DE102013103268B4

DE102013103268B4 - Abschirmfolie und Verfahren zum Herstellen einer Abschirmfolie

Info

Publication number: DE102013103268B4
Application number: DE102013103268.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Polak; Matthias Schmidt
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2033-04-03
Also published as: DE102013103268A1; US20190133005A1; US11723182B2; US10149416B2; US20160057900A1; WO2014162176A1

Abstract

Abschirmfolie für ein Gerät mit Komponenten zum kabellosen Laden, umfassend: mehrere aufeinander gestapelten Lagen (41, 42, 43; 51, 52; 61, 62), wobei die Lagen (41, 42, 43; 51, 52; 61, 62) jeweils mehrere auf einer Klebschicht (45, 57, 65) angeordnete Streifen (44, 44', 44''; 53; 63, 64) aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung aufweisen, wobei die nanokristalline weichmagnetische Legierung eine runde Hystereseschleife aufweist und die Streifen (44, 44', 44''; 53; 63, 64) benachbarter Lagen (41, 42, 43; 51, 52; 61, 62) zueinander versetzt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmfolie, beispielsweise für ein Gerät mit einer Vorrichtung zum kabellosen Laden, und ein Verfahren zum Herstellen einer Abschirmfolie.
Ein kabelloses Ladeverfahren, das so genannte „wireless charging” wird verwendet, um die Batterie bzw. Akkumulator eines mobilen Geräts aufzuladen, ohne dass das mobile Gerät mit einer Stromquelle über einer mechanischen Verbindung wie ein Kabel und/oder Stecker, verbunden ist.
Die DE 20 2011 051 649 U1 offenbart eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie von einer stationären Einheit zu einer benachbart zu der stationären Einheit befindlichen mobilen Einheit. Die Vorrichtung weist eine Folie mit einer Lage aus einer Klebeschicht und mehreren darauf angeordneten Streifen aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung auf.
Die US 2011/0241613 A1 offenbart ein Batteriemodul mit einem Resonator zum kabellosen Empfangen von Energie. Eine Folie wird bereitgestellt, die dazu dient, gegen ein Magnetfeld abzuschirmen, das durch die felderregenden Spulen erzeugt wird und in den metallischen Teilen der Batterie Wirbelströme erzeugt wird und somit Verluste generiert, während die Batterie aufgeladen wird. Die Folie kann zwischen dem Resonator und der Batterie angeordnet werden. Diese Folie kann eine hohe Permeabilität und niedrige Verluste aufweisen, um die Abschirmungsleistung der Folie zu erhöhen. Die US 2011/0241613 A1 offenbart jedoch keine weiteren Merkmale über diese Folie, beispielsweise eine Zusammensetzung oder eine Struktur.
Es besteht somit der Bedarf, Abschirmfolien bereitzustellen, die für Verwendung in einem kabellosen Ladesystem geeignet sind.
Eine Abschirmfolie, die für ein Gerät mit einer Vorrichtung zum kabellosen Laden geeignet ist, wird bereitgestellt, die mehrere aufeinander gestapelte Lagen umfasst. Die Lagen weisen jeweils mehrere auf einer Klebschicht angeordnete Streifen aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung auf. Die nanokristalline weichmagnetische Legierung weist eine runde Hystereseschleife auf und die Streifen benachbarter Lagen sind zueinander versetzt.
Die Abschirmfolie ist somit ein Verbund aus mehreren Lagen, die jeweils eine weichmagnetische Schicht mit den Streifen und eine Klebschicht aufweisen. Diese Abschirmfolie ist auch flexibel, wenn zumindest eine der weichmagnetischen Legierungen und der Klebeschichten flexibel ist, und kann somit um abzuschirmende Komponente gewickelt und/oder an die Form der abzuschirmenden Komponente angepasst werden.
Um den Abschirmeffekt der Abschirmfolie bereitzustellen, sollte die nanokristalline weichmagnetische Legierung der Abschirmfolie niedrige Verluste und folglich eine hohe Güte aufweisen. Erfindungsgemäß weist die nanokristalline weichmagnetische Legierung eine runde Hystereseschleife auf, die die Güte erhöht und die Verluste reduziert.
Eine runde Hystereseschleife wird durch ein Material mit minimierter Anisotropie, einem Remanenzverhältnis Br/Bs einer Permeabilität μ definiert.
Die runde Hystereseschleife einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung wird über eine Wärmebehandlung ohne bewusstes Anlegen eines Magnetfelds, d. h. nur unter dem Einfluss des Erdmagnetfeldes, oder einer mechanischen Spannung hergestellt.
Die Hystereseschleife weist Remanenzverhältnis Br/Bs im geschlossenen magnetischen Kreis von 30% bis 100% auf, wobei eine ideale runde Hystereseschleife ein isotopes Remanenzverhältnis von 100% aufweist. Die Hystereseschleife kann zum Beispiel an einem Ringbandkern gemessen, die beispielsweise Dimensionen von Außendiameter d_a = 25 mm, Innendurchmesser d_i 13 mm und Kernhöhe oder Bandbreite h = 20 mm aufweist.
Die Permeabilität im geschlossenen magnetischen Kreis, zum Beispiel gemessen an einem Ringbandkern beträgt μ (1 A/m, 50 Hz) ≥ 50000, wobei die Permeabilität bei einem Magnetfeld = 1 A/m und einer Messfrequenz = 50 Hz gemessen wird. Der Ringbandkern- kann beispielsweise die Dimensionen: da = 25 mm, di = 13 mm, h = 20 mm aufweisen wobei d_a der Außendurchmesser, d_i der Innendurchmesser, h die Kernhöhe oder Bandbreite ist.
Zum Beispiel kann bei der Herstellung von nanokristallinem Bandmaterial am Coil (mit beliebigen Bandbreiten) bei der Wärmebehandlung immer Test-Ringbandkerne mit beigelegt werden, um die Materialeigenschaft einer runden Hystereseschleife an den Test-Ringbandkernen, stellvertretend für das Bandmaterial am Coil, zu bestimmen.
Die Güte wird durch die Anordnung mehrerer Streifen in eine Lage anstelle einer durchgängigen Folie aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung weiter gesteigert. Durch diese getrennten Streifen können die Wirbelströme in der Legierungsebene räumlich eingeschränkt werden und es kommt zu einer Domänenverfeinerung. Außerdem sind die weichmagnetischen Eigenschaften wegen der runden Hystereseschleife isotropisch, so dass Magnetfelder aus unterschiedlichen Richtungen abgeschirmt werden können.
Die Streifen aus der nanokristallinen weichmagnetischen Legierung benachbarter Lagen der Abschirmfolie sind zueinander versetzt. Insbesondere können Stellen zwischen den Streifen durch einen Streifen der benachbarten Lage abgedeckt werden. Diese Anordnung führt dazu, dass die Flussleitung von Schicht zu Schicht verbessert und die Abschirmleistung erhöht wird.
