch Eisenoxyd enthält, genügt häufig auch der Zusatz von Aluminium allein.
Im folgenden seien einige Beispiele an geben, welche das Verfahren nach der Er findung erläutern sollen, ohne dass der Um fang der Erfindung auf diese Ausführungs arten beschränkt ist.
Eine Mischung von magnetischem Pul ver, beispielsweise einer harten Legierung mit Aluminium- oder Kupferpulver oder an derem, wird in ein Rohr aus Metall, zum Bei spiel aus Eisen, Kupfer oder anderem Ma terial, gefüllt und durch Hämmern oder Wal zen zu einem flachen Band verarbeitet. Die Rohrhülle wird erforderlichenfalls entfernt. Man erhält dann ein je nach Art der Ver arbeitung und der Mischung zusammen hängendes, blech- bezw. bandförmiges oder pulveriges Material mit vorwiegend schiefri- ger Struktur.
Das Magnetpulver kann aber auch mit elektrisch isolierendem Material versehen, vorzugsweise mit ausserordentlich feinem Pulver vermischt und, wie oben beschrieben, verarbeitet werden, Als Isolationsmaterialien kommen alle aus der Massekern-Technik be- kannten Stoffe in Betracht, wie Pulver aus Glimmer, Glas, Porzellan, Metalloxyde, Harze (Bakelit), Schellack, Wasserglas usw.
Der fertige Massekörper, beispielsweise in Band- oder Plattenform, kann durch Aus stanzen, Schneiden, Drehen, Fräsen oder an dere Schneidverfahren zu den gewünschten Formen verarbeitet werden. Durch Hinzu fügen von isolierenden Bindemitteln, wie zum Beispiel Gummi, Lacken, Faserstoffen, zu der Mischung vor dem Verformen (Walzen) oder durch nachträgliches Tränken oder Be streichen mit isolierenden Materialien können die fertigen Körper, wie Bänder oder Platten, bessere mechanische Eigenschaften erhalten.
An Stelle der beschriebenen Rohrhülle kann man auch zwei Platten aus Stahl oder anderem zähen Material verwenden, zwischen denen die Mischung verformt und verdichtet, .das heisst beispielsweise gewalzt oder ge- schmiedet wird.
Das Verfahren kann so angewandt wer den, dass man durch die Verformung der Masse eine maximale Dichte und damit eine bereits verhältnismässig gute Permeabilität erhält. Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindnung besteht jedoch darin, dass die Masse über diesen Punkt der maximalen Verdichtung hinaus weiter verformt wird, das heisst als Ganzes beispielsweise weiter ausgewalzt und aus geschmiedet wird,
so dass. dadurch die ein zelnen Teilchen selbst eine wesentlich andere Form bekommen. Beim Pressen magnetischer Pulvermassen in feste Matrizen findet zwar auch bereits eine gewisse Deformation der einzelnen Teilchen statt, wenn die Press- ,drucke gross genug gewählt werden. Bei spielsweise erhalten ursprünglich runde Kör ner durch das Ineinanderpressen eine poly- edrische oder etwas abgeflachte Form.
Diese Abflachung senkrecht zur Richtung des Press.druckes ist jedoch verhältnismässig ge ring, da der Vergrösserung der Körner in Richtung senkrecht zum Press.druekdurch den Widerstand der festen Matrize eine Grenze gesetzt wird. Ausserdem verhalten sich feinkörnige Mischungen ähnlich wie Flüssigkeiten, welche bekanntlich den Press- druck auf einzelnen Teilchen allseitig ver teilen. So kommt es, däss, wenn sich die unter einem bestimmten Druck erreichbare grösste Dichte eingestellt hat, auch bei beliebig langer weiterer Einwirkung des Druckes der stabile Endzustand sich nicht mehr ändert.
Demgegenüber ermöglicht es das erfindungs gemässe Verfahren, den mechanischen Prozess gegebenenfalls weiter zu treiben, das heisst beispielsweise die in einem Rohr befindliche Masse weiter auszuwalzen. Die Dichte wird dann nicht mehr wesentlich steigen, un ter. Umständen sogar konstant bleiben oder etwas geringer werden, aber die einzelnen Teilchen werden beispielsweise zu sehr dün nen flachen Blättchen deformiert. Dadurch ist es möglich, zur Herstellung des Masse körpers Elementarteilchen, wie Eisenstück chen oder grobes oder feines Eisenpulver, zu verwenden, deren Dimensionen vordem me chanischen Bearbeitungsprozess zu gross sind, um eine für die betreffenden Zwecke ge nügende Freiheit von Wirbelstromverlusten zu gewährleisten.
Das Verfahren kann daher mit Vorteil zur Herstellung von Magnetkör pern für Hochfrequenz verwendet werden, da man damit beliebig dünne und daher beliebig wirbelstromfreie Blättchen oder Schichten herstellen kann.
