DE102014206266B4

DE102014206266B4 - Process for the production of elements from soft magnetic alloys

Info

Publication number: DE102014206266B4
Application number: DE102014206266.7A
Authority: DE
Inventors: René Siebert; Robert Baumann; Andreas Wetzig
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: DE102014206266A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Elementen aus weichmagnetischen Legierungen für Elemente elektrischer Maschinen, bei dem Konturen aus den Elementen mit einem zweidimensional auslenkbaren Laserstrahl oder Elektronenstrahl geschnitten werden, wobei der Brennfleck des Laser- oder Elektronenstrahls entlang mindestens einer zu schneidenden Kontur mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird unddabei ein Werkstoffabtrag erfolgt, indem bei einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit mit der der Brennfleck entlang der mindestens einen zu schneidenden Kontur bewegt wird, die größer als 10 m/min ist,die mindestens eine zu schneidende Kontur mehrfach in Zyklen mit dem Brennfleck, bei konstant gehaltener Laser- oder Elektronenstrahlleistung und Energiedichte im Brennfleck, überfahren wird unddabei in einem Zyklus ein Werkstoffabtrag von maximal 5 % der zu schneidenden Gesamtdicke erfolgt, unddabei innerhalb von Zeiträumen tgrößer 0,2 s zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen an den jeweiligen Positionen der mindestens einen zu schneidenden Kontur kein Energieeintrag erfolgt und dadurch keine oder nur eine unwesentliche Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs des jeweiligen Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung im Bereich um die Schnittfuge(n) erfolgt.Method for producing elements from soft magnetic alloys for elements of electrical machines, in which contours are cut from the elements with a two-dimensionally deflectable laser beam or electron beam, the focal spot of the laser or electron beam being moved along and along at least one contour to be cut at a feed rate Material is removed by moving the focal spot along the at least one contour to be cut at an increased feed rate, which is greater than 10 m / min, the at least one contour to be cut several times in cycles with the focal spot, with the laser or kept constant Electron beam power and energy density in the focal spot is run over, and in one cycle there is a material removal of a maximum of 5% of the total thickness to be cut, and thereby within periods t greater than 0.2 s between the successive irradiations on the respective positions of the at least one contour to be cut, there is no energy input and therefore no or only an insignificant change in the soft magnetic properties of the material of the respective electrical sheet or element of a soft magnetic alloy in the area around the kerf (s).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elementen aus weichmagnetischen Legierungen (z.B. FeNi, FeCo), die für Bauteile oder Komponenten elektrischer Maschinen, insbesondere Rotoren oder Statoren von Elektromotoren oder Generatoren eingesetzt werden können.The invention relates to a method for producing elements from soft magnetic alloys (e.g. FeNi, FeCo), which can be used for components or components of electrical machines, in particular rotors or stators of electric motors or generators.

Die Stator- und Rotorbaugruppe einer elektrischen Maschine werden üblicherweise im Bereich der Prototypenanwendung bis hin zu mittleren Stückzahlen durch Laserstrahlschneiden bearbeitet. Lasergefertigte Motorenteile unterscheiden sich im Betrieb, vom magnetischen Standpunkt gesehen, von den im Rahmen der Großserienfertigung mit gestanzten Elementen hergestellten Motoren. Beide Fertigungsverfahren verursachen eine magnetische Schädigung, die zur Reduzierung des Wirkungsgrades der jeweiligen so hergestellten elektrischen Maschine führt. Zudem sind der konventionelle Laserschnitt sowie der mechanische Scherschnitt am Bauteil gratbehaftet. Es bedarf daher eines flexiblen und skalierbaren Prototypen- und Kleinserienfertigungsverfahrens, dass eine geringere magnetische Schädigung erzielt und eine gratfreie Konturgebung der Einzelbleche für Elemente einer Stator- und Rotorbaugruppe verursacht.The stator and rotor assemblies of an electrical machine are usually processed in the field of prototype applications up to medium quantities by laser beam cutting. Laser-made engine parts differ in operation, from a magnetic point of view, from the engines manufactured as part of large-scale production with stamped elements. Both manufacturing processes cause magnetic damage, which leads to a reduction in the efficiency of the electrical machine produced in this way. In addition, the conventional laser cut and the mechanical shear cut on the component have burrs. A flexible and scalable prototype and small series production process is therefore required that achieves less magnetic damage and causes burr-free contouring of the individual sheets for elements of a stator and rotor assembly.

Im Grundprinzip besteht eine elektrische Maschine aus einem rotierenden Teil, dem Läufer oder Rotor, und aus einem feststehenden Teil, dem sogenannten Ständer oder Stator. Es erfolgt die Wandlung von beispielsweise elektrischer in kinetische Energie im Luftspalt zwischen Ständer und Läufer, die zur Verstärkung des magnetischen Flusses im Luftspalt aus überwiegend weichmagnetischem Werkstoff bestehen. Bei diesem Vorgang ändert sich jedoch aufgrund des magnetischen Wechselfeldes die magnetische Mikrostruktur, sprich die Weiss'schen Bezirke bzw. Domänen. Das Wechselfeld führt im weichmagnetischen Material zu verlustbehafteten Ummagnetisierungsprozessen. Dabei wird Energie in Wärme umgewandelt und dem beschriebenen Wandlungsprozess entzogen. Daraus resultiert ein verminderter Wirkungsgrad der Maschine. Zur Steigerung der Effizienz einer elektrischen Maschine werden Rotor und Stator aus dünnen, gefügten Einzelblechen hergestellt, die wiederum mit einer Isolationsschicht versehen sind. Neben der Dickenreduktion der Einzelbleche kann auch eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes über das Zulegieren bestimmter Elemente (Silizium, Nickel) von Vorteil sein. Allerdings führt beispielsweise ein hoher Siliziumanteil zur Versprödung des Werkstoffs, wodurch eine mechanische Bearbeitung extrem erschwert wird. Bei der konventionellen Fertigung der weichmagnetischen Werkstoffe mittels Stanzen werden aufgrund der Natur des Verfahrens Eigenspannungen im Werkstoff eingebracht, die die magnetischen Eigenschaften negativ beeinflussen können. Dies tritt explizit bei höherwertigerem bandförmigem Werkstoff auf, der äußerst empfindlich auf mechanische Bearbeitung reagiert. Es kommt letztendlich zur Reduzierung des Wirkungsgrades der elektrischen Maschine, die eine Erhöhung der Kühlleistung nach sich zieht.The basic principle of an electrical machine consists of a rotating part, the rotor or rotor, and a fixed part, the so-called stator or stator. For example, electrical energy is converted into kinetic energy in the air gap between the stator and rotor, which are made of predominantly soft magnetic material to increase the magnetic flux in the air gap. During this process, however, the magnetic microstructure, i.e. the Weiss districts or domains, changes due to the magnetic alternating field. The alternating field leads to lossy remagnetization processes in the soft magnetic material. In the process, energy is converted into heat and removed from the conversion process described. This results in reduced machine efficiency. To increase the efficiency of an electrical machine, the rotor and stator are made from thin, joined individual sheets, which in turn are provided with an insulation layer. In addition to reducing the thickness of the individual sheets, increasing the electrical resistance by alloying certain elements (silicon, nickel) can also be advantageous. However, a high silicon content, for example, leads to embrittlement of the material, which makes mechanical processing extremely difficult. In conventional manufacturing of soft magnetic materials by means of punching, due to the nature of the process, residual stresses are introduced into the material, which can have a negative influence on the magnetic properties. This occurs explicitly in the case of higher-quality band-shaped material that is extremely sensitive to mechanical processing. Ultimately there is a reduction in the efficiency of the electrical machine, which results in an increase in the cooling capacity.

Industriell wird das Laserstrahlschmelzschneiden bisher durch den Einsatz von CO₂-Lasern und teilweise mit Festkörperlasern realisiert. Dieses Verfahren verursacht eine bestimmte magnetische Bauteilschädigung, die in ihrem Ausmaß ungefähr der Schädigung, die bei einer mechanischen Bearbeitung auftritt, entspricht. Die erreichbaren Schneidgeschwindigkeiten sind entsprechend gering, da insbesondere bei kleineren und komplexeren Stator- und Rotorkonturen die vorhandene Maschinendynamik begrenzend wirkt. Es ergeben sich Schneidgeschwindigkeiten von teilweise kleiner 10 m/min. Die sich ergebende Wechselwirkungszeit der Laserstrahlung mit dem zu bearbeitenden Werkstoff beschreibt im direkten Zusammenhang die thermisch bedingte, magnetische Werkstoffschädigung. Eine Reduzierung der beschriebenen Wechselwirkungszeit mittels theoretischer Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit führt zur ungünstigen Ausgestaltung der Schnittkante und gegebenenfalls der elektrischen Kontaktierung zweier übereinanderliegender Einzelbleche. Bei geringen Schneidgeschwindigkeiten unterhalb 20 m/min stellt sich eine schräge Schnittkante ein, wodurch sich der Grat des oberen Elektrobleches im abgetragenen Bereich der schrägen Schnittkante des unteren Elektrobleches befindet. Eine prozessintegrierte Kantennachbehandlung existiert bisher nicht, da der Grat sich auf der Unterseite befindet und nicht erreicht werden kann, ohne das Bauteil zusätzlich handzuhaben.Up to now, laser beam fusion cutting has been implemented industrially through the use of CO ₂ lasers and partly with solid-state lasers. This method causes a certain amount of damage to the magnetic component, the extent of which corresponds approximately to the damage which occurs during mechanical processing. The cutting speeds that can be achieved are correspondingly low, since the existing machine dynamics have a limiting effect, particularly in the case of smaller and more complex stator and rotor contours. Cutting speeds of sometimes less than 10 m / min result. The resulting interaction time of the laser radiation with the material to be processed directly describes the thermally induced, magnetic material damage. A reduction in the interaction time described by means of a theoretical increase in the cutting speed leads to an unfavorable configuration of the cutting edge and, if appropriate, the electrical contacting of two individual sheets lying one above the other. At low cutting speeds below 20 m / min, an oblique cutting edge occurs, as a result of which the burr of the upper electrical sheet is located in the removed area of the oblique cutting edge of the lower electrical sheet. Process-integrated edge post-treatment has not yet existed because the ridge is on the underside and cannot be reached without additionally handling the component.

