DE102012218656A1

DE102012218656A1 - Magnetkern, insbesondere für einen Stromtransformator, und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102012218656A1
Application number: DE102012218656.5A
Authority: DE
Inventors: Giselher Herzer; Christian Polak; Detlef Otte
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-06-12
Also published as: CN104823250B; CN104823250A; US20150255203A1; WO2014056972A1

Abstract

Magnetkern aus einer nanokristallinen Legierung auf Eisenbasis, die eine Permeabilität µ zwischen 1000 und 3500 und eine Magnetostriktion kleiner 1 ppm aufweist, der bei einer maximalen Toleranz gegenüber unipolaren Stromamplituden von 60 A eine Kernmasse von weniger als 4,7 g oder bei einer maximalen Toleranz gegenüber unipolaren Stromamplituden von 100 A eine Kernmasse von weniger als 5,3 g aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetkern, insbesondere für einen Stromtransformator, und Verfahren zur Herstellung eines solchen Magnetkerns.
Magnetkerne für Stromtransformatoren, aber auch für Leistungstransformatoren und Leistungsdrosseln, werden typischerweise als sogenannte Ringbandkerne bereitgestellt, die Streifen eines weichmagnetischen Materials umfassen. Für die Herstellung des weichmagnetischen Materials sind verschiedene Herstellungsverfahren und die zugehörigen Herstellungsvorrichtungen bekannt. Die bekannten Herstellungsvorrichtungen sind in der Regel als Durchlaufglühanlagen ausgebildet und ermöglichen eine Wärmebehandlung von rascherstarrtem Magnetmaterial (im Folgenden „Bandmaterial“). Das rascherstarrte Magnetmaterial wird mittels eines Gießprozesses hergestellt und anschließend zu einer Rolle gewickelt, um dann als kontinuierliches Band in die Durchlaufglühanlage eingeleitet und von dieser zu weichmagnetischem Material verarbeitet zu werden. Im Rahmen der Verarbeitung wird das Material wärmebehandelt und gleichzeitig unter Zugspannung gesetzt, um gewünschte magnetische Eigenschaften des Bandes zu erhalten.
Über die anliegende Zugspannung kann eine Anisotropie in dem Bandmaterial induziert werden, so dass das hieraus erzeugte weichmagnetische Streifenmaterial eine ausgeprägte flache Hystereseschleife mit einer definierten Permeabilität μ (entsprechend der induzierten Anisotropie) entlang der Zugspannungsrichtung aufweist, da das Permeabilitätsniveau, das mit dem bekannten Herstellungsverfahren erreichbar ist, von der angelegten Zugspannung abhängig ist.
Nachteilig an dem bekannten Herstellungsverfahren ist jedoch, dass das bereitgestellte zu verarbeitende amorphe Bandmaterial aufgrund der Herstellung mittels des Gießverfahrens und des anschließenden Auf- und Abwickelns zu einem Coil bzw. zur Bearbeitung in dem Durchlaufglühofen eine in Längsrichtung des Bandes lokal verändernde Banddicke aufweist. Dies führt in Kombination mit einer in der Regel herstellungsbedingt konstanten Bandbreite dazu, dass eine jeweilige lokale Querschnittsfläche ortsabhängig in Längsrichtung des Bandes variiert. Dies hat zur Folge, dass aufgrund der angelegten Zugkraft bei schwankender Querschnittsfläche ebenso die lokal herrschende Zugspannung unterschiedlich groß ist. Gemäß dem voranstehend beschriebenen Zusammenhang führt dies wiederum dazu, dass sich auch die lokal induzierte Anisotropie und somit die lokale Permeabilität mit der schwankenden Querschnittsfläche verändern.
Doch nicht nur die beschriebene Querschnittsflächenänderung, sondern auch weitere Parameter, wie die Wärmebehandlungstemperatur, ein optional vorsehbares Magnetfeld, die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes, die Ofenlänge, die Wärmeleitung und der Wärmeübergang auf das Band, die Banddicke sowie die verwendete Legierung haben Einfluss auf die induzierte Anisotropie K_u in einem solchen Prozess. Da diese Parameter nach dem Stand der Technik nie konstant gehalten werden können, verändern sich entsprechend auch die lokal induzierte Anisotropie und somit die lokale Permeabilität.
Außerdem sollen Magnetkerne, insbesondere Ringbandkerne, vor allem dann, wenn sie für Stromtransformatoren verwendet werden sollen, möglichst klein, leicht und preiswert sein. Diese Eigenschaften hängen wesentlich von der Wahl des Bandmaterials, aber auch vom eingesetzten Herstellungsverfahren ab, mit dem die magnetischen Eigenschaften des Materials beeinflusst werden.
Gute weichmagnetische Eigenschaften haben insbesondere nanokristalline Legierungen auf Eisenbasis. Flache Hystereseschleifen, welche durch ein kleines Remanenzverhältnis und ein lineares Magnetisierungsverhalten im zentralen Teil der Hystereseschleife gekennzeichnet sind, spielen für die Anwendung eine besonders wichtige Rolle. Solche flachen Schleifen können durch Wärmebehandlung im Magnetfeld eingestellt werden. Dabei ergeben sich relativ hohe Permeabilitäten, welche typischerweise oberhalb µ = 10000 liegen. Obwohl für viele Anwendungen wünschenswert, sind solch hohe Permeabilitätswerte für bestimmte Anwendungen wie z.B. Stromtransformatorkerne für Anwendungen in Stromtransformatoren mit DC-Toleranz weniger geeignet. Für die Anwendung in diesen Stromtransformatorkernen benötigt man vielmehr niedrigere Permeabilitätswerte im Bereich von µ = 500 bis 10.000, beispielsweise µ = 1000 bis 5000. Dies lässt sich zum Beispiel mit amorphen Co-Basis-Legierungen wie VITROVAC 6150 realisieren, welche bei einer Sättigungsmagnetisierung von 1,0 T je nach genauer Zusammensetzung und Wärmebehandlung Permeabilitätswerte im Bereich von µ = 600 bis 3000 aufweisen. Da Co aber ein sehr teurer Rohstoff ist, wurden nanokristalline Fe-Basis-Legierungen mit Zusätzen an Ni und allenfalls geringen Zusätzen an Co beschrieben, mit welchen man im Gegensatz zu rein eisenbasierten Legierungen nach Wärmebehandlung im Magnetfeld ebenfalls kleine Permeabilitätswerte im Bereich µ = 1000 bis 10000 (je nach Konzentration an Ni und Co) einstellen kann. Nachteilig hieran ist jedoch, dass sich durch den Ni- bzw. Co-Zusatz gegenüber rein eisenbasierten Zusammensetzungen die Magnetostriktion auf Werte von mehreren ppm erhöht. Dies macht den Magnetkern empfindlich gegenüber mechanischen Spannungen. Es ist aber ebenfalls bekannt, dass man durch Wärmebehandlung von nanokristallinen Fe-Legierungen unter Zugspannung im Gegensatz zur Magnetfeldbehandlung auch Permeabilitäten unter 10000 einstellen kann. Es besteht jedoch noch immer das Bedürfnis, Magnetkerne bereitzustellen, die ein möglichst geringes Volumen und ein möglichst geringes Gewicht besitzen und kostengünstig herzustellen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Magnetkern angegeben werden, der insbesondere für Stromtransformatoren geeignet ist und ein im Vergleich zum Stand der Technik geringes Gewicht aufweist. Er soll dabei nach Möglichkeit ein vergleichsweise geringes Volumen besitzen und kostengünstig herzustellen sein. Ferner sollen ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Magnetkerns sowie Verwendungen des Magnetkerns angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 11 und 15 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Magnetkern, beispielsweise zur Verwendung bei einem Stromtransformator, mit einem weichmagnetischen Streifenmaterial aus einer nanokristallinen Legierung auf Eisenbasis, die eine Permeabilität μ zwischen 1000 und 3500 und eine Magnetostriktion kleiner 1 ppm aufweist. Der Magnetkern ist erhältlich mittels eines Verfahrens, umfassend das Bereitstellen eines bandförmigen Materials; das Wärmebehandeln des bandförmigen Materials bei einer Wärmebehandlungstemperatur; das Beaufschlagen des wärmebehandelten bandförmigen Materials mit einer Zugkraft in Längsrichtung des bandförmigen Materials, um eine Zugspannung in dem bandförmigen Material zu erzeugen, unter Erhalt des weichmagnetischen Streifenmaterials, wobei zum Erzeugen des weichmagnetischen Streifenmaterials aus dem bandförmigen Material weiterhin vorgesehen ist: das Ermitteln mindestens einer magnetischen Messgröße des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials und Regeln der Zugkraft zum Einstellen der Zugspannung in Reaktion auf die ermittelte magnetische Messgröße.
