DE112021005060T5

DE112021005060T5 - Prozess für ein in der Fertigungslinie erfolgendes mechanisches Ritzen einer amorphen Folie für eine Magnetbereichsausrichtung und Kernverlustreduzierung

Info

Publication number: DE112021005060T5
Application number: DE112021005060.5T
Authority: DE
Inventors: Eric Alan THEISEN; E. Jr. Granger Donald; Thomas Joseph Hastie; Robert Jr. Reed Donald
Original assignee: Metglas Inc
Current assignee: Metglas Inc
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2021-08-30
Publication date: 2023-07-06
Also published as: MX2023001900A; US20220097126A1; CN116323036A; WO2022066366A1; CA3190580A1; TW202231382A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Reduzierung von Kernverlusten in weichmagnetischen Anwendungen, bei denen amorphe Folien als Kernmaterial verwendet werden. Es ist bekannt, dass amorphe Folien im Vergleich zu kristallinen Siliziumstahl-Schichtungslagen geringere Verluste aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass durch mechanisches Ritzen der Oberfläche der weichmagnetischen Schichtungslagen, die den gewickelten Kern in Leistungsaufbereitungsvorrichtungen wie z. B. einem Transformator bilden, eine Reduzierung der Verluste um 10 bis 40 % gegenüber amorphem Material aus dem derzeitigen Stand der Technik erreicht werden kann. Der Ritzprozess eröffnet eine Steuerung der magnetischen Bereiche, was zu einer erleichterten Umkehr des magnetischen Flusses führt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Anmeldung Nr. 17/033,301 , die am 25. September 2020 eingereicht wurde und die hier ausdrücklich durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Der Gegenstand der Erfindung ist die Reduzierung von Kernverlusten in weichmagnetischen amorphen Materialien durch Anwendung von mechanischem Ritzen oder Anzeichnen in der Fertigungslinie während der Verarbeitung von amorphen Schichtungslagen. Die amorphen Schichtungslagen können zu gewickelten Kernformen geformt werden, die in vielen Leistungsaufbereitungsvorrichtungen verwendet werden, und die Hauptanwendung ist die Verlustreduzierung in Verteiltransformatoren mit hohem Wirkungsgrad.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Bereichsveredelung ist eine gängige Technik zur Reduzierung des Kernverlusts herkömmlicher Si-Stahlschichtungslagen, und der Mechanismus ist gut dokumentiert. Die Pinning-Positionen der magnetischen Bereiche erleichtern die Umkehrung und werden auf die Schichtungslagen in der Richtung senkrecht zur Gießrichtung angewendet. Dies kann durch viele Prozesse in konventionellen Si-Stahlschichtungslagen erreicht werden.
Zum Beispiel lehrt das US-Patent Nr. 4,685,980, dessen Inhalt durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird, ein Verfahren zum Anbringen von Pinning-Positionen an den Si-Stahlschichtungslagen durch Laserbehandlung der Bandoberfläche. Das Laser-Ritzen ist ein gängiges Verfahren zur Reduzierung von Kernverlusten und wird in mehreren Patenten gelehrt. Dies beinhaltet im Allgemeinen die Anwendung einer Lasererwärmung zur lokalen Rekristallisierung von Si-Stahlschichtungslagen. In der US-Patentveröffentlichung Nr. 2003/0121566, deren Inhalt in vollem Umfang durch Bezugnahme aufgenommen wird, werden mechanische Kontaktverfahren verwendet, die beinhalten, eine Spannung in das Band einzubringen, und zwar durch seitliche Rillen, die entweder während der Walzphasen der Produktion oder danach in einem separaten Verarbeitungsschritt in die Schichtungslage eingebracht werden. Diese Rillen tragen dann dazu bei, die magnetischen Bereiche während des Kristallwachstums durch Wärmebehandlungsstufen auszurichten. Das US-Patent Nr. 5,013,373, dessen Inhalt durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen wird, verwendet einen chemischen Ätzprozess, um mechanische Rillen in Si-Stahlschichtungslagen einzubringen.
Die Herstellung von amorphen Schichtungslagen unterscheidet sich von der von Si-Stahl, da amorphe Folien relativ hohe Abkühlungsraten erfordern, um die Kristallisation zu unterdrücken. Diese hohen Abkühlraten begrenzen die Dicke der Schichtungslagen auf weniger als ~100 Mikron und häufiger auf eine Dicke von 15 bis 30 Mikron. Das US-Patent Nr. 4,331,739, dessen Inhalt durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen wird, lehrt einen Planar-Flow-Schmelzspinn-(PFMS)-Prozess, welcher das derzeit bevorzugte Verfahren zur Herstellung amorpher Folien darstellt. PFMS findet üblicherweise bei Gießgeschwindigkeiten von 15 bis 45 m/s statt, wobei die Folie gegossen und gleichzeitig aufgewickelt wird, was es sehr schwierig macht, während der Produktion irgendeine Art von Ritzungen in der Fertigungslinie zu erzielen.