Diese versetzte Anordnung der Streifen benachbarter Lagen der Abschirmfolie kann in unterschiedlichen Weisen bereitgestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel sind die Streifen benachbarter Lagen parallel und lateral versetzt zueinander angeordnet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Streifen benachbarter Lagen quer zueinander angeordnet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Streifen benachbarter Lagen miteinander verwoben. Beispielsweise können die verwobenen Streifen quer zueinander verlaufen und jeweils eine Wellenform aufweisen.
Die Streifen können die Form dünner Folien oder Bänder mit einer maximalen Dicke von zum Beispiel 30 μm aufweisen. Die Streifen können zum Beispiel mit einer Rascherstarrungstechnolgie hergestellt werden.
Einige nanokristalline weichmagnetische Legierungen sind nicht duktil, sondern liegen in einem spröden Zustand vor. Beispiele dieser Legierungen sind nanokristalline Eisenbasislegierungen, wie Fe_73,8Nb₃Cu₁Si_15,6B_6,6, die im amorphen Zustand duktil sind, aber nach einer Wärmebehandlung, um die weichmagnetischen Eigenschaften zu verbessern, spröde werden. Für diese Legierungen kann die Klebeschicht als Träger für die Streifen dienen und eine Flexibilität für den Abschirmfolienverbund angeben. Wenn die Klebeschicht duktil ist, wird eine flexible Abschirmfolie bereitgestellt, obwohl das Abschirmungsmaterial selbst, d. h. die Streifen der nanokristallinen weichmagnetischen Legierung, spröde ist.
Die nanokristalline weichmagnetische Legierung kann auf Eisenbasis sein. In einem Ausführungsbeispiel besteht die weichmagnetische Legierung aus einer Zusammensetzung aus Fe_{100-a-b-c-x-yz}Cu_aM_bT_cSi_xB_yZ_z und bis zu 0,5 Atom% Verunreinigungen, wobei M eines oder mehrere der Gruppe bestehend aus Nb, Mo und Ta, T eines oder mehrere der Gruppe bestehende aus V, Cr, Co und Ni und Z eines oder mehrere der Gruppe bestehend aus C, P und Ge und 0,5 Atom% < a < 1,5 Atom%, 2 Atom% ≤ b < 4 Atom%, 0 Atom% ≤ c < 5 Atom%, 12 Atom% < x < 18 Atom%, 5 Atom% < y < 12 Atom% und 0 Atom% ≤ z < 2 Atom% ist.
Ein Beispiel dieser Art von Legierung ist die nanokristalline weichmagnetische Legierung Fe_73,8Nb₃Cu₁Si_15,6B_6,6, die unter dem Handelsnamen VITROPERM^® 800 kommerziell erhältlich ist.
In einem Ausführungsbeispiel weist die nanokristalline weichmagnetische Legierung eine Hystereseschleife mit einem Verhältnis von Remanenzinduktion, B_r, durch Sättigungsinduktion, B_s, B_r/B_s, im geschlossenen magnetischen Kreis von 30% bis 100% auf. Somit sind die weichmagnetischen Eigenschaften noch isotropischer.
Die nanokristalline weichmagnetische Legierung weist eine frequenzabhängige Permeabilität μ = μ' + iμ'' und einen Gütefaktor Q(f) = μ'/μ'' auf. In einem Ausführungsbeispiel ist der maximale Gütefaktor Q_max > 20. Somit werden die Verluste weiter reduziert und die Abschirmleistung weiter erhöht.
Wie oben bereits erwähnt, können die Streifen die Form einer dünnen Folie oder eines Bandes aufweisen, die beispielsweise durch Rascherstarrungstechnologie hergestellt werden können. Die Güte wird bei zunehmend kleineren Dicken erhöht. In einem Ausführungsbeispiel weisen die Streifen eine Dicke, d, auf, wobei d ≤ 22 μm ist. In einem Ausführungsbeispiel weisen die Streifen eine Dicke von 18 μm ± 3 μm auf.
In einem Ausführungsbeispiel sind benachbarte Streifen einer Lage voneinander durch einen Abstand von 0,1 mm bis 0,3 mm beabstandet. Wenn der Abstand klein gehalten wird, kann die Dichte der weichmagnetischen Legierung und der Flussleitung erhöht werden.
Die Klebeschicht kann eine selbsttragende Klebefolie, die auf einer oder beiden Seiten haftend ist. Die Klebeschicht kann auch in flüssiger Form oder als Pulver auf den Streifen aufgebracht werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist eine Klebefolie zwischen den Streifen benachbarter Lagen angeordnet. Die Klebefolie kann als Träger für die Streifen dienen und kann anstelle oder zusätzlich zu der Klebeschicht vorhanden sein. Diese Folie kann doppelseitig haftend sein. Die oberste und/oder unterste Lage der Abschirmfolie kann auch durch eine Klebefolie abgedeckt sein. Diese Klebefolie kann als Schutzfolie und/oder als Haftoberfläche dienen.
Ein Gegenstand mit einer Batterie, einen Empfänger zum kabellosen Empfangen von Energie und einer Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele wird auch bereitgestellt. Der Gegenstand kann ein tragbares mobiles Gerät, wie ein Handy, sein, dessen Batterie immer wieder aufgeladen werden muss. Unter Batterie wird ein Akkumulator verstanden, die wieder von einer externen Stromquelle aufgeladen werden kann.
Die Abschirmfolie kann an verschiedenen Stellen im Gegenstand angeordnet sein. Beispielsweise kann die Abschirmfolie zwischen der Batterie und dem Empfänger oder um elektronische Komponente des Gegenstands angeordnet sein.
Wenn der Gegenstand ferner ein Gehäuse mit einer Innenoberfläche aufweist, kann die Abschirmfolie auf der Innenoberfläche angeordnet sein. Beispielsweise kann die Abschirmfolie so auf der Innenoberfläche angeordnet, dass elektronische Komponente des Geräts gegen ein externes Magnetfeld abgeschirmt werden.
Wenn die Abschirmfolie flexibel ist, kann sie um abzuschirmende Oberflächen gewickelt und/oder angepasst werden.
Die Abschirmfolie kann auch im zweiten Teil des kabellosen Ladesystems angeordnet werden. Somit wird ein Gegenstand mit einem Sender zum kabellosen Senden von Energie an einen Empfänger und einer Abschirmfolie nach einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele bereitgestellt. Dieser Gegenstand wird typischerweise mit einer Stromquelle mechanisch verbunden.
Die Abschirmfolie kann auf dem Sender oder auf einer Innenoberfläche eines Gehäuses des Gegenstands angeordnet sein.
