DE10128004A1 - Induktives Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Induktives Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

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Abstract

Es wird ein induktives Bauelement (10) vorgestellt, dessen weichmagnetischer Kern (11) aus einem Pulververbundwerkstoff besteht. Der Pulververbundwerkstoff wird durch Mischen eines ferromagnetischen amorphen oder nanokristallinen Legierungspulvers mit einem ferromagnetischen dielektrischen Pulver sowie einem thermoplastischen oder duroplastischen Polymer hergestellt. Durch die Verwendung eines dielektrischen ferromagnetischen Pulvers können im Gegensatz zu herkömmlichen spritzgegossenen oder vergossenen weichmagnetischen Kernen Packungsdichten von wesentlich mehr als 55 Vol.-% erzielt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement mit zumin­ dest einer Wicklung und einem weichmagnetischem Kern aus ei­ nem ferromagnetischen Material. Insbesondere betrifft die Er­ findung induktive Bauelemente mit einem aus einem Pulverver­ bundwerkstoff bestehenden weichmagnetischen Kern.
Weichmagnetische Pulververbundwerkstoffe als gepreßte Magnet­ kerne sind seit langer Zeit bekannt.
Zum einen sind gepreßte Pulververbundwerkstoffe aus Eisenpul­ ver bekannt. Mit diesen Magnetkernen läßt sich der Permeabi­ litätsbereich von ca. 10 bis 300 gut abdecken. Die mit diesen Magnetkernen erreichbaren Sättigungsinduktionen liegen bei ca. 1,6 Tesla. Die Anwendungsfrequenzen sind wegen des ver­ gleichsweise niedrigen spezifischen Widerstands und der Größe der Eisenpartikel typischerweise unter 50 kHz.
Des Weiteren sind gepreßte Pulververbundwerkstoffe aus weichmagnetischen kristallinen Eisen-Aluminium-Silzium- Legierungen bekannt. Mit diesen können Anwendungsfrequenzen aufgrund des vergleichsweise höheren spezifischen Widerstands bis über 100 kHz erreicht werden.
Besonders gute Sättigungsinduktionen und Permeabilitäten kön­ nen mit Pulververbundwerkstoffen erreicht werden, die auf kristallinen Nickel-Eisen-Legierungen basieren. Über die ex­ akte Einstellung des Nickelgehaltes können Permeabilitäten bis in den Bereich von ca. 500 erreicht werden. Mit diesen sind ebenfalls aufgrund der vergleichsweise geringen Ummagne­ tisierungsverluste Anwendungsfrequenzen bis über 100 kHz mög­ lich.
Diese drei bekannten Pulververbundwerkstoffe können jedoch nur zu geometrisch sehr einfachen Formen verarbeitet werden, da die zur Verfügung stehenden Presstechnologien nur einen begrenzten Spielraum lassen. Insbesondere lassen sich ledig­ lich Ringkerne und/oder Schalenkerne herstellen.
Um diese Nachteile zu umgehen, ist es beispielsweise aus der DE 198 46 781 A1 bekannt, weichmagnetische Legierungspulver über Spritzgußverfahren zu ferromagnetischen Pulververbund­ werkstoffen zu verarbeiten. Dabei werden insbesondere nano­ kristalline Legierungen in einen spritzgießfähigen Kunst­ stoff, insbesondere ein Polyamid, eingebettet und danach zu weichmagnetischen Kernen spritzgegossen.
Ferner ist es der Anmelderin bekannt, nanokristalline Legie­ rungen mit Gießharzen zu ferromagnetischen Pulververbundwerk­ stoffen zu vergießen.