Das mittels Laser erfolgende Ritzen von amorphen Schichtungslagen wurde in den US-Patenten Nr. 4,915,750; 4,724,015; und 9,290,831 beschrieben, deren Inhalte in vollem Umfang durch Bezugnahme aufgenommen sind, wobei das Lasermuster nach dem ersten Produktionsschritt aufgebracht wird. Beim Ritzen mittels Laser müssen die Schichtungslagen einzeln bearbeitet werden, und der Durchsatz für einen nominell 25 Mikron dicken amorphen Schichtwerkstoff ist geringer als bei Si-Stahlschichtungslagen, die 10 bis 50 Mal dicker sein können als eine amorphe Folie. Die zusätzlichen Kosten, die mit der Bearbeitung dünner Schichtungslagen verbunden sind, sind einer der Hauptgründe dafür, dass das Ritzen mittels Laser bei amorphem Material nicht sehr weit verbreitet ist. Mechanisches Ritzen von amorphen Schichtungslagen wurde ebenfalls nicht in großem Umfang kommerzialisiert, da die zusätzlichen Bearbeitungskosten dazu führen, dass das Material unerschwinglich teuer ist.
In die Fertigungslinie integrierte Verfahren für das Ritzen amorpher Schichtungslagen sind eine Herausforderung, da die Verarbeitungsgeschwindigkeiten typischerweise im Bereich von 20 bis 30 m/s liegen. Das US-Patent Nr. 10,468,182, dessen Inhalt in vollem Umfang durch Bezugnahme aufgenommen wird, erläutert Verfahren zur Einbringung mechanischer Ritzlinien während der Verarbeitung, die entweder Schablonenmuster auf der Oberfläche des Gießsubstrats durch Kratzen am Substrat mit einer Drahtbürste während der Verarbeitung oder die Einbringung einer wellenartigen Wellung in der Bandoberfläche durch Steuern der Temperaturverteilung im Schmelzemundstück verwenden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Ritzen der vorliegenden Erfindung kann in amorphem Material in der Fertigungslinie während der Herstellung der Folie durch Steuerung der Kapillarschwingungen des Schmelzmetallbades erreicht werden, wobei Material auf das Abschrecksubstrat geführt wird, was zu einem eingegossenen mechanischen Muster in der amorphen Schichtungslage führt. Dieses Muster verfeinert die magnetischen Bereiche und reduziert Kernverluste. Das Muster in der Folie stellt eine örtlich begrenzte Dickenverringerung dar, die während der Kapillarschwingung erfasst wird. Unter kontrollierten Bedingungen deckt dieses Muster die Breitenrichtung der Folie vollständig ab und hat eine gleichmäßige Beabstandung.
Die Gießbedingungen, die die Herstellung von amorphen Folien ermöglichen, haben grundlegende Stabilitätsgrenzen. Die Grundlagen des PFMS-Prozesses bestehen darin, dass geschmolzenes Metall auf ein rotierendes Kühlradsubstrat fließen muss, um schnell zu einer kontinuierlichen Folie abgeschreckt zu werden. Die lineare Radgeschwindigkeit, der auf das geschmolzene Metall ausgeübte Druck und metallostatische Druck sowie der Spaltabstand zwischen dem Mundstück und dem Rad sind die wichtigsten Steuerungsparameter für den PFMS-Prozess. Zu langsame Radgeschwindigkeiten führen zu einer zu hohen Banddicke, um ein amorphes Band zu bilden, und zu schnelle Radgeschwindigkeiten behindern die Erstarrung und verhindern die Bildung einer vollständig abgeschreckten Folie. Zu hohe Drücke auf den Schmelzmetallstrom führen dazu, dass der Prozess überläuft und kein Band gebildet werden kann. Ebenso wird bei zu geringen aufgebrachten Drücken nicht genug geschmolzenes Metall zugeführt, um ein vollständiges Band zu bilden. Der Spaltabstand zwischen dem die Metallschmelze zuführenden Mundstück und dem Kühlrad ist ebenfalls ein wichtiger Steuerungsparameter, da der Spalt dem Schmelzmetallstrom einen hydrodynamischen Widerstand entgegensetzt und es dem Strom ermöglicht, ein stabiles Blech in Breitenrichtung zu bilden. Ein zu großer Spaltabstand drosselt den Fluss nicht wirksam, und ein zu kleiner Spaltabstand drosselt den Fluss so weit, dass das Metall im Mundstückspalt erstarrt, anstatt auf das Gießrad zu fließen. Der Prozess kann innerhalb dieser grundsätzlichen Stabilitätsgrenzen arbeiten. Es wurde jedoch festgestellt, dass unter bestimmten Prozessbedingungen eine Kapillarschwingung in der Metallschmelze induziert und mit einer bestimmten Frequenz bis zu dem Punkt gesteuert wird, bei dem sich ein gleichmäßiges eingeritztes Muster in der amorphen Schichtungslage bildet.