Der Empfänger und der Sender können verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise können der Empfänger und/oder der Sender einen Resonanzkreis und/oder eine Spule aufweisen.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Abschirmfolie wird auch bereitgestellt, das Folgendes aufweist. Ein Band aus einer amorphen weichmagnetischen Legierung wird bereitgestellt. Das Band wird bei einer Temperatur von 500°C bis 600°C für 1 Minute bis 1 Stunde unter einer N₂- oder H₂-haltigen Atmosphäre und unter das Magnetfeld der Erde wärmebehandelt, wobei ein nanokristallines weichmagnetisches Band mit einer runden Hystereseschleife hergestellt wird. Eine Klebeschicht wird auf zumindest eine Seite des Bandes aufgebracht, wobei eine Lage herstellt wird. Das Band wird strukturiert, um mehrere Streifen aus dem Band herzustellen. Zumindest zwei Lagen werden aufeinander gestapelt, so dass die Streifen benachbarter Lagen zueinander versetzt sind, wobei eine Abschirmfolie hergestellt wird.
Eine Abschirmfolie kann auch aus einer Lage der geschnittenen Streifen bestehen, wobei die Streifen durch eine Klebefolie zusammengehalten werden.
Um die weichmagnetischen Eigenschaften der Legierung zu erhöhen, wird das Band bei einer Temperatur von 500°C bis 600°C für 1 Minute bis 1 Stunde unter einer N₂- oder H₂-haltigen Atmosphäre wärmebehandelt. Ein zusätzliches externes Magnetfeld wird während der Wärmebehandlung nicht eingelegt, so dass die Wärmebehandlung nur unter dem Einfluss des Magnetfeldes der Erde stattfindet, um eine runde Hystereseschleife im Band zu erzeugen.
Unterschiedliche Reihenfolgen einiger dieser Schritte können verwendet werden. In einem Ausführungsbeispiel wird das amorphe Band zunächst auf einen Träger aufgebracht, danach wärmebehandelt und danach wird eine Klebefolie auf das nanokristalline Band aufgebracht. Anschließend wird das Band strukturiert, um mehrere Streifen aus der nanokristallinen weichmagnetischen Legierung auf der Klebeschicht zu erzeugen.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das amorphe Band strukturiert, um mehrere Streifen herzustellen, danach werden die Streifen wärmebehandelt, um die nanokristalline weichmagnetische Legierung zu erzeugen und anschließend wird eine Klebefolie auf die Streifen aufgebracht.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden amorphe Bänder miteinander verwoben und danach wärmebehandelt. Diese Bänder können auch Streifen sein, die aus einem amorphen Band geschnitten werden, wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel.
Als Klebeschicht kann eine einseitige oder doppelseitige Klebefolie oder Heißklebefolie oder pulverförmiger Heißkleber verwendet werden. Zwei oder mehrere unterschiedliche Materialien für verschiedene Klebeschichten können in einer Abschirmfolie verwendet werden.
Die Wärmebehandlung kann im Durchlauf erfolgen. Dieses Verfahren kann bei einer verwobenen Struktur oder bei einer Reihenfolge der Schritte verwendet werden, in denen das Band oder die Streifen in länglicher Form wärmebehandelt wird bzw. werden.
Das Band kann mittels verschiedener Methoden strukturiert werden, um die Streifen zu erzeugen. Beispielsweise kann das Band in mehrere Streifen mechanisch geschnitten oder chemisch geschnitten werden. Das Band kann mit Rollenscheren in mehrere Streifen mechanisch geschnitten oder unter Zugspannung über eine scharfe Kante gezogen werden, um das Band in mehrere Teile oder Bruchstücke zu teilen. Diese mehrere Teile oder Bruchstücke wirken wie mehrere Streifen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Abschirmteile aus dem Band mit einer amorphen Legierung oder aus dem Band mit einer nanokristallinen Legierung gestanzt oder geschnitten.
Diese Abschirmteile können dann aufeinander gestapelt werden um eine mehrlagige Abschirmfolie zu erzeugen. Bei Abschirmteilen aus einer amorphen Legierung können die Teile vor oder nach der Wärmebehandlung gestapelt werden.
Bereitgestellt wird auch die Verwendung einer Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele bei einem Gegenstand mit Komponenten zum kabellosen Laden. Komponenten zum kabellosen Laden können zum Beispiel eine Spule und/oder ein Resonatorkreis sein.
Ferner kann die Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele bei einem Gegenstand mit abzuschirmenden Komponenten verwendet werden. Abzuschirmenden Komponenten können störanfällig unter den Einfluss eines externen Magnetfelds sein. Beispielsweise können die abzuschirmenden Komponenten eines oder mehrerer der Gruppe bestehend aus elektronischen Bauteilen, Kabeln, Sensorbereichen, und Hohlräumen sein.
Ausführungsbeispiele und bestimmte Beispiele werden nun anhand der Zeichnungen und Tabelle näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zum kabellosen Laden,
2a zeigt eine Draufsicht einer Lage einer Abschirmfolie,
2b zeigt einen Querschnitt der Lage der Abschirmfolie der 2a,
2c zeigt einen Querschnitt einer Lage einer Abschirmfolie mit einer zusätzlichen Klebeschicht,
3 zeigt einen Querschnitt einer Abschirmfolie mit mehreren Lagen nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
4a zeigt einen Querschnitt einer Abschirmfolie nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4b zeigt eine perspektivische Ansicht der Lagen der Abschirmfolie der 3a,
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmfolie nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 zeigt eine schematische Ansicht des experimentellen Aufbaus zur frequenzabhängigen Gütemessung an ebenen runden Proben,
7 zeigt eine schematische Ansicht eines experimentellen Aufbaus zur frequenzabhängigen Gütemessung,
8 zeigt Diagramme der Güte in Abhängigkeit der Frequenz für Proben mit unterschiedlichen Hystereseschleifen,
9 zeigt ein Diagramm der Güte als Funktion der Frequenz für Proben unterschiedlicher Dicke,
10 zeigt Diagramme der Güte in Abhängigkeit der Frequenz für Proben unterschiedlicher Dicke,
11 zeigt eine schematische Darstellung der induzierten Anisotropie in einer quadratischen Probe auf einer planaren Induktivität,
12 zeigt ein Diagramm der Güte in Abhängigkeit der Frequenz für eine Probe mit einer Klebefolie, und
13 zeigt ein Diagramm der Güte in Abhängigkeit der Frequenz für eine Abschirmfolie mit mehreren Streifen einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 10 zum kabellosen Laden „wireless charging” eines Geräts 13. Das System 10 weist einen ersten Teil 11 mit einer Sendespule 12 zum Senden von Energie an ein getrenntes Gerät 13, beispielsweise ein mobiles oder tragbares Gerät wie ein Handy, auf, die eine Empfängerspule 14 zum Empfangen von Energie aufweist.
Der erste Teil 11 wird mit einer Stromquelle, beispielsweise über ein Kabel und Stecker, verbunden. Die Energie, die kabellos von der Sendespule 12 des ersten Teils 11 an die Empfängerspule 15 im getrennten Gerät 13 übertragen wird, wird dort verwendet, eine nicht gezeigte Batterie bzw. Akkumulator aufzuladen.