Der Einsatz von Laserstrahlung zum Schneiden von Elementen für Elektromotoren ist aus US 4,187,441 A bekannt.The use of laser radiation to cut elements for electric motors is over US 4,187,441 A known.

Die EP 1920 873 A2 betrifft das Laserstrahlschneiden eines metallischen Bauteils, bei dem eine Schnittlinie mehrfach abgefahren werden soll.The EP 1920 873 A2 relates to laser beam cutting of a metallic component in which a cutting line is to be traversed several times.

Bei dem aus DE 10 2010 049 428 A1 bekannten Verfahren zum Laserschneiden eins Elektrobandmaterials soll so vorgegangen werden, dass im Einwirkungsbereich eines Laserstrahls eine Druckausdehnung von verdampfendem Elektroblechmaterial zum Ausschleudern von mindestens 60 % des vom Laserstrahl geschmolzenen Materials des Elektrobandes aus dem Schnittspalt erreicht wird.With that DE 10 2010 049 428 A1 Known methods for laser cutting an electrical steel material are to be carried out in such a way that in the area of action of a laser beam a pressure expansion of evaporating electrical steel material for ejecting at least 60% of the material of the electrical steel material melted by the laser beam is achieved from the cutting gap.

Gemäß der JP S59-229 419 A entnehmbaren Lehre soll die Eisenverlustcharakteristik von kornorientierten Elektrostahlblechen durch ein zyklisches Heizen und Kühlen an der Oberfläche durch Laserstrahlung, die mit einer bestimmten Geschwindigkeit und die Bestrahlung mit bestimmten Abständen zueinander erfolgen soll, erreicht werden. According to the JP S59-229 419 A As can be gathered from the teaching, the iron loss characteristic of grain-oriented electrical steel sheets is to be achieved by cyclic heating and cooling on the surface by means of laser radiation, which is to take place at a certain speed and the irradiation at certain distances from one another.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die Herstellung von Elementen aus weichmagnetischen Legierungen durch eine berührungslose Strahlbearbeitung anzugeben, bei der unterschiedlichste Konturen flexibel und kostengünstig ausgebildet werden können und im Bereich um die Schnittkanten eine negative Beeinflussung der weichmagnetischen Eigenschaften des eingesetzten Werkstoffs zumindest weitestgehend vermieden wird.It is therefore an object of the invention to provide possibilities for the production of elements from soft magnetic alloys by means of non-contact beam processing, in which a wide variety of contours can be formed flexibly and inexpensively and in the area around the cut edges a negative influence on the soft magnetic properties of the material used is at least largely avoided becomes.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 realisiert, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.According to the invention, this object is achieved with a method which realizes the features of claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention can be achieved with features designated in the subordinate claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Elementen aus einer weichmagnetischen Legierung elektrischer Maschinen, bei dem Konturen von Elementen aus einer weichmagnetischen Legierung mit einem zweidimensional auslenkbaren Elektronen- oder Laserstrahl geschnitten werden, wird so vorgegangen, dass der Brennfleck des Laser- oder Elektronenstrahls entlang mindestens einer zu schneidenden Kontur mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird und dabei ein Werkstoffabtrag erfolgt.In the method according to the invention for producing elements from a soft magnetic alloy of electrical machines, in which contours of elements from a soft magnetic alloy are cut with a two-dimensionally deflectable electron or laser beam, the procedure is such that the focal spot of the laser or electron beam is along at least one the contour to be cut is moved at a feed rate and material is removed.

Dabei werden bei einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit die zu schneidende(n) Kontur(en) mehrfach in Zyklen mit dem Brennfleck, bei konstant gehaltener Laser- oder Elektronenstrahlleistung und Energiedichte im Brennfleck, überfahren. Innerhalb von Zeiträumen t_z zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen an den jeweiligen Positionen der zu schneidenden Kontur(en) erfolgt dabei aber kein Energie-/Wärmeeintrag (Typ 1). Dadurch wird keine oder nur eine unwesentliche Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs im Bereich um die Schnittfuge(n) erreicht. Es ist dabei anzumerken, dass bei einem_Zeitraum t_z< 0,2 s (Typ 2) eine erhebliche und unerwünschte Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften erreicht wird.At an increased feed rate, the contour (s) to be cut are run over several times in cycles with the focal spot, with the laser or electron beam power kept constant and the energy density in the focal spot. Within periods t _z There is no energy / heat input between the successive irradiations at the respective positions of the contour (s) to be cut (type 1 ). This results in no or only an insignificant change in the soft magnetic properties of the material in the area around the kerf (s). It should be noted that for a period t _z <0.2 s (type 2nd ) a significant and undesirable change in the soft magnetic properties is achieved.

Nach Ausbildung des vollständig ausgebildeten Schnittes der zu schneidenden Kontur(en) am Element aus einer weichmagnetischen Legierung kann eine zusätzliche Bestrahlung (Typ 3) der Oberfläche des ausgeschnittenen Elements aus einer weichmagnetischen Legierung durchgeführt werden, bei der infolge des Energieeintrags mechanische Eigenspannungen im Gefüge des Elements aus einer weichmagnetischen Legierung induziert werden, die zu einer reversiblen Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs in diesem Bereich der ausgebildeten Kontur(en) führen, die zumindest annähernd denen des unbeeinflussten Werkstoffs des jeweiligen Elements aus einer weichmagnetischen Legierung entsprechen. Die Ummagnetisierungsverlusteigenschaften sollten sich dabei um mindestens 10 % gegenüber dem Schneiden des jeweiligen Werkstoffs ohne ausreichend große Zeiträume t_z gemäß Typ 2 reduzieren.After the fully formed cut of the contour (s) to be cut on the element made of a soft magnetic alloy, additional radiation (type 3rd ) the surface of the cut element made of a soft magnetic alloy, in which mechanical internal stresses are induced in the structure of the element made of a soft magnetic alloy due to the energy input, which leads to a reversible change in the soft magnetic properties of the material in this area of the contour (s) formed lead, which correspond at least approximately to that of the uninfluenced material of the respective element made of a soft magnetic alloy. The magnetic loss properties should be at least 10% lower than the cutting of the respective material without sufficiently long periods of time t _z according to type 2nd to reduce.

Bei einer zyklischen Bestrahlung entlang der auszubildenden Kontur(en), ohne oder mit nur unwesentlicher Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs des Elements aus einer weichmagnetischen Legierung (Typ 1), sollen eine Vorschubgeschwindigkeit größer als 10 m/min , bevorzugt größer als 5 m/s mit der der Brennfleck entlang der zu schneidenden Kontur(en) bewegt wird, ein Zeitraum t_z von mindestens 0,2 s und bevorzugt eine Anzahl von mehr als 10 Zyklen bezogen auf eine Blechdicke, in diesem Fall von 0,35 mm, eingehalten werden. Die Anzahl der erforderlichen Zyklen hängt dabei von der Vorschubgeschwindigkeit mit der der Brennfleck bewegt wird, von der Energiedichte im Brennfleck und von der Absorption der eingesetzten Strahlung im bestrahlten Werkstoff ab.With cyclic irradiation along the contour (s) to be formed, without or with only insignificant change in the soft magnetic properties of the material of the element made of a soft magnetic alloy (type 1 ), a feed rate greater than 10 m / min, preferably greater than 5 m / s, with which the focal spot is moved along the contour (s) to be cut, should be a period of time t _z of at least 0.2 s and preferably a number of more than 10 cycles based on a sheet thickness, in this case 0.35 mm, are observed. The number of cycles required depends on the feed rate at which the focal spot is moved, on the energy density in the focal spot and on the absorption of the radiation used in the irradiated material.

