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Überzüge für ferromagnetische Bleche Die Erfindung betrifft Überzugsmassen
für ferromagnetische Kernbleche und Verfahren zur Herstellung festhaftender elektrisch
isolierender Überzüge auf solchen Blechen.
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Es ist in der elektrotechnischen Industrie üblich, bei der Herstellung
von Kernen für Transformatoren, :Magnetverstärker u. dgl. die hierfür verwendeten
ferromagnetischen Bleche mit einem Überzug aus Magnesiumoxyd zu versehen. Ein bekanntes
Verfahren zum Anbringen solch eines Überzuges besteht in der Herstellung einer Aufschlämmung,
deren einzige Bestandteile Wasser und Magnesiumoxyd sind, dem Aufbringen dieser
Aufschlämmung auf das Magnetblech und anschließendem Trocknen zwecks möglichst vollständiger
Entfernung des Wassers. Der auf diese Weise aufgebrachte Überzug aus Magnesiumoxyd
ist nicht völlig befriedigend, da er nicht fest an dem Magnetblech haftet und dazu
neigt, leicht während der üblichen Behandlung bei der Herstellung der Magnetkerne
hiervon abzufallen. Das Ergebnis davon ist, daß, nachdem das überzogene Blech dem
Ausstanzen oder der Kernformung, einer Glühung und anderen erforderlichen Behandlungsschritten
unterworfen wurde, sich nur ein verhältnismäßig geringer Teil des Magnesiumoxydüberzuges
zwischen den Windungen oder Schichten des Kernes befindet. Unbedeckte Stellen der
Magnetbleche ergeben Kurzschlüsse und bedingen hohe Wechselstromverluste. Es ist
weiterhin bekannt, zur Erzeugung von Isolierüberzügen auf ferromagnetischem Schichtmaterial
Massen zu verwenden, die aus einer wäßrigen Lösung von etwa 5 bis 10% eines Kunstharzes
und einem größeren Anteil eines organischen Isolierstoffes, wie z. B. Kaolin oder
Magnesiumoxyd, bestehen. Weiterhin ist die Verwendung von Aminotriazin-Aldeh.yd-Harzen
als Isoliermaterial in magnetisierbarenKernen und die Beimengung von Bentonit zu
Überzugsmassen für ferromagnetische Schichtmaterialien sowie die Verwendung von
Magnesiumhydroxyd als anorganischer Isolierstoff bekannt. Keiner der bekannten Überzüge
befriedigt jedoch völlig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine festhaftende elektrisch isolierende
Überzugsmasse zu schaffen, die zum Aufbringen auf Magnetbleche geeignet ist und
durch die die genannten Nachteile bekannter Isolierschichten weitgehend vermieden
werden. Der Überzug soll also widerstandsfähig gegen Abblättern, Zerstäuben oder
Abrieb sein. Die Überzugsmasse soll auf die Magnetbleche aufgetragen werden vor
dem Wickeln oder Paketieren oder der Durchführung anderer Verfahrensschritte zur
Verarbeitung der Magnetbleche zu Kernen od. dgl.
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Durch die im folgenden angegebene Überzugsmasse und das beschriebene
Verfahren zu seiner Verarbeitun- werden diese und weitere Aufgaben gelöst und gut
haftende, elektrisch isolierende, widerstandsfähige Überzugsfilme auf den Magnetblechen
erzielt.
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Die Überzugsmasse nach der Erfindung besteht aus 5 bis 15 -Gewichtsprozent
zumindest eines teilweise gebundenen Aminotriazin-Aldehyd-Harzes, das in Wasser-Alkohol-Mischungen
löslich ist, 5 bis 15 Gewichtsprozent Magnesiumhydroxyd, 0,1 bis 1 Gewichtsprozent
Bentonit, 30 bis 50 Gewichtsprozent zumindest eines niedermolekularen aliphatischen
einwertigen Alkohols und 30 bis 50 Gewichtsprozent Wasser.