Die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis für das weichmagnetische Streifenmaterial enthält beispielsweise zumindest 50 Atom-% Eisen, höchstens 4 Atom-% Niob und zumindest 15 und höchstens 20 Atom-% Silicium. Besonders bevorzugt enthält die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis höchstens 2 Atom-% Niob. Ein Siliciumgehalt von zumindest 15 Atom-% ist vorteilhaft, um eine Magnetostriktion kleiner 1 ppm zu erhalten. Ein Niobgehalt von höchstens 4 Atom-% ist vorteilhaft, um die Kosten des erfindungsgemäßen Magnetkerns so gering wie möglich zu halten. Deshalb ist ein Niobgehalt von höchstens 2 Atom-% besonders vorteilhaft.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis eine Legierung (im Folgenden als Legierung A bezeichnet) ist, die aus

– Fe_{100-a-b-c-d-x-y-z}Cu_aNb_bM_cT_dSi_xB_yZ_z und bis zu 1 Atom-% Verunreinigungen besteht, wobei M eines oder mehrere der Elemente Mo, Ta oder Zr, T eines oder mehrere der Elemente V, Mn, Cr, Co oder Ni und Z eines oder mehrere der Elemente C, P oder Ge ist und
– 0 Atom-% ≤ a < 1,5 Atom-%,
– 0 Atom-% ≤ b < 2 Atom-%,
– 0 Atom-% ≤ c < 2 Atom-%,
– 0 Atom-% ≤ d < 5 Atom-%,
– 14 Atom-% < x < 18 Atom-%,
– 5 Atom% < y < 11 Atom-% und
– 0 Atom% < z < 2 Atom% ist,
– ein nanokristallines Gefüge, bei dem zumindest 50 Vol-% der Körner eine mittlere Größe kleiner als 100 nm aufweisen,
– eine Hystereseschleife mit einem zentralen linearen Teil,
– ein Remanenzverhältnis, J_r/J_s, < 0,1, und
– ein Verhältnis von Koerzitivfeldstärke, H_c, zu Anisotropiefeldstärke, H_a, < 10 % aufweist.

Eine nanokristalline Legierung auf Eisenbasis, die zumindest 50 Atom-% Eisen, zumindest 2 und höchstens 4 Atom-% Niob und zumindest 15 und höchstens 20 Atom-% Silicium enthält, wird im Folgenden als „Legierung B“ bezeichnet.
Zur Herstellung des Magnetkerns wird zunächst ein bandförmiges Material bereitgestellt. Bei dem bandförmigen Material kann es sich um eine Legierung handeln, die dieselben Bestandteile wie die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis in denselben Anteilen aufweist, aber ein amorphes Material ist. Außerdem unterscheidet sich das bandförmige Material in seinen magnetischen Eigenschaften von der erfindungsgemäß vorgesehenen nanokristallinen Legierung auf Eisenbasis. Die magnetischen Eigenschaften wurden durch die Verfahrensschritte, also die Wärmebehandlung unter Einwirkung einer Zugkraft, eingestellt, wodurch das weichmagnetische Streifenmaterial erhalten wird.
Die Gestalt als Band ermöglicht nicht nur das Herstellen der nanokristallinen Legierung auf Eisenbasis unter Zugspannung in einem Durchlaufofen, sondern auch das Herstellen eines Magnetkerns mit einer beliebigen Anzahl von Lagen. Das bandförmige Material wird vorzugsweise durch ein Gießverfahren erhalten.
Die Permeabilität der nanokristallinen Legierung auf Eisenbasis, die erfindungsgemäß zwischen 1000 und 3500 liegen soll, kann insbesondere durch Wahl der Zugspannung bei der Wärmebehandlung bestimmt werden. Die Zugspannung kann dabei bis zu etwa 800 MPa betragen, ohne dass das Band reißt. Man kann somit ein Band mit einer Permeabilität innerhalb des gesamten Permeabilitätsbereichs von µ = 1000 bis µ = 3500 abdecken.
Je niedriger die Permeabilität, desto höher können die unipolaren Komponenten (= Gleichstromanteile) der elektrischen Ströme durch die Wicklungen des Magnetkerns sein, ohne das Material zu sättigen. Ebenso können bei gleicher Permeabilität diese Ströme umso höher sein, je höher die Sättigungspolarisation, J_s, des Materials ist. Andererseits nimmt die Induktivität des Magnetkernes mit der Permeabilität und der Baugröße zu. Um Magnetkerne mit gleichzeitig hoher Induktivität und hoher Toleranz gegenüber Gleichstromanteilen zu bauen, ist es daher vorteilhaft, Legierungen mit höherer Sättigungspolarisation einzusetzen.
Vorzugsweise liegt die Permeabilität der nanokristallinen Legierung auf Eisenbasis zwischen 1000 und 3000. Vorzugsweise liegt die bei der Wärmebehandlung angewendete Zugspannung zwischen 10 und 50 MPa.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Magnetkern bei einer maximalen Gleichstrombelastung von 60 A eine Kernmasse von weniger als 4,7 g auf. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist der Magnetkern bei einer maximalen Gleichstrombelastung von 100 A eine Kernmasse von weniger als 5,3 g auf.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis eine Sättigungsmagnetisierung von mehr als 1,3 T auf. Durch eine Erhöhung der Sättigungsmagnetisierung kann der Magnetkern weiter verkleinert und sein Gewicht verringert werden. Dies ist möglich, da aufgrund der höheren Sättigung die Permeabilität erhöht werden kann, ohne dass der Kern frühzeitig in Sättigung geht. Neben der Gewichtsersparnis können die erfindungsgemäßen Magnetkerne aufgrund des geringeren Nb-Gehaltes auch kostengünstiger hergestellt werden.
Die Erfinder haben festgestellt, dass nanokristalline Legierungen auf Eisenbasis mit einer Magnetostriktion unterhalb 1 ppm besonders gute weichmagnetische Eigenschaften auch bei interner Spannung aufweisen, wenn die Permeabilität µ zwischen 1000 und 3500 liegt.
Die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis wird in Form eines weichmagnetischen Streifenmaterials aus einem amorphen bandförmigen Material erhalten. Das Material wird somit als Band bereitgestellt, bevor es der Wärmebehandlung unter Einwirkung einer Zugkraft unter Erhalt des Streifenmaterials unterzogen wird. Das Streifenmaterial kann eine Dicke von 10 µm bis 50 µm aufweisen. Diese Dicke ermöglicht das Wickeln des erfindungsgemäßen Magnetkerns mit einer hohen Anzahl an Lagen, der gleichzeitig einen kleinen Außendurchmesser aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform kann das weichmagnetische Streifenmaterial mit einer Isolierschicht beschichtet sein, um die Lagen des Magnetkerns voneinander elektrisch zu isolieren. Die Schicht kann zum Beispiel eine Polymerschicht, ein Pulverlack oder eine keramische Schicht sein.
Legierung A
Legierung A weist eine Zusammensetzung mit einem Niobgehalt von weniger als 2 Atomprozent (Atom-%) auf. Dies hat den Vorteil, dass die Rohstoffkosten gegenüber einer Zusammensetzung mit einem höheren Niobgehalt niedriger sind, da Niob ein relativ teures Element ist. Ferner sind die Untergrenze des Siliziumgehalts und die Obergrenze des Borgehalts so festgelegt, dass die Legierung in Gestalt eines Bandes unter einer Zugspannung in einem Durchlaufofen hergestellt werden kann, wobei die oben genannten magnetischen Eigenschaften erreicht werden. Folglich kann mit diesem Herstellungsverfahren Legierung A trotz des niedrigeren Niobgehalts auch die gewünschten weichmagnetischen Eigenschaften für Magnetkernanwendungen aufweisen.
Durch das nanokristalline Gefüge mit einer Korngröße von weniger als 100 nm in mindestens 50 Volumenprozent von Legierung A wird eine niedrige Sättigungsmagnetostriktion bei hoher Sättigungspolarisation erreicht. Durch die Wärmebehandlung unter Zugspannung resultiert eine magnetische Hystereseschleife mit einem zentralen linearen Teil, einem Remanenzverhältnis von weniger als 0,1 und einer Koerzitivfeldstärke von weniger als 10 % des Anisotropiefeldes. Damit verknüpft sind niedrige Ummagnetisierungsverluste und eine im linearen, zentralen Teil der Hystereseschleife in weiten Grenzen vom angelegten Magnetfeld bzw. der Vormagnetisierung unabhängige Permeabilität.
Hierin ist der zentrale Teil der Hystereseschleife definiert als der Teil der Hystereseschleife, der zwischen den Anisotropiefeldstärkepunkten liegt, die den Übergang in die Sättigung kennzeichnen. Ein linearer Teil dieses zentralen Teils der Hystereseschleife wird hierin durch einen Nichtlinearitätsfaktor NL von weniger als 3 % definiert, wobei der Nichtlinearitätsfaktor wie folgt errechnet wird: NL (in %) = 100 (δJ_auf + δJ_ab)/(2Js) (1)
Dabei bezeichnen δJ_auf bzw. δJ_ab die Standardabweichung der Magnetisierung von einer Ausgleichsgeraden durch den auf- bzw. absteigenden Ast der Hystereseschleife zwischen Magnetisierungswerten von ± 75 % der Sättigungspolarisation J_s.