Beim Schneiden mit kleinerer Vorschubgeschwindigkeit und ohne ausreichend große Zeiträume t_z zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen an den jeweiligen Positionen, an denen keine thermische Relaxation auftritt gemäß Typ 2 kann eine zusätzliche Bestrahlung zur reversiblen Veränderung der vorab beim Schneiden hervorgerufenen Verschlechterung des Ummagnetisierungsverlustes führen. Gegebenenfalls kann der Brennfleck des Laserstrahls mit einer Pendelbewegung, die nicht parallel zum Vektor der ausgebildeten Schneidkante, sondern in einem Winkel zwischen 30 ° und 60 ° dazu ausgerichtet ist, bewegt werden. Dabei sollte diese zusätzliche Bestrahlung mit einer Laserleistung im Bereich zwischen 200 W und 500 W und/oder einer Vorschubgeschwindigkeit im Bereich 1 m/s bis 2 m/s durchgeführt werden.
Eine solche Bestrahlung erfordert nicht unbedingt den kompletten Schnitt der zu schneidende(n) Kontur(en). Es ist vorstellbar, dass bis zu 20 % der zu schneidenden Gesamtdicke des jeweiligen Elements aus einer weichmagnetischen Legierung (nachfolgend nur noch als Elektroblech bezeichnet) entlang der zu schneidende(n) Kontur(en) nicht abgetragen wird um die Form und Lage des Elektroblechs zu gewährleisten. Hierdurch wird der Einsatz von aufwendiger Spanntechnik vermieden. Der Abschluss des Trennvorganges, d.h. das verbleibende zu entfernende Schnittspaltvolumen kann im Anschluss an die Bestrahlung erfolgen in einem weiteren Zyklus oder mehreren abschließenden Zyklen.When cutting at a lower feed speed and without sufficiently long periods of time t _z between the successive irradiations at the respective positions at which no thermal relaxation occurs according to type 2nd Additional radiation can lead to a reversible change in the deterioration of the loss of magnetization caused in advance by cutting. If necessary, the focal spot of the laser beam can be moved with an oscillating movement which is not aligned parallel to the vector of the cutting edge formed, but rather at an angle between 30 ° and 60 ° thereto. This additional irradiation should be carried out with a laser power in the range between 200 W and 500 W and / or a feed rate in the range 1 m / s to 2 m / s.
Such radiation does not necessarily require the complete cut of the contour (s) to be cut. It is conceivable that up to 20% of the total thickness to be cut of the respective element made of a soft magnetic alloy (hereinafter referred to only as electrical sheet) is not removed along the contour (s) to be cut in order to improve the shape and position of the electrical sheet guarantee. Hereby the use of complex clamping technology is avoided. The separation process, ie the remaining cutting gap volume to be removed, can be completed in a further cycle or several final cycles following the irradiation.

Es kann so vorgegangen werden, dass vor der Bestrahlung mit dem Laser- oder Elektronenstrahl der Schnitt der zu schneidende(n) Kontur(en) nicht vollständig ausgebildet wird und das vollständige Trennen des Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung erst in mindestens einem nachfolgenden Zyklus erreicht wird.The procedure can be such that the cut of the contour (s) to be cut is not completely formed before the irradiation with the laser or electron beam and the complete separation of the electrical sheet or element of a soft magnetic alloy is only achieved in at least one subsequent cycle becomes.

Beim Schneiden einer Kontur oder von Konturen in mehrfachen Zyklen mit ausreichend eingehaltenen großen Zeiträumen t_z , kann ein Elektroblech oder Element einer weichmagnetischen Legierung erhalten werden, das bezogen auf den unbeeinflussten weichmagnetischen Werkstoff einen zusätzlichen Ummagnetisierungsverlust von kleiner 10 %, bevorzugt kleiner 5 % und besonders bevorzugt kleiner 3 % aufweist.When cutting a contour or contours in multiple cycles with sufficiently long periods of time t _z , An electrical sheet or element of a soft magnetic alloy can be obtained which, based on the uninfluenced soft magnetic material, has an additional magnetic loss of less than 10%, preferably less than 5% and particularly preferably less than 3%.

Durch die Bestrahlung kann eine Reduzierung des Ummagnetisierungsverlustes von bis zu 13 % bezogen auf die Ummagnetisierungsverlusterhöhung, die durch einen Konturschnitt bei konventioneller Konturgebung mittels Laserschmelzschneiden oder mittels mechanischer Bearbeitung bedingt ist und dabei eine Reduzierung der relativen Permeabilität µ_r des bestrahlten Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung um bis zu 33 % erreicht werden.The radiation can reduce the magnetic loss by up to 13% based on the magnetic loss increase, which is caused by a contour cut with conventional contouring using laser fusion cutting or by means of mechanical processing, and thereby a reduction in the relative permeability µ _r of the irradiated electrical sheet or element of a soft magnetic alloy can be achieved by up to 33%.

Bei einer Bestrahlung mit dem Laser- oder Elektronenstrahl bei einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit, bei der die zu schneidende(n) Kontur(en) mehrfach in Zyklen mit dem Brennfleck, bei konstant gehaltener Leistung und Energiedichte im Brennfleck, zum Schneiden des jeweiligen Elektroblechs überfahren werden und innerhalb von Zeiträumen t_z zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen an den jeweiligen Positionen der zu schneidenden Kontur(en) kein Energie-/Wärmeeintrag und somit thermische Relaxation erfolgt (Typ 1), sollte ein Werkstoffabtrag in einem Zyklus von maximal 5 % der zu schneidenden Gesamtdicke des jeweiligen Elektroblechs erreicht werden.When irradiated with the laser or electron beam at an increased feed rate, at which the contour (s) to be cut are run over several times in cycles with the focal spot, with the power and energy density kept constant in the focal spot, for cutting the respective electrical sheet and within periods t _z between the successive irradiations at the respective positions of the contour (s) to be cut, there is no energy / heat input and thus thermal relaxation (type 1 ), material should be removed in a cycle of a maximum of 5% of the total thickness to be cut of the respective electrical sheet.

Bei der Erfindung kann eine Weiterentwicklung des so genannten Laser-Remoteschneidens, bei dem ein Laserstrahl zweidimensional ausgelenkt und die Vorschubachsbewegungsrichtung und die Vorschubgeschwindigkeit des Brennflecks des Laserstrahls dementsprechend auf der Oberfläche eines zu schneidenden Elektroblechs als Werkstück beeinflusst wird, eingesetzt werden. Die Auslenkung des Laserstrahls erfolgt dabei mit einem oder mehreren verschwenkbaren reflektierenden Element(en) (Scannerspiegel). Es sollte bevorzugt ein Laserstrahl mit hoher Strahlgüte, der insbesondere von einem Faserlaser oder einem anderen Festkörperlaser emittiert wird, eingesetzt werden. Durch gezielte Auswahl der Brennweite des Objektivs sowie des Kollimators, mit der ein Laserstrahl auf die zu schneidende Oberfläche in fokussierter Form gerichtet wird, kann Einfluss auf den Wärme-/Energieeintrag in den Werkstoff genommen werden. Auch die Strahlform und der Querschnitt des Laserstrahls vor und auch nach dem Brennpunkt können Bedeutung haben, um möglichst gratfreie Schneidkanten zu erreichen. So kann eine Brennweite f im Bereich von 100 mm bis 500 mm, eine Kollimatorbrennweite f_koll im Bereich von 60 mm bis 250 mm und ein Arbeitsabstand z₀ im Bereich von 150 mm bis 450 mm gewählt werden.In the invention, a further development of the so-called laser remote cutting, in which a laser beam is deflected two-dimensionally and the feed axis movement direction and the feed speed of the focal spot of the laser beam are accordingly influenced on the surface of an electrical sheet to be cut as a workpiece, can be used. The laser beam is deflected with one or more pivotable reflecting element (s) (scanner mirror). A laser beam with high beam quality, which is emitted in particular by a fiber laser or another solid-state laser, should preferably be used. By specifically selecting the focal length of the lens and the collimator, with which a laser beam is focused on the surface to be cut, it is possible to influence the heat / energy input into the material. The beam shape and cross-section of the laser beam before and after the focal point can also be important in order to achieve cutting edges that are as burr-free as possible. So a focal length f in the range of 100 mm to 500 mm, a collimator focal length f _coll in the range of 60 mm to 250 mm and a working distance z ₀ in the range from 150 mm to 450 mm.

Beim Einsatz eines solchen Laserstrahls kann aber an der Oberseite des jeweiligen Elektroblechs ein geringer Grat, ähnlich wie bei den konventionellen Verfahren an der Unterseite ausgebildet werden. Die Unterseite, also die Oberfläche, die nicht direkt vom auftreffenden Laserstrahl bestrahlt wird, kann ebenfalls weitestgehend gratfrei gehalten werden.When using such a laser beam, however, a small burr can be formed on the top of the respective electrical sheet, similar to the conventional methods on the bottom. The underside, i.e. the surface that is not directly irradiated by the incident laser beam, can also be kept largely free of burrs.

