DE102022115371A1 - Kugeln aufweisend ein Ferritmaterial und Verwendung von Kugeln aufweisend ein Ferritmaterial - Google Patents

Kugeln aufweisend ein Ferritmaterial und Verwendung von Kugeln aufweisend ein Ferritmaterial Download PDF

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Abstract

Es werden Kugeln (1) beschrieben, die ein Ferritmaterial aufweisen. Weiterhin wird eine Verwendung einer Vielzahl von Kugeln (1) zur Dotierung eines Grundmaterials beschrieben, um eine magnetische Mischung mit spezifischen magnetischen Eigenschaften zu erhalten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Kugeln, die ein Ferritmaterial aufweisen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Vielzahl von Kugeln, die ein Ferrit-Material aufweisen.
  • Magnetische Eigenschaften von magnetischen Materialien wie Zement oder Beton werden durch das Auffüllen des Materials mit weichmagnetischem Material, z.B. MnZn-Ferrit-Keramiken, erreicht. Der Füllfaktor des magnetischen Materials in der endgültigen Suspension ist der Hauptparameter für die magnetischen Eigenschaften wie die effiziente Permeabilität.
  • In verschiedenen magnetischen Mischungen wie Zement oder Beton wird häufig gesintertes Ferritpulver verwendet, das auf eine bestimmte Partikelgrößenverteilung gemahlen wird. Die maximale Größe der Partikel bringt jedoch eine gewisse Grenze für die maximal erreichbare Permeabilität in der endgültigen Mischung mit sich. Die durch das Mahlen erzielten sehr feinen Partikel haben eine sehr unregelmäßige Form, was beim Mischen und Verarbeiten der endgültigen Mischung zu Komplikationen führt, insbesondere bei der Fließfähigkeit während des Gießprozesses. Die feinen Partikel des Ferrits binden Wasser aus der Mischung und begrenzen den maximal erreichbaren Füllfaktor. Außerdem entstehen hohe Kosten, da das gesinterte Pulver gemahlen, getrocknet, zerkleinert und verpackt werden muss.
  • Eine andere Möglichkeit der Dotierung magnetischer Mischungen mit Ferritmaterial ist die Verwendung von zerkleinerten Ferritkernen. Da das Ferritmaterial sehr hart und spröde ist, ist die Form der zerkleinerten Ferritkerne heterogen und scharfkantig, was zu Komplikationen bei der endgültigen Verarbeitung der Mischung führt und den endgültigen Füllfaktor der magnetischen Mischung begrenzt. Der mit diesen unregelmäßigen Partikeln erzielte Füllfaktor ist gering und während des Zerkleinerungsprozesses ist es fast nicht möglich, die Partikelgrößenverteilung zu kontrollieren. Hinzu kommt, dass verschrottete Ferritkerne eine begrenzte Quelle darstellen und nicht in großen Mengen verfügbar sind.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, Ferritkugeln bereitzustellen und eine Vielzahl von Ferritkugeln zu verwenden, die die oben genannten Probleme lösen.
  • Dieses Ziel wird durch die Kugeln und die Verwendung der Kugeln gemäß den unabhängigen Ansprüchen erreicht.
  • Gemäß einem Aspekt wird mindestens eine Kugel, insbesondere eine Vielzahl von Kugeln, bereitgestellt. Der Begriff „Kugel“ bezeichnet einen Körper aus verdichtetem Material in einer bestimmten (d. h. kugelförmigen oder abgerundeten) Form.
  • Die Kugeln sind magnetisch. Vorzugsweise weisen die Kugeln ein weichmagnetisches Material auf. Die Kugeln weisen ein Ferritmaterial auf. Insbesondere kann das Material der Kugeln Fe2O3, MnO2 oder ZnO aufweisen. Das Material der Kugeln kann von einem Spinell-Struktur- Typ sein. In einer Ausführungsform können die Kugeln eine gesinterte Spinell-Struktur von MnZn-Ferriten aufweisen.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Kugeln kalziniert. Außerdem sind die Kugeln gesintert. Die Kugeln (im Folgenden auch „Ferritkugeln“) können in einem herkömmlichen Scheibenpelletier- oder Granulierverfahren hergestellt und anschließend in vorhandenen Sinteröfen kalziniert und gesintert werden.