Das mobile Gerät 13 weist eine Abschirmfolie 15 auf, die gegen das Eindringen des Magnetfeldes in das Gerät 13 bzw. in elektronische Komponente des Geräts 13 abschirmt. Die Abschirmfolie kann auf einer Innenseite des Geräts 13 und/oder zwischen der Spule und die aufzuladende Batterie angeordnet werden. Zwei oder mehrere Abschirmfolien können in das Gerät 13 integriert werden. Eine oder mehrere Abschirmfolien 15 können auch im ersten Teil 11 integriert werden.
2a zeigt eine Draufsicht und 2b einen Querschnitt einer Lage 20 einer Abschirmfolie nach einem ersten Ausführungsbeispiel, die als Abschirmfolie in einem kabellosen Ladesystem verwendet werden kann. Die Lage 20 weist mehrere Streifen 22 aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese Legierung eine Eisenbasis-Legierung und insbesondere Fe_73,8Nb₃Cu₁Si_15,6B_6,6. Die Streifen 22 sind parallel zueinander angeordnet und auf einer Klebeschicht 24 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel eine einseitige Klebefolie ist. Die Klebefolie dient als Träger für die Streifen 22. Die Streifen 22 sind in einer Ebene angeordnet und sind durch Abstände 26 voneinander getrennt, die durch die Klebeschicht 24 überbrückt ist.
In 2c ist eine Lage 30 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel für eine Abschirmfolie dargestellt. Die Lage 30 weist eine Mehrzahl von Streifen 31 aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf, die ebenfalls auf einer Klebeschicht 32 angeordnet sind. Die Lage 30 weist eine zusätzliche Klebeschicht 33, die auf die Oberseiten 34 der Streifen 22 angeordnet ist, so dass die Streifen 31 zwischen zwei Klebeschichten 32, 33 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Abstände 35 zwischen den Streifen 31 nicht durch die zweite Klebeschicht 33 abgedeckt und diese Bereiche der Klebeschicht 32 liegen somit frei.
3 zeigt einen Querschnitt einer Abschirmfolie 40 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Abschirmfolie 40 weist drei Lagen 41, 42, 43 auf, die jeweils eine Mehrzahl von parallel angeordneten Streifen 44, 44', 44'' aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung und zumindest eine Klebeschicht aufweisen 45. Die unterste Lage 41 weist eine kontinuierliche Klebefolie 45 auf, die eine äußere Oberfläche der Abschirmfolie 40 bildet.
Auf diese Klebefolie 45 ist eine Mehrzahl von Streifen 44 angeordnet. Eine zweite Klebeschicht 46 ist auf den Oberseiten 47 der Streifen 44 angeordnet.
Die zweite Lage 42 weist eine Mehrzahl von Streifen 44' auf, die ebenfalls parallel zueinander in einer Ebene angeordnet sind. Die Streifen sind auf der zweiten Klebeschicht 46 der ersten Lage 41 angeordnet, wobei die Streifen 44' der zweiten Lage 42 in Bezug auf die Streifen 44 der ersten Lage 41 lateral versetzt sind, so dass ein Bereich des Streifens 44' der zweiten Lage 42 die Abstände zwischen den Streifen 44 der ersten Lage 41 abdeckt. Die zweite Lage 42 weist ebenfalls eine Klebeschicht 46 auf, die auf den Oberseiten 47 der Streifen 44' angeordnet ist.
Die dritte Lage 43 der Abschirmfolie 40 weist wie die anderen zwei Lagen 41, 42 eine Mehrzahl von Streifen 44'' auf, die parallel angeordnet sind und auf deren Oberseite 47 eine Klebstoffschicht 48 angeordnet ist. Die Streifen 44'' der dritten Lage 43 sind auf der Klebeschicht 46 der zweite Lage 42 angeordnet, so dass die Streifen 44'' der dritten Lage 43 lateral versetzt in Bezug auf die Streifen 44' der zweiten Lage 42 sind. Die Streifen 44'' der dritten Lage 43 sind nicht lateral versetzt in Bezug auf die Streifen 44 der ersten Lage 42. Die Streifen 44, 44', 44'' der drei Lagen 41, 42, 43 laufen parallel zueinander. Eine zweite äußere Klebefolie 49 ist auf der Klebschicht 48 der dritten Lage 43 angeordnet, so dass die Streifen 44, 44', 44'' der drei Lagen 41, 42, 43 zwischen zwei Klebefolien 45, 49 angeordnet sind.
4a zeigt einen Querschnitt und 4b eine perspektivische Ansicht einer Abschirmfolie 50 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Abschirmfolie 50 weist zwei Lagen 51, 52 auf, wobei jede Lage 51, 52 eine Mehrzahl von Streifen 53, 54 aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung aufweist, die parallel zueinander und auf einer Klebefolie 55, 56 angeordnet sind. Die Streifen 53 der unteren Lage 51 weisen ferner eine Klebstoffschicht 57 auf deren Oberseiten 58 auf. Die Streifen 54 der oberen Lage 52 sind quer zu den Streifen 53 der ersten Lage 51 angeordnet, so dass die Streifen 54 der oberen Lage 52 die Abstände 59 zwischen den Streifen 53 der unteren Lage 51 überbrücken und die Streifen 53 der unteren Lage 51 die Abstände 59 zwischen den Streifen 54 der oberen Lage 52 überbrücken. Die zwei Klebefolien 55, 56 bilden die äußere Oberfläche der Abschirmfolie 50. Die Klebstoffschicht 57 ist somit zwischen den Streifen 53, 54 und zwischen den Lagen 51, 52 der Abschirmfolie 50 angeordnet.
5 zeigt eine Abschirmfolie 60 nach einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Abschirmfolie 60 weist zwei Lagen 61, 62 auf, die jeweils eine Mehrzahl von Streifen 63, 64 aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung und eine Klebeschicht 65, 66 aufweisen, wobei die Klebeschicht 65, 66 auf einer Seite 67 der Streifen 63, 64 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel laufen die Streifen 63, 64 der zwei Lagen 61, 62 quer zueinander und sind miteinander verwoben, um eine Gewebestruktur herzustellen, bei der jeder Streifen 63, 64 wellenförmig ist.
Zur Erhöhung der Abschirmleistung sollte die weichmagnetische Legierung folgende Eigenschaften aufweisen: eine hohe Permeabilität, möglichst geringe Verluste im Frequenzbereich > 100 kHz bzw. einen möglichst hohen Gütefaktor im Frequenzbereich > 100 kHz.
Im Folgenden werden Gütemessungen an planaren Induktivitäten beschrieben. Anhand der Ausführungsbeispiele kann eine Material, Banddicken-, Wärmebehandlungsmethoden- und eine Strukturierungsauswahl getroffen werden. Die Wärmebehandlung der Proben wurde an einem Stapel von ca. 50 Einzelteilen durchgeführt. Für die Beispiele wurden die VITROVAC^® Legierungen VC 6025 I50, VC 6155 U55 mit der Zusammensetzung Co_69,5Fe_3,5Mo₃Si₁₆B₇ bzw. Co_72,7Fe_4,8Si_5,5B₁₇ und die VITROPERM^® Legierung VP 800 mit der Zusammensetzung Fe_73,8Nb₃Cu₁Si_15,6B_6,6 verwendet.
