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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen eines aus einem magnetischen Werkstoff hergestellten
Ferritkerns mit einer vorbestimmten magnetischen Permeabilität, welches
Verfahren ein Fertigen des Ferritkerns aus dem magnetischen Werkstoff
beinhaltet, wobei der Fertigungsprozeß ausgelegt ist, damit der
durch den Fertigungsprozeß gefertigte
Ferritkern bezüglich
seiner Permeabilität
einen IST-Wert aufweist, der höher
ist als der durch das Herstellungsverfahren vorgesehene SOLL-Wert
am Abschluß des
Herstellungsverfahrens
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Aus magnetischen Werkstoffen hergestellte Gegenstände werden
für eine
Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen benötigt. Entsprechend unterschiedlich
können
auch die aus solchen Werkstoffen hergestellten Gegenstände bezüglich ihrer
Formgebung konzipiert sein, wobei beispielsweise Ringe, Zylinder,
Ringsegmente, geschirmte Kerne, Schenkelkerne, Mehrlochkerne, Prismen
oder dergleichen in Abhängigkeit
von der jeweiligen Verwendung bekannt sind. Als Materialien zum
Herstellen dieser Gegenstände
werden in Abhängigkeit
von den gewünschten
magnetischen Eigenschaften des herzustellenden Gegenstandes weichmagnetische
Werkstoffe mit kleiner Koerzitivkraft, relativ hoher Anfangspermeabilität und hoher
Stabilität
oder hartmagnetische Werkstoffe, die insbeson dere eine Remanenzinduktion
aufweisen, eingesetzt. Hergestellt werden die aus solchen magnetischen
Werkstoffen gefertigten Gegenstände
in aller Regel im Wege eines Sinterverfahrens des zuvor gemahlenes
und eine Form eingebrachten Materials. Neben den eingesetzten Werkstoffen
ist das Sinterverfahren maßgeblich
für die
späteren
magnetischen Eigenschaften des Gegenstandes. Entscheidende Verfahrensparameter beim
Sintern sind die Sinterzeit, die Temperatur und die Atmosphäre, in der
Sintervorgang durchgeführt wird.
Insbesondere wird auch die magnetische Permeabilität des Gegenstandes
durch den Sinterprozeß maßgeblich
beeinflußt.
Anschließend
erfolgt eine abschließende
Oberflächenbearbeitung
des gesinterten Gegenstandes und eine Überprüfung seiner magnetischen Eigenschaften,
insbesondere seiner Permeabilität.
Die Permeabilität
wird beispielsweise bei Ferritkernen durch Erfassen des AL-Wertes ermittelt, aus dem man unter Einbringung
des Formfaktors des Gegenstandes die Permeabilität ermitteln kann. Über den
Formfaktor, der die Summe aus den Verhältnissen der magnetischen Teilweglängen zu
den zugehörigen
magnetischen Querschnitten ist, geht als Größe in die Ermittlung der Permeabilität des hergestellten
Gegenstandes auch seine Formgebung ein. Dies hat zur Folge, daß bereits
kleine Unterschiede in der Formgebung des Gegenstandes, die durch
die bei der Sinterung sich einstellende Schrumpfung auch bei einer
sehr genauen Überwachung
der Sinterparameter eine relativ große Toleranzbreite der auf diese
Weise hergestellten Gegenstände
bezüglich
ihrer magnetischen Eigenschaften, bei Ferriten, beispielsweise ihres
AL-Wertes zur Folge hat. Folglich muß eine Sortierung
der hergestellten Gegenstände
im Hinblick beispielsweise auf Ihren AL-Wert
erfolgen. Nur diejenigen Gegenstände, die
innerhalb eines sehr engen, den SOLL-Wert umgebenden Toleranzbereich
liegen, können
für die
bestimmungsgemäße Verwendung
eingesetzt werden; die übrigen
können
zumindest für
die ursprünglich vorgegebene
Verwendung nicht benutzt werden. Nur ausnahmsweise ist es möglich, die
den Anforderungen nicht gerecht werdenden Gegenstände bezüglich ihrer
magnetischen Eigenschaften durch einen weiteren Sintervorgang zu
verbessern. Aus diesem Grunde ist der Ausschuß, insbesondere wenn der akzeptable
AL-Wertebereich nur sehr eng ist, relativ hoch.
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Ein eingangs genanntes gattungsgemäßes Verfahren
ist aus
US 5 645 774 bekannt.