  • Im Vergleich zu einem herkömmlichen Ferritpulver entfällt bei der Herstellung der Ferritkugeln ein Mahlen und Sprühtrocknen. Auch ein Zerkleinern, Nassmahlen und Trocknen der gesinterten Kugeln ist im Vergleich zu gesintertem Ferritpulver nicht notwendig. Die Ferritkugeln lassen sich somit einfach und kostengünstig herstellen. Damit steht ein sehr kostengünstiges Produkt zur Verfügung, das mit herkömmlichen Methoden leicht hergestellt werden kann.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Kugeln eine homogene Form haben. Die Kugeln können alle ungefähr die gleiche äußere Form haben. Insbesondere können alle Kugeln eine abgerundete äußere Form haben. Es gibt keine scharfen Kanten an einer Oberfläche der Kugeln. Insbesondere ist die Oberfläche der jeweiligen Kugel glatt.
  • Auf diese Weise können die Kugeln mit Hilfe bestehender Mischtechnologien leicht weiterverarbeitet werden, z.B. mit weiteren Materialien vermischt werden. Außerdem kann durch die homogene Form der Ferritkugeln eine hervorragende Fließfähigkeit der Kugeln erreicht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform weisen die Ferritkugeln eine kontrollierte Größe auf. Mit anderen Worten, eine (vorgegebene) Größe der Kugeln variiert nur geringfügig.
  • Alle Kugeln können annähernd die gleiche Größe haben, oder es können absichtlich Kugeln verschiedener vordefinierter Größen miteinander gemischt werden.
  • Ein Durchmesser D der jeweiligen Kugel kann 3 mm ≤ D ≤ 15 mm betragen. Der Durchmesser der jeweiligen Kugel kann zum Beispiel 5 mm, 6 mm, 7 mm oder 10 mm betragen. Der Durchmesser D der Ferritkugeln kann groß sein im Vergleich zu der Größe herkömmlicher Ferritpulverkörner, die zwischen 1 und 200 Mikrometern liegt.
  • Durch die Kontrolle der Größe und der Form der Ferritkugeln wird die Mischbarkeit der Kugeln mit Standardmischtechnologien, wie sie z.B. in der Betonindustrie verwendet werden, erleichtert. So können die Kugeln mit den vorhandenen Mischtechnologien effizient und homogen in den endgültigen Magnetmischungen verteilt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine Dichte der jeweiligen Kugel ≤ 4200 kg / m3. Die Dichte kann ≥ 3000 kg / m3 betragen. Mit anderen Worten, die Dichte der jeweiligen Ferritkugel ist eher gering. Daher weisen die Ferritkugeln eine ausgezeichnete Fließfähigkeit auf und lassen sich daher leicht in einem Grundmaterial verteilen.
  • Gemäß einer Ausführungsform haben die Kugeln eine relative Permeabilität von ≥ 200. Damit ist die Permeabilität der Kugeln im Vergleich zu gesintertem Ferritpulver und im Vergleich zu zerkleinerten Ferritkernen hoch.
    Gemäß einer Ausführungsform sind die Kugeln geeignet, um als ein Füllmaterial für eine magnetische Mischung verwendet zu werden. Mit anderen Worten, das Füllmaterial weist eine Vielzahl von Ferritkugeln auf. Das Füllmaterial kann so beschaffen sein, dass es mit einem Grundmaterial (z. B. einem anorganischen Material) gemischt wird, um die oben erwähnte magnetische Mischung zu erhalten. Das Füllmaterial kann so beschaffen sein, dass es das Grundmaterial dotiert.
  • Das Füllmaterial weist eine Vielzahl von gesinterten Ferritkugeln auf, die in einem herkömmlichen Scheibenpelletier- und/oder Granulierverfahren hergestellt und anschließend in vorhandenen Sinteröfen kalziniert und gesintert werden. Damit steht ein sehr kostengünstiges Füllmaterial zur Verfügung, das mit konventionellen Verfahren leicht hergestellt werden kann.