Sowohl das Spritzgußverfahren als auch das Gießverfahren mit Gießharzen weist den Nachteil auf, daß lediglich Packungs­ dichten in den Pulververbundwerkstoffen von ungefähr maximal 55 Volumen% in Bezug auf die verarbeiteten Legierungspulver erreicht werden. Dadurch ist die erreichbare Gesamtpermeabi­ lität des induktiven Bauelements begrenzt. Ferner ist die er­ reichbare Sättigungsinduktion des Pulververbundwerkstoffes limitiert. Durch die Begrenzung der Gesamtpermeabilität und der Sättigungsinduktion sind wiederum die Bauelementeigen­ schaften insbesondere bei Speicherdrosseln begrenzt. Ferner tritt durch die große innere Scherung dieser Pulververbund­ werkstoffe eine zusätzliche Erhöhung der Ummagnetisierungs­ verluste durch Streufeldverluste auf, was ebenfalls von Nach­ teil ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Erhö­ hung der Packungsdichte innerhalb des Pulververbundwerkstof­ fes zu erzielen. Damit verbunden ist es Aufgabe, die Erhöhung der effektiven Permeabilitäten und der erzielbaren Sätti­ gungsinduktionen sowie die Reduzierung der Ummagnetisierungs­ verluste bei den resultierenden induktiven Bauelementen zu erreichen.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch ein induktives Bauelement mit zumindest einer Wicklung und einem weichmagne­ tischen Kern aus einem ferromagnetischen Pulververbundwerk­ stoff gelöst, der aus einem ferromagnetischen Legierungspul­ ver aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung und einem ferromagnetischen dieleketrischen Pulver sowie einem thermoplastischen oder duroplastischen Polymer besteht.
Durch die Beimischung eines ferromagnetischen, dielektrischen Pulvers besteht die Möglichkeit, wesentlich höhere ferroma­ gnetische Packungsdichten zu erzielen. Dies resultiert dar­ aus, dass bei der Verwendung von ferromagnetischen Legie­ rungspulvern aus amorphen oder nanokristallinen Legierungen bezüglich der Korngrößen der Legierungspulver Grenzen gesetzt sind. Die Legierungspulver lassen sich in der Regel nicht auf Körnungen < 0,04 mm zerkleinern, da es dann zu Gefügeänderun­ gen in dem weichmagnetischen amorphen und nanokristallinen Material kommt und somit eine drastische Erhöhung der Koerzi­ tivfeldstärken eintritt. Durch den dann erfolgten rapiden An­ stieg der Koerzitivfeldstärke in dem ferromagnetischen Legie­ rungspulver kommt es zu einer starken Erhöhung der Eisenver­ luste bei der dynamischen Magnetisierung.
Durch die Verwendung von dielektrischen ferromagnetischen Pulvern als Beimischung können die verbliebenen "Räume" zwi­ schen den einzelnen Legierungspartikeln "verfüllt" werden, da solche Pulver in wesentlich feineren Körnungen hergestellt werden können.
In einer Ausführungsform werden als ferromagnetische dielek­ trische Pulver anorganische Pulver, beispielsweise Ferritpul­ ver. Die Ferritpulver werden dabei typischerweise aus gesin­ terten Ferritteilen durch Mahlen in in geeigneten Mühlen her­ gestellt. Insbesondere Mn-Zn-Ferrite (z. B. Ferrit N 27) ha­ ben sich aufgrund ihrer hohen Sättigungsinduktion als beson­ ders geeignet erwiesen.
In einer anderen Ausführungsform werden oberflächenisolierte metallische Pulver verwendet. Insbesondere ferromagnetische Carbonylmetallpulver haben sich als hervorragend geeignet er­ wiesen. So ist die Verwendung von Carbonyleisenpulver, Car­ bonylnickelpulver oder Carbonylcobaltpulver sowie Mischungen dieser Carbonylpulver sind denkbar.
Bei den Carbonyleisenpulvern handelt es sich um ein hochrei­ nes Eisenpulver, das über das "Carbonylverfahren" hergestellt wird. Dabei wird aus Eisenpulver und Kohlenmonoxid unter ho­ hem Druck und bei hohen Temperaturen Eisenpentacarbonyl her­ gestellt. Das so hergestellte Eisencarbonyl wird danach mit­ tels Vakuumdestillation von Verunreinigungen getrennt und dann gezielt in seine Ausgangssubstanzen Kohlenmonoxid und Eisen zersetzt.
Dabei entstehen Eisenpulver mit Korngrößen zwischen 0,5 und 10 µm. Durch die gezielte Einstellung der thermodynamischen Zersetzungsparameter läßt sich die Körnung in gewissen Gren­ zen einstellen.
Das so entstandene hochreine feinkörnige Eisenpulver weist natürlich einen für Metalle üblichen, sehr niedrigen elektri­ schen Widerstand auf, was bei der erfindungsgemäßen Verwen­ dung des Eisenpulvers unerwünscht ist. Das Pulver wird daher anschließend oberflächenisoliert, beispielsweise oberflächen­ phosphatiert.