Die Mischung kann zunächst auch ohne zusätzliche, magnetisch isolierende Mate rialien bearbeitet und erst später durch nach trägliches Tränken innerhalb oder ausserhalb der Hüllen verfestigt werden.
An Stelle der Platten, Bänder, usw. kann man auch Ringe herstellen, indem man bei- spielsweisedie Mischung zwischen zwei kon zentrische, zum Beispiel hohlzylinderförmige Körper einbringt und das Ganze einem Walz- oder Ziehprozess derartig unterwirft, dass die zu bearbeitende Mischung stark ver dichtet wird. Das so entstehende, beispiels weise gewalzte Rohr wird in Scheiben ge- schnitten, welche dann die Form ringförmi ger Magnetkerne besitzen.
Ein ausserordentlich wichtiger technischer Vorteil, der sich bei Benutzung des erfin dungsgemässen Verfahrens ergibt, besteht da rin, dass nunmehr auch Masseplatten und Magnetkörper sehr grosser Abmessungen, zum Beispiel Platten von der Grösse eines Quadrat meters und darüber hinaus, hergestellt werden können, die beispielsweise für die verlust freie Abschirmung von empfindlichen Appa raten oder grossen Hochfrequenzapparaten Verwendung finden können. Bei Benutzung des bisher üblichen Pressverfahrens, das mit Drücken von mehreren Tausend kg/cm2 arbei tet, wäre die Herstellung so grosser Platten praktisch unmöglich gewesen.
Die beschriebenen Verfahren stellen nur Ausführungsarten der Erfindung dar, die be liebig variiert und untereinander kombiniert werden können.
Process for the production of magnetically subdivided bodies, preferably of magnetic cores for low-voltage technology from a mass with individual magnetic parts. In low-voltage technology, especially for audio and high-frequency purposes, magnetic material is preferably used today, which is finely divided in the field direction to avoid eddy current losses perpendicular to the magnetic field direction and, if necessary, to increase the magnetic stability and reduce the hysteresis.
The subdivision to reduce the eddy current losses must be electrically more or less insulating, while the possible subdivision to reduce the hysteresis and to increase the magnetic stability can be electrical and magnetic or even purely magnetic (i.e. electrically but not magnetically conductive).
Magnetic bodies of this type are generally produced today by pressing insulated iron powder with high pressing pressures in solid, rigid molds. With a suitable choice of powder, it is also possible to form such cores from the starting material with relatively low pressures. Both the use of higher pressures and the production of an iron powder, which produces sufficiently dense cores even at low pressures, are technically complex and expensive.
In addition, in the pressing process for each core or, if the core is composed of several individual parts (rings), a special pressing process with a special shape (die) is required for each such part (ring).
The invention is based on the knowledge that with the usual pressing processes only a slight compression of the starting material to the magnetic body takes place in relation to the applied pressure, and that a much more intensive compression can be achieved by the fact that the starting material is not simply underneath in a fixed form and position Pressure is cross-linked but is compressed by a deformation process that causes the mass to stretch, for example by rolling, hammering, forging, drawing or similar deformation processes.
On the other hand, however, this processing must be carried out in such a way that, as in the pressing process, the original purely magnetic or magnetic and electrical subdivision of the starting material is fully or partially preserved.
It is not necessary for all areas of application that the subdivision in the field direction also remains during the compaction process. The effect of the mechanical machining according to the invention, for example by rolling or hamming, can rather be set so that the magnetic material is stored in very fine layers and the insulating material is essentially pushed into parallel intermediate layers.
Then a very finely laminated like arises, which differs in terms of its production from all other previously known such products in that the individual fine, more or less connected magnetic layers are not produced individually, but in very large numbers, for example hundreds or thousands of individual layers can be produced simultaneously in a single work process.
Although it is already known to produce solid magnetic bodies by sintering and rolling magnetic powder; However, it is about the production of coherent, magnetic sheets which are not subdivided and therefore cannot be used for the task at hand. The compaction of the mass of magnetic individual parts by a deformation process that causes the mass to stretch, for example by hammering, forging, rolling, drawing or pressing without rigid compression molds, can take place at normal or elevated temperatures, depending on the given conditions , for example at the annealing temperature.
Since the above-mentioned deformation process generally heats up the mass considerably, generally much more than the pressing process with rigid dies, this is sufficient. this heating in some cases already to achieve a certain desired temperature. Conversely, it is of course advisable, if the deformation is to be carried out at normal temperature, to cool in a manner known per se during the machining process.
The individual magnetic elements can consist of powder, smaller or larger pieces of iron, sheet metal, strip or other unformed or preformed material.
The mechanical processing can be carried out in the presence of insulating material if the production of a body is intended, which already has low eddy current losses. For high frequency purposes, the subdivision has to be carried out extraordinarily far. Even if very fine powder is used, the eddy current losses for high frequency are still considerable in the bodies produced by pressing. Nevertheless, with such a powder, even with very high pressure, only low permeability is achieved because of the fine subdivision in the field direction.