  • Ein weiterer Aspekt ist eine Verwendung einer Vielzahl von Kugeln zur Dotierung eines Grundmaterials, um eine magnetische Mischung mit spezifischen magnetischen Eigenschaften zu erhalten. Mit anderen Worten, die Kugeln können als ein Füllmaterial verwendet werden. Die Kugeln können ein Ferritmaterial aufweisen. Vorzugsweise entsprechen die Kugeln den oben beschriebenen Ferritkugeln. Somit gelten alle im Zusammenhang mit den Ferritkugeln beschriebenen Merkmale auch für diesen Aspekt und umgekehrt.
  • Die Kugeln bieten eine hohe Permeabilität im Vergleich zu gesintertem Ferritpulver und im Vergleich zu zerkleinerten Ferritkernen. Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften ermöglichen die Kugeln eine homogene Mischung mit dem Grundmaterial und das Erzielen einer guten Fließfähigkeit der endgültigen magnetischen Mischung.
  • So kann beispielsweise ein anorganisches Grundmaterial mit den Ferritkugeln gemischt werden. Durch Mischen des Grundmaterials und der Ferritkugeln kann eine magnetische Mischung mit spezifischen magnetischen Eigenschaften erhalten werden. Das Grundmaterial kann mit den Ferritkugeln unter Verwendung herkömmlicher Mischtechniken gemischt werden. Dadurch lassen sich die Ferritkugeln leicht in bestehende Produktionsprozesse für magnetische Mischungen integrieren.
  • Ein Material und/oder ein Füllfaktor und/oder eine magnetische Permeabilität (d. h. die relative Permeabilität) der Ferritkugeln kann angepasst werden in Abhängigkeit von
    • - der Art des Grundmaterials und/oder
    • - der vorgesehenen Verwendung der endgültigen magnetischen Mischung und/oder
    • - der beabsichtigten Weiterverarbeitung der Kugeln.
    In diesem Zusammenhang spiegelt der Füllfaktor ein Mischungsverhältnis zwischen den Ferritkugeln und dem Grundmaterial wider. Das Material, der Füllfaktor und/oder die relative Permeabilität der Kugeln können so gewählt werden, dass eine hohe Permeabilität und eine optimierte Fließfähigkeit der magnetischen Mischung erreicht werden kann.
  • Die Größe der Ferritkugeln kann in Abhängigkeit von der gewünschten Fließfähigkeit der magnetischen Mischung und/oder der gewünschten magnetischen Eigenschaft der magnetischen Mischung und/oder dem Füllfaktor gewählt werden. In einer Ausführungsform können Ferritkugeln derselben vorbestimmten Größe mit dem Grundmaterial gemischt werden, um die magnetische Mischung zu erhalten. Alternativ können Ferritkugeln unterschiedlicher vorgegebener Größe mit dem Grundmaterial gemischt werden, um die magnetische Mischung zu erhalten. Auf diese Weise kann ein noch höherer Füllfaktor erreicht werden.
  • Wie oben beschrieben, liegt ein Durchmesser der Ferritkugeln zwischen 3 mm und 15 mm. Der Durchmesser der Ferritkugeln kann im Vergleich zu der Größe herkömmlicher Ferritpulverkörner, die zwischen 1 und 200 Mikrometern
    liegt, groß sein. Auf diese Weise kann eine hohe Permeabilität in der endgültigen magnetischen Mischung erreicht werden. Außerdem erleichtert der besagte Durchmesser die Mischbarkeit der Kugeln mit den üblichen Mischtechnologien, die beispielsweise in der Betonindustrie verwendet werden. Außerdem lässt sich durch den kontrollierten Durchmesser der Ferritkugeln der Füllfaktor leicht kontrollieren. Die gute Fließfähigkeit der endgültigen Mischung und der kontrollierte Füllfaktor ermöglichen es den Herstellern von Magnetbeton, das Gießverfahren bei Bauarbeiten einzusetzen.
  • Ein Füllfaktor der Ferritkugeln in der magnetischen Mischung beträgt ≥ 70 Gew.-%. Der Füllfaktor kann z.B. bis zu 95 Gew.% betragen. Der Füllfaktor der Ferritkugeln in der magnetischen Mischung kann ≥ 50 % des Volumens sein.