Dabei kann eine gezielte vorteilhafte Beeinflussung durch die entsprechend gewählte bzw. angepasste Laserleistung, die Vorschubgeschwindigkeit, die erforderliche Zyklenzahl bis zum vollständigen Schneiden/Trennen und die Einhaltung der Zeiträume t_z zwischen den Zyklen, innerhalb derer kein weiterer Energieeintrag erfolgt, da keine Bestrahlung mit dem Laserstrahl in einen Bereich der auszubildenden Schneidkante stattfindet, erreicht werden. Insbesondere durch die Einhaltung der Zeiträume t_z kann eine Veränderung des Werkstoffs, der zu einer Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaften im Bereich der Schnittkanten führt, vermieden werden. Dabei spielt auch die jeweilige Vorschubgeschwindigkeit, mit der der Brennfleck entlang der auszuschneidenden Kontur auf der Oberfläche bewegt wird, eine wichtige Rolle. Die Vorschubgeschwindigkeit in Verbindung mit der Laserleistung sowie die Größe der Fläche des Brennflecks (Energiedichte) haben einen Einfluss auf den Energieeintrag und damit auch auf den Werkstoffabtrag. Bei der Erfindung ist aber auch ein wichtiger Aspekt, dass insbesondere der Energieeintrag gering gehalten werden soll. Dementsprechend kann und sollte bei geeigneter Leistung und geeigneter Vorschubgeschwindigkeit nur ein geringer Anteil an Werkstoff von der mit dem Laser oder Elektronenstrahl bestrahlten Oberfläche in einem Zyklus entfernt werden. Dies erfolgt zumindest mit einem Anteil durch Ablation. Es kann dabei nur ein kleinerer Anteil an Werkstoff aufgeschmolzen werden, als dies beim herkömmlichen Laserschneiden üblich ist. Demzufolge muss die zu schneidende Kontur mit dem Laser- oder Elektronenstrahl mehrfach abgefahren werden, bis ein vollständiger Schnitt von der Oberfläche bis zur Unterseite eines Elektroblechs ausgebildet ist. Die jeweils erforderliche Anzahl ist die Zyklenzahl. Dabei kann eine Optimierung der eingesetzten Leistung, Energiedichte im Brennfleck, der Vorschubgeschwindigkeit und der Zyklenzahl unter Berücksichtigung einer gewünschten Taktzeit für das Schneiden der jeweiligen Kontur und dem jeweils maximal zulässigen Energieeintrag in den Elektroblechwerkstoff vorgenommen werden.A targeted, advantageous influencing by the correspondingly selected or adapted laser power, the feed rate, the required number of cycles until complete cutting / separating and adherence to the time periods t _z between the cycles in which no further energy input takes place, since no irradiation with the laser beam takes place in a region of the cutting edge to be formed. In particular by adhering to the periods t _z a change in the material that leads to a deterioration in the soft magnetic properties in the area of the cut edges can be avoided. The feed rate at which the focal spot is moved along the contour to be cut on the surface also plays an important role. The feed rate in connection with the laser power as well as the size of the area of the focal spot (energy density) have an influence on the energy input and thus also on the material removal. Another important aspect of the invention is that the energy input in particular should be kept low. Accordingly, only a small proportion of material from the surface irradiated with the laser or electron beam can and should be in one cycle with suitable power and a suitable feed rate be removed. At least some of this is done by ablation. Only a smaller proportion of material can be melted than is customary in conventional laser cutting. Accordingly, the contour to be cut must be traversed several times with the laser or electron beam until a complete cut is made from the surface to the underside of an electrical sheet. The number required is the number of cycles. The power used, the energy density in the focal spot, the feed speed and the number of cycles can be optimized taking into account a desired cycle time for cutting the respective contour and the maximum permissible energy input into the electrical sheet material.

In der 2 ist eine typische B-H-Kennlinie für einen Statorzahn gezeigt. Anhand dieser Kennlinie kann ein Motorendesigner eine elektrische Maschine auslegen. Ein steiler exponentieller Anstieg ist dabei wünschenswert. Dieser kann bei einem Remoteschneidprozess mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 10 m/s, bei einer Leistung eines Lasers von 1000 W unter Einhaltung von Zeiträumen t_z im Bereich 0,5 s bis 1 s zwischen zwei aufeinander folgenden Zyklen erreicht werden. Die Anzahl der Zyklen kann dabei bei einer Dicke des zu schneidenden Elektroblechs von 0,35 mm 20 Zyklen betragen. Die thermische Schädigung und Beeinträchtigung der weichmagnetischen Eigenschaften des Elektroblechwerkstoffs im Bereich der Schnittkanten kann dadurch sehr gering gehalten werden. Ohne die Einhaltung von Zeiträumen t_z zwischen den Zyklen, also bei einer progressiven Bearbeitung mit einer geringeren Zyklenzahl von 10 mit kleinerer Vorschubgeschwindigkeit und/oder höherer Leistung kann ein B-H-Verhalten des so bearbeiteten Werkstoffs im Bereich der Schnittkanten, wie beim konventionellen Laserschneiden erreicht werden. Dementsprechend fallen auch die Ummagnetisierungsverlustkurven bei 400 Hz Magnetfeldfrequenz so aus, wie sie in 4 gezeigt sind.In the 2nd a typical BH characteristic curve for a stator tooth is shown. A motor designer can use this characteristic to design an electrical machine. A steep exponential increase is desirable. This can be done in a remote cutting process with a feed rate of 10 m / s, with a laser power of 1000 W while observing time periods t _z in the range of 0.5 s to 1 s between two successive cycles. The number of cycles can be 20 cycles with a thickness of the electrical sheet to be cut of 0.35 mm. The thermal damage and impairment of the soft magnetic properties of the electrical sheet material in the area of the cut edges can thereby be kept very low. Without adherence to time periods t _z Between the cycles, i.e. with a progressive machining with a lower number of cycles of 10 with a lower feed rate and / or higher output, a BH behavior of the material processed in this way can be achieved in the area of the cut edges, as in conventional laser cutting. Accordingly, the magnetization loss curves at 400 Hz magnetic field frequency turn out as in 4th are shown.

Bei einer Verfahrensführung, bei der zwischen aufeinanderfolgenden Zyklen ausreichend große Zeiträume t_z eingehalten worden sind, können durch den dadurch verringerten Wärmeeintrag in den Werkstoff des zu schneidenden Elektroblechs (Typ 1) ein ausgezeichnetes magnetisches Verlustverhalten auch im Schnittkantenbereich beibehalten werden, das dem des unbeeinflussten Elektroblechwerkstoffs entspricht oder diesem zumindest noch sehr nahe kommt. Die trotzdem auftretenden zusätzlichen Ummagnetisierungsverluste sollten kleiner 10 %, bevorzugt kleiner 5 % und besonders bevorzugt kleiner 3 % gehalten sein, was auch auf eine Bearbeitung gemäß Typ 2 und Typ 3 zutreffen sollte.In a procedure in which there are sufficiently long periods of time between successive cycles t _z have been observed, the reduced heat input into the material of the electrical sheet to be cut (type 1 ) Excellent magnetic loss behavior can also be maintained in the cut edge area, which corresponds to that of the uninfluenced electrical sheet material or at least comes very close to it. The additional magnetic reversal losses that occur nevertheless should be kept less than 10%, preferably less than 5% and particularly preferably less than 3%, which also means processing according to type 2nd and type 3rd should apply.

Selbst weitere thermische Kantennachbehandlungsprozesse durch zusätzliche Bestrahlung, nach der Ausbildung der jeweiligen auszubildenden Schneidkontur mit vollständigem Schneiden, bei denen weitestgehend gratfreie Schneidkanten und/oder eine reversible Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs zumindest in die Nähe des ursprünglichen Zustands im Bereich um die Schnittkanten erreicht werden können, verschlechtern diese Eigenschaften nicht.Even further thermal edge post-treatment processes by additional radiation, after the formation of the respective cutting contour to be formed with complete cutting, in which largely burr-free cutting edges and / or a reversible change in the soft magnetic properties of the material can be achieved at least close to the original state in the area around the cutting edges , these properties do not deteriorate.

In der 5 ist das magnetische Bauteilverhalten für einen ein-, zwei- und dreizyklischen Kantennachbehandlungsprozess dargestellt. Es erfolgte eine ablatierende Behandlung des während des Schneidens entstandenen Grats an der Schnittkante der bestrahlten Oberfläche, ohne eine Änderung der Energieverteilung im Brennfleck oder der Brennfleckfläche selbst vorzunehmen. Hierbei wurde eine Verschiebung des Brennfleckes um dessen Radius auf der/den zu schneidenden bzw. geschnittenen Kontur(en) realisiert und diese erneut in mehreren Zyklen bearbeitet. Die Vorschubgeschwindigkeit betrug 10 m/s, bei einer Leistung des Lasers von 1000 W unter Einhaltung derselben Zeiträume t_z , wie beim Schneidprozess. Anhand der magnetischen Flussdichte- Magnetfeldstärke (B-H)-Kurve sowie der Ummagnetisierungsverlustkurve ist zu erkennen, dass der Grundwerkstoff durch diese Behandlung keine thermische Schädigung erfuhr. Denkbar ist ebenfalls, die Zeiträume t_z zu reduzieren und dennoch unveränderte magnetische Eigenschaften zu erreichen.In the 5 shows the magnetic component behavior for a one, two and three-cycle edge post-treatment process. There was an ablating treatment of the burr created during the cutting on the cut edge of the irradiated surface without changing the energy distribution in the focal spot or the focal spot area itself. Here, the focal spot was displaced by its radius on the contour (s) to be cut or cut and this was processed again in several cycles. The feed rate was 10 m / s, with a laser power of 1000 W while observing the same periods t _z like the cutting process. On the basis of the magnetic flux density-magnetic field strength (BH) curve and the magnetic reversal loss curve, it can be seen that the base material did not experience any thermal damage as a result of this treatment. The periods are also conceivable t _z to reduce and still achieve unchanged magnetic properties.

Im Anschluss an eine Verfahrensführung mit ausreichender Zyklenzahl und ausreichender Einhaltung von Zeiträumen t_z kann auf eine nachträgliche Bestrahlung mit einem Laser- oder Elektronenstrahl verzichtet werden, wenn dadurch keine wesentliche nachteilige Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Elektroblechs im Schnittkantenbereich hervorgerufen worden ist. Bei einem konventionell durchgeführten Schneiden (z.B. mit einem CO₂- oder Festkörperlaser) oder einer Bearbeitung, bei der trotz mehrfacher Bestrahlung mit mehreren Zyklen ein Energie- bzw. Wärmeeintrag erfolgt ist, der die weichmagnetischen Eigenschaften nachteilig im Schnittkantenbereich beeinträchtigt hat, können durch eine nachträgliche zusätzliche Bestrahlung mit einem Laserstrahl in dem beeinträchtigten Bereich Ummagnetisierungsverluste um ca. 13 % rückgängig gemacht werden, wie dies im Diagramm von 6 für den Typ 3 gezeigt ist. Eine zusätzliche Laserbestrahlung kann dabei durch eine Auslenkung des Brennflecks in Vorschubachsrichtungen, die nicht parallel zum Vektor der ausgebildeten Schneidkante, sondern bevorzugt in einem Winkel zwischen 30 ° und 60 ° dazu mit einer Pendelbewegung ausgerichtet sind, durchgeführt werden. Die Laserleistung kann dabei in einem Bereich zwischen 200 W und 500 W reduziert sein. Die Vorschubgeschwindigkeit kann dabei im Bereich 1 m/s bis 2 m/s gewählt werden, wobei die Vorschubgeschwindigkeit die Richtung ist, in der der Brennfleck bewegt wird.Following a procedure with a sufficient number of cycles and sufficient compliance with time periods t _z Subsequent irradiation with a laser or electron beam can be dispensed with if this does not cause any significant disadvantageous change in the soft magnetic properties of the electrical sheet in the area of the cut edges. In the case of a conventionally performed cutting (e.g. with a CO ₂ or solid-state laser) or machining in which, despite multiple irradiation with several cycles, an energy or heat input has occurred which has adversely affected the soft magnetic properties in the area of the cut edges, a subsequent additional irradiation with a laser beam in the impaired area magnetization losses can be reversed by approx. 13%, as shown in the diagram of 6 for the guy 3rd is shown. Additional laser irradiation can be carried out by deflecting the focal spot in feed axis directions that are not aligned parallel to the vector of the cutting edge formed, but preferably at an angle between 30 ° and 60 ° with an oscillating movement. The laser power can be reduced in a range between 200 W and 500 W. The feed rate can be in the range 1 m / s to 2 m / s can be selected, the feed speed being the direction in which the focal spot is moved.