Bei den Carbonylnickel- und Carbonylcobaltpulvern ist die Vorgehensweise analog.
Sowohl den Ferritpulvern als auch den oberflächenisolierten Metallpulvern liegt die Gemeinsamkeit zugrunde, unproblema­ tisch in Pulverpartikelgrößen hergestellt werden zu können, die kleiner als 10 µm sind. Besonders gute Ergebnisse erzielt man mit dielektrischen ferromagnetischen Pulvern, deren Pul­ verpartikel kleiner 5 µm sind.
Die verwendeten Pulver nach der vorliegenden Erfindung sind demnach dielektrisch, womit hier gemeint ist, dass sie keine merkliche elektrische Volumen- oder Oberflächenleitfähigkeit aufweisen. Dadurch wird das Entstehen zusätzlicher Wirbel­ strompfade von vornherein vermieden.
Die verwendeten Pulver weisen vorzugsweise eine Dichte auf, die in etwa der Dichte der verwendeten amorphen oder nanokri­ stallinen Legierungen entspricht. Dadurch wird das Entstehen von Trenneffekten beim Vermischen der Pulver mit den Legie­ rungspulvern vermieden. Es ist jedoch auch möglich, Pulver zu verwenden, die im Vergleich zu den verwendeten Legierungspul­ vern eine stark unterschiedliche Dichte aufweisen. Dann muss jedoch beim Verdichten der Mischung besondere Sorgfalt ver­ wendet werden.
Vorzugsweise werden für die Legierungspulver nanokristalline Legierungen verwendet, wie sie beispielsweise eingehend in der EP 0 271 657 A2 oder in der EP 0 455 113 A2 beschrieben sind. Solche Legierungen werden mittels der dort beschriebe­ nen Schmelzspintechnologie typischerweise in Form von dünnen Legierungsbändern hergestellt, die anfänglich amorph sind, und dann zum erzielen des nanokristallinen Gefüges einer Wär­ mebehandlung unterworfen werden. Es sind jedoch auch amorphe Kobaltbasislegierungen verwendbar.
Die Legierungen werden zu Legierungspulvern mit einer durch­ schnittlichen Partikelgröße < 2 mm vermahlen. Optimal sind Dicken von 0,01 bis 0,04 mm und Abmessungen in den beiden an­ deren Dimensionen von 0,04 bis 1,0 mm.
Zu elektrischen Isolation der Legierungspartikel untereinan­ der werden die Legierungspartikel oberflächenoxidiert. Dies kann einerseits dadurch bewirkt werden, dass die gemahlenen Legierungspartikel in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre oxidiert werden. Es kann jedoch die Oberflächenoxidation auch über eine Oxidation des Legierungsbandes vor dem Vermahlen zu einem Legierungspulver hergestellt werden.
Zur weiteren Verbesserung der Isolierung der Legierungsparti­ kel untereinander können diese mit einem Kunststoff, bei­ spielsweise einem Silan oder Metallalkyl-Verbindung beschich­ tet werden, wobei die Beschichtung bei Temperaturen zwischen 80°C und 200°C während einer Dauer von 0,1 bis 3 Stunden vor­ genommen wird. Durch diese Vorgehensweise wird die Beschich­ tung in die Legierungspartikel "eingebrannt".
Da so vorbereitete Legierungspulver wird dann in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit den dielektri­ schen ferromagnetischen Pulver im gewünschten Verhältnis ver­ mischt und anschließend in einem beheizbaren Schaufelmischer mit einem Spritzgußpolymer als Bindemittel vermischt. Als Spritzgußpolymer kommt insbesondere Polyamid 11 (z. B. Ril­ san) in Betracht. Bei Bedarf kann die Rezeptur durch weitere Additive wie z. B. Fließverbesserer oder Antioxidantien im Rahmen der vom Hersteller des jeweiligen Produktes empfohle­ nen Rahmen variiert werden. Das Material wird aufgeschmolzen, homogenisiert und anschließend unter Kühlen granuliert. Die so vorbereitete Masse ist dann auf den üblichen, zur Verar­ beitung von mit Metallpartikeln hochgefüllten Massen ausge­ legten Spritzgießmaschinen verarbeitbar. Die Einstellung der Spritzparameter erfolgt abhängig vom konkret verwendeten Ma­ schinentyp und dem herzustellenden Formling.
In einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfin­ dung, die besonders bevorzugt ist, wird die Mischung aus Le­ gierungspulver und dielektrischem ferromagnetischem Pulver mit einem Gießharz vergossen. Dabei kommt insbesondere ein Polyamid oder Polyacrylat in Betracht.
Dabei wird in einer ersten Alternative mit folgenden Verfah­ rensschritten vorgegangen:
  • a) Bereitstellen einer Form, eines Legierungspulvers, eines dielektrischen Pulvers und einer Gießharzformulierung;
  • b) Befüllen der Form mit dem Legierungspulver und dem dielek­ trischen Pulver;
  • c) Einfüllen der Gießharzformulierung in die Form; und
  • d) Aushärten der Gießharzformulierung.
In einer zweiten alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird mit folgenden Verfahrensschritten vorgegangen:
  • a) Bereitstellen einer Form, eines Legierungspulvers und ei­ nes dielektrischen Pulvers sowie einer Gießharzformulie­ rung;
  • b) Vermischen des Legierungspulvers und des dielektrischen Pulvers sowie der Gießharzformulierung zu einer Gießharz­ pulverformulierung;
  • c) Einfüllen der Gießharzpulverformulierung in die Form; und
  • d) Aushärten der Gießharzpulverformulierung.
Im Gegensatz zum weiter oben erwähnten Spritzgußverfahren werden dadurch die Legierungspartikel keiner mechanischen Be­ lastung beim Herstellungsprozeß ausgesetzt. Des Weiteren wird auch insbesondere bei Verwendung einer mit vorgefertigten Wicklungen bestückten Form, die auf den Wicklungsdrähten auf­ gebrachte Isolationsschicht nicht beschädigt, da durch das Einfüllen der möglichst niedrig viskosen Gießharzformulierung bzw. Gießharzpulverformulierung in die Form aufgrund des sanften Einleitens der Formulierungen diese aufgebrachten Isolationsschichten nicht beschädigt werden. Besonders bevor­ zugt sind Gießharzformulierungen mit Viskositäten von einigen wenigen Millipascalsekunden.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, insbesondere beim Erzielen von großen Füllhöhen in der Form, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass das mit dem dielektrischen Pulver vermischte Legierungspulver bereits vor dem Einfüllen in die Form mit der Gießharzformulierung ver­ mischt wird. Bei dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfin­ dung kann mit einem kleinen Überschuß an Gießharzformulierung gearbeitet werden, der die Fließfähigkeit der dann herge­ stellten Gießharzpulverformulierung begünstigt. Beim Einfül­ len in die Form wird dann die Form durch eine geeignete Ein­ richtung, beispielsweise einem Pressluftvibrator in Schwin­ gungen versetzt, was dazu führt, dass die Gießharzpulverfor­ mulierung gut durchmengt und "fluidisiert" wird. Gleichzeitig wird die Gießharzpulverformulierung entgast.
Da das Gemisch von dielektrischem Pulver und Legierungspulver im Vergleich zum Gießharz eine sehr hohe Dichte aufweist, setzt sich das Legierungspulver in der Form problemlos ab, so dass der verwendete Gießharzüberschuß beispielsweise in einem Anguß gesammelt werden kann, welcher nach dem Aushärten des Pulververbundwerkstoffs entfernt werden kann. Durch die Ver­ wendung von Formen, die mit vorgefertigten Wicklungen bereits bestückt sind, können in einem Arbeitsgang induktive Bauele­ mente hergestellt werden, ohne dass später das sehr arbeits­ aufwendige "Bewickeln" oder Aufbringen von vorgefertigten Wicklungen auf Teilkerne und anschließendes Zusammensetzen der Teilkerne zu Gesamtkernen erforderlich wäre.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Form, die mit dem Legierungspulver und der Gießharzformulie­ rung gefüllt wird oder die bereits mit einer vorgefertigten Gießharzpulverformulierung befüllt wird, als Gehäuse des in­ duktiven Bauelements "weiterverwendet". Das heißt, dass in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Form als "verlorene Schalung" dient. Durch diese Vorgehensweise wird ein besonders effektives und kostengünstiges Verfahren bereitgestellt, das insbesondere auch im Gegensatz zu dem eingangs erwähnten Spritzgußverfahren erhebliche Vereinfa­ chungen bringt. Bei dem eingangs erwähnten Spritzgußverfahren ist immer eine Form, die noch dazu sehr aufwendig und teuer herzustellen ist, notwendig, die niemals als "verlorene Scha­ lung" dienen kann.