Beim Gegenstand dieses bekannten Verfahrens werden in einem ersten
Verfahrensschritt die Ferritkerne nach herkömmlichen Me thoden durch Sinterung
gefertigt, wobei vorgesehen ist, daß die einzelnen Ferritkerne in
einer Charge am Ende dieses Fertigungsprozesses eine höhere magnetische
Permeabilität
aufweisen als diejenige, die die Ferritkerne am Ende des Herstellungsprozesses
aufweisen sollen. In einem sich an das Fertigen anschließenden Verfahrensschritt
werden die einzelnen Ferritkerne in ein Bewegungsbad eingebracht,
in dem diese gegeneinander stoßen,
um auf diese Weise umfänglich
die äußerste Ferritkernschicht
insgesamt abzutragen. Zugleich werden bei diesem Verfahren beim
Sintern entstandene scharte Kanten gerundet. Durch die Reduzierung
der Ferritkernmasse wird auch die Permeabilität jedes einzelnen Ferritkerns
herabgesetzt. Dabei ist bei dem aus diesem Dokument beschriebenen
Verfahren vorgesehen, den Abtragungsvorgang so vorzusehen, daß durch
diesen die Permeabilität
der Ferritkerne unter die Permeabilität gebracht wird, die die einzelnen
Ferritkerne am Ende des Herstellungsverfahrens aufweisen sollen.
Anschließend
werden die Ferritkerne der gesamten Charge in ein Ätzbad eingebracht,
in dem die Permeabilität
wieder angehoben wird und zwar so weit, daß diese dem gewünschten
SOLL-Wert entspricht. Das Anheben der Permeabilität der Ferritkerne
in dem Ätzbad
erfolgt kontrolliert, beispielsweise dadurch, daß eine Probe aus einer Charge
mit einer Spulenwindung in das Ätzbad gehalten
wird, so daß der
Anstieg der Permeabilität unmittelbar
erfaßt
werden kann. Die zum Anheben der Permeabilität benötigte Zeit stellt dann ein
Maß für die benötigte Behandlungsdauer
zum Anheben der Permeabilität
der übrigen
Ferritkerne der Herstellungscharge dar.
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Das Verfahren eignet sich insbesondere
zur Herstellung von Ferritkernen mit einer relativ hohen magnetischen
Permeabilität.
Wenngleich es bei diesem Verfahren vorteilhaft sein kann, daß beim Formen
und Sintern entstandene scharfe Kanten gerundet werden, ist bei
den entsprechend dem Verfahren der
US
5 645 774 hergestellten Ferritkernen aufgrund des quasi
undefinierten Abtragens von Material von der gesamten Oberfläche des
Ferritkerns von Nachteil, daß diese
bezüglich
ihrer physikalischen Dimensionierung relativ hohe Toleranzbereiche
aufweisen. Dies macht sich insbesondere bei kleinen Ferritkernen
bemerkbar, bei denen Toleranzschwankungen zwischen 10 und 20% hingenommen
werden müssen.
Diese Toleranz wirkt sich ebenfalls auf die Toleranz im Induktivitätsindex
A
L und somit der Permeabilität aus, so
daß die
gemäß diesem
Verfahren hergestellten Ferritkerne bezüglich ihrer Toleranz des A
L-Wertes mit ± 20% angegeben werden.
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Darüber hinaus ist bei diesem vorbekannten Verfahren
der der Einsatz der benötigten Ätzbäder mit
den anschließenden
notwendigen Waschvorgängen
auch aus umweltrelevanten Aspekten nicht immer vorteilhaft.
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Ferner ist aus
DE 17 89 025 ein Verfahren zum Einstellen
eines induktiven Gerätes
bekannt. Gegenstand dieses Verfahrens ist nicht die Einstellung
des Ferritkerns als solchen, sondern die Abstimmung eines kompletten
induktiven Gerätes,
beispielsweise einer Spule bezüglich
ihrer elektrischen Eigenschaften. Bei einer Spule, die einen Ferritkern umgibt,
wird die Induktivität
dieser Spule beeinflußt durch
zahlreiche Faktoren, etwa durch die Permeabilität und somit den A
L-Wert
des Kernes, die Anzahl der Windungen, die Anordnung zwischen Kern
und Spule, die Höhe
des eingesetzten Stromes, nur um die wesentlichsten hier zu nennen.