Die Materialgütemessungen wurden mit Hilfe einer planaren Spule und einer LC-Messbrücke durchgeführt. Die quadratischen oder runden Proben wurden mit minimalem Abstand (zum Beispiel ca. 0,2 bis 0,3 mm) einseitig auf die planare Spule gelegt. Alle nachfolgend gezeigten Ergebnisse beziehen sich auf eine einzige Materialschicht. Je nach Anwendungsfall kann jedoch eine Abschirmfolie oder ein Abschirmteil mehrere weichmagnetische Schichten aufweisen.
6 zeigt eine schematische Ansicht des experimentellen Aufbaus zur frequenzabhängigen Gütemessung an ebenen runden Proben.
7 zeigt eine schematische Ansicht eines experimentellen Aufbaus zur frequenzabhängigen Gütemessung an ebenen, quadratischen Proben (oben) und an ebenen, quadratischen Proben mit innerer Strukturierung, um Streifen aus der Probe herzustellen. Die Streifen weisen eine Streifenbreite von 1 mm auf, einen Abstand zwischen den Streifen von 0.2 mm und kann durch Laserschneiden unter Benutzung beispielsweise eines Q-Switch Lasers, oder durch Schneiden, wie Rollenscheren in Streifen und anschließendes Zusammensetzen hergestellt werden.
Die 6 und 7 zeigen den Versuchsaufbau zur frequenzabhängigen Gütebestimmung. Mit einer LC-Messbrücke bestimmt man die frequenzabhängige komplexe Permeabilität μ = μ' + iμ'' einer planaren Induktivität. Die Induktivität setzt sich aus der Spule und der aufgelegten Probe zusammen. Der Gütefaktor berechnet sich aus: Q(f) = μ'/μ'' und da die Zyklusverluste aufgrund von Wirbelströmen nur vom Imaginäranteil der Permeabilität bestimmt werden, ergibt sich ein hoher Gütefaktor in jenen Frequenzbereichen in denen die Materialverluste gering sind.
Der Einfluss des Legierungssystems auf die Güte wird untersucht.
8 zeigt Diagramme der Güte in Abhängigkeit der Frequenz. Die frequenzabhängige Güte wurde an Proben der Geometrie 20.3 × 20.3 mm gemessen. Auf der linken Seite sind die Ergebnisse für Co-Basislegierungen wie VC 6025 50 und VC 6155 U55 und auf der rechten Seite sind Ergebnisse für die nanokristalline Fe-Basislegierung VP 800 angegeben. Für beide Materialklassen liegen die Proben nach einer Wärmebehandlung ahne Magnetfeld, die mit X bezeichnet sind, und mit Magnetfeld, die mit F und Z bezeichnet sind, vor.
Die Materialparameter, der Wärmebehandlungszustand sowie die maximal erreichbaren Gütewerte sind für die gezeigten Beispiele in der Tabelle 1 zusammengefasst. Aus dem Vergleich der maximal erreichbaren Gütewerte kann man ersehen, dass man mit Fe-Basislegierungen im nanokristallinen Zustand höhere Gütewerte erreichen kann.
9 zeigt ein Diagramm der Güte als Funktion der Frequenz für Proben der Geometrie d_a = 28 mm d_i = 10 mm der Co-Basislegierungen VC 6025 50 mit unterschiedlichen Banddicken im Bereich von 15 μm bis 34 μm.
10 zeigt Diagramme der Güte in Abhängigkeit der Frequenz. Die frequenzabhängige Güte wurde an Proben der Geometrie 20.3 × 20.3 mm mit verschiedenen Banddicken gemessen für die Legierungen VC 6025 50 und die Legierung VP800 im nanokristallinenen Zustand. Die Banddicke der Proben beträgt 15 μm und 27 μm und eine Wärmebehandlung wurde verwendet, die geeignet ist, eine runde Hystereseschleife zu erzeugen.
Die Wirbelstromverluste werden mit abnehmender Materialdicke reduziert. Somit erreicht man die höchsten Gütewerte bei den kleinsten Banddicken, wie aus der 8, der 10 und aus der Tabelle 1 abzulesen ist.
Der Einfluss der Wärmebehandlung mit und ohne Magnetfeld auf die Güte wird untersucht.
Eine Wärmebehandlung der oben angeführten Materialien kann mit und ohne angelegte Magnetfelder erfolgen. Durch das Anlegen von Magnetfeldern während einer Wärmebehandlung können in weichmagnetischen Proben gerichtete Anisotropen eingebracht werden. Mit einer Wärmebehandlung ohne Magnetfeld erhält man Proben mit runden Hystereseschleifen, die nur noch eine sehr geringe Restanisotropie aufweisen. Diese Proben sind mit den Buchstaben ”X” gekennzeichnet.
Wird während der Wärmebehandlung ein Magnetfeld quer zur Bandlängsrichtung angelegt, wird so eine Queranisotropie in der Probe erhalten, welche in Bandrichtung gemessen zu einer ”Flachen” Hystereseschleife führt, die mit dem Buchstaben ”F” gekennzeichnet ist.
Ebenso besteht die Möglichkeit, das Magnetfeld während der Wärmebehandlung parallel zur Bandlängsrichtung anzulegen. In diesem Fall erhält man eine Längsanisotropie in der Probe, welche in Bandrichtung gemessen zu einer ”Z-förmigen” Hystereseschleife führt. Diese Proben sind mit dem Buchstaben ”Z” gekennzeichnet.
Man würde nun erwarten, dass Proben mit ”Flachen” Hystereseschleifen eine hohe Güte zeigen, da Ringbandkerne mit ”Flachen” Hystereseschleifen geringere Verluste aufweisen. Aus der 6 und der Tabelle 1 ist aber ersichtlich, dass Proben mit ”Runden” Hystereseschleifen (X) im Vergleich zu Proben mit ”Flachen” Hystereseschleifen (F) wesentlich höhere Gütewerte aufweisen. Eine Erklärung dafür wird in der 9 gegeben. Das radialsymmetrische Magnetfeld einer planaren Spule führt in der quadratischen Probe zu Bereichen mit ”Flachen” Hysteresen (Anisotropierichtung normal zu Feldlinie (.L)) und zu Bereichen mit ”Z-förmigen” Hystereseschleifen (Anisotropierichtung parallel zu Feldlinie (II)). Beide Bereiche treten in den Proben auf.
11 zeigt eine schematische Darstellung der induzierten Anisotropie (Quer, Längs) in einer quadratischen Probe auf einer planaren Induktivität. In beiden Fällen gibt es Bereiche, in denen die induzierte Anisotropie parallel (||) und in denen die Anisotropie normal (o) zum Magnetfeldverlauf in der Probe gerichtet ist.