Legierung A ist somit besonders für einen Magnetkern geeignet, der eine reduzierte Größe und ein kleineres Gewicht bei niedrigeren Rohstoffkosten und gleichzeitig die gewünschten weichmagnetischen Eigenschaften für die Anwendung als Magnetkern aufweist. In einem Ausführungsbeispiel beträgt das Remanenzverhältnis von Legierung A weniger als 0,05. Die Hystereseschleife von Legierung A ist somit noch linearer bzw. flacher. In einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis von Koerzitivfeldstärke zu Anisotropiefeldstärke weniger als 5 %. Auch ist in diesem Ausführungsbeispiel die Hystereseschleife noch linearer, so dass die Ummagnetisierungsverluste noch niedriger sind. Besonders lineare Schleifen ergeben sich dabei im Bereich niedriger Permeabilitäten, d. h. in etwa µ = 1000 bis 3000.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen mindestens 70 Volumenprozent (Vol-%) der Körner eine mittlere Größe kleiner 50 nm auf. Dies ermöglicht eine weitere Steigerung der magnetischen Eigenschaften. Legierung A wird in Gestalt eines Bandes unter Zugspannung wärmebehandelt, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu erzeugen. Legierung A, d. h. das fertige wärmebehandelte Band, ist somit auch durch ein Gefüge gekennzeichnet, das durch sein Herstellungsverfahren entstanden ist. In einem Ausführungsbeispiel weisen die Kristallite eine mittlere Größe von etwa 20 bis 25 nm und eine remanente Dehnung in Bandlängsrichtung zwischen etwa 0,02 % und 0,5 % auf, welche proportional zu der bei der Wärmebehandlung angelegten Zugspannung ist. Die kristallinen Körner können eine Dehnung von mindestens 0,02 % in eine Vorzugsrichtung aufweisen.
Legierung B
Legierung B unterscheidet sich von Legierung A zunächst dadurch, dass ihr Niobgehalt mindestens 2 Atom-% und höchstens 4 Atom-% beträgt. Für den Rest entspricht Legierung B der Legierung A
Herstellungsverfahren
Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Magnetkerns umfasst die Schritte:

– Bereitstellen eines bandförmigen Materials;
– Wärmebehandeln des bandförmigen Materials bei einer Wärmebehandlungstemperatur;
– Beaufschlagen des wärmebehandelten bandförmigen Materials mit einer Zugkraft in Längsrichtung des bandförmigen Materials, um eine Zugspannung in dem bandförmigen Material zu erzeugen, unter Erhalt des weichmagnetischen Streifenmaterials, wobei zum Erzeugen des weichmagnetischen Streifenmaterials aus dem bandförmigen Material weiterhin vorgesehen ist:
– Ermitteln mindestens einer magnetischen Messgröße des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials und
– Regeln der Zugkraft zum Einstellen der Zugspannung in Reaktion auf die ermittelte magnetische Messgröße.

Die Reihenfolge der Schritte kann je nach Anwendungsfall auch variieren.
Es wird also ein bereitgestelltes bandförmiges Material, insbesondere amorphes bandförmiges Material, vorgesehen, welches in einem nachfolgenden Schritt einer Wärmebehandlung durch Beaufschlagen mit der Wärmebehandlungstemperatur unterzogen wird. Anschließend wird das bandförmige Material gleichzeitig zur Wärmebehandlung und/oder nachfolgend hierzu mit der beschriebenen Zugkraft beaufschlagt, um eine Zugspannung in dem bandförmigen Material zu erzeugen. Über die anliegende Zugspannung kann eine Gefügeänderung des Materials und somit eine Anisotropie, beispielsweise eine Queranisotropie, in das bandförmige Material induziert werden. Beispielsweise ist die Zugspannung derart abgestimmt, dass das mittels des Verfahrens erzeugte weichmagnetische Streifenmaterial eine ausgeprägte flache Hystereseschleife mit einer definierten Permeabilität μ in Zugspannungsrichtung aufweist. Das Beaufschlagen mit der Zugkraft kann gleichzeitig zu der Wärmebehandlung erfolgen.
Wie bereits voranstehend beschrieben ist hierbei die induzierte Anisotropie proportional zu der eingeleiteten Zugspannung, wobei die Permeabilität von der Anisotropie abhängig ist. Eine grafische Darstellung und ausführliche Beschreibung der Zusammenhänge werden in 3a und 3b und der zugehörigen Beschreibung gegeben.
Aus dem bandförmigen Material wird mittels der beschriebenen Schritte ein weichmagnetisches Streifenmaterial mit definierten magnetischen Eigenschaften bzw. einem veränderten Gefüge erzeugt und anschließend einer Messung zum Ermitteln einer oder mehrerer magnetischer Messgrößen unterzogen.
Diese lassen Rückschlüsse auf die magnetischen Eigenschaften des erzeugten Streifenmaterials zu, etwa für eine magnetische Charakterisierung des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials. Eine beispielhafte Aufzählung ermittelbarer magnetischer Messgrößen wird weiter unten gegeben.
Mit Kenntnis der mindestens einen magnetischen Messgröße kann dann die beschriebene Regelung der Zugkraft erfolgen, um so die Zugspannung auf einen gewünschten Wert einzustellen. Es wird also mittels der Zugkraft die Zugspannung variiert, wobei die Regelung der Zugkraft in Abhängigkeit von der ermittelten mindestens einen magnetischen Messgröße erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform wird beim Schritt des Regelns der Zugkraft die Zugkraft derart variiert, dass die Zugspannung in der Längsrichtung des bandförmigen Materials mindestens abschnittsweise entlang der Längsrichtung im Wesentlichen konstant gehalten wird. Demnach wird die Zugkraft derart verändert, dass die lokal in dem bandförmigen Material herrschende Zugspannung konstant gehalten werden kann. Es kann auf diese Weise eine Beeinflussung der lokalen Zugspannung durch die herstellungsbedingt über den Längsverlauf des bandförmigen Materials schwankende lokale Querschnittsfläche derart kompensiert werden, dass ein hiermit verbundenes Schwanken der zugehörigen Zugspannung im Wesentlichen verhindert wird, wie dies der Fall wäre, wenn lediglich eine konstante Zugkraft angelegt werden würde.
Folglich kann in dem durchlaufenden bandförmigen Material im Falle der konstanten Zugspannung eine entsprechend konstante Anisotropie K_U induziert werden, welche eine ebenfalls konstante Permeabilität μ bewirkt. Zusätzlich sind noch weitere Parameter bekannt, welche eine induzierte Anisotropie in einem derartigen Herstellungsverfahren beeinflussen und verändern können, hierzu zählen beispielsweise die Wärmebehandlungstemperatur, die Durchlaufgeschwindigkeit des bandförmigen Materials, die Wegstrecke für die Beaufschlagung mit der Wärmebehandlungstemperatur (sprich eine Ofenlänge), die (mittlere) Dicke des bandförmigen Materials, die Wärmeleitung bzw. der Wärmeübergang auf das bandförmige Material und/oder die Art der gewählten Legierung sowie Parameter des optional vorsehbaren Magnetfeldes.
Da diese Parameter in der Praxis nie konstant gehalten werden können, kann die Regelung der Zugspannung, also einer im Prozess variabel einstellbaren Kraft im Band, dazu verwendet werden, die induzierte Anisotropie K_u und somit die Permeabilität μ über die Bandlänge konstant zu halten. Dazu wird die Kraft im Band beispielsweise in kleinen Schritten um einen Sollzugspannungswert variiert, um die lokalen Einflüsse, wie Temperaturunterschiede, Banddickenfluktuationen, geringfügige Abweichungen der Durchlaufgeschwindigkeit, Veränderungen in der Materialzusammensetzung usw. auszugleichen.
Es kann also beispielsweise mittels Regelns der Zugkraft in Abhängigkeit von einer ermittelten magnetischen Messgröße zur Einstellung einer gewünschten Zugspannung die induzierte Anisotropie K_U und somit die Permeabilität über einen definierten Abschnitt oder sogar über die gesamte Länge des bandförmigen Materials konstant gehalten werden.
Wird mittels der beschriebenen Regelung die Zugspannung lediglich abschnittsweise konstant gehalten oder stetig verändert, so eröffnet dies zusätzlich die Möglichkeit, durch Veränderung eines entsprechenden Vorgabewertes die Zugspannung in einem ersten Abschnitt auf einem ersten Wert und in einem nachfolgenden zweiten Abschnitt auf einem zweiten Wert konstant zu halten. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Abschnitte mit einem jeweils individuell eingestellten konstanten Zugspannungswert vorgesehen sein. Anschließend kann beispielsweise jeder Abschnitt zum Wickeln eines eigenen Magnetkerns genutzt und somit Magnetkerne mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufeinanderfolgend erzeugt werden.