Als Gießharzformulierungen werden typischerweise Polymerbau­ steine, die mit einem Polymerisationsinitiator (Starter) ver­ mengt sind, verwendet. Insbesondere kommen als Polymerbau­ steine Methacrylsäuremethylesther in Betracht. Es sind jedoch auch andere Polymerbausteine denkbar, beispielsweise Lactame. Die Methacrylsäuremethylesther werden beim Aushärten dann zu Polyacryl polymerisiert. Analog werden die Lactame über eine Polyadditionsreaktion zu Polyamiden polymerisiert.
Als Polymerisationsinitiatoren kommen Dibenzoylperoxid in Be­ tracht oder auch beispielsweise 2,2'-Azo-Isobuttersäure- Dinitryl.
Es sind jedoch auch andere Polymerisationsprozesse der be­ kannten Gießharze möglich, beispielsweise Polymerisationen, die über Licht oder UV-Strahlung ausgelöst werden, dass heißt also weitgehend ohne Polymerisationsinitiatoren auskommen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Mi­ schungen aus dem ferromagnetischen Legierungspulver und dem dielektrischen Pulver während und/oder nach dem Befüllen der Form mit der Pulvermischung durch Anlegen eines Magnetfeldes ausgerichtet. Dies kann insbesondere bei der Verwendung von Formen, die bereits mit einer Wicklung bestückt sind, durch Durchleiten eines Stroms durch die Wicklung und dem damit einhergehenden Magnetfeld geschehen. Durch dieses Anlegen von Magnetfeldern, die zweckmäßigerweise Feldstärken von mehr als 10 A/cm aufweisen, werden sowohl die ferromagnetischen Legie­ rungsartikel als auch die ferromagnetischen dielektrischen Pulverpartikel ausgerichtet.
Insbesondere ist es von Vorteil, die ferromagnetischen Parti­ kel die formanisotrop sind, entlang der Magnetfeldlinien, die im später betriebenen induktiven Bauelement vorliegen, auszu­ richten. Insbesondere durch die Ausrichtung der Legierungs­ partikel mit ihrer "langen" Achse parallel zu den Magnetfeld­ linien kann eine starke Absenkung der Verluste und eine Erhö­ hung der Permeabilität des weichmagnetischen Kerns und damit der Induktivität des induktiven Bauelements erzielt werden.
Im Fall der Verwendung einer Gießharzpulverformulierung ist es zum Erzielen höherer Permeabilitäten des weichmagnetischen Kerns von Vorteil, bereits beim Einfüllen der Gießharzpulver­ formulierung ein Magnetfeld mit der in der Form liegenden Spule zu erzeugen, welches zu einer Orientierung der Legie­ rungspartikel und der dielektrischen Pulverpartikel in Rich­ tung des magnetischen Flusses bewirkt.
Nachdem die Form vollständig gefüllt ist, wird diese zunächst in Schwingungen versetzt, was wiederum beispielsweise durch den oben erwähnten Pressluftvibrator erfolgen kann und an­ schließend der Magnetisierungsstrom abgeschaltet. Nach der endgültigen Aushärtung der Gießharzformulierung wird dann das resultierende induktive Bauteil entformt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels und der beigefügten Zeichnung erläutert.
Die Figur zeigt dabei ein induktives Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
Die Figur zeigt ein induktives Bauelement 10. Das induktive Bauelement 10 besteht aus einem weichmagnetischen Kern 11 und einer Wicklung 12, die aus relativ dickem Kupferdraht mit we­ nigen Windungen besteht. Die Figur zeigt das Bauelement 10 während der Herstellung. Das Bauelement 10 ist in eine Form 1, die hier aus Aluminium besteht, eingebracht.
Die Wicklung 12 ist ein Lagenwickel-Spulenkörper, an dessen Wicklungsenden mit Stiften 13 verbunden sind. Die Stifte 13 ragen aus dem weichmagnetischen Kern 11 heraus und dienen zum Anschluß an eine Bodenplatte, beispielsweise eine Leiterplat­ te. Die gezeigte Form 1 dient gleichzeitig als Gehäuse 14.