Figurenliste
Bei Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen und die begleitenden Zeichnungen kann die Erfindung besser nachvollzogen werden und es können weitere Vorteile erkannt werden.

1 zeigt eine schematische Darstellung des PFMS-Prozesses.
2 stellt die Kontaktzone dar, in der sich ein Schmelzmetallbad zwischen dem Abschrecksubstrat und dem Mundstück bildet.
3 stellt ein optisches Bild des amorphen Bandes mit dem mechanisch eingeritzten Muster dar.
4A stellt das visuelle Muster dar, das in dem mechanisch geritzten Band zu beobachten ist; 4B veranschaulicht die Querschnittsansicht des Bandes, die die lokalisierte Dickenreduzierung an den geritzten Stellen anzeigt; und 4C veranschaulicht Messungen mit einem Oberflächenmessgerät auf der Oberfläche der geritzten Folie.
5 ist eine schematische Darstellung der magnetischen Bereiche im Band und zeigt, wie durch die Hinzunahme des Ritzens die Breite der magnetischen Bereiche reduziert wird.
6 ist eine schematische Darstellung des konturierten Mundstücks, das an die thermische Verformung des Gießrades angepasst ist, um einen gleichmäßigen Spalthöhenabstand zu erhalten.
7A veranschaulicht die Ritzwellenlänge als Funktion der Spalthöhe; 7B veranschaulicht den Kernverlust als Funktion der Spalthöhe; und 7C veranschaulicht den Kernverlust als Funktion der Ritzwellenlänge.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines Endlos-Verteiltransformatorkerns, der typisch für amorphe Transformatoren ist.
9 veranschaulicht den Kernverlust als Funktion des Induktionsniveaus in einem amorphen Kern aus der Legierung Fe₈₁B_14,7Si₄C_0,3 für einen Schichtwerkstoff aus einer typischen amorphen Folie, einer optimal geritzten Folie und einer minimal geritzten Folie.
10A zeigt eine schematische Darstellung des eingeritzten Musters, das 75 bis 100% der Folienoberfläche von Rand zu Rand bedeckt; und 10B zeigt eine Abdeckung von 25 bis 50% der Folienoberfläche von Rand zu Rand.
11 veranschaulicht den Kernverlust als Funktion des Induktionsniveaus in einem amorphen Kern aus einer Legierung Fe₇₉B_11,6Si₉,₃C_0,1 für einen Schichtwerkstoff aus einer optimal geritzten Folie und einer typischen amorphen Folie.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie hier definiert, ist ein „magnetischer Bereich“ eine Zone, in der die Magnetfelder von Atomen gruppiert und ausgerichtet sind. „Bereichsverfeinerung“ bezieht sich auf Techniken, die den Kernverlust von Schichtwerkstoffen verringern. Der hier verwendete Begriff „aufgebrachter Druck“ bezieht sich auf die Kombination aus metallostatischem Füllstanddruck und einem zusätzlichen im Tiegel aufgebrachten Gasdruck. „Freie Seite“ der Folie bezieht sich auf die Seite, die während der Verarbeitung nicht mit dem Kühlradsubstrat in Berührung kommt. Sofern hier nicht anders angegeben, bezieht sich die Beschreibung der Eigenschaften des eingeritzten Musters auf der Folie, einschließlich der Wellenlänge, der Tiefe, der Breite usw., auf die auf der freien Seite der Folie beobachteten Eigenschaften. Der hier verwendete Begriff „Frequenzskalierung“ bezieht sich auf die Resonanzfrequenz, bei der das Schmelzmetallbad am anfälligsten für Schwingungen ist. „Ritzen“ umfasst Techniken, die zur Erzeugung kleiner Verzerrungen auf der Oberfläche der Schichtwerkstoffe verwendet werden, welche zu einer Bereichsverfeinerung führen. Wie oben beschrieben, ist PFMS ein Schnellverfestigungsprozess, der bei der Herstellung von dünnen, metallischen Bändern und Folien verwendet wird. „Spalthöhe“ ist der Abstand zwischen dem Mundstück und der Kühlradoberfläche, wo sich das Schmelzmetallbad während der Verarbeitung bildet. In seiner Verwendung hierin bezieht sich „Kapillarschwingung“ auf eine durch Kapillarkräfte während des PFMS-Prozesses verursachte Schwingung des Schmelzmetallbades.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine kontrollierte Kapillaroszillation des Schmelzmetallbades während des PFMS-Prozesses offenbart. 1 zeigt Einzelheiten, bei denen geschmolzenes Metall aus einem Tiegel durch ein Mundstück auf ein rotierendes Abschreckrad geleitet wird, wodurch eine kontinuierliche amorphe oder schnell erstarrende Folie erzeugt wird. Wichtige Steuerungsparameter sind der im Tiegel aufgebrachte Druck, der Mundstück-Spaltabstand, die innere Mundstückgeometrie und die lineare Geschwindigkeit des Rades. Der Prozess kann im Chargenbetrieb betrieben werden, indem ein Inertgasdruck im Tiegel aufgebracht wird, um den Rückgang des metallostatischen Drucks während des Gießens zu berücksichtigen, oder es kann im kontinuierlichen Modus betrieben werden, indem der Pegel des geschmolzenen Metalls im Tiegel durch ein zusätzliches Zuführverfahren aufrechterhalten wird. Der aufgebrachte Druck ist die Kombination aus metallostatischem Füllstanddruck und einem zusätzlichen im Schmelztiegel aufgebrachten Gasdruck.
