DD242057A1 - Verfahren zur verringerung der wirbelstromverluste von isotropen elektrobaendern - Google Patents

Abstract

Das nach dem erfindungsgemaessen Verfahren hergestellte isotrope Elektroband wird fuer elektrische Maschinen mit hoher Frequenz verwendet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Verringerung der Wirbelstromverluste fuer isotrope Elektrobaender zu finden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass das gegluehte Band abschliessend nochmals schwach kaltverformt wird, wobei eine Verformung oberflaechennaher Vakuumanteile angestrebt wird. Die Verformung durch Kaltwalzen, Biegen, Biegestreckrichten oder Strecken kann in einem oder mehreren Arbeitsgaengen erfolgen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verringerung der Wirbelstromverluste isotroper Elektrobänder durch Kaltverformen. Das Verfahren kann von den Elektroblechherstellem und der Industrie angewendet werden. Erfindungsgemäß schwach kaltverformtes Elektroband ist vorzugsweise für solche Einsatzgebiete geeignet, in denen es in elektrischen Maschinen mit hoher Frequenz f > 200Hz ummagnetisiert wird.

Charakteristik der bekannten Lösungen

Isotrope Elektrobleche werden durch ihre Ummagnetisierungsverluste Vu und ihre Magnetisierung charakterisiert. Beide Größen werden im allgemeinen im magnetischen Wechselfeld bei Netzfrequenz bestimmt.

Die Ummagnetisierungsverluste Vu setzen sich im wesentlichen aus den frequenzportionalen Hystereseverlusten V_H und den quadratisch mit der Frequenz steigenden Wirbelstromverlusten V_w zusammen. Wegen der unterschiedlichen Frequenzabhängigkeit beider Verlustanteile geht der Anteil der Hystereseverluste V_H an den gesamten Verlusten Vy mit steigender Ummagnetisierungsfrequenz stark zurück, zunehmend entscheidend werden die Wirbelstromverluste V_w-Zur Verringerung der Wirbelstromverluste V_w werden dem Stahl Elemente zulegiert, die seinen spezifischen elektrischen Widerstand ρ erhöhen und dadurch die Wirbelströme begrenzen. Weiterhin ist es üblich, die Banddicke d der Elektrobänder zu verringern.

Beide Lösungswege erhöhen den technologischen Aufwand in den unterschiedlichen technologischen Stufen der Stahl- und Bandproduktion beträchtlich.

Bekannt sind z. B. die Schwierigkeiten beim Vergießen Si-und Al-legierter Stähle im Strangguß, beim Abkühlen und Wiedererwärmen der Brammen im Warmwalzwerk, beim Warmwalzen und auch in den verschiedenen technologischen Arbeitsstufen im Kaltwalzwerk. Sie resultieren u.a. aus der durch die genannten Legierungselemente stark herabgesetzten Wärmeleitfähigkeit der Werkstoffe, durch die auch die Wärmeabfuhr in den elektrischen Maschinen erschwert wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Wirbelstromverluste Vw isotroper Elektrobänder zu verringern. Durch die Anwendung der erfinderischen Lösung sollen die Wirbelstromverluste V_w in der gleichen Weise beeinflußt werden, wie durch Zulegieren von Silizium, Aluminium. Die erfindungsgemäß bearbeiteten Elektrobänder sollen vorzugsweise in Anwendungsfällen einsetzbar sein, in denen wegen der hohen Ummagnetisierungsfrequenzen u.a. hochlegierte Elektrobänder verwendet werden. Bei ihrer Herstellung sollen einige der technologischen Probleme verringert werden, die sich aus dem hohen Legierungsgehaltan Si, Al ergeben.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Verringerung der Wirbelstromverluste isotroper Elektrobänder zu finden.

Erfindungsemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das geglühte Band abschließed nochmals schwach kaltverformt wird, wobei eine Verformung speziell der oberflächennahen Volumenanteile angestrebt wird. Die Verformung durch Kaltwalzen, Biegen, Biegestreckrichten oder Strecken kann in einem oder in mehreren Arbeitsgängen erfolgen.

Vorzugsweise sollte beim Kaltwalzen bis ε < 5% verformt und Arbeitswalzen mit geringem Walzendurchmesser eingesetzt werden. Beim Biegestrecken erwiesen sich Verformungen bis ε < 2% als günstig, beim Strecken bis ε < 5%.

Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren wird ein gleicher Effekt erzielt, wie er üblicherweise durch Erhöhung des Legierungsgehaltes an wiederstandserhöhenden Elementen Si, Al erreicht wird. Die Verringerung der Wirbelstromverluste Vw entspricht der Größe, die nach bekannten Verfahren zur Erhöhung des Si-Gehaltes um 0,6 bis 1,0% erforderlich ist. Die gemessenen Wirbelstromverluste V_w stimmen nach der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kaltverformung mit den theoretisch berechneten überein. Die im allgemeinen beobachteten anomalen Wirbelstromverluste werden schon bei Netzfrequenz nicht mehr nachgewiesen.