Durch eine solche zusätzliche Bestrahlung/Wärmebehandlung kann eine Verringerung der relativen Permeabilität µ_r (ΔB/ΔH) im Bereich bis H=4000 A/m erreicht werden. Dieser Sachverhalt ist mit dem in 7 gezeigten Diagramm verdeutlicht. Daraus folgt, dass ohne zusätzliche Bestrahlung/Wärmebehandlung leicht erhöhte Magnetfelder H erforderlich sind, um eine bestimmte magnetische Flussdichte B zu erreichen. Dabei werden jedoch letztendlich auch die dynamischen Verluste reduziert.Such an additional irradiation / heat treatment can reduce the relative permeability μ _r (ΔB / ΔH) in the range up to H = 4000 A / m. This fact is with the in 7 shown diagram illustrates. It follows that slightly increased magnetic fields without additional radiation / heat treatment H are required to have a certain magnetic flux density B to reach. Ultimately, however, the dynamic losses are also reduced.

Der Mechanismus lässt sich wie folgt beschreiben: Der infolge der eingesetzten Strahlung induzierte Energieeintrag führt zur lokalen Aufschmelzung und Wiedererstarrung des Bestrahlten Bereiches mit einer in die Tiefe des Elektroblechs reichende Wärmeeinflusszone von ca. 100 µm, die sich radial von der bestrahlten Oberfläche ausbreitet. Die laserinduzierte thermische Ausdehnung des bestrahlten Bereiches verursacht eine tropfenförmige Auswölbung des viskosen Werkstoffes aufgrund vorherrschender Oberflächenspannungen. Ab Abkühlvorgang zieht sich dieser Werkstoff zusammen und hinterlässt einen entsprechenden Graben mit der verbleibenden beschriebenen tropfenförmigen Aufwölbung. Dieser Graben kann unter Berücksichtigung der Verfahrensführung und -parameter eine Tiefe von bis zu 15 % der Dicke des jeweiligen Elektroblechs sowie eine Breite entsprechend dem Aspektverhältnis von Grabenbreite zu Grabentiefe von mindestens 1,5 jedoch maximal 2,5 aufweisen. Die Wärmeeinflusszone kann sich demnach auf eine kumulierte Tiefe von bis zu 35 % der Dicke des jeweiligen Elektroblechs beschränken, wobei maximal 15 % des Dickenanteils sich auf den Bereich des Grabens beziehen. Da eine Längenausdehnung in Richtung des Inneren des Elektroblechs unterdrückt wird, verbleiben nach der thermischen Relaxation Restspannungen, als Zug- und/oder Druckspannungen im Werkstoff, die den Eigenspannungszustand ändern. Je nach verfahrensstrategischer Ausgestaltung der Position des bestrahlten Bereiches, der Tiefe und Breite der erzielten Wärmeeinflusszone unterhalb dieses Bereiches sowie der Form des Grabens oberhalb der Wärmeeinflusszone kann Einfluss auf die mechanischen Restspannungen im Werkstoff genommen werden. Es ist allgemein bekannt, dass von außen auf ein ferromagnetisches Bauteil aufgebrachte Kräfte, die mikromagnetische Struktur im inneren über Domain-Wall-Pinning oder inverse magnetostriktive Effekte (Villari-Effekt) beeinflussen können. Verbleibende Zugspannungen im Werkstoff entlang der Magnetisierungsrichtung reduzieren ab einer bestimmten Größenordnung die Koerzitivfeldstärke, die die Mindestmagnetfeldstärke beschreibt, mit der eine Änderung der Magnetisierung erzielt werden kann. Dieser Parameter nimmt enormen Einfluss auf die Breite der Hysteresekurve, deren Integral den Ummagnetisierungsverlust pro Zyklus beschreibt. Ein weiterer magnetischer Parameter, der über eingebrachte Restspannungen beeinflusst wird, ist die Remanenzflussdichte. Sie beschreibt die Restmagnetisierung im Bauteil bei Abschaltung des äußeren Magnetfeldes. Über einen gezielter laserinduzierten Spannungseintrag im Werkstoff können unter gewissen Voraussetzungen Magnetisierungsvorgänge unterstützt oder behindert werden. Im Fall der Ausbildung der Schneidkontur mit dem Laserremoteschnitt Typ 2 mit zusätzlicher Bestrahlung (Typ 3) kann der veränderte Eigenspannungszustand im Werkstoff zu einer geringfügigen Reduzierung der Magnetisierung (relative Permeabilität) führen. Es besteht ein Zusammenhang mit dem anisotropen magnetoresistiven Effekt. Da durch eine lokal gerichtete Erhöhung des elektrischen Widerstandes Wirbelströme reduziert werden können, die wiederum zu einem geringeren Ummagnetisierungsverlust speziell bei hohen Feldfrequenzen führen.The mechanism can be described as follows: The energy input induced as a result of the radiation used leads to local melting and re-solidification of the irradiated area with a heat-affected zone of approx. 100 µm which extends radially from the irradiated surface. The laser-induced thermal expansion of the irradiated area causes a drop-shaped bulge in the viscous material due to the prevailing surface tensions. From the cooling process, this material contracts and leaves a corresponding trench with the remaining drop-shaped bulge described. Taking into account the process management and parameters, this trench can have a depth of up to 15% of the thickness of the respective electrical sheet and a width corresponding to the aspect ratio of trench width to trench depth of at least 1.5, but at most 2.5. The heat affected zone can therefore be limited to a cumulative depth of up to 35% of the thickness of the respective electrical sheet, with a maximum of 15% of the thickness portion relating to the area of the trench. Since a linear expansion in the direction of the interior of the electrical sheet is suppressed, residual stresses remain after the thermal relaxation, as tensile and / or compressive stresses in the material, which change the residual stress state. Depending on the procedural design of the position of the irradiated area, the depth and width of the heat affected zone below this area and the shape of the trench above the heat affected zone, the residual mechanical stresses in the material can be influenced. It is generally known that forces applied externally to a ferromagnetic component can influence the micromagnetic structure on the inside via domain wall pinning or inverse magnetostrictive effects (Villari effect). From a certain order of magnitude, remaining tensile stresses in the material along the direction of magnetization reduce the coercive field strength, which describes the minimum magnetic field strength with which a change in the magnetization can be achieved. This parameter has an enormous influence on the width of the hysteresis curve, whose integral describes the magnetic loss per cycle. Another magnetic parameter that is influenced by residual voltages introduced is the residual flux density. It describes the residual magnetization in the component when the external magnetic field is switched off. Under certain conditions, magnetization processes can be supported or hindered by a targeted laser-induced voltage input in the material. In the case of forming the cutting contour with the laser remote cut type 2nd with additional radiation (Typ 3rd ) the changed residual stress state in the material can lead to a slight reduction in magnetization (relative permeability). There is a connection with the anisotropic magnetoresistive effect. Since eddy currents can be reduced by a locally directed increase in the electrical resistance, which in turn leads to less magnetic loss, especially at high field frequencies.

Die Erfindung ist ein flexibles, skalierbares Verfahren und dessen systemische Ausgestaltung zur Fertigung von Elektroblechen für hocheffiziente elektrische Maschinen. Es ist kostengünstiger im Betrieb und hinsichtlich des Investitionsaufwandes gegenüber dem konventionellen Laserstrahlschmelzschneiden. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, eine gratfreie Behandlung (ohne zusätzliche Bauteilhandhabung) durchzuführen und über die Ausgestaltung des Schneidregimes den Energie-/Wärmeeintrag im Werkstoff und folglich die magnetische Schädigung zu minimieren oder gezielt einzustellen. Steht die erforderliche Fertigungszeit im Vordergrund, kann die Vorschubgeschwindigkeit gegenüber den konventionellen Verfahren um den Faktor 10 erhöht werden. Eine ggf. damit verbundene magnetische Beeinträchtigung des Werkstoffs im Bereich der Schnittkanten kann durch einen zusätzlichen Laseroberflächenbehandlungsprozess wieder verringert werden.The invention is a flexible, scalable method and its systemic design for the production of electrical sheets for highly efficient electrical machines. It is cheaper to operate and in terms of investment compared to conventional laser fusion cutting. The process offers the possibility of carrying out a burr-free treatment (without additional component handling) and, via the design of the cutting regime, to minimize or specifically adjust the energy / heat input in the material and consequently the magnetic damage. If the required production time is in the foreground, the feed rate can be increased by a factor compared to conventional processes 10th increase. Any associated magnetic impairment of the material in the area of the cut edges can be reduced again by an additional laser surface treatment process.