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Bei der Herstellung eines festhaftenden elektrisch isolierenden Überzuges
nach der Erfindung wird zunächst die flüssige Überzugsmasse in irgendeiner an sich
bekannten Weise auf das Blech aufgebracht. Beispielsweise kann die Masse einfach
durch Eintauchen des Bleches in die Überzugsmasse aufgebracht werden, oder die Masse
kann auf das Blech mit Hilfe von Gummi- oder Filzwalzen aufgewalzt werden; die Masse
kann, nachdem sie als ein dicker ungleichmäßiger Überzug durch Aufgießen od. dgl.
aufgebracht wurde, durch Hindurchführen des Bleches unter einer Messerschneide zu
einem dünnen Überzugsfilm reduziert werden; auch elektrophoretische Niederschlagsverfahren
können angewandt werden. Der aufgebrachte Überzug aus der flüssigen Masse wird auf
eine Temperatur, die hoch genug ist, um das Wasser und den Alkohol auszutreiben
und eine Härtung des Harzes zu bewirken, erhitzt. Temperaturen zwischen 100 und
150° C sind geeignet, um
diese Wirkung zu erzielen. Ein auf diese
Weise auf das Blech aufgebrachter Überzug haftet fest an diesem. Das überzogene
Blech widersteht verhältnismäßig rauhen Behandlungen, wie sie häufig während des
Transportes des Schichtmaterials zur Verarbeitungsstätte bzw. zur Kernwickelstelle
auftreten. Höchstens geringe Teile des Überzuges bröckeln während solcher Behandlungsschritte
oder während des folgenden Ausstanzens. Aufwickelns zu Kernen und anderer Verfahrensschritte
oder während der Endglühung ab. Die aufgewickelten Kerne werden bei Temperaturen
in einem Bereich zwischen 900 und 1300° C in einer reduzierenden Gasatmosphäre geglüht,
um von dem Ausstanzen oder anderen Verarbeitungsschritten herrührende Spannungen
zu entfernen. Bei derart hohen Temperaturen zersetzen sich die Aminotriazin-Aldehyd-Harze,
und die Zersetzungsprodukte werden durch das reduzierende Gas abgeführt und hinterlassen
einen gut haftenden festen Überzug auf dem Blech, der im wesentlichen aus Magnesiumoxyd
und Bentonit besteht.
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Das für die Überzugsmasse nach der Erfindung verwendete Harz wird
durch Kondensation von Formaldehyd mit einem Aminotriazin oder einem kondensierten
Aminotriazin erzeugt. Von diesen Aminoverbindungen sind Melamin und seine Derivate,
wie 2, 4, 6-Triäthyl- und Triphenyl-triamino-1, 3, 5-triazin, 2, 4, 6-Trihydrazin-1,
3, 5-triazin und die entsprechenden kondensierten Triazine, wie Melam und Melem
vorzuziehen. Unter die anderen anwendbaren Triazinverbindungen fallen die folgenden:
Triazine mit einer oder zwei Aminogruppen, wie z. B. Ammeline, Ammelide, Formoguanamine,
2-Amino-1, 3, 5-triazine und deren Substitutionsprodukte sowohl wie kernsubstituierte
Aminotriazine, wie z. B. 2-Chlor-4, 6-diamino-1, 3, 5-triazin, 2-Phenyl-4-amino-6-oxy-1,
3, 5-triazin, 6-Methyl-2, 4-diamino-1, 3, 5-triazin.
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Selbstverständlich können auch handelsübliche Mischungen der verschiedenen
Triazine oder Mischungen davon mit anderen Aminoverbindungen Verwendung finden.
Ein Beispiel solcher im Handel erhältlicher Mischungen ist das durch Erhitzen von
Dicyandiamid zur Erzielung eines merklichen Melamingehaltes zusammen mit anderen
reaktionsfähigen Aminoverbindungen erhaltene Produkt.
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Die vorerwähnten Aminotriazine werden vorzugsweise mit Formaldehyd
teilweise kondensiert, aber jedes geeignete Aldehyd der aliphatischen, aromatischen
oder heterocyclischen Reihe kann bei der Reaktion verwendet werden, wie beispielsweise
AcetaIdehyd, Propionaldehyd, Butvraldehyd, Hexaldehyd, Heptaldehyd, Crotonaldehy
d, Allylaldehyd, Benzaldehyd, Zimtaldehyd, Furfurol usw.