Ausgangsmaterial für den Pulververbundwerkstoff ist eine zu­ nächst amorphe Legierung der Zusammensetzung Fe73,5Cu1Nb3Si15,5B7, welche mittels der Rascherstarrungs­ technologie in Form von dünnen Metallbändern hergestellt wur­ de. Es wird noch einmal ausdrücklich angemerkt, daß diese Herstellungsverfahren beispielsweise in der EP 0 241 657 A2 eingehend erläutert sind.
Diese Legierungsbänder erfahren dann zur Einstellung eines nanokristallinen Gefüges eine Wärmebehandlung unter Wasser­ stoff oder im Vakuum bei einer Temperatur von ungefähr 560°C. Im Anschluß an diese Kristallisationsbehandlung wurden die Legierungsbänder mit einer Mühle bis zur gewünschten Endfein­ heit zerkleinert. Die für diese Verfahren typischen resultie­ renden Legierungspartikelgrößen lagen etwa in der Dicke zwi­ schen 0,01 und 0,04 mm und in den Abmessung in den beiden an­ deren Dimensionen zwischen 0,04 und 1,0 mm.
Die so hergestellten Legierungspartikel, die auch Flakes ge­ nannt werden, wurden nun zur Verbesserung ihrer dynamischen magnetischen Eigenschaften mit einer Oberflächenbeschichtung versehen. Dazu erfolgt zunächst eine gezielte Oberflächenoxi­ dation der Legierungspartikel durch eine Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 400°C und 540°C für eine Zeitdauer zwischen 0,1 und 5 Stunden. Im Anschluß an diese Behandlung war die Oberfläche der Legierungspartikel mit einer abriebfe­ sten Schicht aus Eisen und Siliziumoxid mit einer typischen Schichtdicke von etwa 150 bis 400 nm bedeckt.
Im Anschluß an diese Oberflächenoxidation erfolgt die Be­ schichtung der Legierungspartikel mit einem Silan in einem Wirbelbett-Coater. Danach wurde die Schicht bei Temperaturen zwischen 80°C und 200°C während einer Zeit von 0,1 bis 3 Stunden "eingebrannt".
Danach wurde ein Carbonyleisenpulver der Qualität HQi von der Firma BASF bereitgestellt. Das Carbonyleisenpulver hatte da­ bei eine Körnung von weniger als 5 µm. Das oberflächenoxi­ dierte Legierungspulver und das Carbonyleisenpulver wurden daraufhin in einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 7 : 3 mit­ einander vermischt, d. h. ungefähr 7 kg Legierungspulver wur­ den mit ungefähr 3 kg Carbonyleisenpulver vermengt.
Die beiden Pulver wurden dabei in einem geeigneten Mischer homogenisiert und dann in die gewünschte Form gefüllt.
Das so vorbereitete Pulvergemisch wurde dann in die Form 1 gefüllt. Die aus Aluminium bestehende Form 1 wies dabei an ihrer Innenwandung eine geeignete Trennbeschichtung auf, so dass es nicht zu einer erschwerten Entformung des induktiven Bauelements 10 kommen konnte. Danach wurde durch die Wicklung 12 ein elektrischer Strom geleitet, so dass die ferromagneti­ schen Legierungspartikel und die ferromagnetischen dielektri­ schen Pulverpartikel sich mit ihren "langen Achsen" parallel zu dem dabei entstehenden Magnetfeld, das ungefähr 12 A/cm betrug, ausrichtete.
Danach wurde in die befüllte Form eine Gießharzformulierung eingefüllt.
Die verwendete Gießharzformulierung bestand aus einer ther­ moplastischen Methacrylatformulierung mit einem Silan- Haftvermittler. Diese thermoplastische Methacrylatformulie­ rung hatte folgende Zusammensetzung:
100 g Methacrylsäuremethylester
2 g Methacryltrimethoxysilan
6 g Dibenzoylperoxid und
4,5 g N,N-Dimethyl-p-Toluidin
Die chemischen Bestandteile wurden dabei nacheinander im Methacrylester gelöst. Die fertige Mischung war wasserklar und wurde in die Form 1 gegossen. Die Gießharzformulierung härtete bei Raumtemperatur innerhalb von ca. 60 Minuten aus. Anschließend wurde sie bei ca. 150°C für eine weitere Stunde nachgehärtet.