Ringbandkerne mit ”Z-förmigen” Hystereseschleifen zeigen hohe Verluste. Planare Proben mit einer ”F” oder ”Z” Wärmebehandlung sind aufgrund des Mischzustandes somit stärker verlustbehaftet und zeigen daher eine geringere Güte. Im Falle von quadratischen Proben (hier 20.3 × 20.3 mm), die auf einer radialsymmetrischen Spulenanordnung (siehe 9) verwendet werden, kann zwischen Proben mit Längs (Z)- und Queranisotropie (F) nicht unterschieden werden.
Wie in den Ausführungsbeispielen in der Tabelle 1 gezeigt, ergeben sich für nanokristalline Fe-Basislegierungen wie VITROPERM^® 800 nach einer Wärmebehandlung auf eine ”Runde” Hystereseschleife die besten Gütefaktoren.
Der Einfluss einer Beschichtung mit Klebefolie auf die Güte wird untersucht.
12 zeigt ein Diagramm der Güte in Abhängigkeit der Frequenz. Die frequenzabhängige Güte wurde an Proben der Geometrie 20,3 × 20,3 mm der Legierung VP800 im nanokristallinen Zustand mit Wärmebehandlung auf ”Runde” Hystereseschleife gemessen. Die Abbildung zeigt eine Messung an einer unbeschichteten Probe und einer mit Klebefolie beschichteten Probe. Die Banddicke beider Proben beträgt 17 μm.
Der Einfluss einer Beschichtung von nanokristallinem VITROPERM^® 800 Proben mit Klebeband auf die Güte ist sehr gering. Messungen des Güteverlaufes an beschichteten und unbeschichteten Proben ergaben durchwegs sehr ähnliche Werte, wie dies aus der 10 ersichtlich ist. Die Ergebnisse wurden auch in der Tabelle 1 dargestellt. Dieses Ergebnis ist nützlich, da eine innere Strukturierung, beispielsweise durch Aufschneiden des Materials an einer Rollenschere und anschließendes Zusammenfügen, nur nach einer Beschichtung des nanokristallinen Materials mit einer Klebefolie möglich ist.
Der Einfluss der inneren Strukturierung auf die Güte wird auch untersucht.
Eine weitere Gütesteigerung bei nanokristallinem VITROPERM^® 800 mit ”Runder” Hystereseschleife konnte durch eine innere Strukturierung erreicht werden. Hierzu wurden schmale Schlitze in der Materialebene eingebracht. Die 10 zeigt den Vergleich des Güteverlaufes für eine nanokristalline Probe mit und ohne innere Strukturierung und dass die Güte durch innere Strukturierung verdoppelt werden kann. Die Materialparameter, der Wärmebehandlungszustand sowie die für die einzelnen Proben erreichten Gütewerte wurden in der Tabelle 1 zusammengefasst. Die Verlustreduktion lässt sich einerseits über die Unterbrechung der Wirbelströme in der Legierungsebene und andererseits über die entstehende Domänenverfeinerung im Vergleich zu nichtgeschlitzten Proben erklären. Die Domänenverfeinerung konnte mit Kerrmikroskopuntersuchungen bestätigt werden.
13 zeigt ein Diagramm der Güte in Abhängigkeit der Frequenz. Die frequenzabhängige Güte wurde an einer Probe der Geometrie 20.3 × 20.3 mm der Legierung VP800 im nanokristallinen Zustand mit Wärmebehandlung auf ”Runde” Hystereseschleife gemessen. Die Probe wurde mit Klebefolie beschichtet. An der Probe wurde zuerst der Güteverlauf im ungeteilten Zustand gemessen. Im Anschluss erfolgte die Messung an der jeweils in 2, 4, 8, 16 Teile geteilten Probe. Dies entspricht Strukturierungen von 10.2 mm, 5.1 mm, 2.5 mm und 1.3 mm mit einem Abstand der Einzelteile von 0.2 mm. Anschließend wurde der Güteverlauf erneut gemessen.
Die Materialparameter, der Wärmebehandlungszustand sowie die für die einzelnen Strukturierungen erreichten Gütewerte sind in der Tabelle 1 zusammengefasst. Die 13 zeigt weiterführenden Einfluss der Streifenbreite auf die Güte. Der Gütewert steigt mit der Abnahme der Streifenbreite an. Um eine effiziente Gütesteigerung zu erreichen, müssen die Streifen der inneren Strukturierung möglichst schmal gewählt werden.
Um einlagige oder mehrlagige Abschirmfolien oder Abschirmteile mit hoher Güte aus einer nanokristallinen, weichmagnetischen Fe-Basislegierung (VITROPERM^® 800) herzustellen kann eine der folgenden Fertigungswege verwendet werden.
1.) Wärmebehandlung am Coil => Folienverbund => Struktur => Abschirmfolie oder Abschirmteil
Mit diesem Fertigungsweg können die einzelnen Prozesse mit höherer Wirtschaftlichkeit durchgeführt werden. Den Startpunkt bildet direkt gegossenes oder geschnittenes VITROPERM^® Band beliebiger Breite aufgewickelt zu Coils, d. h. zu Spulen, auf speziellen Trägern. Danach erfolgt die Wärmebehandlung der Coils auf ”Runde” Hystereseschleife bei 575°C und unter N₂ oder H₂ Atmosphäre, wobei das Material in den nanokristallinen Zustand übergeführt wird. Das spröde Band wird nun in einem ”Reel-to-Reel”, d. h. Spule zu Spule, Prozess mit einem Klebeband beschichtet um eine Verarbeitbarkeit für weitere Schritte sicherzustellen. Für einen mehrlagigen Folienverbund (mehrere Schichten VITROPERM^®) muss der ”Reel-to-Reel” Prozess mit doppelseitigem Klebeband mehrmals durchgeführt werden. Durch die Beschichtung mit Klebeband kann das ansonsten spröde Bandmaterial nun weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen werden. Im Anschluss könnten direkt Abschirmteile durch Schneiden oder Stanzen hergestellt werden.
Für Abschirmmaterial mit höheren Güteanforderungen kann eine innere Strukturierung durchgeführt werden. Der ein- oder mehrlagige Folienverbund wird nun auf Rollenscheren in schmale Streifen (0.5 bis 10 mm) geschnitten. Über eine Vorrichtung werden die einzelnen Streifen auf einem weiteren Trägerklebeband mit einem gegenseitigen Abstand von < 0.2 mm wieder zusammengeführt, so dass ein Folienverbund entsteht, wie er in 3 gezeigt wird.
Für einen mehrlagigen, strukturierten Aufbau mit versetzter Stapelung können jeweils einlagige Verbundfolien in schmale Streifen geschnitten und wieder zusammengeführt werden. Die so entstandenen strukturierten Folien können dann versetzt, wie in 3 gezeigt, zusammengeführt werden. Eine ähnliche Vorgehensweise wird für die Herstellung von gekreuzt gestapelte Abschirmfolien vorgeschlagen (siehe 4).