Beispielsweise umfasst das Regeln der Zugkraft ein automatisches Einstellen der Zugspannung um einen vordefinierten Sollzugspannungswert. Die in das bandförmige Material eingeleitete Zugkraft kann also automatisch in kleinen Schritten oder stufenlos um den Sollzugspannungswert in Reaktion auf die mindestens eine magnetische Messgröße variiert werden, um lokale Einflüsse in dem bandförmigen Material, wie etwa Temperaturunterschiede, Banddickenfluktuationen, Abweichungen der Durchlaufgeschwindigkeit und/oder Veränderungen in der Materialzusammensetzung auszugleichen.
Beispielsweise wird die Zugkraft stetig geregelt, d.h. es erfolgt eine ständige Überprüfung und (Nach-)Regelung. Ein vordefinierter Sollwert kann, wie vorstehend beschrieben, ebenfalls lediglich für einen definierten Abschnitt des bandförmigen Materials vorgesehen werden, so dass einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Abschnitten jeweils individuelle Zugspannungsniveaus zugewiesen werden können, wodurch sich über die Länge des jeweiligen Abschnitts die induzierte Anisotropie bzw. die damit erzielte Permeabilität in einem weiten Bereich gezielt einstellen lässt.
Beispielsweise kann somit in Abhängigkeit von einer gewählten Materialzusammensetzung des bandförmigen Materials bzw. einer hierfür verwendeten Legierung eine Permeabilität μ im Bereich von unter 1000 bis zu 3500 erreicht werden. Eine solche relativ niedrige Permeabilität μ ist vorteilhaft für Stromtransformatoren.
Die beschriebenen Ausführungsformen bieten also den Vorteil, dass eine Kombination der beiden voranstehenden Aspekte, nämlich die Zugspannung über weite Bereiche konstant halten zu können sowie ein Zugspannungsniveau abschnittsweise durch einen jeweiligen Sollzugspannungswert vorzugeben, ermöglicht wird. Es reicht beispielsweise nicht aus, nur eine hohe Zugkraft in das bandförmige Material einzubringen, um die gewünschte Permeabilität zu erzielen, da die erreichte Zielpermeabilität somit lediglich für einen bestimmten, lokalen Bereich des bandförmigen Materials exakt eingestellt wäre. Vielmehr müssen zusätzlich zu dem definierten Zugkraftniveau sehr feine und vor allem störungsfreie Zugkraftvariationen ausgeführt werden können, um die Zugspannung, wie beschrieben, auf einem konstanten Wert halten zu können.
Mit anderen Worten kann mit dem beschriebenen Verfahren weichmagnetisches Streifenmaterial mit einem oder mehreren verschiedenen jeweils konstanten Permeabilitätsniveaus oder mit sich stetig ändernder Permeabilität hergestellt werden, wobei jedes Niveau mittels der erfindungsgemäßen Regelung mit sehr geringen Abweichungen von dem vorgegebenen Sollpermeabilitätswert über die gesamte Streifenlänge oder über einen bzw. mehrere definierte Abschnitte hergestellt werden kann.
Ferner kann das Verfahren als optionalen Schritt das Beaufschlagen des bandförmigen Materials mit einem Magnetfeld (Magnetfeldbehandlung) umfassen, wobei die Magnetfeldbehandlung beispielsweise nachfolgend oder gleichzeitig zu der Wärmebehandlung erfolgen kann. Selbstverständlich kann auch eine Behandlung mit mehr als einem Magnetfeld, wie etwa mehreren Magnetfeldern mit jeweils unterschiedlicher räumlicher Ausrichtung, vorgesehen werden.
Das Verfahren kann außerdem einen Schritt des Aufwickelns mindestens eines definierten Abschnitts des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials zum Erzeugen mindestens eines Magnetkerns in Form eines Ringbandkernes nachfolgend zu dem Schritt des Ermittelns der mindestens einen magnetischen Messgröße umfassen. Durch den Schritt des Aufwickelns wird der erfindungsgemäße Magnetkern als Ringbandkern erhalten.
Das erzeugte Streifenmaterial kann somit im Anschluss an die voranstehend beschriebenen Schritte zu einem oder mehreren Ringbandkernen aufgewickelt werden. Da mittels des beschriebenen Verfahrens ein möglichst konstanter oder stetiger Permeabilitätsverlauf auf einem oder mehreren Niveaus erzeugt wird, können hieraus Magnetkerne mit einer jeweils sehr konstanten Permeabilitätsverteilung innerhalb des Magnetkerns aber auch mit geringen Exemplarstreuungen von mehreren Magnetkernen mit gleichem Sollwert für die Permeabilität hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Magnetkerne können bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit sehr geringen Exemplarstreuungen von weniger als +/– 2,5 % hergestellt werden. Aufgrund dessen können die erfindungsgemäßen Magnetkerne zielgenau dimensioniert werden, was gegenüber dem Stand der Technik eine deutliche Gewichtsreduktion von bis zu 50 % ergibt. Die gemäß dem Stand der Technik hergestellten Kerne weisen eine deutlich höhere Exemplarstreuung von bis zu +/– 20% auf. Diese hohe Toleranz muss bei der Dimensionierung vorgehalten werden, womit sich größere Abmessungen und höhere Kerngewichte ergeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Schritt des Aufwickelns in Reaktion auf die mindestens eine magnetische Messgröße gesteuert. Dies ermöglicht beispielsweise ein gezieltes Aufwickeln von definierten Abschnitten, die über eine Charakterisierung mittels der ermittelten magnetischen Messgröße bestimmt werden. Wird also beispielsweise ein unterschiedliches Permeabilitätsniveau erreicht, also ein Sprung in dem Permeabilitätsverlauf erkannt bzw. erzeugt, so kann das Aufwickeln entsprechend gesteuert werden. So kann beispielsweise das Aufwickeln eines ersten Magnetkerns beendet und ein Aufwickeln eines neuen Magnetkerns begonnen werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der Schritt des Aufwickelns ein Aufwickeln einer definierten Anzahl von Bandlagen des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials zum Erzeugen des mindestens einen Ringbandkerns, wobei ein Definieren der Anzahl von Bandlagen in Reaktion auf die mindestens eine magnetische Messgröße erfolgt. Hierzu finden beispielsweise die lokale Banddicke bzw. die hiermit verbundene magnetische Querschnittsfläche für den Schritt des Aufwickelns Berücksichtigung. Es kann bereits vor dem tatsächlichen Aufwickeln eine Anzahl von Bandlagen bestimmt und im Rahmen des Aufwickelns derart variiert werden, dass der gewickelte Kern eine vordefinierte Kernquerschnittsfläche A_KFe aufweist.
Das beschriebene Verfahren bietet folglich die Möglichkeit, eine Anzahl von Kernen herzustellen, wobei jeder der Kerne neben einem definierten Permeabilitätsverlauf über die Länge des aufgewickelten Streifenmaterials außerdem einen definierten Kernquerschnitt mit einer Kernquerschnittsfläche aufweist.
Somit ermöglicht die Bandform nicht nur eine Verarbeitung der Legierung unter Zugspannung in einer nachfolgend näher beschriebenen Durchlaufglühanlage, sondern auch die Herstellung von Ringbandkernen mit einer beliebigen Anzahl an Lagen. Auf diese Weise können die Größe und die magnetischen Eigenschaften eines Ringbandkerns durch eine entsprechende Auswahl der Anzahl von Wicklungen bzw. Bandlagen an eine vorgesehene Anwendung auf einfache Weise angepasst werden.
Beispielsweise kann hierbei die Anzahl der Bandlagen derart variiert werden, dass eine Querschnittsfläche A_KFe1 eines ersten Ringbandkerns und eine Querschnittsfläche A_KFe2 eines zweiten Ringbandkerns im Wesentlichen gleich groß sind. Es kann somit eine beliebige Anzahl von Ringbandkernen mit jeweils gleich großer Kernquerschnittsfläche erzeugt werden, zumindest jedoch mit einer sehr geringen Abweichung der jeweiligen Kernquerschnittsfläche. Die Anzahl der Bandlagen kann beispielsweise auch derart variiert werden, dass alternativ oder zusätzlich die Permeabilität des ersten Ringbandkerns und die Permeabilität des zweiten Ringbandkerns im Wesentlichen gleich groß sind.
So kann auch der Effekt der zumindest abschnittsweise konstanten Permeabilität und der Effekt einer gleichgroßen Kernquerschnittsfläche durch einen Mittelungsprozess beim Aufwickeln des jeweiligen Kerns unterstützt werden. Mittels dieser Überlagerung beim Aufwickeln kompensieren sich über eine definierte Länge (beispielsweise mehrere Meter) des Streifenmaterials hinweg die jeweils positiven und negativen Abweichungen von einem vordefinierten Sollwert. Es kann somit in einem einzigen zusammenhängenden Herstellungsverfahren bzw. Prozess aus einem Ausgangsmaterial, über eine Wärmebehandlung bis zu einer Magnetkernherstellung, ein fertig geprüfter Kern mit sehr geringer Exemplarstreuung bezüglich der Permeabilität und der Kernquerschnittsfläche erzielt werden. Auf diese Weise werden engere Kerntoleranzen ermöglicht, so dass kleinere Magnetkerne herstellbar sind, welche wiederum zu einer Material- und Kostenersparnis beitragen.