When using the mechanical processing according to the invention, such fine flakes can for example be rolled out from originally approximated round powder particles. that the eddy current losses are arbitrarily small.
If the magnetic bodies produced in this way are arranged in such a way that the relatively large area of the leaflets lies in the direction of the field, sufficient permeability is ensured.
If, as mentioned above, pre-formed material, such as sheets, strips, pieces of wire or flaky powder, is used. the individual particles are already directed by the deformation process, for example rolling, so that their smallest dimensions are perpendicular to the rolling direction. In this case, a high permeability and low eddy current losses can be achieved by a suitable choice of the starting material if the rolling direction etc. is selected as the field direction.
However, you can produce magnetically stable magnetic bodies without insulating mate only with the addition of an electrically conductive, non-magnetic material, wel che must then be subdivided sufficiently finely in the form of sheets, wires or strips to avoid eddy current losses.
A special embodiment of such a method consists in that iron oxide and aluminum in powder form are added to the mass of magnetic particles and the mass is then heated during or after deformation to a temperature at which the iron oxide is reduced by the aluminum and alumina is formed acts electrically insulating. Since magnetic iron powder usually also contains iron oxide, the addition of aluminum alone is often sufficient.
In the following some examples are given which are intended to explain the method according to the invention, without the scope of the invention being limited to these types of execution.
A mixture of magnetic powder, for example a hard alloy with aluminum or copper powder or other, is filled into a tube made of metal, for example made of iron, copper or other material, and then hammered or rolled into a flat band processed. The pipe cover is removed if necessary. Depending on the type of processing and the mixture, you then get a sheet metal or ribbon-shaped or powdery material with a predominantly oblique structure.
The magnetic powder can, however, also be provided with electrically insulating material, preferably mixed with extremely fine powder and processed as described above. All substances known from mass core technology can be used as insulation materials, such as powder made of mica, glass, porcelain , Metal oxides, resins (Bakelite), shellac, water glass, etc.
The finished mass body, for example in tape or plate form, can be processed into the desired shapes by punching, cutting, turning, milling or other cutting methods. By adding insulating binders, such as rubber, lacquer, fiber materials, to the mixture before deforming (rolling) or by subsequent impregnation or coating with insulating materials, the finished bodies, such as tapes or plates, can be given better mechanical properties.
Instead of the pipe casing described, it is also possible to use two plates made of steel or other tough material, between which the mixture is deformed and compressed, that is, for example, rolled or forged.
The method can be applied in such a way that the deformation of the mass gives a maximum density and thus an already relatively good permeability. A particular embodiment of the method according to the invention, however, consists in the fact that the mass is further deformed beyond this point of maximum compression, that is, as a whole, is further rolled out and forged, for example,
so that the individual particles themselves take on a significantly different shape. When pressing magnetic powder masses into solid matrices, a certain deformation of the individual particles already takes place if the pressing pressures are chosen to be large enough. For example, originally round grains are given a polyhedral or somewhat flattened shape when they are pressed into one another.
This flattening perpendicular to the direction of the pressing pressure is, however, relatively small, since a limit is set for the enlargement of the grains in the direction perpendicular to the pressing pressure by the resistance of the fixed die. In addition, fine-grained mixtures behave in a similar way to liquids, which are known to distribute the pressure on individual particles on all sides. So it happens that, when the greatest density achievable under a certain pressure has been established, the stable end state no longer changes even if the pressure continues to act for any length of time.
In contrast, the method according to the invention enables the mechanical process to be continued, if necessary, that is to say, for example, to further roll out the mass located in a pipe. The density will then no longer increase significantly, below. In some cases they may even remain constant or become slightly smaller, but the individual particles are deformed, for example, into very thin, flat flakes. This makes it possible to use elementary particles, such as pieces of iron or coarse or fine iron powder, for the production of the mass body, the dimensions of which are too large prior to the mechanical machining process in order to ensure adequate freedom from eddy current losses for the purposes in question.
The method can therefore be used with advantage for the production of Magnetkör pern for high frequency, since it can be used to produce any thin and therefore any eddy current-free sheets or layers.
The mixture can initially also be processed without additional, magnetically insulating Mate rials and only later solidified by subsequent impregnation inside or outside the casings.
Instead of plates, strips, etc., rings can also be produced, for example by introducing the mixture between two concentric, for example hollow cylindrical bodies and subjecting the whole to a rolling or drawing process in such a way that the mixture to be processed is strongly compressed becomes. The resulting, for example rolled, tube is cut into slices, which then have the shape of ring-shaped magnetic cores.
An extremely important technical advantage that arises when using the method according to the invention consists in the fact that ground plates and magnetic bodies of very large dimensions, for example plates of the size of a square meter and beyond, can now be produced, for example for the loss-free shielding of sensitive devices or large high-frequency devices can be used. Using the previously common pressing process, which works with pressures of several thousand kg / cm2, the production of such large panels would have been practically impossible.
The methods described are only embodiments of the invention that can be varied and combined with one another as desired.