Eine schematische Nahaufnahme der Kontaktzone zwischen dem Mundstück und dem Rad ist in 2 gezeigt. Der Spaltabstand zwischen dem Mundstück und dem Abschreckrad (oder die Spalthöhe) ist so klein, dass der Spalt die Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls einschränkt. Der Strom des geschmolzenen Metalls hängt von dem aufgebrachten Druck und der Spalthöhe ab. Die Kombination aus Spalthöhe, aufgebrachtem Druck und Raddrehzahl ist wichtig für die Prozessstabilität. Es gibt ein breites Spektrum von Prozessbedingungen, mit denen sich eine amorphe Folie herstellen lässt. Innerhalb dieser breiten Bedingungen, die die Grenzen der Prozessstabilität definieren, wurde jedoch festgestellt, dass es eine Reihe von Betriebsparametern gibt, die das Schmelzmetallbad dazu veranlassen, frei mit einer natürlichen Resonanzfrequenz zu schwingen. Diese Schwingungsfrequenz wird dargestellt durch $f \sim {(σ / ρ {*G}^{3})}^{1 / 2},$
wobei ρ die Dichte des geschmolzenen Metalls, G die Spalthöhe und σ die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls ist. Physikalisch gesehen ist dies das Verhältnis von Trägheits- zu Kapillarkräften innerhalb des Schmelzbades. Viskositätskräfte sind in geschmolzenen Metallen typischerweise gering; daher gibt es eine geringe Schwingungsdämpfung und die Schwingungen können frei schwingen.
Ein Merkmal dieser Schwingungsfrequenzskalierung ist die Nichtlinearität der Spalthöhe, was bedeutet, dass das Steuern der Spalthöhe wichtig ist. Unter optimalen Verarbeitungsbedingungen besteht eine freie Schwingung des Schmelzbades und ein mechanisches Muster wird für jede Periode der Schwingung in der amorphen Folie während der Verarbeitung festgehalten. 3 zeigt ein Bild der freien Seite der amorphen Folie mit der festgehaltenen Schmelzbadschwingung. 4A zeigt eine schematische Darstellung der amorphen Folie mit realen eingeritzten Linien auf der Oberfläche des Bandes, wobei die eingeritzten Linien jeweils durch einen Wellenlängenabstand λ getrennt sind. 4B stellt einen Querschnitt der Folie dar, bei dem die eingeritzte Linie eine örtliche Reduzierung der Dicke in der Tiefe δ und eine Breite ω hat und relativ ebene Abschnitte zwischen den Linien vorhanden sind. 4C veranschaulicht eine Reihe von Messungen mit einem Oberflächenmessgerät auf der freien Seite des amorphen Bandes. Jede geeignete Tiefe und Breite des Ritzmusters kann mit dem hier beschriebenen Verfahren verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Tiefe des Ritzmusters typischerweise 1 bis 15 Mikron und die Breite typischerweise 50 bis 800 Mikron. Vorzugsweise liegt die Tiefe des Ritzmusters im Bereich von 1 bis 5 Mikron, oder noch bevorzugter im Bereich von 1,5 bis 3 Mikron. Vorzugsweise liegt die Breite des Ritzmusters im Bereich von 100 bis 500 Mikron, oder noch bevorzugter im Bereich von 200 bis 400 Mikron. Die Tiefe des Ritzmusters kann bis zu 95 % der Dicke der zu gießenden Folie betragen. Vorzugsweise beträgt die Tiefe der Ritzung weniger als 50 % der Foliendicke oder liegt noch bevorzugter im Bereich von 10 bis 20 % der Foliendicke. Das Ritzmuster hat eine lokalisierte Dickenreduzierung im Ritzbereich mit einer relativ gleichmäßigen Oberfläche zwischen den Ritzlinien. Der Abstand zwischen den Linien kann als Wellenlänge λ charakterisiert werden. Jede geeignete Wellenlänge des Ritzmusters kann bei dem hier beschriebenen Verfahren verwendet werden. In einer Ausführungsform liegt die Wellenlänge in der Größenordnung von 0,5 bis 10 mm. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt sie in der Größenordnung von 1 bis 5 mm, oder, noch bevorzugter, in der Größenordnung von 2 bis 4 mm. Der Abstand kann auf verschiedene Weise definiert werden, darunter i) durch die Länge zwischen den einzelnen Linien, ii) durch die Anzahl der Linien pro Längeneinheit oder iii) durch die Länge über eine bestimmte Anzahl von Linien oder iv) durch die Gesamtlänge über eine bestimmte Anzahl von Linien geteilt durch diese Anzahl, um eine mittlere Wellenlänge darzustellen. Bei den hier angegebenen Wellenlängendaten handelt es sich um die Länge über zehn Linien geteilt durch zehn. Dies sind alles gleichwertige Verfahren zur Angabe der Wellenlänge zwischen den mechanisch eingeritzten Linien in der Folie. Diese Wellenlänge kann in eine Frequenz umgewandelt werden, indem sie durch die lineare Geschwindigkeit des Abschreckrades als f ~ λ/U geteilt wird, wobei U die lineare Radgeschwindigkeit ist. Es wurde festgestellt, dass durch Gleichsetzung der Schwingungsfrequenz mit der Frequenz des Linienabstands der Folie eine vorhersagbare Beziehung zum Steuern der Wellenlänge des Musters in der Folie besteht als $λ = C*U* {(ρ {*G}^{3} / σ)}^{1 / 2},$
In einer Ausführungsform ist C unter den hier beschriebenen Versuchsbedingungen eine geometrische Konstante, die sich auf die resonante Schwingungsform bezieht und experimentell als ~ 0,5 ermittelt wurde. Das hier beschriebene Verfahren kann für PFMS-Bearbeitungsvorgänge mit allen geeigneten Legierungen und allen geeigneten Gießtemperaturen angewendet werden.
Die thermische Ausdehnung des Abschreckrades kann während des Gie-ßens aufgrund der hohen Wärmestromraten durch den PFMS-Prozess auftreten. Variablen wie die Dicke des Abschreckrades, die Auslegung der Innenkühlung des Abschreckrades, die Wärmeleitfähigkeit des Abschreckrades, die lineare Gießgeschwindigkeit und viele andere können sich auf das Ausmaß der auftretenden Wärmeausdehnung auswirken. Es wurde festgestellt, dass die Ausdehnung des Gießrades typischerweise symmetrisch über die Breite der Folie verläuft, wobei die stärkste Ausdehnung in der Mitte der Felge auftritt, wie in 6 gezeigt. Die thermische Ausdehnung des Rades bewirkt, dass die Spalthöhe in Breitenrichtung der Folie räumlich variiert. Dies wiederum bewirkt, dass sich die Resonanzschwingungsfrequenz des Schmelzbades in gleicher Weise verändert. Die Skalierung der eingeritzten Wellenlänge λ ändert sich ebenfalls in der Breitenrichtung. Die Einschwingphase vom Start bis zum stationären Zustand des PFMS-Prozesses kann zur Herstellung einer Folie führen, die während der kurzen Zeitspanne, in der die Auswirkungen der thermischen Ausdehnung vernachlässigt werden können, eine gleichmäßige und vollständige Ritzabdeckung aufweist. Es ist bekannt, dass während der PFMS-Verarbeitung thermische Ausdehnungen auftreten, aber die Variationen in der Breitenrichtung des Kühlrades und dessen Auswirkungen auf Spalthöhe und Kapillarschwingung waren bisher nicht bekannt. Es wurde festgestellt, dass es in einem kontinuierlichen Produktionsmodus oder in einem Chargenproduktionsmodus nach Erreichen eines stationären Zustands nicht möglich ist, ein gleichmäßiges Ritzmuster aufrechtzuerhalten, das die gesamte Breite der Folie abdeckt, ohne die Spaltvariationen in Breitenrichtung zu kompensieren. In einer Ausführungsform werden die Kapillarschwingungen so gesteuert, dass das eingeritzte Muster mehr als 50 % der Oberfläche der amorphen Folie von Rand zu Rand des Bandes abdeckt. Vorzugsweise bedecken sie mehr als 75 % der Oberfläche der amorphen Folie oder, bevorzugterweise, sie bedecken mehr als 90 % der Oberfläche der amorphen Folie, oder, noch bevorzugter, sie bedecken 100 % der Oberfläche der amorphen Folie. In anderen Ausführungsformen beträgt die Abdeckung mindestens 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% oder 100%. Vorzugsweise ist die Abdeckung des eingeritzten Musters auf dem Band während des gesamten Gießvorgangs gleichmäßig. Mit anderen Worten, das eingeritzte Muster bedeckt vorzugsweise 50 % oder mehr der Oberfläche der amorphen Folie von Rand zu Rand des Bandes und vom Kopf bis zum Ende der Spule.