Die besondere Bedeutung der in dem erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterial gemessenen magnetischen Messgrößen für die anschließend hieraus gewickelten Magnetkerne und die hiermit erzielte jeweilige geringe Exemplarstreuung wird nachfolgend näher erläutert.
Üblicherweise werden die Wärmebehandlungstemperatur und eine Durchlaufgeschwindigkeit des bandförmigen Materials in Abhängigkeit von der jeweils gewählten Legierung derart ausgewählt, dass eine Magnetostriktion in einem nanokristallinen Zustand des entsprechend wärmebehandelten weichmagnetischen Streifenmaterials unter 1 ppm liegt. Dies ist als Grundbedingung anzusehen, um aus dem wärmebehandelten weichmagnetischen Streifenmaterial einen Magnetkern zu wickeln, welcher auch nach dem Wickelvorgang in seinem aufgewickelten Zustand eine ähnliche oder sogar gleiche Permeabilität aufweist wie das ungewickelte Streifenmaterial. Dies liegt darin begründet, dass ein Produkt aus durch das Aufwickeln hervorgerufenen Biegespannungen und dem Wert der Magnetostriktion eine zusätzliche, in das Streifenmaterial induzierte Anisotropie darstellt und daher möglichst gering gehalten werden muss. Kann dies nicht erzielt werden, so würde sich andernfalls die Permeabilität des gewickelten Kerns von jener des Streifenmaterials mehr oder weniger stark unterscheiden.
Es lässt sich außerdem feststellen, dass eine möglichst hohe in dem Herstellungsverfahren des weichmagnetischen Streifenmaterials induzierte Anisotropie bewirkt, dass der Kern gegen die immer gleichbleibend kleinen zusätzlichen Anisotropien aufgrund der Wickelspannungen zunehmend unempfindlich ist. Einen entsprechenden Vergleich einer am ungewickelten weichmagnetischen Streifenmaterial gemessenen Hysterese und einer am gewickelten Ringbandkern bestimmten Hysterese ist in 4 dargestellt.
Wie bereits erwähnt, kann das im Rahmen des beschriebenen Verfahrens als Ausgangsmaterial bereitgestellte bandförmige Material unter Zugspannung wärmebeaufschlagt werden, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu erzeugen. Hierbei ist die gewählte Temperatur von großer Bedeutung, da in Abhängigkeit von dieser das Gefüge des Materials beeinflusst wird. Diese kann derart gewählt werden, dass die Wärmebehandlungstemperatur über einer Kristallisationstemperatur des bandförmigen Materials liegt zum Überführen des bandförmigen Materials aus einem amorphen Zustand in einen nanokristallinen Zustand. Der nanokristalline Zustand ist für die Ringbandkerne vorteilhaft und für hervorragende weichmagnetische Eigenschaften des erzeugten Streifenmaterials verantwortlich. So wird durch das nanokristalline Gefüge eine niedrige Sättigungsmagnetostriktion bei gleichzeitig hoher Sättigungspolarisation erreicht. Durch die vorgeschlagene Wärmebehandlung unter definierter Zugspannung resultiert bei geeigneter Legierungswahl eine magnetische Hysterese mit einem zentralen linearen Teil. Hiermit verbunden sind niedrige Ummagnetisierungsverluste und eine im linearen, zentralen Teil der Hysterese in weiten Grenzen vom angelegten Magnetfeld bzw. von der Vormagnetisierung unabhängige Permeabilität, die bei Magnetkernen insbesondere für Stromtransformatoren gewünscht sind.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Ermitteln der mindestens einen magnetischen Messgröße in Echtzeit. Es ist in diesem Falle möglich, eine magnetische Charakterisierung „inline“ innerhalb einer Produktionslinie im laufenden Betrieb durchzuführen. Eine beispielhafte Auswahl von magnetischen Messgrößen wird nachfolgend noch beschrieben.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, dass das bandförmige Material bzw. das erzeugte weichmagnetische Streifenmaterial eine Herstellungsvorrichtung in voller Geschwindigkeit durchlaufen kann, ohne den Prozess für die Ermittlung unterbrechen oder verlangsamen zu müssen.
Beispielsweise kann die mindestens eine magnetische Messgröße aus einer Gruppe bestehend aus dem magnetischen Sättigungsfluss, der magnetischen Bandquerschnittsfläche A_Fe, der Anisotropiefeldstärke, der Permeabilität, der Koerzitivfeldstärke und dem Remanenzverhältnis des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials ausgewählt werden. All diesen Messgrößen bzw. den zugehörigen magnetischen Eigenschaften des erzeugten Streifenmaterials ist gemein, dass diese von einer in das Material eingeleiteten Zugspannung abhängig sind und somit mittels des beschriebenen Verfahrens entsprechend geregelt werden können.
Umfasst der Schritt des Ermittelns der magnetischen Messgröße ebenfalls ein Ermitteln der lokalen magnetischen Querschnittsfläche A_Fe, so erlaubt dies nicht nur ein weichmagnetisches Streifenmaterial herzustellen, welches, wie beschrieben, einen möglichst konstanten Permeabilitätsverlauf entlang seiner Länge aufweist, sondern erlaubt darüber hinaus gleichzeitig, Informationen über den Dickenverlauf des erzeugten Streifenmaterials zu gewinnen. Diese Kombination ermöglicht es, aus dem erzeugten Streifenmaterial Ringbandkerne mit sehr genau einstellbaren Permeabilitätswerten und gleichzeitig einstellbaren Kernquerschnittsflächen A_KFe des Ringbandkerns zu wickeln, indem eine erforderliche Streifenlänge bereits vor dem tatsächlichen Aufwickeln definiert werden kann.
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Vorrichtung zum Herstellen von weichmagnetischem Streifenmaterial vorgesehen sein mit

– einer eingangsseitigen Materialzuführung zum Bereitstellen von bandförmigem Material,
– einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Wärmebehandlung des bandförmigen Materials bei einer Wärmebehandlungstemperatur,
– einer Spannvorrichtung zum Beaufschlagen des wärmebehandelten bandförmigen Materials mit einer Zugkraft zum Erzeugen einer Zugspannung in einer Bandlängsachse des bandförmigen Materials zumindest im Bereich der Wärmebehandlungsvorrichtung, wobei
– die Spannvorrichtung zur Variation der Zugkraft in dem bandförmigen Material regelbar ausgebildet ist, um die Zugspannung einzustellen,
– wobei zum Erzeugen des weichmagnetischen Streifenmaterials die Vorrichtung außerdem eine Messanordnung zum Ermitteln mindestens einer magnetischen Messgröße des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials und
– wobei eine Regelungseinheit zum Regeln der Spannvorrichtung vorgesehen ist, die derart ausgebildet und mit der Messanordnung verbunden ist, dass das Regeln der Spannvorrichtung ein Regeln der Zugkraft in Reaktion auf die mindestens eine ermittelte magnetische Messgröße umfasst.

Die Vorrichtung kann außerdem eine Wickeleinheit mit mindestens einem Wickeldorn zum Aufwickeln eines definierten Abschnitts des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials zum Erzeugen mindestens eines Ringbandkernes umfassen, wobei die Wickeleinheit derart ausgebildet und mit der Messanordnung verbunden ist, dass das Aufwickeln in Reaktion auf die mindestens eine ermittelte Messgröße erfolgt.
Ferner kann die Vorrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen mindestens eines Magnetfelds zum Beaufschlagen des wärmebehandelten Materials mit dem mindestens einen erzeugten Magnetfeld umfassen. Das Magnetfeld kann quer und/oder senkrecht zu der Bandlängsachse bzw. Bandfläche gerichtet sein.
Zum Beispiel kann die Spannvorrichtung zum Erzeugen der Zugkraft in dem bandförmigen Material derart ausgestaltet sein, dass sich das bandförmige Material dennoch kontinuierlich fortbewegen kann und sich die Zugkraft nach Vorgabe der Regelungseinheit auf Grundlage der durch die Messanordnung ermittelten magnetischen Messgröße variieren lässt. Beispielsweise muss die Spannvorrichtung eine ausreichend hohe Zugkraft in das bandförmige Material einleiten können und eine erforderliche Genauigkeit gewährleisten, zum Beispiel reproduzierbare Zugkraftänderungen zulassen und die vorgegebene Zugkraft auch bei einer plastischen Dehnung des bandförmigen Materials aufbringen und gewährleisten können.