Das Verfahren verzichtet auf die Verwendung von Werkzeugen, die einem Verschleiß unterzogenen sind. Der benötigte Investitionsaufwand ist gering. Mit dem Verfahren lassen sich hocheffiziente elektrische Maschinen mit den erfindungsgemäß hergestellten Elektroblechen fertigen. Die Elektrobleche können zu Elementen einer elektrischen Maschine in Stapelform montiert und gefügt werden. Die weitestgehende Vermeidung eines Grats begünstigt einen hohen Stapelfaktor sowie daraus resultierend Elektroblechpakete mit einer hohen Packungsdichte und einem folglich hohen Anteil an magnetischen Materialvolumen bezogen auf des Gesamtvolumen des Elektroblechpakets. Die magnetische Bauteilschädigung ist im Vergleich gegenüber den konventionellen Fertigungsverfahren bei gleicher Stückzahl sehr gering ausgeprägt. Andernfalls ist eine Steigerung der Stückzahl gefertigter Elektrobleche durch eine progressive Ausgestaltung des Schneidregimes möglich, wodurch die gleiche oder eine annähernd gleiche magnetische Werkstoffbeeinträchtigung, wie bei den konventionellen Verfahren auftritt. Zwischen diesen beiden Extrema kann der Prozess variabel eingestellt werden. Bei einer enormen thermischen Werkstoffschädigung, wie sie gewöhnlich bei dem konventionellen Laserschnitt oder einer progressiven Ausgestaltung des Remoteschneidregimes auftritt, kann der Ummagnetisierungsverlust durch einen zusätzlichen Laserbehandlungsschritt (Typ 3) um ca. 13 % reduziert werden. Damit kann ggf. eine zusätzliche Laserbestrahlung auch unterstützend zu den konventionellen Verfahren (z.B. in Stanzpressenlinien) eingesetzt werden.The process does not use tools that are subject to wear. The investment required is low. The method can be used to manufacture highly efficient electrical machines using the electrical sheets produced according to the invention. The electrical sheets can be assembled and assembled into elements of an electrical machine in stack form. Avoiding burrs as far as possible favors a high stacking factor and, as a result, electrical steel packages with a high packing density and consequently a high proportion of magnetic material volume based on the total volume of the electrical steel package. Magnetic component damage is very low compared to conventional manufacturing processes with the same number of pieces. Otherwise, one is The number of manufactured electrical sheets can be increased by a progressive design of the cutting regime, whereby the same or approximately the same magnetic material impairment as occurs with the conventional processes. The process can be set variably between these two extremes. In the event of enormous thermal material damage, as usually occurs with conventional laser cutting or a progressive configuration of the remote cutting regime, the loss of magnetic reversal can be caused by an additional laser treatment step (type 3rd ) can be reduced by approx. 13%. This means that additional laser radiation can also be used to support conventional processes (eg in punch press lines).

Eine zusätzliche Bestrahlung kann mit demselben Laser, der auch für das Schneiden eingesetzt werden kann, durchgeführt werden. Es kann lediglich eine Reduzierung der Energiedichte im Brennfleck, ggf. mit reduzierter Laserleistung erforderlich sein. Die Energiedichte kann ebenfalls durch eine einfache entsprechende Defokussierung des Brennfleckes erreicht werden.Additional radiation can be performed with the same laser that can also be used for cutting. It may only be necessary to reduce the energy density in the focal spot, possibly with a reduced laser power. The energy density can also be achieved by a simple corresponding defocusing of the focal spot.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

1 in schematischen Darstellungen die Ausbildung eines Schnittes in mehreren Zyklen durch eine ablatierende Laserbestrahlung;
2 einen Vergleich der erzielten magnetischen Flussdichte B in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke H;
3 einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B;
4 einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B;
5 einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B;
6 einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B;
7 einen Vergleich der erzielten magnetischen Flussdichte B in Abhängigkeit der verwendeten magnetischen Feldstärke H;
8 einen Vergleich der erzielten Koerzitivfeldstärke H_c in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte B und
9 einen Vergleich der erzielten Remanenzflussdichte B_r in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte B.

The invention will be explained in more detail below with the aid of examples. Show:

1 in schematic representations, the formation of a cut in several cycles by ablating laser radiation;
2nd a comparison of the magnetic flux density achieved B depending on the magnetic field strength H ;
3rd a comparison of the magnetic loss as a function of the magnetic flux density achieved B ;
4th a comparison of the magnetic loss as a function of the magnetic flux density achieved B ;
5 a comparison of the magnetic loss as a function of the magnetic flux density achieved B ;
6 a comparison of the magnetic loss as a function of the magnetic flux density achieved B ;
7 a comparison of the magnetic flux density achieved B depending on the magnetic field strength used H ;
8th a comparison of the coercive field strength achieved H _c depending on the magnetic flux density B and
9 a comparison of the residual flux density achieved B _r depending on the magnetic flux density B .

Die 1 zeigt schematischen Darstellungen die Ausbildung eines Schnittes in mehreren Zyklen durch eine ablatierende Laserbestrahlung mit einer Energiedichteverteilung des Brennflecks 2, die eine lokale Phasenumwandlung des bestrahlten Bereichs 3 mit sich daraufhin ausbildender Wärmeeinflusszone 4 in einem Elektroblech 5 erzeugt. Erfährt der aufgeschmolzene Bereich eine andauernde Laserbestrahlung, bildet sich teilweise eine Dampfkavität 6 aus, die aus flüssigen und gasförmigen Bestandteilen besteht, und treibt das restliche aufgeschmolzene Material aus. Verfahrensbedingt kommt es bei der Bearbeitung in mehreren Zyklen zur Gratbildung an der Schnittkannte der bestrahlten Oberseite 7 an den Rändern des erzeugten Schnittspalts 8. Mit einer sich anschließende Kantennachbehandlung mittels Verschiebung des Brennfleckes um 75 % des Brennfleckmittelpunkts senkrecht zur Bearbeitungsrichtung kann dieser Grat ablatiert und eine günstige Kantenform 10 erhalten werden. Eine mögliche zusätzliche Bestrahlung zur Verbesserung oder Wiederherstellung der magnetischen Eigenschaften kann mit einer veränderten Energiedichteverteilung im Brennfleck realisiert werden 11. Im Bereich der bestrahlten Oberfläche kommt es erneut zur Phasenumwandlung mit einer geringfügigen Ablation. Im Anschluss an die Bestrahlung erstarrt dieser Bereich, wodurch sich ein Graben mit tropfenförmiger Aufwölbung im Grabeninnerem 12 ausbildet, die in ihrer Höhe kleiner als die Grabentiefe ist. Andere Ausformungen sind je nach Werkstoffgüte (Textur, Gefügestuktur, Werkstoffdicke, chemische Zusammensetzung) ebenfalls möglich;The 1 shows schematic representations of the formation of a section in several cycles by ablating laser radiation with an energy density distribution of the focal spot 2nd showing a local phase change of the irradiated area 3rd with the resulting heat affected zone 4th in an electrical sheet 5 generated. If the melted area is exposed to continuous laser radiation, a vapor cavity is partially formed 6 , which consists of liquid and gaseous components, and drives off the remaining melted material. Due to the process involved, burrs are formed on the cut edge of the irradiated upper surface during processing in several cycles 7 on the edges of the cutting gap created 8th . With a subsequent edge treatment by shifting the focal spot by 75% of the focal spot center perpendicular to the machining direction, this burr can be ablated and a favorable edge shape 10th be preserved. A possible additional radiation to improve or restore the magnetic properties can be realized with a changed energy density distribution in the focal spot 11 . In the area of the irradiated surface, phase transformation occurs again with a slight ablation. After the irradiation, this area solidifies, causing a trench with a drop-shaped bulge to form inside the trench 12th trains, the height of which is smaller than the depth of the trench. Other shapes are also possible depending on the quality of the material (texture, structure, thickness, chemical composition);

So kann nach der Bestrahlung mit einem Grundmode-Festkörperlaser ein Graben mit einer Grabenbreite von ca. 85 µm, einer Grabentiefe von ca. 45 µm (ca. 13 % der Bauteildicke) mit einer Wärmeeinflusszone unterhalb des bestrahlten Bereichs zusätzlich von ca. 45 µm erreicht werden. After irradiation with a basic mode solid-state laser, a trench with a trench width of approx. 85 µm, a trench depth of approx. 45 µm (approx. 13% of the component thickness) with a heat affected zone below the irradiated area can additionally reach approx. 45 µm will.