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Die Kondensationsprodukte können durch jedes geeignete Verfahren und
in jedem beliebigen Kondensationsverhältnis von Aldehyd zu Aminotriazin von 1:1
bis 6:1 oder sogar höher hergestellt werden. Ein besonders geeignetes Harz ist das
Reaktionsprodukt aus Melamin und Formaldehyd. Dieses Reaktionsprodukt kann einfach
durch Reaktion der Komponenten während einer kurzen Zeit bei etwa 80 bis 120° C
in Gegenwart eines alkalischen Katalysators, z. B. Kalk, Bariumhydroxyd, Ammoniumhydroxyd,
Äthylendiamin und Propylendiamin, erzeugt werden. Die Menge des Katalysators liegt
in der Größenordnung von 1/2 %. Das harzartige Reaktionsprodukt soll in 25o/aigetn
wäßrigem Äthanol löslich sein.
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Vorzugsweise wird im wesentlichen völlig hydratisiertes Magnesiumhydroxyd
zur Herstellung der wäßrigen @:?berzugsmasse=nach dieser Erfindung verwendet. RIagnesiumoxyd
kann in der wäßrigen Überzugsmasse verwendet werden, jedoch muß dann zusätzliches
Wasser vorhanden sein, das als Hydratisierungswasser aufgenommen wird, da Magnesiumoxydständig
Wasser aufzunehmen bestrebt ist, wobei die vorgegebene Viskosität der wäßrigen Masse
verändert wird. Etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent des in der wäßrigen überzugsmasse
verwendeten Magnesiumhydroxyds können durch einen oder mehrere feinverteilte inerte,
harte, feste Isolierstoffe, wie Metalloxyde, -silikate oder -phosphate, ersetzt
werden. Beispiele solcher harter Feststoffe sind Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd, Siliziumoxyd,
Kieselerde, Eisenoxyd, Calciumsilicat, Aluminiumsilicat, Calciumphosphat, Magnesiumsilicat
und Magnesiumphosphat.
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Das in der wäßrigen Masse verwendete Bentonit ist ein natürlich vorkommendes
kolloidalkrista.llines anorganisches Alutniniumsilikat. Eine Abart, die zur Verwendung
bei der Herstellung der überzugsmasse nach der Erfindung als besonders brauchbar
befunden wurde, ist als Montmorillonit bekannt.
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Der Alkohol ist ein wichtiger Bestandteil in der Masse nach der Erfindung.
Das teilweise gebundene Aminotriazin-Aldehyd-Harz ist in Wasser nicht völlig löslich.
Der Alkohol wirkt etwa in der Art eines Lösungsmittels in der wäßrigen Masse. Alkohole,
die für die Verwendung in Überzugsmassen besonders brauchbar befunden wurden, sind
aliphatische einwertige Alkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen.
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Die folgenden Beispiele sollen dazu dienen, die Vorteile und Eigenschaften
der Erfindung noch klarer zum Ausdruck zu bringen.
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Diese Beispiele werden nur allein zu Erläuterungszwecken gebracht
und sollen den Umfang der Erfindung in keinerlei Weise beschränken. Die angegebenen
Teile sind Gewichtsteile, falls nichts anderes angegeben ist.
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Beispiel I Eine Mischung wird durch Einführen von etwa 4 Teilen Bentonit
in etwa 1500 Teile Äthylalkohol (90o/oig) und etwa 1500 Teile Wasser hergestellt.
Die Mischung wird während 10 bis 20 Minuten gerührt, worauf etwa 350 Teile eines
teilweise gehärteten Melamin-Formaldehyd-Harzes im Verlaufe einer Zeit von 10 Minuten
unter Rühren hinzugefügt werden. Hierauf werden etwa 350 Teile Magnesiumhydroxyd
langsam zugegeben und die erhaltene Mischung für etwa 15 Minuten gerührt. Diese
Mischung wird dann durch ein 20-Maschen-Sieb geleitet, um alle größeren Teilchen
zu entfernen, und dann durch eine Farbmühle, deren Steine nicht mehr als 0,025 mm
voneinander entfernt sind, um eine einheitliche Überzugsmasse zu erhalten.