Hierzu umfasst die Spannvorrichtung zum Erzeugen der Zugkraft zwei miteinander gekoppelte S-förmige Rollenantriebe, eine Tänzerregelung und/oder eine Schwingenregelung sowie drehmomentgesteuerte Bremsantriebe und/oder mechanisch gebremste Rollen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere geeignete Spannvorrichtungen einsetzbar, welche die genannten Anforderungen erfüllen.
Vorzugsweise umfasst das mittels der eingangsseitigen Materialzuführung bereitgestellte bandförmige Material ein auf eine Endbreite zugeschnittenes und/oder gegossenes bandförmiges und/oder zu einem Coil aufgewickeltes Material. Mittels einer derartigen Vorkonfektionierung ist eine einfache Verarbeitung in einer Wärmebehandlungsvorrichtung wie etwa einer Durchlaufglühanlage möglich.
Beispielsweise ist die Messanordnung in einem der Wärmebehandlungsvorrichtung und/oder der Spannvorrichtung nachfolgenden Abschnitt angeordnet, so dass das die Messanordnung durchlaufende erzeugte weichmagnetische Streifenmaterial frei von der durch die Spannvorrichtung bereitgestellten Zugkraft ist. Zum Transport und Wickeln des Streifenmaterials kann selbstredend dennoch eine gewisse Spannung bzw. Zugkraft anliegen.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der erfindungsgemäße Magnetkern erhalten werden. Gemäß einer Ausführungsform kann das weichmagnetische Streifenmaterial mit einer Isolierschicht beschichtet werden, um die Lagen des Ringbandkerns voneinander elektrisch zu isolieren. Das Streifenmaterial kann dabei vor und/oder nach dem Aufwickeln zu dem Magnetkern mit der Isolierschicht beschichtet werden.
Selbstredend können die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in beliebigen geeigneten anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendet werden.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Magnetkerns für einen Stromtransformator vorgesehen. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Magnetkerns kann vorteilhafterweise insbesondere ein gleichstromtoleranter Stromtransformator erhalten werden. Die Anforderungen, die an einen solchen Stromtransformator zu stellen sind, sind in WO 2004/088681 A2 sowie in Normen wie IEC 62053-21 und IEC 62053-23 beschrieben. Die Stromtransformatoren mit erfindungsgemäßen Magnetkernen werden diesen Anforderungen gerecht.
Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, dass Magnetkerne für Stromtransformatoren erhalten werden können, die ein geringes Gewicht und ein geringes Volumen aufweisen sowie kostengünstig herzustellen sind, wenn (i) eine nanokristalline Legierung auf Eisenbasis mit einer Magnetostriktion kleiner 1 ppm verwendet wird, deren Permeabilität, welche zwischen µ = 1000 und 3500 liegt, durch Wärmebehandlung der Legierung unter Zugspannung gezielt eingestellt wird, und (ii) insbesondere durch die beschriebene Inline-Regelung bei der Wärmebehandlung die Streubreite der Magnetwerte der Kernbreite reduziert wird. Die geringeren Streuungen ermöglichen eine zielgenaue Optimierung der Kernabmessungen, womit eine deutliche Reduktion des Kerngewichts gelingt. Das Kerngewicht kann schließlich (iii) durch Erhöhung der Sättigungsmagnetisierung auf mehr als 1,3 T weiter reduziert werden, was durch eine Absenkung des Nb-Gehaltes unter 2 Atom-% erreicht wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die die Erfindung nicht einschränken sollen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
1 in einer schematischen Darstellung den Verfahrensablauf gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 in einer schematischen Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens,
3a und 3b Grundlagen der zugspannungsinduzierten Anisotropie, Definition der mechanischen und magnetischen Begriffe und in zwei Diagrammen den Zusammenhang zwischen einer in ein bandförmiges Material eingeleiteten Zugspannung und einer resultierenden Anisotropie bzw. Permeabilität,
4 in einem Diagramm den Vergleich einer am ungewickelten weichmagnetischen Streifenmaterial gemessenen Hysterese mit einer am gewickelten Kern bestimmten Hysterese, und
5 in einer schematischen perspektivischen Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines Magnetkerns.
In 1 ist schematisch ein beispielhafter Ablauf des Verfahrens zum Herstellen von weichmagnetischem Streifenmaterial für Magnetkerne in Form von Ringbandkernen gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines bandförmigen Materials, das Wärmebehandeln des bandförmigen Materials bei einer Wärmebehandlungstemperatur und das Beaufschlagen des wärmebehandelten bandförmigen Materials mit einer Zugkraft in einer Längsrichtung des bandförmigen Materials, um eine Zugspannung in dem bandförmigen Material zu erzeugen. Diese Schritte dienen zum Erzeugen des weichmagnetischen Streifenmaterials aus dem bandförmigen Material. Außerdem umfasst das Verfahren ein Ermitteln mindestens einer magnetischen Messgröße des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials, und ein Regeln der Zugkraft zum Einstellen der Zugspannung in Reaktion auf die ermittelte magnetische Messgröße (Pfeil A). Optional umfasst das Verfahren einen Schritt des Aufwickelns mindestens eines definierten Abschnitts des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials zum Erzeugen mindestens eines Ringbandkernes nachfolgend zu dem Schritt des Ermittelns der mindestens einen magnetischen Messgröße. Beispielsweise wird der Schritt des Aufwickelns in Reaktion auf die mindestens eine magnetische Messgröße gesteuert bzw. geregelt (Pfeil B).
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 20 zum Herstellen von weichmagnetischem Streifenmaterial gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 20 umfasst eine eingangsseitige Materialzuführung 21 zum Bereitstellen von bandförmigem Material, eine Wärmebehandlungsvorrichtung 22 zur Wärmebehandlung des bandförmigen Materials bei einer Wärmebehandlungstemperatur, eine Spannvorrichtung 24 zum Beaufschlagen des bandförmigen Materials mit einer Zugkraft zum Bereitstellen einer Zugspannung in einer Bandlängsachse des bandförmigen Materials zumindest im Bereich der Wärmebehandlungsvorrichtung 22. Die Spannvorrichtung 24 ist für eine Variation der Zugkraft in dem bandförmigen Material regelbar ausgebildet, um die gewünschte Zugspannung zum Erzeugen des weichmagnetischen Streifenmaterials einzustellen.
Die Vorrichtung 20 umfasst außerdem eine Messanordnung 25 zum Ermitteln mindestens einer magnetischen Messgröße des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials und eine Regelungseinheit 26 zum Regeln der Spannvorrichtung 24, wobei die Regelungseinheit 26 derart ausgebildet und mit der Messanordnung 25 verbunden ist, dass das Regeln der Spannvorrichtung 24 ein Regeln der Zugkraft in Reaktion auf die mindestens eine ermittelte magnetische Messgröße umfasst. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Spannvorrichtung 24 zwei miteinander gekoppelte S-förmige Rollenantriebe sowie eine Tänzerregelung. Die Rollenantriebe können zusätzlich oder alternativ auch unterschiedliche Geschwindigkeiten haben, wobei der in Bewegungsrichtung des Bandes erste Rollenantrieb eine leicht geringere Antriebsgeschwindigkeit aufweisen kann als der nachfolgende Rollenantrieb, wodurch dann eine zusätzliche Zugkraft zwischen beiden Rollenantrieben erzeugt werden kann. Alternativ kann die erste Rolle dabei auch gebremst anstelle angetrieben werden. Die Tänzerregelung kann außer zur Zugkrafterzeugung auch dazu dienen, Geschwindigkeitsschwankungen zu kompensieren. Alternativ oder zusätzlich kann eine Schwingenregelung vorgesehen werden.
Optional umfasst die Vorrichtung 20 eine Vorrichtung 23 zum Erzeugen mindestens eines Magnetfelds zum Beaufschlagen des wärmebehandelten Bandmaterials mit dem mindestens einen Magnetfeld und/oder eine Wickeleinheit 27 mit mehreren Wickeldornen 28 zum Aufwickeln jeweils eines definierten Abschnitts des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials zum Erzeugen einer Anzahl von Ringbandkernen, wobei die Wickeleinheit derart ausgebildet und mit der Messanordnung 25 verbunden ist, dass das Aufwickeln in Reaktion auf die mindestens eine ermittelte Messgröße erfolgt. Ebenfalls optional umfasst die Wickeleinheit 27 einen zusätzlichen S-förmigen Rollenantrieb 29 zum Zuführen des Streifenmaterials an den jeweiligen Wickeldorn 28.
