DE102010005961A1

DE102010005961A1 - Magnetisch wirksamer Werkstoff, insbesondere für elektrische, magnetische und elektronische Anwendungen

Info

Publication number: DE102010005961A1
Application number: DE201010005961
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-07-28

Abstract

1. Magnetisch wirksamer Werkstoff, insbesondere für elektrische, magnetische und elektronische Anwendungen. 2.1 Insbesondere in elektrotechnischen und elektronischen Anwendungen werden spezielle Teilkomponenten und/oder Hilfsmedien verwendet, um unterschiedliche Feldlinien zweckgerichtet zu beeinflussen. Bei erhöhten Ansprüchen an den Gesamtwirkungsgrad der genannten Anwendungen führen diese nach aktuellem Stand der Technik zu sehr aufwendigen Bauformen und erheblichen Fertigungskosten. Der neue Werkstoff ermöglicht durch seine besondere Struktur für derartige Anwendungen deutlich vereinfachte Bauweisen und wesentlich günstigere Herstellkosten bei gleichzeitig hoher Energieeffizienz. 2.2 Der erfindungsgemäße Werkstoff, als Teilkomponente und/oder als Hilfsmedium für elektrotechnische, magnetische und elektronische Anwendungen, weist eine insbesondere magnetisch wirksame zellulare Struktur auf. Der Werkstoff kann dabei freitragend oder mit innerer oder äußerer Stützstruktur ausgebildet sein oder eine Kombination davon darstellen oder sich in einem geeigneten Behältnis befinden. Die Zellularstruktur des Werkstoffes kann dabei beispielsweise „as produced”, thermisch oder mechanisch nachbehandelt, bzw. thermisch und mechanisch behandelt sein, um zum einen ggfs. gezielt die Eigenschaften/Mikrostruktur des eigentlichen Grundwerkstoffes oder der Werkstoffkomponenten zu beeinflussen, zum anderen um die eigentliche Zellenform (Mesostruktur), beispielsweise grundlegend und/oder zusätzlich mit einer zweckmäßigen Texturierung, geeignet herzustellen. Die verbleibende Porenstruktur ist dabei zweckentsprechend offen oder geschlossen (ggfs. auch ein geeignetes Füllmedium beinhaltend) ausgebildet. Durch die besondere Struktur und die geeignete Gefügeausbildung des erfindungsgemäßen Werkstoffes wird über die bereits genannten Vorteile hinaus eine deutliche Verbesserung des Schwingungsverhaltens bei signifikanter Erhöhung der Festigkeit und Eigendämpfung für die Anwendung erreicht. 2.3 Der erfindungsgemäße Werkstoff ermöglicht eine deutlich vereinfachte und kostengünstigere Bauweise, gegenüber der nach aktuellem Stand der Technik üblichen Bauweise für Elektromotoren, Transformatoren, Elektromagneten, unterschiedlichen Aktoren, und weitere derartige Geräte und Bauteile. Der erfindungsgemäße Werkstoff ermöglicht außerdem auch für elektronische Anwendungen eine Verbesserung insbesondere des magnetischen und des damit verbundenen elektronischen Verhaltens im Mikrobereich gegenüber dem nach aktuellem Stand der Technik konventionellen Aufbau der elektronischen Anwendung.