2 zeigt einen Vergleich der erzielten magnetischen Flussdichte B in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke H, die für die Messung verschiedener Epsteinstreifenproben der Breite 10 mm bei einer Magnetfeldfrequenz von 50 Hz, eingesetzt worden ist. Im Diagramm sind ein schädigungsarmer Remoteprozess Typ 1 mit hoher Zyklenzahl, ein progressiv ausgestalteter Remoteprozess Typ 2 mit geringerer Zyklenzahl sowie zum Vergleich ein Schlagscheren Schnitt und ein Multimode-Festkörperlaserschnitt, ausgeführt im Schmelzschnitt unter Verwendung von Stickstoff zum Schmelzaustrieb, dargestellt. Der Remoteprozess Typ 1 erzeugt einen Schnitt, der eine Probe mit sehr gutem Magnetisierungsverhalten hervorbringt, d.h. zur Erzielung einer definierten Magnetflussdichte B von beispielsweise 1,4 T wird die geringste Feldstärke H benötigt. Danach folgt der Multimode-Festkörperlaserschnitt, der Remoteschnitt Typ 2 und der mechanische Schnitt. ; 2nd shows a comparison of the magnetic flux density achieved B depending on the magnetic field strength H , which has been used for the measurement of various Epstein stripe samples with a width of 10 mm and a magnetic field frequency of 50 Hz. The diagram shows a low-damage remote process type 1 with a high number of cycles, a progressively designed remote process type 2nd with a lower number of cycles and, for comparison, an impact shear cut and a multimode solid-state laser cut, carried out in the melt cut using nitrogen for melt expulsion. The remote process type 1 creates a cut that produces a sample with very good magnetization behavior, ie to achieve a defined magnetic flux density B the lowest field strength becomes, for example, 1.4 T. H needed. This is followed by the multimode solid-state laser cut, the remote cut type 2nd and the mechanical cut. ;

In 3 ist ein Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B für die Messung verschiedener Epsteinstreifenproben der Breite 10 mm bei einer Magnetfeldfrequenz von 50 Hz dargestellt. Der Remoteschnitt Typ 1 erzielt den geringsten Ummagnetisierungsverlust. Danach folgen der mechanische Schnitt, der Remoteschnitt Typ 2 und der Multimode-Festkörperlaserschnitt. Eine Typ 1-Behandlung erzielt bei einer Flussdichte von 1,8 T bei 50 Hz Feldfrequenz zusätzlich einen ca. 13 % höheren Ummagnetisierungsverlust gegenüber einer unbeschädigten Probe (schlussgeglüht oder mittels Ultrakurzpulslaser aus dem Blech getrennt). Eine Typ 2-Behandlung ohne ausreichende Zwischenzeiten t_z erzielt zusätzlich einen ca. 45 % höheren Ummagnetisierungsverlust gegenüber der unbeschädigten Probe. Eine Typ 3 Behandlung (d.h. Typ 2 plus die Bestrahlung der Oberfläche) erzielt einen ca. 32 % höheren Ummagnetisierungsverlust gegenüber der unbeschädigten Probe, d.h. eine Verbesserung gegenüber Typ 2 um 13 %.In 3rd is a comparison of the magnetic loss as a function of the magnetic flux density achieved B shown for the measurement of various Epstein stripe samples with a width of 10 mm at a magnetic field frequency of 50 Hz. The remote editing type 1 achieves the lowest magnetic loss. This is followed by the mechanical cut, the remote cut type 2nd and the multimode solid-state laser cut. With a flux density of 1.8 T at a field frequency of 50 Hz, a type 1 treatment additionally achieves a 13% higher magnetic loss compared to an undamaged sample (finally annealed or separated from the sheet by means of an ultrashort pulse laser). A type 2 treatment without sufficient intermediate periods t _z additionally achieves a 45% higher magnetic loss compared to the undamaged sample. A guy 3rd Treatment (i.e. type 2nd plus the irradiation of the surface) achieves an approximately 32% higher magnetic loss compared to the undamaged sample, ie an improvement compared to type 2nd by 13%.

Die 4 verdeutlicht einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B für die Messung verschiedener Epsteinstreifenproben der Breite 10 mm bei einer Magnetfeldfrequenz von 400 Hz. Der Remoteschnitt Typ 1 erzielt ebenfalls den geringsten Ummagnetisierungsverlust. Gegenüber den 50 Hz Messungen folgen im Anschluss der Remoteschnitt Typ 2, der mechanische Schnitt und der Multimode-Festkörperlaserschnitt.The 4th illustrates a comparison of the magnetic loss as a function of the magnetic flux density achieved B for the measurement of various Epstein stripe samples with a width of 10 mm and a magnetic field frequency of 400 Hz. The remote cut type 1 also achieves the lowest magnetic loss. Compared to the 50 Hz measurements, the remote cut type follows 2nd , the mechanical cut and the multimode solid-state laser cut.

5 bietet einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B für die Messung von drei Epsteinstreifenproben der Breite 10 mm, gemessen bei einer Magnetfeldfrequenz von 50 Hz vor sowie nach der Kantennachbehandlung zur Gratreduzierung, bei der ein Überfahren der zu schneidenden Kontur mit dem Brennfleck bei verschiedener Zyklenzahl. Die günstigen Ummagnetisierungsverlusteigenschaften des Remoteschnitts Typ 1 werden selbst durch eine dreizyklische Kantennachbehandlung nicht beeinträchtigt. Selbiges trifft auch für die B-H-Kennlinie zu; 5 offers a comparison of the magnetic loss as a function of the magnetic flux density achieved B For the measurement of three Epstein stripe samples with a width of 10 mm, measured at a magnetic field frequency of 50 Hz before and after the edge treatment to reduce burrs, by crossing the contour to be cut with the focal spot at different number of cycles. The favorable magnetic loss properties of the remote cut type 1 are not affected even by a three-cycle edge treatment. The same applies to the BH characteristic;

Ein Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B für die Messung von einer Epsteinstreifenprobe der Breite 10 mm, die mittels des progressiven Remoteschnitts Typ 2 ohne Einhaltung ausreichender Zeiträumen t_z zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen hergestellt und gemessen bei einer Magnetfeldfrequenz von 50 Hz wurde, geht aus 6 hervor. Anschließend erfolgte die zusätzliche Bestrahlung (Typ 3) der Oberfläche des ausgeschnittenen Elektroblechs zur magnetischen Eigenschaftsverbesserung und die erneute magnetische Probenmessung nach gleichem Ablauf. Mittels der zusätzlichen Bestrahlung könnte eine Verbesserung des Ummagnetisierungsverlustes von bis zu 13 % bezogen auf den Remoteschnitt Typ 2 ohne Oberflächenbehandlung erzielt werden.A comparison of the magnetic loss as a function of the magnetic flux density achieved B for the measurement of an Epstein stripe sample with a width of 10 mm, made using the progressive remote cut type 2nd without observing sufficient periods t _z produced between the successive irradiations and measured at a magnetic field frequency of 50 Hz 6 forth. The additional radiation (type 3rd ) the surface of the cut electrical sheet to improve the magnetic properties and re-magnetic sample measurement after the same procedure. Additional radiation could improve the magnetic loss by up to 13% based on the remote cut type 2nd can be achieved without surface treatment.

7 zeigt einen Vergleich der erzielten magnetischen Flussdichte B in Abhängigkeit der verwendeten magnetischen Feldstärke H, für die Messung derselben Epsteinstreifenproben aus 6, bei denselben Messbedingungen. Die zusätzliche Bestrahlung (Typ 3) der Oberfläche führt zu einer Reduzierung der relativen Permeabilität. Demnach werden nach einer solchen Behandlung leicht höhere Magnetfelder H benötigt um eine definierte magnetische Flussdichte B gegenüber dem rein geschnittenen Zustand (Typ 2) ohne Oberflächenbehandlung zu erreichen. 7 shows a comparison of the magnetic flux density achieved B depending on the magnetic field strength used H , for the measurement of the same Epstein stripe samples 6 , with the same measurement conditions. The additional radiation (Typ 3rd ) of the surface leads to a reduction in the relative permeability. Accordingly, after such a treatment, slightly higher magnetic fields H required around a defined magnetic flux density B compared to the purely cut condition (type 2nd ) without achieving surface treatment.

8 ist ein Vergleich der erzielten Koerzitivfeldstärke H_c in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte B für die Messung derselben Epsteinstreifenproben aus 6 bei den selben Messbedingungen. Die zusätzliche Bestrahlung (Typ 3) der Oberfläche führt zu einer Reduzierung der Koerzitivfeldstärke, wodurch ein Betrieb bei hohen Magnetfeldfrequenzen mit geringerem Ummagnetisierungsverlust ausfällt. 9 verdeutlicht einen Vergleich der erzielten Remanenzflussdichte B_r in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte B für die Messung derselben Epsteinstreifenproben aus 6 bei den selben Messbedingungen. Die zusätzliche Bestrahlung (Typ 3) der Oberfläche führt ebenfalls zu einer Reduzierung der Remanenz. 8th is a comparison of the coercive force achieved H _c depending on the magnetic flux density B for measuring the same Epstein stripe samples 6 with the same measurement conditions. The additional radiation (Typ 3rd ) of the surface leads to a reduction in the coercive field strength, as a result of which an operation at high magnetic field frequencies with less magnetic loss occurs. 9 illustrates a comparison of the residual flux density achieved B _r depending on the magnetic flux density B for measuring the same Epstein stripe samples 6 with the same measurement conditions. The additional radiation (Typ 3rd ) of the surface also leads to a reduction in remanence.