3a und 3b zeigen einen Zusammenhang zwischen einer in ein bandförmiges Material 30 mittels einer Zugkraft F eingeleiteten Zugspannung und einer resultierenden Anisotropie K_U bzw. Permeabilität µ. Eine lokal in dem bandförmigen Material 30 herrschende Zugspannung µ ergibt sich aus der anliegenden Zugkraft F und einer lokalen magnetischen Querschnittsfläche A_Fe (Materialquerschnitt) zu:
so dass eine induzierte Anisotropie K_U in Querrichtung zu dem längserstreckten bandförmigen Material gemäß dem in 3b dargestellten Diagramm in Abhängigkeit von der Zugspannung σ ansteigt. Eine Permeabilität µ wird über die angelegte Zugspannung σ eingestellt und ergibt sich bekanntermaßen aus der mittleren Steigung der Hystereseschleife bzw. aus einer magnetischen Flussdichte B_S (Sättigungsmagnetisierung) bzw. einer magnetischen Feldstärke H (Anisotropiefeldstärke H_a) sowie einer magnetischen Feldkonstanten μ₀ in Verbindung mit der Anisotropie K_U wie folgt:
Liegt also beispielsweise herstellungsbedingt eine schwankende Dicke des bandförmigen Materials vor, so schwankt entsprechend bei Annahme einer gleichbleibenden Breite die lokale Querschnittsfläche A_FE und mit ihr bei konstanter Zugkraft F die anliegende Zugspannung σ. Diese wiederum bewirkt eine entsprechende Änderung der induzierten Anisotropie K_U, welche über die genannten Zusammenhänge die Permeabilität µ entsprechend beeinflusst, so dass sich auch diese über die Länge des hiermit aus dem bandförmigen Material erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials verändert.
3b zeigt außerdem einen Verlauf der Permeabilität in Abhängigkeit von der Zugspannung σ für drei Wärmebehandlungstemperaturen.
4 zeigt einen Vergleich einer am ungewickelten weichmagnetischen Streifenmaterial gemessenen Hysterese 60 und einer am gewickelten Kern bestimmten Hysterese 61. Um gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem ungewickelten weichmagnetischen Streifenmaterial einen aufgewickelten Ringbandkern zu erstellen, der eine möglichst ähnliche oder sogar gleiche Permeabilität aufweist wie das Streifenmaterial, sollte die Wärmebehandlungstemperatur und eine Durchlaufgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem gewählten Material bzw. einer gewählten Legierung derart abgestimmt sein, dass eine Magnetostriktion in einem nanokristallinen Zustand des Streifenmaterials unter 1 ppm liegt.
Das Produkt aus Biegespannungen aufgrund des Aufwickelns des Streifenmaterials und dem Wert der Magnetostriktion stellt eine zusätzliche in das aufgewickelte Streifenmaterial induzierte Anisotropie dar und sollte daher möglichst klein gehalten werden. Andernfalls würde sich die Permeabilität des Magnetkerns mehr oder weniger stark von jener des ungewickelten Streifenmaterials unterscheiden. Somit gilt, dass je höher die beim Erzeugen des ungewickelten weichmagnetischen Streifenmaterials induzierte Anisotropie ist, desto unempfindlicher wird der Ringbandkern gegen die immer gleichbleibend kleinen zusätzlichen Anisotropien aufgrund der Wickelspannungen.
Wie aus dem dargestellten Hystereseverlauf ersichtlich ist, liegt eine Permeabilität µ in einem Bereich von 1000. Dies entspricht einer kleinen bis mittelstarken induzierten Anisotropie. Bis auf kleine Defekte in einem Bereich einer Einmündung in eine magnetische Sättigung können die beiden Hystereseverläufe für das ungewickelte weichmagnetische Streifenmaterial 60 und den aufgewickelten Ringbandkern 61 als identisch angesehen werden.
5 zeigt einen Schnitt durch einen Magnetkern 51, der einen gewickelten Ringbandkern 52 und eine Beschichtung 53 aus einem Pulverlack aufweist. Die Beschichtung 53 fixiert den Ringbandkern 52. Eine solche Fixierung ermöglicht eine Größenreduktion des Magnetkerns. Beim vorliegenden Beispiel ist eine solche Fixierung trotz der dabei eingebrachten mechanischen Spannungen möglich, weil die Magnetkerne eine geringe Magnetostriktion besitzen.
Der Ringbandkern 52 besitzt eine Höhe h, einen Außendurchmesser d_a und einen Innendurchmesser d_i. Auf die Oberflächen des Ringbandkerns ist die Pulverlack-Beschichtung 53 aufgebracht. Damit weist der Magnetkern 51 eine Höhe H, einen Außendurchmesser OD und einen Innendurchmesser ID auf. Ferner ist in 5 die Bandquerschnittsfläche A_Fe gekennzeichnet.
Beispiele
Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung im Verhältnis zu Vergleichsbeispielen. Dazu wurden bandförmige Materialien ausgewählt, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 wiedergegeben ist. Diese bandförmigen Materialien wurden einer Wärmebehandlung und weiteren Verfahrensschritten zur Herstellung eines weichmagnetischen Streifenmaterials unterzogen, um beispielsweise eine nanokristalline Legierung auf Eisenbasis oder eine amorphe Legierung auf Kobaltbasis zu erhalten. Einzelheiten zu den weiteren Maßnahmen sind Tabelle 1, Spalte „Wärmebehandlung“ zu entnehmen. Die bandförmigen Materialien der Beispiele E-1, E-2 und E-3 wurden dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen. Tabelle 1: Zusammensetzung, Eigenschaften bandförmiger Materialien und Verfahrensschritte zur Überführung der bandförmigen Materialien in weichmagnetisches Streifenmaterial
J_s bezeichnet die Sättigungsmagnetisierung des amorphen bandförmigen Materials vor der Kristallisation, wobei die Sättigungsmagnetisierung des nanokristallinen Materials dann bis zu 3% höher liegen kann. Die Messung der Sättigungsmagnetisierung des amorphen Materials wurde deshalb gewählt, weil sie deutlich einfacher durchzuführen ist als die des nanokristallinen Materials bei dennoch vergleichbaren Werten. V-1 und V-2 sind Vergleichsbeispiele. Der Begriff „Kristallisation“ bezieht sich auf die Überführung des amorphen bandförmigen Materials in ein weichmagnetisches Streifenmaterial aus einer nanokristallinen Legierung auf Eisenbasis.
Die bandförmigen Materialien E-1, E-2 und E-3 werden in den erfindungsgemäßen Beispielen eingesetzt. Von diesen sind E-2 und E-3 besonders bevorzugt, weil deren Sättigungsmagnetisierung größer 1,3 T ist. Durch die Erhöhung der Sättigungsmagnetisierung kann der Magnetkern gegenüber einem Magnetkern mit Beispiel E-1 und den Vergleichsbeispielen V-1 und V-2 weiter verkleinert und sein Gewicht verringert werden. Dies ist möglich, da aufgrund der höheren Sättigung die Permeabilität erhöht werden kann, ohne dass der Magnetkern frühzeitig in Sättigung geht. Neben der Gewichtsersparnis kann ein Magnetkern aus E-2 und E-3 gegenüber Beispiel E-1 und den Vergleichsbeispielen V-1 und V-2 aufgrund des geringeren Nb-Gehaltes auch kostengünstiger hergestellt werden.
Tabelle 2 zeigt Beispiele E-1a, E-2a und E-3a und Vergleichsbeispiele V-1a und V-2a für Magnetkerne, die aus dem gemäß Tabelle 1 herstellten Streifenmaterial erhalten wurden und für 60-A-Stromtransformatoren bestimmt sind. E-2a und E-3a sind bevorzugte Beispiele. Tabelle 3 zeigt Beispiele E-1b, E-2b und E-3b und Vergleichsbeispiele V-1b und V-2b für Magnetkerne, die aus dem gemäß Tabelle 1 herstellten Streifenmaterial erhalten wurden und für 100-A-Stromtransformatoren bestimmt sind. E-2b und E-3b sind bevorzugte Beispiele.
In den Tabellen 2 und 3 ist in der Spalte „Legierung“ der Kurzname der Legierung angegeben, wie er in Tabelle 1 verwendet worden ist. In den Tabellen 2 und 3 bedeutet diese Angabe, dass die in Tabelle 1 beschriebene Legierung zur Herstellung eines Magnetkerns eingesetzt wurden, nachdem die Legierung mittels Wärmebehandlung und weiteren Verfahrensschritten, wie in Tabelle 1 aufgeführt, in eine nanokristalline Legierung auf Eisenbasis überführt worden ist. Die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis wurde in Form von weichmagnetischem Streifenmaterial erhalten, das zu Magnetkernen unter Erhalt von Ringbandkernen gewickelt wurde. Die Ringbandkerne wurden mit einem Pulverlack beschichtet.