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Überzugsmassen, die ebenso befriedigend sind wie die im Beispiel 1
beschriebenen, können durch Ersatz von 5 bis 50 Gewichtsprozent Magnesiumhydroxyd
durch Aluminiumoxyd oder andere feinverteilte inerte harte Feststoffe hergestellt
werden. Es ist erstrebenswert, daß diese letztgenannten Feststoffe von einer solchen
Feinheit sind, daß sie durch ein Sieb mit 6400 Maschen pro qcm oder feiner hindurchgehen.''
Beispiel 1I Eine Mischung, bestehend aus 210 Teilen eines teilweise gehärteten,
in wäßrigem Alkohol löslichen Melamin-Formaldehvd-Harzes, 470 Teilen Magnesiumhydroxvd,
4 Teilen Bentonit, 1500 Teilen Äthylalkohol und 1500 Teilen Wasser, wird nach dem
im Beispiel 1 erläuterten Verfahren zu einer homo.
gehen
Mischung verarbeitet. Streifen aus ferromagnetischem Werkstoff werden durch diese
Masse hindurch und dann unter einem Aufstreichmesser hindurchgeführt, wobei ein
dünner gleichmäßiger flüssiger Überzug erzielt wird. Die ferromagnetischen Streifen
mit dem aufgebrachten flüssigen Überzug werden dann durch einen gasgeheizten Ofen
hindurchgeführt, in dem sie eine Temperatur von etwa 145° C erreichen, welcher Temperatur
sie für etwa 5 bis 10 Sekunden ausgesetzt sind, wobei Wasser und Alkohol ausgetrieben
werden und das Harz im wesentlichen völlig gehärtet wird.
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Der auf diese Weise auf den Streifen aus ferromagnetischem Werkstoff
erzielte trockene Überzug ist äußerst haftfest, so daß sich von den Streifen beim
Versand, wenn überhaupt, nur geringe Teile des Überzuges ablösen.
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Beispiel III Ein Magnetkern wird durch Hindurchführen von ferromagnetischem
-Bandmaterial durch eine wäßrige Überzugsmasse hergestellt, die nach Beispiel I
erzeugt wurde und folgende Zusammensetzung aufweist:
| Melainin-Formal dehyd-Harz |
| (wasser-alkohol-löslich) ....... 470 Teile |
| Magnesiumhydroxyd ............ 210 |
| Bentonit ....................... 4 " |
| Alkohol ........................ 1500 |
| Wasser ........................ 1500 " |
Das mit dem flüssigen Überzug versehene Band wird dann durch einen Ofen mit geeigneten
Heizelementen hindurchgeführt, der auf einer ausreichend hohen Temperatur zur Erzielung
der Verdampfung von Wasser und Alkohol und der völligen Aushärtung des Harzes zu
einem gehärteten Wasserstoff gehalten wird. Das Band mit den trockenen, innig anhaftenden
Überzügen wird dann in eine Kernwickelmaschine eingebracht, in der es zu einer Verbindung
von übereinanderliegenden Schichten in Gestalt eines gewickelten Magnetkernes aufgewickelt
wird. Der Wickelkörper wird dann in einen Glühofen eingebracht und auf eine Temperatur
von etwa 1050 bis 1230° in Gegenwart von strömendem Wasserstoff aufgeheizt, wobei
alle Spuren von Alkohol, Wasser und Melamin-Formaldehyd-Harz sowie Spaltprodukten
entfernt werden. Der so erhaltene geglühte Magnetkörper enthält eine Mehrzahl übereinander
gelagerter Schichten von ferroniagnetischem Material mit einer dünnen Schichtisolation,
die im wesentlichen aus Magnesiumoxyd und Bentonit besteht. Die auf diese Weise
hergestellten Kerne haben einen Füllfaktor von etwa 99%.
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Wie bereits früher erwähnt, kann die Überzugsmasse nach der Erfindung
auch durch elektrophoretischen Niederschlag aufgebracht werden. Das folgende Beispiel
beschreibt ein solches Verfahren.