    Bei der Verwendung als Füllmaterial können die Kugeln unterschiedliche (aber vorgegebene) Größen aufweisen. Mit anderen Worten, es können Ferritkugeln unterschiedlicher Größen kombiniert werden, um das Füllmaterial zu bilden. Ein Verhältnis zwischen größeren Kugeln B und kleineren Kugeln S kann B/S = 70/30 sein. Die größeren Kugeln können z.B. einen Durchmesser von 10 mm haben. Die kleineren Kugeln können einen Durchmesser von z.B. 4 mm oder 5 mm haben. Natürlich sind auch andere Mischungsverhältnisse B/S möglich, z. B. B/S = 75/25, 80/20 oder 85/15. Die Kombination von größeren und kleineren Kugeln trägt dazu bei, den Füllfaktor des Füllmaterials in der magnetischen Mischung zu erhöhen.
  • Wenn die Kugeln als ein Füllmaterial verwendet werden, kann auch ein gesintertes Ferritpulver mit dem Grundmaterial gemischt bzw. der magnetischen Mischung hinzugefügt werden. Das gesinterte Ferritpulver kann ein herkömmliches Ferritpulver sein, das auf eine bestimmte Partikelgrößenverteilung gemahlen wird. Die Größe der Ferritkörner im gesinterten Pulver kann zwischen 1 µm und 200 µm liegen. Durch die Kombination der Ferritkugeln und des gesintertes Ferritpulvers zur Erlangung einer magnetischen Mischung kann ein noch höherer Füllfaktor erreicht werden.
  • Weitere Merkmale, Verfeinerungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen in Verbindung mit der Abbildung.
    • 1 zeigt eine Ansicht von Ferritkugeln 1.
  • In 1 ist eine Vielzahl von Kugeln 1 dargestellt. Die Kugeln 1 sind gepresste Körper, die eine abgerundete äußere Form aufweisen. Die Kugeln 1 weisen ein magnetischen Ferritmaterial auf, vorzugsweise ein weichmagnetisches Ferritmaterial. Insbesondere handelt es sich bei den Kugeln 1 um gesinterte Ferritkugeln 1.
  • Um die Ferritkugeln 1 zu erhalten, erfolgt zunächst eine Trockenmischung von Rohmaterial. Das Rohmaterial weist beispielsweise MnZn FER, NiZn FER oder MgZn FER auf.
  • Anschließend wird ein Standard-Scheibenpelletierverfahren und/oder ein Standard-Granulierverfahren durchgeführt. Nach der Bildung der Kugeln 1 werden die Kugeln 1 kalziniert, verpackt und der Sinterung zugeführt. Die Sinterung erfolgt in vorhandenen Sinteröfen. Insgesamt ist nur eine geringe Anzahl von Schritten notwendig, um die Ferritkugeln 1 zu erhalten. Die gesinterten Ferritkugeln 1 sind von einem Spinell-Struktur-Typ.
  • Wie aus 1 hervorgeht, haben die Ferritkugeln 1 eine homogene Form. Insbesondere ist die Form der Ferritkugeln 1 abgerundet. Eine Außenfläche der jeweiligen Kugel 1 ist glatt. Es gibt keine scharfen Kanten oder Vorsprünge an der Außenfläche der Kugeln 1. Alle Kugeln 1 haben die gleiche, d.h. abgerundete, äußere Form.
  • Eine Dichte der jeweiligen Kugel 1 liegt zwischen 3000 und 4200 kg/m3, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Eine relative Permeabilität der jeweiligen Ferritkugel 1, die von der Größe der Kugel 1 abhängt, kann ≥ 200 sein. Die Kugeln 1 lassen sich leicht verarbeiten und weisen eine hervorragende Fließfähigkeit auf.
  • Die Kugeln 1 sind so beschaffen, dass sie als ein Füllmaterial 10 verwendet werden können. Mit anderen Worten, die Kugeln 1 sind geeignet, um effizient und homogen mit einem Grundmaterial (nicht explizit dargestellt) vermischt zu werden. Wenn die Kugeln 1 mit dem Grundmaterial gemischt werden, wird eine magnetische Mischung (nicht explizit dargestellt) mit spezifischen Eigenschaften wie guter Fließfähigkeit und hoher relativer Permeabilität erzielt.