Eine Lösung für die thermische Ausdehnung besteht darin, die Mundstück-Spalthöhe in der Breitenrichtung der Folie zu modifizieren, wie in 6 gezeigt. Eine Kontur kann auf die Breitenrichtung des keramischen Mundstücks aufgebracht werden, um die Radausdehnung auszugleichen. Jede geeignete Kontur kann auf das keramische Mundstück angewandt werden, so dass es die Radausdehnung ausgleicht und ihr entspricht. In einer Ausführungsform wird die Radausdehnung durch die maschinelle Einarbeitung eines Bogensegments, insbesondere eines flachen Kreisbogens mit einer Höhe von 10 bis 500 Mikron und einer Länge, die der Länge des Mundstückschlitzes entspricht oder geringfügig darunter liegt, genau angepasst. Der in das Mundstück eingearbeitete Bogen kommt dann zu dem Spaltabstand über die Breite des Mundstücks hinweg dazu. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Bogensegment eine Höhe von 30 bis 100 Mikron. Der Radius des Bogens liegt zwischen 5 und 1000 Metern. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Radius des Bogens zwischen 50 und 100 Metern. Der Radius des Bogens hängt von der Gesamtbreite des Mundstücks ab, wobei eine Mundstück-Schlitzbreite von 100 mm einen Bogen von vorzugsweise 10 Metern und eine Mundstück-Schlitzbreite von 250 mm einen Bogen von 800 Metern erfordert. Die Wahl der Mundstückbreite hängt von der Breite des zu gießenden Bandes ab, und somit hängt auch der Radius des Bogens von der Breite des zu gießenden Bandes ab. In den meisten Fällen kann dieser Radius durch die Programmierung einer kleinen Anzahl von linearen Bewegungen mit Anfangs- und Endpunkten auf oder in der Nähe des Bogens genau simuliert werden. Zum Beispiel kann der Radius durch die Programmierung von 10 linearen Bewegungen genau simuliert werden. Zum Aufbringen der Kontur wird eine Flachschleifmaschine mit elektronischer Achsenpositionierung verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Bearbeitungstoleranzen des konturierten Mundstücks innerhalb von 50 Mikron des gewünschten Musters. In einer noch bevorzugteren Ausführungsform liegen die Bearbeitungstoleranzen des konturierten Mundstücks innerhalb von 25 Mikron des gewünschten Musters, oder, noch bevorzugter, innerhalb von 10 Mikron des gewünschten Musters. Der Bogen entlang der Breite des Mundstücks ermöglicht es, den Spaltabstand über die Länge des Schlitzes hinweg innerhalb von 25 Mikron zu halten, sobald das Mundstück und das Rad stabile Betriebstemperaturen erreicht haben, wie in 6C gezeigt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Spaltabstand über die Länge des Schlitzes innerhalb von 50 Mikron, oder noch besser, innerhalb von 25 Mikron gehalten. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Schwingungsfrequenz des Schmelzmetallbades über die Breite des Bandes. Diese exakte Form der thermischen Ausdehnung ist möglicherweise jedoch nicht immer der Fall, und es kann ein iterativer Prozess angewandt werden, um die Form der Radausdehnung abzuschätzen, dann wird eine Kontur am Mundstück angebracht, im PFMS-Prozess getestet und dann die Form der Kontur auf der Grundlage des Aussehens des am Band eingeritzten Musters geändert. Auch wenn sich verschiedene PFMS-Maschinen aufgrund von internen Kühlverfahren, Radmaterialien, Gießgeschwindigkeiten und anderen Faktoren unterschiedlich thermisch ausdehnen können, kann das hier beschriebene Verfahren auf jede PFMS-Maschine angewendet werden. Beispielsweise könnte dieser Prozess die Änderung der Form des Mundstücks in eine andere Form als einen Bogen umfassen, wie etwa einen abgeflachten Bogen, eine sägezahnartige Stufenänderung im Muster oder andere Formen, die die Expansionsform des Rades widerspiegeln. In einer Ausführungsform hat die amorphe Folie ein eingeritztes Muster mit einer Wellenlänge von 0,5 bis 10 mm bei Gießgeschwindigkeiten von 5 bis 50 m/s, was Kapillarschwingungsfrequenzen von 2,5 bis 30 kHz entspricht.