Es wurde ein Magnetkern erzielt mit einer Packungsdichte an ferromagnetischem Material im Bereich von ungefähr 65 Vol%.

Claims (22)

1. Induktives Bauelement mit zumindest einer Wicklung und einem weichmagnetischen Kern aus einem ferromagnetischen Pul­ ververbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Pulververbundwerkstoff aus einem ferromagnetischen Legierungspulver aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung und einem ferromagnetischen die­ lektrischen Pulver besteht sowie einem thermoplastischen oder duroplastischen Polymer.
2. Induktives Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als ferromagnetisches dielektrisches Pulver ein ferroma­ gnetisches anorganisches Pulver vorgesehen ist.
3. Induktives Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als anorganisches Pulver ein Ferritpulver vorgesehen ist.
4. Induktives Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als ferromagnetisches dielektrisches Pulver ein oberflä­ chenisoliertes metallisches Pulver vorgesehen ist.
5. Induktives Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als oberflächenisoliertes metallisches Pulver ein ferro­ magnetisches Carbonylmetallpulver oder eine Mischung aus verschiedenen ferromagnetischen Carbonylmetallpulvern vorge­ sehen ist.
6. Induktives Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als ferromagnetisches Carbonylmetallpulver Carbonylei­ senpulver oder Carbonylnickelpulver oder Carbonylcobaltpulver vorgesehen ist.
7. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische ferromagnetische Pulver aus Pulverpar­ tikeln mit einer durchschnittlichen Pulverpartikelgröße < 10 µm besteht.
8. Induktives Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische ferromagnetische Pulver aus Pulverpar­ tikeln mit einer durchschnittlichen Pulverpartikelgröße < 5 µm besteht.
9. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe oder nanokristalline Legierungspulver aus Legierungspartikeln mit einer durchschnittlichen Partikelgrö­ ße < 2 mm besteht.
10. Induktives Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittlichen Legierungspartikeldicken zwi­ schen 0,04 mm und 0,5 mm betragen.
11. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungspartikel oberflächenoxidiert sind.
12. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungspartikel mit einem Kunststoff beschichtet sind.
13. Induktives Bauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff ein Silan vorgesehen ist.
14. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulververbundwerkstoff eine Sättigungsmagnetisierung Bs ≧ 0,5 Tesla und eine Permeabilität 10 ≦ µ ≦ 200 aufweist.
15. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulververbundwerkstoff vergossen ist und als Polymer ein Gießharz vorgesehen ist.
16. Induktives Bauelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Gießharz ein monomeres oder oligomeres Harz vorgese­ hen ist, aus dem ein Polyamid, ein Polyacrylat oder ein Poly­ butylenterephtalat aufgebaut wird.
17. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulververbundwerkstoff spritzgegossen ist und als Polymer ein Spritzgußpolymer vorgesehen ist.
18. Induktives Bauelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Spritzgußpolymer ein Polyamid vorgesehen ist.
19. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Bauelement ein Gehäuse aufweist.
20. Verfahren zum Herstellen eine induktiven Bauelements nach einem der Ansprüche 15 oder 16, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) Bereitstellen einer Form, eines Legierungspulvers, eines dielektrischen Pulvers und einer Gießharzformulierung;
  • b) Befüllen der Form mit dem Legierungspulver und dem dielek­ trischen Pulver;
  • c) Einfüllen der Gießharzformulierung in die Form; und
  • d) Aushärten der Gießharzformulierung.
21. Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements nach einem der Ansprüche 14 oder 15, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) Bereitstellen einer Form, eines Legierungspulvers, eines dielektrischen Pulvers und einer Gießharzformulierung;
  • b) Vermischen des Legierungspulvers, des dielektrischen Pul­ versund und der Gießharzformulierung zu einer Gießharzpul­ verformulierung;
  • c) Einfüllen der Gießharzpulverformulierung in die Form; und
  • d) Aushärten der Gießharzpulverformulierung.
22. Verwendung von ferromagnetischen Carbonylmetallpulvern zur Herstellung von weichmagnetischen Kernen induktiver Bauele­ mente.
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