Aus entsprechenden Messungen ergab sich, daß die Verringerung der Wirbelstromverluste nicht durch eine Veränderung des spezifischen elektrischen Widerstandes infolge der Kaltverformung verursacht wird. Aus der Analyse des zeitlichen Verlaufs der Oberflächenmagnetisierung Jo = Jo (t) wurde gefunden, daß diese Oberflächenmagnetisierung Jo (t) für die geglühten Elektrobandproben bei Ummagnetisierungsfrequenzenf > 200Hz in ihrem Zeitverlauf deutlich von der Sinusform der Volumenmagnetisierung abweichen (der Formfaktorder induzierten Spannung war bei den Untersuchungen F = 1,11 ± 0,1). Bei Proben aus schwach kaltverformten Elektroband stimmten zeitlicher Verlauf der Volumen- und der Oberflächenmagnetisierung bis zu Ummagnetisierungsfrequenzenf= 800Hz überein. Dieser sinusförmige^¹ Magnetisierungsverlauf an der Bandoberfläche deutet auf eine im Volumen etwa homogene Magnetisierung des Werkstoffes hin. Parallel zur Wirbelstromverlust-Verringerung werden durch das Kaltwalzen die Hystereseverluste V_H erhöht und die Magnetisierung J(H) verringert. Die Erhöhung der Hystereseverluste V_H (~f) wird mit steigender Ummagnetisierungsfrequenz f durch die Abnahme der Wirbelstromverluste Vw (~f²) überkompensiert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einigen Beispielen erläutert werden.

Beispiel 1

In Tabelle 1 sind die frequenzbezogenen Wirbelstromverluste V_w/f dreier Elektrobänder im geglühten und im nachverformten Zustand gegenübergestellt. Die Messungen erfolgten bei einer Magnetisierung J = 1,0U_pm~² und einer Frequenzf = 600Hz in einem 25cm Epstein-Rahmen. Die Nachverformung wurde durch ein Kaltwalzen mit einem Verformungsgrad ε 1,64 aufgebracht. Die Ausgangs-Banddicke war jeweils d = 0,50 mm. Die P-Iegierte Probe wies einen P-Gehaltvon P = 0,2%, die Si-Iegierte Probe einen (Si + Al)-Gehaltvon (Si + Al) = 1,5% auf.

Tabelle 1 —Gegenüberstellung derV_Wi,4/6oo/f-Werte unterschiedlicher Elektrobandproben

	unlegiert	P-leg.	Si-Ieg.
geglüht	1638	1494	606
verformt	1354	1158	476
	(=83%)	(=78%)	(=79%)

Die relative Abnahme der Wirbelstromverluste ist für die untersuchten Werkstoff- und Verformungsvarianten etwa gleich

Beispiel 2

Ein siliziertes Dynamoband (Si + Al) = 1,5%, d = 0,50mm wurde nach der Glühbehandlung unterschiedlich verformt.

Variante 1: Bezugszustand, geglüht

Variante 2: Band durch Biegestreckrichtanlage gefahren, ohne Bandzug, Verformung ε = 0 Variante 3: wie Variante 2, schwacher Bandzug, ε = 0,4%

Variante 4: Band auf Reserviergerüst kaltgewalzt, Arbeitswalzendurchmesser d = 79 mm, ε = 0,4% Variante 5: wie Variante 4, ε = 1,0%

Variante 6: wie Variante 4, ε = 2,8%

Die ermittelten frequenzbezogenen Verlustwerte V/f sind in

Tabelle 2 zusammengestellt. Die Maßeinheit ist jeweils V/f = W_sm-3. Die Magnetisierung J betrug jeweils J = 1,0V_sm-2. Tabelle 2 — Wirbelstromverluste V_w/f von Si-Ieg. Dynamoband nach unterschiedlicher Kaltverformung

Variante	Vh	Vw/f	Vw/f	Vw/f	Vw/f	Vw/f
		f=50Hz	f = 200 Hz	f = 400 Hz	f= 600 Hz	f = 800 Hz
1	92	76	256	448	606	774
2	135	57	201	384	538	681
3	142	51	183	352	490	642
4	128	45	168	331	481	645
5	137	51	172	337	479	641
6	142	55	173	328	464	630

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Verringerung der Wirbelstromverluste von isotropen Elektrobändem im legierten oder unlegierten Zustand, insbesondere für den Einsatz in elektrischen Maschinen mit Ummagnetisierungsfrequenzen oberhalb der Netzfrequenz, gekennzeichnet dadurch, daß das geglühte Elektroband eine Nachbehandlung mit einem geringen Verformungsgrad ε durch Kaltwalzen, Biegestreckrichten, Biegen oder Strecken erhält.
2. 2. Verfahren nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band durch Kaltwalzen bis zu ε < 5% verformt wird.
3. 3. Verfahren nach Pkt. 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Band beim Biegestreckrichten mit geringem Bandzug bis ε < 2% plastisch verformt wird.
4. 4. Verfahren nach Pkt. 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Band beim Strecken bis ε < 5% gedehnt wird.
5. 5. Verfahren nach Pkt. 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Band ein- oder mehrmaligen Biege-Wechsel-Beanspruchungen unterworfen wird.