Die Beibehaltung einer gleichmäßigen Spalthöhe über die Breite des Bandes hinweg ermöglicht die Steuerung der Kapillarschwingung, um eine Wellenlänge einzuritzen, die über das Band hinweg gleichmäßig ist. 7A veranschaulicht, wie sich die Ritzwellenlänge mit Änderung der Spalthöhe ändert. Die in 7 gezeigten Daten entsprechen einer Radgeschwindigkeit von 18 m/s und einem aufgebrachten Druck von nominal 10 kPa. Der hier beschriebene Prozess kann im Allgemeinen bei jeder geeigneten Radgeschwindigkeit angewendet werden. In einer Ausführungsform kann der Prozess bei Radgeschwindigkeiten von 5 bis 50 m/s angewendet werden. Vorzugsweise kann der Prozess bei Radgeschwindigkeiten von 15 bis 25 m/s oder, noch bevorzugter, bei Radgeschwindigkeiten von 18 bis 23 m/s eingesetzt werden. In dem Maße, wie die Spalthöhe variiert, wird der aufgebrachte Druck angepasst, um die Banddicke konstant bei 25 Mikron zu halten. Der hier beschriebene Prozess kann bei jedem geeigneten aufgebrachten Druck angewendet werden. In einer Ausführungsform kann der Prozess bei einem aufgebrachten Druck von 2 bis 20 kPa verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der aufgebrachte Druck im Bereich von 4 bis 14 kPa, und noch bevorzugter liegt der aufgebrachte Druck im Bereich von 5 bis 10 kPa. Basierend auf den Bedingungen, die verwendet wurden, um zu den Messungen in 7A zu gelangen, was eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, zeigen niedrige Spalthöhen, typischerweise unter 150 Mikron, typischerweise nicht das Ritzmuster. Das amorphe Band neigt dazu, unter dieser Bedingung mit niedrigem Spalt eine sehr glatte, spiegelähnliche Oberfläche zu haben. In der in 7A dargestellten Ausführungsform zeigen Spalthöhen zwischen 200 und 400 Mikron die Ritzmuster-Messwerte in 7A. Ebenso zeigen Spalthöhen von mehr als 350 Mikron in der in 7A dargestellten Ausführungsform Ritzmuster, die in der Wellenlänge weniger regelmäßig sind, weniger klar definiert und schwieriger zu messen sind. In einer Ausführungsform beginnt der Kernverlust mit zunehmender Spalthöhe zuzunehmen, und die Ritzwellenlänge wird länger und weniger gleichmäßig im Aussehen. Die idealen Spalthöhen für das Aufbringen des Ritzmusters können durch Änderungen der Prozessbedingungen (z. B. aufgebrachter Druck, Radgeschwindigkeit, Legierungszusammensetzung) bestimmt werden. Abhängig von den angewandten Gießprozessbedingungen kann die ideale Spalthöhe zum Aufbringen des Ritzmusters auf das Band zwischen 75 Mikron und 1 mm liegen, vorzugsweise zwischen 75 und 400 Mikron, noch bevorzugter zwischen 150 und 300 Mikron und noch stärker bevorzugt zwischen 200 und 230 Mikron.
Eine breite Palette von weichmagnetischen Zusammensetzungen kann dieses Ritzverfahren nutzen. Legierungen folgen im Allgemeinen der Formel Fe_{100-v-w-x-y-z}Si_v- B_wP_xC_yM_z in atomaren Prozentanteilen, wobei Si, B, P und C Nichtmetalle sind, die in der Legierung enthalten sind, um die Bildung der amorphen Struktur zu unterstützen, und M kann vorzugsweise eine Kombination aus Co, Nb, Cu, Mo, Cr, Ni oder irgendwelchen Übergangsmetallen sein, die zu den Gruppen IV bis XI gehören, zusätzlich zu unvermeidlichen Verunreinigungen. Eine Ausführungsform umfasst eine Legierung mit v = 0 bis 15,2 Atomprozent, w = 0 bis 20,3 Atomprozent, x = 0 bis 15,9 Atomprozent, y = 0 bis 2 Atomprozent, z = 0 bis 66,8 Atomprozent und 15 < v+w+x+y < 30. In anderen Ausführungsformen besteht die Legierung zur Herstellung der Folie im Wesentlichen aus Fe_100-v-w-x-y- _zSi_vB_wP_xC_yM_z in atomaren Prozentanteilen, wobei Fe gleich 78 bis 84, Si gleich 0 bis 10, B gleich 11 bis 18 und C gleich 0 bis 0,5 ist. Tabelle 1 listet repräsentative Beispiele von chemischen Verbindungen auf, die das Ritzmuster mit der Wellenlänge λ in der amorphen Folie und das zugehörige Induktionsniveau B aufweisen, wenn sie unter einem angelegten Feld von 800 A/m angesteuert werden.