Aufgrund der geringen Magnetostriktion (λ_S < 1 ppm) der erfindungsgemäßen Magnetkerne sind sie unempfindlich gegenüber mechanischen Spannungen. Es war deshalb möglich, die Ringbandkerne durch einen dünnen Überzug mit einem Pulverlack zu fixieren. Solch eine Fixierungsart ermöglicht eine Größenreduktion des Magnetkernes, ist aber aufgrund der hierbei eingebrachten mechanischen Spannungen nur bei Magnetkernen möglich, welche eine kleine Magnetostriktion besitzen. Bei Magnetostriktionswerten größer als 1 ppm würden die erwähnten mechanischen Spannungen die Linearität des Phasenfehlers des mit dem Kern aufgebauten Stromtrafos deutlich verschlechtern. Beispielsweise weist die Legierung VC 220 F eine hohe Magnetostriktion von 10 ppm auf. Deshalb musste bei Verwendung dieser Legierung der Magnetkern vorsichtig, möglichst spannungsarm eingetrogt werden, was zu den vergleichsweise großen Abmessungen der entsprechenden Kerntypen führt (siehe V-2a in Tabelle 2 und V-2b in Tabelle 3).
Die Spalte „Kernabmessung“ gibt die Dimensionen des Ringbandkerns ohne Beschichtung 53 wieder (siehe 5). Die Spalte „Kern fixiert“ zeigt die Dimensionen des mit einer Pulverlack-Beschichtung 53 versehenen Ringbandkerns.
Die Spalte „m_Fe“ gibt das Gewicht des unbeschichteten Magnetkerns wieder. Es ist zu erkennen, dass das Gewicht der erfindungsgemäßen Beispiele deutlich geringer als das der Vergleichsbeispiele ist. Die erfindungsgemäßen Magnetkerne wurden unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit sehr geringen Exemplarstreuungen von weniger als +/– 2,5 % hergestellt. Aufgrund dessen konnten die erfindungsgemäßen Magnetkerne zielgenau dimensioniert werden, was gegenüber dem Stand der Technik eine deutliche Gewichtsreduktion von bis zu 50 % ergibt. Die gemäß dem Stand der Technik hergestellten Kerne weisen eine deutlich höhere Exemplarstreuung von bis zu +/– 20% auf. Diese hohe Toleranz muss bei der Dimensionierung vorgehalten werden, womit sich größere Abmessungen und höhere Kerngewichte ergeben.
Die Spalte „Nom. Perm.“ Kennzeichnet die nominale Permeabilität, d.h. denNominalwert bzw. den Nennwert der Permeabiltät (Nach DIN 40200 ist ein Nennwert ein geeigneter, gerundeter Wert einer Größe zur Bezeichnung oder Identifizierung eines Gerätes oder einer Anlage) der Magnetkerne.
Die Angaben in den Tabellen 2 und 3 zu Phasenfehlern und DC-Toleranz lassen ferner erkennen, dass die erfindungsgemäßen Magnetkerne die Normen für Stromtransformatoren, die in IEC 62053-21 bzw. IEC 62053-23 festgelegt sind, erfüllen. Phasenfehler und DC-Toleranz wurden gemäß IEC 62053-21 bzw. IEC 62053-23 bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2004/088681 A2 [0075]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC 62053-21 [0075]
IEC 62053-23 [0075]
DIN 40200 [0103]
IEC 62053-21 [0104]
IEC 62053-23 [0104]
IEC 62053-21 [0104]
IEC 62053-23 [0104]

Claims

Magnetkernmit einem weichmagnetischen Streifenmaterial aus einer nanokristallinen Legierung auf Eisenbasis, die eine Permeabilität μ zwischen 1000 und 3500 und eine Magnetostriktion kleiner 1 ppm aufweist, wobei der Magnetkern erhältlich ist mittels eines Verfahrens, umfassend das Bereitstellen eines bandförmigen Materials; das Wärmebehandeln des bandförmigen Materials bei einer Wärmebehandlungstemperatur; das Beaufschlagen des wärmebehandelten bandförmigen Materials mit einer Zugkraft in Längsrichtung des bandförmigen Materials, um eine Zugspannung in dem bandförmigen Material zu erzeugen, unter Erhalt des weichmagnetischen Streifenmaterials, wobei zum Erzeugen des weichmagnetischen Streifenmaterials aus dem bandförmigen Material weiterhin vorgesehen ist: das Ermitteln mindestens einer magnetischen Messgröße des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials und Regeln der Zugkraft zum Einstellen der Zugspannung in Reaktion auf die ermittelte magnetische Messgröße.
Magnetkern nach Anspruch 1, wobei die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis zumindest 50 Atom-% Eisen, höchstens 4 Atom-% Niob und zumindest 15 und höchstens 20 Atom-% Silicium enthält.
Magnetkern nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis höchstens 2 Atom-% Niob enthält.
Magnetkern nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis eine Legierung ist, die – aus Fe_{100-a-b-c-d-x-y-z}Cu_aNb_bM_cT_dSi_xB_yZ_z und bis zu 1 Atom% Verunreinigungen besteht, wobei M eines oder mehrere der Elemente Mo, Ta oder Zr, T eines oder mehrere der Elemente V, Mn, Cr, Co oder Ni und Z eines oder mehrere der Elemente C, P oder Ge ist und – 0 Atom-% ≤ a < 1,5 Atom-%, – 0 Atom-% ≤ b < 2 Atom-%, – 0 Atom-% ≤ c < 2 Atom-%, – 0 Atom-% ≤ d < 5 Atom-%, – 14 Atom-% < x < 18 Atom-%, – 5 Atom% < y < 11 Atom-% und – 0 Atom% < z < 2 Atom% ist, – ein nanokristallines Gefüge, bei dem zumindest 50 Vol-% der Körner eine mittlere Größe kleiner als 100 nm aufweisen, – eine Hystereseschleife mit einem zentralen linearen Teil, – ein Remanenzverhältnis, J_r/J_s, < 0,1, und – ein Verhältnis von Koerzitivfeldstärke, H_c, zu Anisotropiefeldstärke, H_a, < 10 % aufweist.
Magnetkern nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die nanokristalline Legierung auf Eisenbasis eine Sättigungsmagnetisierung von mehr als 1,3 T aufweist.
Magnetkern nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der mindestens einen magnetischen Messgröße in Echtzeit erfolgt.
Magnetkern nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine magnetische Messgröße aus einer Gruppe, bestehend aus magnetischem Sättigungsfluss, magnetischer Bandquerschnittsfläche, Anisotropiefeldstärke, Permeabilität, Koerzitivfeldstärke und Remanenzverhältnis des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials ausgewählt ist.
Magnetkern nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren einen Schritt des Aufwickelns mindestens eines definierten Abschnitts des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials zum Erzeugen des Magnetkernes nachfolgend zu dem Schritt des Ermittelns der mindestens einen magnetischen Messgröße umfasst.
Magnetkern nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Aufwickelns in Reaktion auf die mindestens eine magnetische Messgröße geregelt wird.
Magnetkern nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei der Schritt des Aufwickelns ein Aufwickeln einer definierten Anzahl von Bandlagen des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials zum Erzeugen des Magnetkerns umfasst und ein Definieren der Anzahl von Bandlagen in Reaktion auf die mindestens eine magnetische Messgröße erfolgt.
Magnetkern nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei er bei einer maximalen Gleichstrombelastung von 60 A eine Kernmasse von weniger als 4,7 g aufweist oder dass er bei einer maximalen Gleichstrombelastung von 100 A eine Kernmasse von weniger als 5,3 g aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Magnetkerns mit einem weichmagnetischen Streifenmaterial aus einer nanokristallinen Legierung auf Eisenbasis, die eine Permeabilität μ zwischen 1000 und 3500 und eine Magnetostriktion kleiner 1 ppm aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst Bereitstellen eines bandförmigen Materials; Wärmebehandeln des bandförmigen Materials bei einer Wärmebehandlungstemperatur; Beaufschlagen des wärmebehandelten bandförmigen Materials mit einer Zugkraft in Längsrichtung des bandförmigen Materials, um eine Zugspannung in dem bandförmigen Material zu erzeugen, unter Erhalt des weichmagnetischen Streifenmaterials, wobei zum Erzeugen des weich-magnetischen Streifenmaterials aus dem bandförmigen Material weiterhin vorgesehen ist: Ermitteln mindestens einer magnetischen Messgröße des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials und Regeln der Zugkraft zum Einstellen der Zugspannung in Reaktion auf die ermittelte magnetische Messgröße.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine magnetische Messgröße aus einer Gruppe, bestehend aus magnetischem Sättigungsfluss, magnetischer Bandquerschnittsfläche, Anisotropiefeldstärke, Permeabilität, Koerzitivfeldstärke und Remanenzverhältnis des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei es einen Schritt des Aufwickelns mindestens eines definierten Abschnitts des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials nachfolgend zu dem Schritt des Ermittelns der mindestens einen magnetischen Messgröße umfasst, wobei der Schritt des Aufwickelns ein Aufwickeln einer definierten Anzahl von Bandlagen des erzeugten weichmagnetischen Streifenmaterials zum Erzeugen des Magnetkerns umfasst und ein Definieren der Anzahl von Bandlagen in Reaktion auf die mindestens eine magnetische Messgröße erfolgt.
Verwendung eines Magnetkerns nach einem der Ansprüche 1 bis 14 für einen Stromtransformator.