Zum Abstimmen eines solchen induktiven Gerätes wird in diesem Dokument
vorgeschlagen, in den als Ringkern ausgebildeten Kern der Spule
einen Luftspalt einzubringen, insbesondere nachdem das induktive
Gerät auf
einer Leiterplatte installiert ist. Durch Einbringen des Luftspaltes
wird die Charakteristik des induktiven Gerätes geändert, wobei durch eine unterschiedliche Bemessung
der Dimensionierung des Luftspaltes in unterschiedlichem Maße die Charakteristik
des induktiven Gerätes
geändert
werden kann. Somit erfolgt bei diesem Verfahren die Einstellung
eines fertigen induktiven Gerätes
an seine Bedarfszwecke.
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Dieses Dokument offenbart nicht,
in welcher Art und Weise ein eingangs genanntes Herstellungsverfahren
weitergebildet werden müßte, um
das oben aufgezeigte technische Problem lösen zu können. Vielmehr wird diesseits
die Auffassung vertreten, daß ein
Fachmann auf der Such nach einer Lösung des oben genannten Problemes
dieses Dokument mangels Relevanz überhaupt nicht in Betracht ziehen
würde.
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Ferner ist aus
DE 19 39 463 A1 ist ein
Verfahren zur Herstellung von Ferritkernen bekannt. Der Kern dieses
Verfahrens ist das Unterwerten der in einer Charge hergestellten
Ferritkerne einem Bewegungsbad, um die äußere Oberfläche der Ferritkerne abzutragen.
Dieses Bewegungsbad ist als Ultraschallvibrationsbehandlung vorgesehen,
wobei in das Bad abrasive Teilchen eingebracht sein können. Dieser
Verfahrensschritt entspricht ebenfalls dem in
US 5 645 774 beschriebenen Verfahrensschritt.
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Aus der
DE 20 22 765 A1 ist ein
Verfahren zum Herstellen einer Magnetanordnung bekannt, bei dem
die hergestellten Ferritkerne einem Ätzvorgang unterworfen werden,
um auf diese Weise die bei der Fertigung der Ferritkerne erzielte
Permeabilität
anzuheben.
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DE 25 12 889 A1 beschreibt ein rohrförmiges,
induktives Bauelement sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Somit offenbart dieses Dokument das Einbringen eines geschlitzten
oder zumindest abschnittsweise geschlitzten rohrförmigen Körpers. Das
in diesem Dokument beschriebene Verfahren eignet sich nicht zur
Herstellung von Ferritkernen.
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DE 28 25 890 A1 beschreibt ein Verfahren zum
elektrolytischen Ätzen
von Ferritkörpern,
welches eine Weiterbildung zu dem in
DE 20 22 765 A1 beschriebenen Verfahren darstellt.
Eine Permeabilitätseinstellung
von Ferritkernen wird auch in diesem Dokument nicht beschrieben.
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Ausgehend von der
US 5 645 774 liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Verfahren
dergestalt weiterzubilden, dass nicht nur die zum nächstkommenden
Stand der Technik angesprochenen Nachteile verbessert sind, sondern
mit dem ebenfalls die in Kauf zu nehmenden Toleranzschwankungen
erheblich geringer sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß nach
dem Fertigen des Ferritkerns von diesem kontrolliert lokal an zumindest
einer Stelle des Ferritkerns eine gewisse Materialmenge zum Ausbilden
einer die magnetischen Flußlinien
beeinflussenden Störung
abgetragen wird, wobei zum kontrollierten Abtragen die sich durch
den Prozeß des Abtragens ändernde
Permeabilität
des Ferritkerns erfaßt
und wobei der Vorgang des Abtragens so lange fortgesetzt wird, bis
die durch den Vorgang des Ertassens gemessene Permeabilität des Ferritkerns (IST-Wert)
der gewünschten
Permeabilität (SOLL-Wert)
entspricht.
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Beim Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird im Anschluß an
den Fertigungsprozeß zum
Erstellen eines Ferritkernes von diesem lokal an zumindest einer
Stelle kontrolliert Material abgetragen, beispielsweise als Ausnehmung, Öffnung oder
durch Erstellung eines Luftspaltes. Kontrolliert ist das Abtragen
deswegen, da während
des Abtragens die sich ändernde
Permeabilität
des Ferritkerns erfaßt
wird. Das lediglich lokale Abtragen von Material hat im Gegensatz
zu dem Abtrag in einem Bewegungsbad – wie beim vorbekannten Stand
der Technik – den
Vorteil, daß die
Formgebung des Ferritkernes durch den Formgebungs- und Sitterprozeß bestimmt
wird und nachträglich
nicht durch das Einbringen eines solchen Ferritkernes in ein Bewegungsbad durch
den mehr oder weniger undefinierten Materialabtrag geändert wird.