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Beispiel IV Eine Überzugsmasse wird entsprechend dem im Beispiel 1
beschriebenen Verfahren unter Verwendung folgender Rohstoffe hergestellt:
| Melamin-Formaldehvd-Harz .... 400 Teile |
| Magnesiumhydroxyd ............ 275 " |
| Bentonit .... ................... 10 " |
| Methylalkohol .................. 1500 " |
| Wasser ........................ 1500 " |
Die Masse wird in eine Zelle mit einem rostfreien Stahlmesser als Anode eingefüllt.
Ein 6,5 mm breites Band aus ferromagnetischem Werkstoff, insbesondere einer Legierung
(50% Nickel, 50°/o Eisen) mit einer Dicke von 0,5 mm, wird durch die Zelle hindurchgeführt,
wobei das Band als Kathode geschaltet wird. Der pH-Wert des Elektrolyts wird auf
etwa 9,5 bis 10,5 gehalten. Eine elektrische Spannung von 110 Volt wird an Band
und Anode angelegt, wobei diese beiden gegenseitig so weit entfernt werden, daß
ein Strom von 0,06 Amp/cm2 Bandoberfläche in dem Bad fließt. Das Band wird durch
das Bad mit einer Geschwindigkeit von etwa 9 m pro Minute hindurchgeführt, wobei
ein etwa 45 cm langes Stück in das Bad eintaucht. Ein Überzug mit einer Stärke von
etwa 0,025 mm wird auf dem Streifen niedergeschlagen, der durch Trocknung bei einer
Temperatur von 150° auf etwa 0,0025 min schrumpft.
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Das so behandelte Band kann zu einem ferromagnetischen Körper aufgewickelt
und bei einer Temperatur von etwa 900 bis 1300° C geglüht werden, um einen innig
anhaftenden Überzug aus Magnesiumoxyd und Bentonit zu erzielen.
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Die Schichtstärke der auf das . ferromagnetische Material aufgebrachten
flüssigen Überzugsmasse liegt vorzugsweise zwischen etwa 25 und 150% der Stärke
des ferromagnetischen Schichtstoffes. Für besonders dünnes ferromagnetisches Blechmaterial,
insbesondere 0,1 bis 0,127 mm dickes Material aus Silizium-Eisen-Legierungen, Nickel-Eisen-Legierungen,
Kobalt-Eisen-Legierungen u. dgl., beträgt der aufgebrachte wäßrige Überzug etwa
50 bis 150% der Stärke des Bleches. Für größere Dicken in der Größenordnung von
0,35 bis 0,5 mm kann der Überzug 0,12 bis 0,38 mm betragen. Nach der Wärmebehandlung,
während deren Wasser und Alkohol ausgetrieben und das Harz gehärtet wird, schrumpfen
die Überzüge merklich und betragen nur etwa 5 bis 20% der Stärke der aufgebrachten
wäßrigen Masse.
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Das behandelte ferromagnetische Blechmaterial kann nach der das Harz
härtenden Wärmebehandlung gestanzt werden, um Läufer- und Ständerbleche, Transformatorenbleche
und andere Teile für geschichtete ferromagnetische Bauelemente zu schaffen. Weiter
kann das behandelte ferromagnetische Blechmaterial zu Bändern geschnitten und zu
Kernen aufgewickelt werden, wobei, wenn überhaupt, nur geringe Teile des Überzuges
sich ablösen.
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Im Falle der Verwendung in Transformatorkernen, Läufern und Ständern
kann das nach der Erfindung erzeugte isolierte ferromagnetische Schichtmaterial
einer Lacktränkung oder anderen üblichen Isolationsbehandlungen unterworfen werden,
ohne daß hierbei unerwünschte Änderungen in den Lacken oder anderen Isoliermassen
auftreten. Die überzugsmassen nach der Erfindung haften äußerst fest am ferromagnetischen
Blechmaterial und wurden als undurchlässig für 01, Feuchtigkeit und übliche
Lösungsmittel befunden. Der elektrische Widerstand der Überzüge ist befriedigend,
insbesondere wenn ihre geringe Dicke in Betracht gezogen wird.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf spezielle Beispiele und Einzelheiten
davon erläutert. Es ist selbstverständlich zu beachten, daß zahlreiche Änderungen
und Abwandlungen hieran vorgenommen werden können, ohne aus ihrem Rahmen zu kommen.