Bei einem Beispiel 1 ist, wie folgt vorgegangen worden:

Aus einem Elektroblech mit der Materialdicke von 0,35 mm wurden verschiedene Epsteinstreifen der Breite 5 mm und der Länge 250 mm unter Anwendung des Laserremoteschneidprozesses bei unterschiedlicher Ausgestaltung der Prozessparameter entnommen und in einem kommerziell verfügbaren Elektroblechmessgerät zur Bestimmung magnetischer Eigenschaften von Elektroblechen und anderen weichmagnetischen Werkstoffen analysiert. Im Vergleich zur mechanisch getrennten Probe erzielte der Remoteschnitt sehr gute magnetische Eigenschaften in der Probe. Im Anschluss an den Schnitt erfolgte für jede Probe eine Kantennachbehandlung in drei Zyklen zur Erzielung einer gratfreien Schnittkante unter Verwendung des Prozessparametersatzes Nr. 5, der in Tabelle 1 dargestellt ist, mit einer Brennfleckverschiebung senkrecht zur Schneidrichtung um 0,045 mm bezogen zur Brennfleckposition beim Schneiden. Eine Übersicht der gemessenen magnetischen Parameter ist in Tabelle 2 angegeben. Da der Parametersatz Nr. 6 eine merkliche thermische Schädigung der Schnittkante verursachte, erkennbar an dem magnetischen Verhalten, wurde für diese Probe eine Oberflächennachbehandlung realisiert (Nr. 6N in Tabelle 1). Als Behandlungsstrategie erfolgte eine Bestrahlung entlang von Linien mit einen Abstand b=2 mm senkrecht zur Schneidrichtung zum Einsatz. Zum Einsatz kam ein Grundmode-Festkörperlaser (Faserdurchmesser: 14 µm) mit einer Maximalleistung von 2000 W sowie ein Scannersystem mit einem entsprechenden Objektiv (Objektivbrennweite: 163 mm, Kollimatorbrennweite: 85 mm). Bei dieser Ausgestaltung des Schneidprozesses und der erforderlichen Oberflächenbehandlung ist die erzielte Änderung des inneren Spannungszustandes erkennbar an einer leichten Durchbiegung der Streifenproben. Dieses Behandlungsszenario wurde daraufhin auf einen Elektromotor, im Speziellen auf die Statoreinzelblechkontur überführt und im Bereich des Statorzahnes angewendet. Bei Statorzahnbreiten unterhalb von 10 mm kommt es bei der konventionellen Fertigung elektrischer Maschinen, wie bereits beschrieben, verfahrensbedingt zur magnetischen Schädigung, die sich besonders im Ummagnetisierungsverlust widerspiegelt, da im Zahn aufgrund der Drehmomentenanforderung der elektrischen Maschine hohe Flussdichten vorherrschen.

Tabelle 1: Übersicht der entnommenen Proben und der verwendeten Prozessparameter für den Laserremoteschnitt

Nr. Leistung P Geschwindigkeit v Zyklenzahl n Fokusabstand z

Pausenzeit t

_z

1 2000 W 10 m/s 10 0

1s

2 2000 W 10 m/s 10 0 0,03 s 3 1500 W 10 m/s 12 0 1 s 4 1500 W 10 m/s 12 0 0,03 s 5 1000 W 10 m/s 20 0 1 6 1000 W 10 m/s 20 0 0,03 s 6N 200 W 1,7 m/s 1 0 0 s 7 spannungsarmgeglühte Referenzprobe 8 mechanisch geschnittene Referenzprobe

Tabelle 2 Übersicht der magnetischen Parameter entnommenen Proben, flussdichtegesteuert gemessenen bei 1,5 T und 50 Hz

Nr.

Magnetfeldbedarf bei

1,5

T H

Ummagnetisierungsverlust bei

1,5

T P

Koerzitivfeldstärke bei

1,5 T H_c Remanenz bei 1,5 T B_r

1 1210 A/m 2,82 W/kg 75 A/m 0,67 T 2 1217 A/m 3,34 W/kg 107 A/m 0,36 T 3 982 A/m 2,83 W/kg 83 A/m 0,57 T 4 1128 A/m 3,25 W/kg 104 A/m 0,37 T 5 983 A/m 2,56 W/kg 64 A/m 0,84 T 6 1537 A/m 3,43 W/kg 90 A/m 0,43 T 6N 2258 A/m 3,25 W/kg 81 A/m 0,41 T 7 492 A/m 2,18 W/kg 51 A/m 1,37 T 8 2044 A/m 3,27 W/kg 70 A/m 0,79 T

In example 1, the procedure was as follows:

Various Epstein strips with a width of 5 mm and a length of 250 mm were removed from an electrical sheet with a material thickness of 0.35 mm using the laser remote cutting process with different process parameters and analyzed in a commercially available electrical sheet measuring device to determine the magnetic properties of electrical sheets and other soft magnetic materials . In comparison to the mechanically separated sample, the remote cut achieved very good magnetic properties in the sample. Following the cut, each sample was given an edge treatment in three cycles to achieve a burr-free cut edge using process parameter set No. 5, which is shown in Table 1, with a focal spot shift perpendicular to the cutting direction by 0.045 mm related to the focal spot position when cutting. An overview of the measured magnetic parameters is given in Table 2. As parameter set No. 6 caused a noticeable thermal damage to the cut edge, recognizable by the magnetic behavior, a surface post-treatment was carried out for this sample (No. 6N in Table 1). Irradiation along lines with a distance b = 2 mm perpendicular to the cutting direction was used as the treatment strategy. A basic mode solid-state laser (fiber diameter: 14 µm) with a maximum output of 2000 W and a scanner system with an appropriate lens (lens focal length: 163 mm, collimator focal length: 85 mm) were used. With this configuration of the cutting process and the required surface treatment, the change in the internal state of tension achieved can be recognized by a slight deflection of the strip samples. This treatment scenario was then transferred to an electric motor, in particular to the stator individual sheet contour, and applied in the area of the stator tooth. With stator tooth widths of less than 10 mm, the conventional manufacture of electrical machines, as already described, results in process-related magnetic damage, which is particularly reflected in the loss of magnetic reversal, since high flux densities prevail in the tooth due to the torque requirement of the electrical machine.

Table 1: Overview of the samples taken and the process parameters used for laser remoting

No. Power P Speed v Number of cycles n Focus distance z

Pause time t

_z

1 2000 W. 10 m / s 10th 0 1s 2nd 2000 W. 10 m / s 10th 0 0.03 s 3rd 1500 W. 10 m / s 12th 0 1 s 4th 1500 W. 10 m / s 12th 0 0.03 s 5 1000 W 10 m / s 20th 0 1 6 1000 W 10 m / s 20th 0 0.03 s 6N 200 W. 1.7 m / s 1 0 0 s 7 stress-relieved reference sample 8th mechanically cut reference sample

Table 2 Overview of the magnetic parameters of samples taken, measured with flux density at 1.5 T and 50 Hz

No. Magnetic field requirement at 1.5 TH Magnetic loss at 1.5 TP Coercive force at 1.5 TH _c Retentivity at 1.5 TB _r

1 1210 A / m 2.82 W / kg 75 A / m 0.67 T 2nd 1217 A / m 3.34 W / kg 107 A / m 0.36 T. 3rd 982 A / m 2.83 W / kg 83 A / m 0.57 T. 4th 1128 A / m 3.25 W / kg 104 A / m 0.37 T. 5 983 A / m 2.56 W / kg 64 A / m 0.84 T. 6 1537 A / m 3.43 W / kg 90 A / m 0.43 T. 6N 2258 A / m 3.25 W / kg 81 A / m 0.41 T. 7 492 A / m 2.18 W / kg 51 A / m 1.37 T. 8th 2044 A / m 3.27 W / kg 70 A / m 0.79 T.

Claims

Method for producing elements from soft magnetic alloys for elements of electrical machines, in which contours are cut from the elements with a two-dimensionally deflectable laser beam or electron beam, the focal spot of the laser or electron beam being moved along at least one contour to be cut at a feed rate and thereby Material is removed by moving the focal spot along the at least one contour to be cut at an increased feed rate, which is greater than 10 m / min, the at least one contour to be cut several times in cycles with the focal spot, with the laser being kept constant. or electron beam power and energy density in the focal spot, is run over and in one cycle there is a material removal of at most 5% of the total thickness to be cut, and thereby within periods t _z greater than 0.2 s between the successive irradiations on de In the respective positions of the at least one contour to be cut, there is no energy input and therefore no or only an insignificant change in the soft magnetic properties of the material of the respective electrical sheet or element of a soft magnetic alloy in the area around the kerf (s).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that after formation of the fully formed cut of the at least one contour to be cut on the element of a soft magnetic alloy, an additional irradiation of the surface of the cut element of a soft magnetic alloy with a laser power in the range between 300 W and 500 W and / or a feed rate in Range 1 m / s to 2 m / s with a pendulum movement, which is not aligned parallel to the vector of the formed cutting edge, but at an angle between 30 ° and 60 ° to it, in which due to the energy input in the area around the cutting edges mechanical residual stresses are induced in the material of the element, which lead to a reversible change in the soft magnetic properties of the material in this area of the contour (s) formed, which at least approximately that of the unaffected material of the respective element of a soft magnetic alloy e speak.

Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that in the case of cyclic irradiation along the at least one contour to be formed, without or with only an insignificant change in the soft magnetic properties of the material, a number of more than 10 cycles is maintained.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that before the irradiation with the laser or electron beam, the cut of the contour to be cut at least one is not completely formed and the complete separation of the element of a soft magnetic alloy is achieved in at least one subsequent cycle.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that when cutting a contour or contours in multiple cycles with sufficiently long periods of time t _z , an element of a soft magnetic alloy is obtained which, based on the uninfluenced soft magnetic material, has an additional magnetic loss of less than 10 %, preferably less than 5% and particularly preferably less than 3%.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser radiation trenches a trench depth of up to 15% of the thickness of an element of a soft magnetic alloy with a heat-affected zone below the irradiated area in addition to the trench depth of up to 20% of the component thickness and with a Trench width is formed according to an aspect ratio of trench width to trench depth of at least 1.5 and a maximum of 2.5.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the irradiation reduces the magnetic loss by up to 13% based on the magnetic loss increase caused by a contour cut with conventional contouring Laser fusion cutting or by means of mechanical processing, and a reduction in the relative permeability µ _{r of} the irradiated element of a soft magnetic alloy can be achieved up to 33%.