2.) Teil => Struktur => Wärmebehandlung am Teil => Folienverbund => Abschirmteil
Der unter 1.) beschriebene Fertigungsweg sieht die mechanische Bearbeitung des Materials nach der Wärmebehandlung in einem ”Reel-to-Reel” Prozess vor, bei dem der einzelne Abschirmteil erst am Ende der Produktionskette entsteht. Im Gegensatz dazu kann die Wärmebehandlung an bereits vorgefertigten Teilen, gestapelten Paketen und strukturierten gestapelten Paketen durchgeführt werden. Hierzu wird direkt gegossenes oder geschnittenes VITROPERM^® Band beliebiger Breite verarbeitet. Die Herstellung von Einzelteilen könnte auf Rollenscheren, Ablängautomaten oder an Stanzen erfolgen. Danach erfolgt die Wärmebehandlung der Einzelteile auf ”Runde” Hystereseschleife bei 575°C und unter N₂ oder H₂ Atmosphäre, wobei das Material in den nanokristallinen Zustand überführt wird. Anschließend werden die spröden Einzelteile geschichtet oder zu strukturiert gestapelten Paketen zusammengesetzt, wobei alle unter 1.) beschriebenen Möglichkeiten realisierbar wären. Ein flexibles Abschirmteil erhält man durch Beschichten der wärmebehandelten Teile, der gestapelten Pakete oder der strukturiert gestapelten Pakete mit Klebefolie. Diese Klebefolie sollte vorzugsweise als lange Trägerfolie vorliegen, um im Anschluss wieder einen ”Reel-to-Reel” Prozess zu ermöglichen.
3.) Gewebe aus VITROPERM^® Bändern => Wärmebehandlung => Folienverbund => Abschirmfolie
Den Ausgangspunkt bildet hier ein Gewebe, z. B. Schlauchgewebe, aus schmal geschnittenem VITROPERM^® Band, siehe 5, wobei die Bänder eine Breite von zum Beispiel 0.5 mm bis 6 mm aufweisen. An dem flachliegenden Gewebe erfolgt die Wärmebehandlung auf ”Runde” Hystereseschleife bei 575°C unter N₂ oder H₂ Atmosphäre, vorzugsweise in einem Durchlaufofen, wobei das Material in den nanokristallinen Zustand überführt wird. Das nun spröde Gewebe aus nanokristallinen Bändern wird nun flachliegend in einer Vorrichtung mit einem Klebeband beschichtet um eine Verarbeitbarkeit für weitere Schritte sicherzustellen.
Für einen mehrlagigen Folienverbund kann der ”Reel-to-Reel” Prozess mit doppelseitigem Klebeband mehrmals durchgeführt werden. Diese Methode hat den Vorteil, dass die innere Strukturierung durch das Gewebe bereits vorhanden ist, wodurch die Verluste wieder stark reduziert werden und auch hier wieder Abschirmmaterial mit hoher Güte entsteht.
4.) Wärmebehandlung am Coil => Folienverbund => Struktur durch Brechen => Abschirmfolie
Den Startpunkt bildet direkt gegossenes oder geschnittenes VITROPERM^® Band beliebiger Breite aufgewickelt zu Coils auf speziellen Trägern. Danach erfolgt die Wärmebehandlung der Coils auf ”Runde” Hystereseschleife bei 575°C und unter N₂ oder H₂ Atmosphäre, wobei das Material in den nanokristallinen Zustand übergeführt wird. Das spröde Band wird nun in einem ”Reel-to-Reel” Prozess beidseitig mit einem Klebeband beschichtet. Zur Steigerung der Güte wird hier eine andere Vorgehensweise zur inneren Strukturierung vorgeschlagen. In dem beschriebenen ”Reel-to-Reel” Prozess muss der Folienverbund unter Zugspannung über eine scharfe Metallkante gezogen werden um das zwischen den Folien befindliche, spröde VITROPERM^® Band in kleine Teile zu zerbrechen. Auch hier werden die Wirbelströme in der Materialebene räumlich eingeschränkt, die Verluste werden reduziert und der Gütefaktor steigt an.
Eine weitere Verarbeitung zu mehrlagigen Abschirmfolien oder Teilen wäre analog wie unter 1.) beschrieben möglich.

Anstelle der erwähnten handelsüblichen einseitigen oder doppelseitigen Klebefolien, die zum Fixieren der Magnetmaterialschichten, oder zur Realisierung einer inneren Strukturierung notwendig sind, können auch andere Klebetechnologien, wie Heißklebefolien, pulverförmige Heißkleber oder ähnliches eingesetzt werden. Tabelle 1

Nr.	Material	J_s [T]	Dicke d[μm]	Wärmebehandlung²	Innere struktur	Güte Q_max []	Frequenz an Q_max f[kHz]
1	VC 6155 U55	0.99	23	F, Z, amorph	keine	11.5	70
2	VC 6025 I50	0.55	34	F, Z, amorph	keine	11.0	80
3	VC 6025 I50	0.55	27	F, Z, amorph	keine	12.3	90
4	VC 6025 I50	0.55	23	F, Z, amorph	keine	12.9	100
5	VC 6025 I50	0.55	20	F, Z, amorph	keine	13.6	106
6	VC 6025 I50	0.55	15	F, Z, amorph	keine	14.2	112
7	VC 6025 I50	0.55	27	X, amorph	keine	17.5	100
8	VC 6025 I50	0.55	15	X, amorph	keine	22.2	130
9	VC 6025 I50 + KF³⁾	0.55	27	X, amorph	1 mm 0.2 mm	29.9	130
10	VP 800	1.21	17	F, Z, nano	keine	15.8	100
11	VP 800	1.21	25	X, nano	keine	26.2	170
12	VP 800	1.21	17	X, nano	keine	35.5	350
13	VP 800 + KF³⁾	1.21	17	X, nano	keine	35.9	360
14	VP 800 + KF³⁾	1.21	17	X, nano	10.2 mm 0.2 mm	41.1	410
15	VP 800 + KF³⁾	1.21	17	X, nano	5.1 mm 0.2 mm	49.2	510
1	VP 800 + KF³⁾	1.21	17	X, nano	2.5 mm 0.2 mm	54.2	630
1	VP 800 + KF³⁾	1.21	17	X, nano	1.3 mm 0.2 mm	59.2	770

Die Nummern 1 bis 7 und 10 zeigen Vergleichsbeispiele für den Stand der Technik, die Nummern 8, 9 und 11 bis 17 zeigen erfindungsgemäße Beispiele.