Schon aus diesem Grunde sind die Toleranzen bezüglich der physikalischen Dimensionierung
eines Ferritkernes erheblich geringer als diejenigen beim vorbekannten
Stand der Technik. Das lediglich lokale Abtragen von Material, beispielsweise
an nur einer einzigen Stelle hat zur Folge, daß an dieser eine die magnetischen
Flußlinien
beeinflussende Störung
in den Ferritkern eingebracht wird. Auf diese Weise erfolgt eine
Herabsetzung der Permeabilität
und somit des AL-Wertes in wirksamer Weise, so
daß auch
eine Einstellung der Permeabilität
sehr viel genauer vorgenommen werden kann als dies beim vorbekannten
Stand der Technik möglich
war, insbesondere ohne die Dimensionierung des Ferritkernes ändern zu
müssen.
Für den
Fall, daß ein
solcher Ferritkern als Kern einer elektrischen Spule dienen soll,
ist die notwendige Windungszahl zum Erstellen eines bestimmten induktiven
Gerätes
bei definierter Permeabilität
konstant und ändert
sich nicht – wie
beim vorbekannten Stand der Technik – durch unterschiedliche physikalische
Dimensionierung innerhalb des oben angegebenen Toleranzbereiches. Ein
nachträgliches
Abstimmen des induktiven Gerätes
entsprechend dem nächstkommenden
Stand der Technik ist daher grundsätzlich nicht mehr notwendig.
Vor allem kann eine Vor-Einstellung
eines solchen induktiven Gerätes
in einem sehr viel genaueren Maße
erfolgen.
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Ferner kann vorgesehen sein, die
hergestellte Charge in Gruppen mit gleichen magnetischen Eigenschaften
zu unterteilen und aus einer solchen Gruppe eine bestimmte Anzahl
an Gegenständen den
Abtragungsvorgang bei einem gleichzeitigen Erfassen des IST-Wertes
zum Einstellen des SOLL-Wertes durchzuführen, wobei die abgetragene Menge
erfaßt
wird. Dies kann beispielsweise durch eine zeitliche Ertassung des
Abtragungsvorganges sowie die Abtragungsparameter geschehen. Sämtliche
weiteren Mitglieder einer solchen Gruppe werden anschließend dem
Abtragungsprozeß zugeführt, wobei
bei diesen Gegenständen
auf eine gleichzeitige Erfassung des sich beim Abtragen ändernden IST-Wertes
verzichtet werden kann. Diese Gegenstände stimmen dann innerhalb
eines der Gruppenauswahl entsprechenden Intervalles bezüglich der eingestellten
magnetischen Eigenschaft überein.
Insbesondere wenn die Anforderungen an die einzuhaltenden Toleranzen
geringer sind, eignet sich diese Vertahrensausgestaltung.
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Das Abtragen einer gewissen Materialmenge
des Gegenstandes kann durch unterschiedliche Vorgänge erfolgen,
wobei auch Wasserkraft basierte Strahlverfahren zum Einsatz kommen
können.
Abgetragen werden kann Material quasi an jeder beliebigen Stelle
des Gegenstandes. Beispielsweise kann vorgesehen sein, bei einem
Ringkern umfänglich
rotationssymmetrisch die bestimmte Materialmenge abzutragen. Ebenfalls
kann vorgesehen sein, daß in eine
Oberfläche
des Gegenstandes, bei einem Ringkörper beispielsweise in einer
Stirnseite eine Vertiefung oder auch eine durchgreifende Öffnung – ein Loch – eingebracht
wird. Ebenfalls kann vorgesehen sein, einen Materialabtrag an mehreren
Position des Gegenstandes vorzunehmen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist die Ausschußrate
ganz erheblich reduziert, da das fehlerträchtige Herstellungsverfahren
so konzipiert ist, daß sämtliche
Gegenstände
mit einer Zugabe bezüglich
ihrer magnetischen Eigenschaften hergestellt werden. Ein Eichen
der Gegenstände
erfolgt erst durch den kontrollierten Materialabtrag, bei dem beispielsweise
die Permeabilität
bis auf den gewünschten
Wert reduziert wird. Da jeder Gegenstand nach dem Fertigungsverfahren
bezüglich
seiner magnetischen Eigenschaften in eine Meßanordnung integriert werden
muß, wird
das Herstellungsverfahren durch das zusätzliche Materialabtragen nur
unerheblich aufwendiger, da die Handhabung der einzelnen Gegenstände ohnehin
durchgeführt
werden muß. Der
Abtragvorgang kann vollautomatisch erfolgen, da eine Kontrolle des
Abtragfortschrittes durch die Integration des Gegenstandes in die
Meßeinrichtung gegeben
ist.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren
wird ein Ausführungsbeispiel
des beanspruchten Verfahrens nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
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1:
Ein Diagramm darstellend eine Gegenüberstellung der AL-
Werte herkömmlich
hergestellter Ferritkerne mit solchen hergestellt mit dem beanspruchten
Verfahren,
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2a:
Einen ringförmigen
Ferritkern hergestellt nach dem beanspruchten Verfahren und
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2b:
Einen Querschnitt durch den Ferritkern der 2 entlang
der Linie A-B.