Description

1. Technische Beschreibung der Erfindung
1.1 Stand der Technik:
Verschiedene, beispielsweise elektrotechnische und elektronische Anwendungen verwenden in ihrem Funktionsaufbau spezielle Teilkomponenten und/oder Hilfsmedien, deren Materialien oder Zusammensetzungen und/oder deren Strukturen gezielt ausgewählt sind, um z. B. Feldlinien vorteilhaft bzw. zweckgerichtet zu beeinflussen. Nach Art der Feldlinien (diese können z. B. elektrostatisch, magnetisch (dauer-/elektromagnetisch) oder auch allg. elektrische Potentiale, etc. sein) handelt es sich dabei z. B. um Dieelektrika, magnetisch wirksame Stoffe/Komponenten (wie z. B. Magnetkerne, permanentmagnetische Komponenten, etc.), Isolatoren, und weiteres.
Über die Gewährleistung der eigentlichen Grundfunktion hinaus werden nach derzeitigem Stand der Technik bereits verschiedene Anstrengungen unternommen, um die Funktionseigenschaften beispielsweise bezüglich der Energieeffizienz/des Wirkungsgrades weiter zu verbessern. Mit den derzeit technisch gebräuchlichen Teilkomponenten gelingt es zwar in der Regel, die gewünschten Funktionen zum einen auf das avisierte Ziel hin bis zu einem gewissen Maß verbessern. Jedoch treten zum anderen auch zwangsläufig unerwünschte Nebeneffekte auf, welche die Gesamtfunktion beeinträchtigen, bzw. auch den Gesamtwirkungsgrad verringern.
Exemplarisch wären hier die Energieverluste bei elektrischen Maschinen mit z. B. integrierten magnetisch aktiven Komponenten (hart-/oder weichmagnetisch) zu nennen, die beispielsweise durch Wirbelströme, Magnetostriktion, etc. entstehen. Dies führt bei erhöhten Grundansprüchen an eine Verbesserung des Wirkungsgrades im ersten Ansatz zu den derzeitig hierfür üblichen Grundkonstruktionen und Bauformen, z. B. mit lamellar strukturierten magnetisch wirksamen Komponenten, die eine erste Verbesserung des Wirkungsgrades erreichen. Damit ist jedoch gleichzeitig als nachteilige Folge zum einen beispielsweise auch zwangsläufig eine Verringerung der Strukturfestigkeiten verbunden, welche die Einsatzmöglichkeiten zusätzlich einschränken, beziehungsweise die Realisierung bestimmter energetisch noch vorteilhafterer Bauweisen gänzlich verhindert. Außerdem treten bei einer derartigen Bauweise in der Regel zusätzlich in verstärktem Maße unterschiedliche unerwünschte (z. B. mechanische) Schwingungen auf, die störende Geräusche und Verluste erzeugen sowie die Lebensdauer reduzieren.
Bei weiter erhöhten Ansprüchen erfordert die zusätzlich notwendige Verringerung wiederum dieser unerwünschten schwingungsbedingten Nachteile noch aufwendigere Konstruktionen und Bauweisen. Die bei elektrischen Maschinen dadurch bedingten, nach aktuellem Stand der Technik bei sehr hohen Ansprüchen in Ausnahmefällen vereinzelt realisierten, vergleichsweise sehr aufwendigen Konstruktionen führen nachteilig zu erheblichen, wirtschaftlich nur selten vertretbaren Herstellungskosten.
Die obengenannten Nachteile des derzeitigen Standes der Technik lassen sich zum Beispiel an der üblichen Bauweise des elektrischen oder elektromagnetischen Kreises von Elektromotoren, Transformatoren, Elektromagneten, unterschiedlichen Aktoren, etc. weiter veranschaulichen, die z. B. auf Ferritbestandteile (beispielsweise in Form von Lamellenpaketen, oder ähnlichem) und/oder geeignete integrierte Permanentmagnete zurückgreifen. Diese weisen nach aktuellem Stand der Technik durchgängig die oben beschriebenen Probleme auf.
1.2 Lösungsansatz:
Die erfindungsgemäße Teilkomponente und/oder die Hilfsmedien für elektrotechnische, magnetische und elektronische Anwendungen (im folgenden zusammenfassend: Teilkomponente bezeichnet, abgekürzt: „ETK”) ist dadurch gekennzeichnet, dass diese neben einer beispielsweise elektrischen Wirksamkeit insbesondere eine magnetisch wirksame zellulare Struktur aufweist. Die ETK kann dabei freitragend oder mit innerer oder äußerer Stützstruktur ausgebildet sein oder eine Kombination davon darstellen oder sich in einem geeigneten Behältnis befinden.
Die Zellularstruktur der ETK kann dabei beispielsweise „as produced”, thermisch oder mechanisch nachbehandelt, bzw. thermisch und mechanisch behandelt sein, um zum einen ggfs. gezielt die Eigenschaften/Mikrostruktur des eigentlichen Grundwerkstoffes oder der Werkstoffkomponenten zu beeinflussen, zum anderen um die eigentliche Zellenform (Mesostruktur), beispielsweise grundlegend und/oder zusätzlich mit einer zweckmäßigen Texturierung, geeignet herzustellen. Die verbleibende Porenstruktur ist dabei zweckentsprechend offen oder geschlossen (ggfs. auch ein geeignetes Füllmedium beinhaltend) ausgebildet.
Zur exemplarischen Veranschaulichung seien hier die bereits oben aufgeführten elektromagnetischen Kreise angeführt, gegenüber deren nach aktuellem Stand der Technik konventionellen Aufbau durch die erfindungsgemäße Zellularstruktur der ETK ohne/bzw. ohne nennenswerte Erniedrigung des Wirkungsgrades eine deutliche Verbesserung des Schwingungsverhaltens bei signifikanter Erhöhung der Festigkeit und Eigendämpfung erreicht wird. Dies ist gleichzeitig verbunden mit dem Vorteil der relativ einfachen Herstellungsweise und Bauform, was zu deutlich verringertem Fertigungsaufwand und geringeren Herstellkosten führt.