In der Tabelle bezeichnet

¹⁾ J_s: Sättigungspolarisation
²⁾ Wärmebehandlung: X – Wärmebehandlung ohne Magnetfeld F – Wärmebehandlung im magnetischen Querfeld mit dem Ergebnis einer Anisotropie quer zur Bandlängsrichtung Z – Wärmebehandlung im magnetischen Längsfeld mit dem Ergebnis einer Anisotropie entlang der Bandlängsrichtung Amorph – Die Probe liegt nach der Wärmebehandlung im amorphen Zustand vor nano – Die Probe liegt nach der Wärmebehandlung im nanokristallinen Zustand vor, und
³⁾ KF: mit Klebefolie kaschiert

Claims

Abschirmfolie für ein Gerät mit Komponenten zum kabellosen Laden, umfassend: mehrere aufeinander gestapelten Lagen (41, 42, 43; 51, 52; 61, 62), wobei die Lagen (41, 42, 43; 51, 52; 61, 62) jeweils mehrere auf einer Klebschicht (45, 57, 65) angeordnete Streifen (44, 44', 44''; 53; 63, 64) aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung aufweisen, wobei die nanokristalline weichmagnetische Legierung eine runde Hystereseschleife aufweist und die Streifen (44, 44', 44''; 53; 63, 64) benachbarter Lagen (41, 42, 43; 51, 52; 61, 62) zueinander versetzt sind.
Abschirmfolie nach Anspruch 1, wobei die weichmagnetische Legierung aus einer Zusammensetzung aus Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Cu_aM_bT_cSi_xB_yZ_z und bis zu 0,5 Atom% Verunreinigungen besteht, wobei M eines oder mehrere der Gruppe bestehend aus Nb, Mo und Ta, T eines oder mehrere der Gruppe bestehend aus V, Cr, Co und Ni und Z eines oder mehrere der Gruppe bestehend aus C, P und Ge und 0,5 Atom% < a < 1,5 Atom%, 2 Atom% ≤ b < 4 Atom%, 0 Atom% ≤ c < 5 Atom%, 12 Atom% < x < 18 Atom%, 5 Atom% < y < 12 Atom% und 0 Atom% ≤ z < 2 Atom% ist.
Abschirmfolie nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die nanokristalline weichmagnetische Legierung Fe_73,8Nb₃Cu₁Si_15,6B_6,6 ist.
Abschirmfolie nach Anspruch 1, wobei die Abschirmfolie flexibel ist.
Abschirmfolie nach Anspruch 4, wobei die Streifen (44, 44', 44''; 53; 63, 64) die Gestalt einer Folie oder eines Bandes aufweisen.
Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die nanokristalline weichmagnetische Legierung eine Hystereseschleife mit einem Verhältnis von Remanenzinduktion, B_r, durch Sättigungsinduktion, B_s, B_r/B_s, von 30% bis 100% aufweist.
Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die nanokristalline weichmagnetische Legierung eine frequenzabhängige Permeabilität μ = μ' + iμ'' und einen Gütefaktor Q(f) = μ'/μ'' aufweist, wobei der maximale Gütefaktor Q_max > 22 ist.
Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Streifen (44, 44', 44''; 53; 63, 64) eine Dicke, d, aufweisen, wobei d < 20 μm ist.
Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei benachbarten Streifen (44, 44', 44''; 53; 63, 64) einer Lage (41, 42, 43; 51, 52; 61, 62) voneinander durch einen Abstand von 0,1 mm bis 0,3 mm beabstandet sind.
Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Klebefolie (46, 57, 65) zwischen den Streifen (44, 44', 44''; 53; 63, 64) benachbarter Lagen (41, 42, 43; 51, 52; 61, 62) angeordnet ist.
Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Streifen (44, 44', 44'') benachbarter Lagen (41, 42, 43) parallel zueinander angeordnet sind.
Abschirmfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Streifen (53; 63, 64) benachbarter Lagen (51, 52; 61, 62) quer zueinander angeordnet sind.
Abschirmfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Streifen (63, 64) benachbarter Lagen (61, 62) miteinander verwoben sind.
Gegenstand mit einer Batterie, einer Empfängerspule (14) zum kabellosen Empfangen von Energie und einer Abschirmfolie (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Gegenstand nach Anspruch 14, wobei die Abschirmfolie (15) zwischen der Batterie und der Empfängerspule (14) angeordnet ist.
Gegenstand nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei der Gegenstand (10) ferner ein Gehäuse mit einer Innenoberfläche aufweist und die Abschirmfolie auf der Innenoberfläche angeordnet ist.
Gegenstand mit einer Sendespule (17) zum kabellosen Senden von Energie an eine Empfängerspule und einer Abschirmfolie (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Gegenstand nach Anspruch 17, wobei die Abschirmfolie (14) auf der Sendespule (17) angeordnet ist.
Gegenstand nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei der Gegenstand ferner ein Gehäuse mit einer Innenoberfläche aufweist und die Abschirmfolie auf der Innenoberfläche angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Abschirmfolie, das Folgendes aufweist: – Bereitstellen eines Bandes aus einer amorphen weichmagnetischen Legierung, – Wärmebehandeln des Bandes bei einer Temperatur von 500°C bis 600°C für 1 Minute bis 1 Stunde unter einer N₂- oder H₂-haltigen Atmosphäre und unter dem Magnetfeld der Erde, wobei ein nanokristallines weichmagnetisches Band mit einer runden Hystereseschleife hergestellt wird, – Aufbringen einer Klebeschicht auf zumindest eine Seite des Bandes, wobei eine Lage herstellt wird, – Strukturieren des Bandes, um mehrere Streifen aus dem Band herzustellen, – Stapeln von zumindest zwei Lagen aufeinander, so dass die Streifen benachbarter Lagen zueinander versetzt sind, wobei eine Abschirmfolie hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Band zunächst auf einen Träger aufgebracht, danach wärmebehandelt, danach eine Klebefolie auf das Band aufgebracht, und anschließend das Band strukturiert wird, um mehrere Streifen auf der Klebefolie zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das amorphe Band strukturiert wird, um mehrere Streifen herzustellen, danach wärmebehandelt und anschließend eine Klebefolie auf die Streifen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei amorphe Bänder miteinander verwoben und danach wärmebehandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei eine einseitige oder doppelseitige Klebefolie, Heißklebefolie, oder pulverförmige Heißkleber als Klebeschicht verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei die Wärmebehandlung im Durchlauf erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei das Band in mehrere Streifen mechanisch geschnitten oder chemisch geschnitten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei das Band mit Rollenscheren in mehrere Streifen mechanisch geschnitten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei das Band unter Zugspannung über eine scharfe Kante gezogen wird, um das Band in mehrere Teile zu teilen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei Abschirmteile aus dem Band mit einer amorphen Legierung oder aus dem Band mit einer nanokristallinen Legierung gestanzt oder geschnitten werden.
Verwendung einer Abschirmfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bei einem Gegenstand mit Komponenten zum kabellosen Laden.
Verwendung einer Abschirmfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bei einem Gegenstand mit abzuschirmenden Komponenten.
Verwendung nach Anspruch 31, wobei die abzuschirmenden Komponente eines oder mehrerer der Gruppe bestehend aus elektronischen Bauteilen, Kabeln, Sensorbereichen, und Hohlräumen.