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In dem Diagramm der 1 ist auf der y-Achse der AL-Wert
gemessen in einer Meßeinrichtung,
bei der um einen Ferritkern eine Windung eines Kupferdrahtes gelegt
ist. In dem linken Abschnitt bezeichnet mit „Stand der Technik" ist dargestellt
die Schwankungsbreite der gemäß herkömmlichen
Verfahren hergestellten Gegenstände,
die hergestellt worden sind, um einer späteren Verwendung mit einem
AL-SOLL-Wert zugeführt werden zu können. Die Darstellung
macht deutlich, daß der
größte Teil
der auf diese Weise hergestellten Gegenständen den gewünschten
Anforderungen nicht entsprechen.
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In dem rechten Abschnitt des Diagramms
der 1 neben der strichpunktierten
Linie ist die Schwankungsbreite des AL-Wertes
der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Gegenstände
abgebildet. Bei diesem Verfahren ist der am Ende des Fertigungsprozesses
vorbestimmte AL-Wert auf einem höheren Niveau
vorgesehen, so daß sämtliche
gefertigten Gegenstände
einen AL-Wert als IST-Wert aufweisen, der
größer ist
als der gewünschte
AL-SOLL-Wert. Durch den nachgeschalteten
Verfahrensschritt des kontrollierten Abtragens von Material von
jedem einzelnen Gegenstand in Abhängigkeit von der individuellen
Differenz des AL-IST-Wertes von dem AL-SOLL-Wertes wird jeder Gegenstand auf das gewünschte AL-Niveau (AL-SOLL)
gebracht. Mit diesem Verfahren können somit
sämtliche
Gegenstände,
beispielsweise Ferritkerne einer Sinterproduktion ihrer vorgesehenen späteren Verwendung
zugeführt
werden. In dem ganz rechten Teil der 1 von
dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
durch eine gestrichelte Linie ist eine weitere Verfahrensausgestaltung
gezeigt, bei der die hergestellte Charge in vier sich bezüglich ihres
AL-Wertes unterscheidende Gruppen unterteilt
ist. Aus jeder dieser Gruppe wird eine vorbestimmte Anzahl an Gegenständen genommen,
um diese anschließend
einem kontrollierten Abtragungsvorgang wie bei dem zuvor geschilderten
Ausführungsbeispiel
beschrieben zuzuführen.
Bei diesem Verfahren werden jedoch zur Reproduzierbarkeit des Abtragungsvorganges
die Abtragungsparameter erfaßt.
Die bei dem kontrollierten Abtrag der ausgewählten Gegenstände ertaßten Abtragungsparameter
werden zweckmäßigerweise
gemittelt, so daß mit diesen
Werten anschließend
sämtliche
Mitglieder einer Gruppe mit diesen zuvor bestimmten Abtragungsparametern
bearbeitet werden können.
Innerhalb der Schwankungsbreite der Mitglieder einer AL-Wertegruppe
erfolgt der Materialabtrag mit den zuvor bestimmten Abtragungsparameter,
so daß der AL- SOLL-Wert in der Schwankungsbreite einer
Wertegruppe ebenfalls schwankt. Ein solches Verfahren ist zweckmäßig, wenn
die Anforderungen geringer sind hinsichtlich der einzuhaltenden
Werte.
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In 2a ist
beispielhaft ein ringförmiger Ferritkern 1 gezeigt,
in dessen eine Stirnseite 2 eine Vertiefung 3 eingebracht
ist. Die Vertiefung 3 ist im Wege eines Wasserstrahlabtragungsverfahrens
in die Stirnseite 2 des Ferritkerns 1 eingebracht
worden, während
sich der Ferritkern 1 in einer Meßanordnung zum Erfassen des
AL-Wertes befunden hat. Die Vertiefung 3,
ist wie in 2b dargestellt,
nicht den Ferritkern 1 durchgreifend ausgebildet.