  • Die Ferritkugeln 1 bieten eine hohe Permeabilität im Vergleich zu gesintertem Ferritpulver und im Vergleich zu zerkleinerten Ferritkernen. Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften ermöglichen die Kugeln 1 eine homogene Mischung mit einem Grundmaterial und das Erzielen einer guten Fließfähigkeit der endgültigen magnetischen Mischung.
  • Die Ferritkugeln 1 haben eine kontrollierte (d. h. eine bestimmte) Größe. Ein Durchmesser D der jeweiligen Ferritkugel 1 kann zwischen 3 mm und 15 mm liegen, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. In einer Ausführungsform bilden nur Kugeln 1 mit einer vorgegebenen Größe (z. B. 3 mm) das Füllmaterial 10. In diesem Fall kann die Größe der Kugeln 1 nur geringfügig variieren.
  • Alternativ können auch Ferritkugeln 1 unterschiedlicher (vorgegebener) Größen zur Bildung des Füllmaterials 10 kombiniert werden. So können z.B. Ferritkugeln 1 mit einem Durchmesser zwischen 3 mm und 6 mm miteinander kombiniert werden, oder es können alternativ große Ferritkugeln 1 (z.B. Kugeln 1 mit einem Durchmesser von 10 mm oder mehr) mit kleinen Ferritkugeln 1 (z. B. Kugeln 1 mit einem Durchmesser von 4 mm, 5 mm oder 6 mm) kombiniert werden. Auf diese Weise kann ein Füllfaktor des Füllmaterials 10 in der endgültigen magnetischen Mischung, d. h. ein Mischungsverhältnis zwischen dem Füllmaterial 10 und dem Grundmaterial, optimiert werden.
  • Aufgrund der spezifischen Eigenschaften des Füllmaterials 10 ist die magnetische Mischung sehr homogen, weist einen hohen Füllfaktor und eine gute Fließfähigkeit auf. Der Füllfaktor kann ≥ 70 Gew.-% oder ≥ 50 % des Volumens betragen. Die gute Fließfähigkeit der magnetischen Mischung und der kontrollierte Füllfaktor ermöglichen es den Herstellern von Magnetbeton, das Gießverfahren während der Bauarbeiten anzuwenden.
  • Der magnetischen Mischung kann auch ein herkömmliches gesintertes Ferritpulver zugefügt werden. Dies kann vor, nach oder gleichzeitig mit dem Mischen des Füllmaterials 10 mit dem Grundmaterial erfolgen. Durch die Kombination der Ferritkugeln 1 und des konventionellen gesinterten Ferritpulvers zur Herstellung der magnetischen Mischung kann ein noch höherer Füllfaktor erreicht werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen durch die darauf basierende Beschreibung beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen einschließt, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht ausdrücklich in den Ansprüchen oder Ausführungsformen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kugel
    10
    Füllmaterial
    D
    Durchmesser

Claims (12)

  1. Kugeln (1) aufweisend ein Ferritmaterial.
  2. Kugeln (1) nach Anspruch 1, wobei die Kugeln (1) gesintert sind.
  3. Kugeln (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Kugeln (1) eine kontrollierte Größe aufweisen.
  4. Kugeln (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kugeln (1) eine homogene Form haben.
  5. Kugeln (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Durchmesser (D) der Kugeln (1) 3 mm ≤ D ≤ 15 mm beträgt.
  6. Kugeln (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Dichte der jeweiligen Kugel (1) ≤ 4200 kg / m3 ist und wobei die Dichte ≥ 3000 kg / m3 ist.
  7. Kugeln (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kugeln (1) zur Verwendung als ein Füllmaterial (10) für eine magnetische Mischung geeignet sind.
  8. Kugeln (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kugeln (1) eine gesinterte Spinell-Struktur von MnZn-Ferriten aufweisen.
  9. Kugeln (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kugeln (1) durch ein Scheibenpelletierverfahren und/oder durch ein Granulierverfahren gebildet sind.
  10. Kugeln (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kugeln (1) eine relative Permeabilität ≥ 200 aufweisen.
  11. Kugeln (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Außenfläche der Kugeln (1) glatt ist.
  12. Verwendung einer Vielzahl von Kugeln (1) zur Dotierung eines Grundmaterials, um eine magnetische Mischung mit spezifischen magnetischen Eigenschaften zu erhalten, wobei die Kugeln (1) ein Ferritmaterial aufweisen.
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