Claims

Die Patentansprüche sind dadurch gekennzeichnet, dass: 1. Die insbesonders magnetisch wirksame Teilkomponente und/oder die Hilfsmedien für elektrotechnische, magnetische und elektronische Anwendungen (abgekürzt: ETK) erfindungsgemäß zellular ausgebildet ist, wobei deren Porenstruktur zweckentsprechend offen oder geschlossen ausgebildet ist. Die Wirkung der ETK kann dabei eine hartmagnetische und/oder weichmagnetische Kennlinie aufweisen. 2. Der zellulare Anteil der ETK erfindungsgemäß sowohl freitragend als auch mit innerer oder äußerer Stützstruktur ausgebildet ist oder eine Kombination davon darstellt oder sich in einem geeigneten Behältnis befindet. 3. Die Zellularstruktur der erfindungsgemäßen ETK z. B. „as produced”, thermisch oder mechanisch nachbehandelt, bzw. thermisch und mechanisch behandelt ist. Dadurch werden gezielt vorteilhaft die Eigenschaften und die Mikrostruktur des Grundwerkstoffes oder der Werkstoffkomponenten beeinflusst. 4. Die Zellularstruktur der erfindungsgemäßen ETK z. B. in ihrer Fertigung bzw. durch zusätzliche thermische oder mechanische Nachbehandlung, bzw. thermisch und mechanische Behandlung gezielt beeinflusst wird, um eine vorteilhafte Zellenform (Mesostruktur), beispielsweise grundlegend und/oder zusätzlich mit einer zweckmäßigen Texturierung, zu erreichen. 5. Durch die geeignet ausgebildete und mikrostrukturierte Zellularstruktur der erfindungsgemäßen ETK z. B. ein deutlich verbessertes Schwingungsverhalten gegenüber der nach aktuellem Stand der Technik konventionellen elektrischen, magnetischen und elektronischen Anwendung erreicht wird. 6. Durch die geeignet ausgebildete und mikrostrukturierte Zellularstruktur der erfindungsgemäßen ETK z. B. ein deutlich verbessertes Festigkeitsverhalten gegenüber der nach aktuellem Stand der Technik konventionellen Bauweise der elektrischen, magnetischen und elektronischen Anwendung erreicht wird. 7. Durch die geeignet ausgebildete und mikrostrukturierte Zellularstruktur der erfindungsgemäßen ETK z. B. ein deutlich vereinfachtes und erwartungsgemäß kostengünstigeres Fertigungsverfahren gegenüber der nach aktuellem Stand der Technik konventionell gefertigten elektrischen, magnetischen und elektronischen Anwendung erreicht wird. 8. Durch die geeignet ausgebildete und mikrostrukturierte Zellularstruktur der erfindungsgemäßen ETK z. B. eine deutlich vereinfachte und erwartungsgemäß kostengünstigere Bauform gegenüber der nach aktuellem Stand der Technik konventionellen Bauweise der elektrischen, magnetischen und elektronischen Anwendung erreicht wird. 9. Durch die geeignet ausgebildete und mikrostrukturierte Zellularstruktur der erfindungsgemäßen ETK z. B. eine deutlich erhöhte Eigendämpfung gegenüber dem nach aktuellem Stand der Technik konventionellen Aufbau der elektrischen, magnetischen und elektronischen Anwendung erreicht wird. 10. Durch die geeignet ausgebildete und mikrostrukturierte Zellularstruktur der erfindungsgemäßen ETK z. B. eine Verbesserung insbesondere des magnetischen und damit verbundenen elektronischen Verhaltens im Mikrobereich gegenüber dem nach aktuellem Stand der Technik konventionellen Aufbau der elektronischen Anwendung erreicht wird.