Das Ritzmuster kann z. B. auf Folien mit einer Breite von 10 mm bis 1 Meter aufgebracht werden. Die Breite der Folie kann durch die Abmessungen von Mundstück und Gießrad sowie durch die Möglichkeit begrenzt sein, eine solche Kontur auf das Mundstück aufzubringen, dass die Spalthöhe konstant gehalten wird, bei der das Ritzmuster gleichmäßig aufgebracht wird. In einer Ausführungsform kann das hier beschriebene Verfahren zum Ritzen von Bändern in Breiten von 10 mm bis 260 mm verwendet werden, z. B. kann das Band 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250 und 260 mm breit sein und jede Variation innerhalb dieser Breiten haben. Die Möglichkeit, Bänder in diesen Breiten mit dem Ritzmuster zu gießen, hängt von den Abmessungen des Mundstücks und des Gießrades sowie von der am Mundstück angebrachten Kontur ab, so dass die Spalthöhe konstant gehalten und das Ritzmuster gleichmäßig aufgebracht wird. Dieses Ritzmuster kann auf Folien mit einer Dicke von 13 bis 75 Mikron aufgebracht werden. In einer Ausführungsform sind die Bänder etwa 13 bis 40 Mikron dick, bevorzugterweise sind die Bänder etwa 13 bis 30 Mikron dick. In einer Ausführungsform beobachtet man bei λ je nach Legierung und Verarbeitungsbedingungen eine Schwankung zwischen 1 und 5 mm. Das Ritzmuster kann zwischen 10 und 100 % der Oberfläche der Folie bedecken. In einer Ausführungsform bedeckt das eingeritzte Muster 10 bis 100 % des Bandes, und zwar sowohl von Rand zu Rand als auch vom Kopf bis zum Ende des Bandes. Die Induktionswerte der Folie können je nach der chemischen Zusammensetzung der Legierung zwischen 0,6 und 1,8 T variieren.
In den meisten Fällen ist dieses eingeritzte Muster in der Folie kein wünschenswertes Merkmal, und in früheren Verfahren trachtete man danach, das Gießen von Legierungen mit irgendwelchen Muster zu vermeiden. Es wurde jedoch festgestellt, dass dieses Muster einen unerwarteten Vorteil in Bezug auf das magnetische Verhalten der Folie hat, wobei die Verluste reduziert sind. Das hier beschriebene Kapillarschwingungsverfahren zum Einbringen des Ritzmusters in die Folie ermöglicht es, die Steuerung der magnetischen Bereiche in der Fertigungslinie während der Folienherstellung in einem einzigen Schritt anzuwenden. 5 zeigt eine schematische Darstellung der magnetischen Bereiche des amorphen Bandes. Das mechanisch eingeritzte Muster verfeinert die Bereiche und reduziert die Bereichsbreiten, wodurch die Leichtigkeit der magnetischen Flussumkehr verbessert und die Kernverluste reduziert werden.

Die in der geritzten Folie vorgefundene Verlustreduzierung hängt zum Teil von der Endanwendung ab. Typischerweise werden die Eigenschaften der amorphen Folie in der Einzellagen-Konfiguration angegeben. Von jedem Coil einer Folie wird eine Probe genommen, die in einer flachen Einzellagen-Konfiguration gemäß dem in den internationalen Prüfstandards für amorphe Materialien (ASTM = International Amorphous Testing Standards) definierten Prüfverfahren geprüft wird. Die Folie wird in erster Linie entweder in einer gewickelten Toroid-Konfiguration oder in einem Endlos-Verteiltransformatorkern verwendet. Jede dieser Anwendungen hat einen Aufbau- oder Abbaufaktor, der zu den Verlusten bei der Umwandlung von einer Einzellage in eine Kernkonfiguration beiträgt. Tabelle 2 zeigt Ausführungsformen der Erfindung einschließlich typischer Probengewichte und gemessener Verluste der drei Konfigurationen für eine Nominalfolie und eine geritzte Folie mit der Zusammensetzung Fe₈₁B_14,7Si₄C_0,3. In allen Fällen führt die Ritzbedingung zu einer typischen Verlustreduzierung von etwa 30 %. Die hier beschriebenen Verfahren können Ritzbedingungen ermöglichen, die eine Verlustreduzierung von 10 bis 40 % zeigen, wobei die Bedingungen vorzugsweise zu einer Verlustreduzierung von 20 bis 40 % führen. Der Einzellagentest kann eine Folienprobe mit einem Gewicht von wenigen Gramm umfassen. Die toroidale Konfiguration kann eine Folie umfassen, die aufgewickelt ist, meist in zylindrischer Form, und kann von einigen zehn Gramm bis hin zu einigen Kilogramm wiegen. Die Kerne von Verteiltransformatoren haben eine viel größere Masse und können je nach Größe des Transformators zwischen einigen Kilogramm und mehr als 1000 Kilogramm wiegen. Tabelle 2: Bei 1,4 T Induktion und 60 Hz Frequenz geprüfte Kernverlustbereiche für nominale amorphe Folie und geritzte Folie mit prozentualer Angabe der mittleren Verlustreduzierung.

	Einzellage	Gewickelter Toroid	Transformatorkern
Probengewicht (kg)	0,005 bis 0,05	0,05 bis 1	10 bis 1000
Nominale Bedingung (W/kg)	0,1 bis 0,15	0,25 bis 0,4	0,22 bis 0,28
Ritzbedingung (W/kg)	0,07 bis 0,1	0,18 bis 0,25	0,16 bis 0,2
Prozent der Verlustreduzierung	32%	34%	28%

7B veranschaulicht den Kernverlust als Funktion der Spalthöhe für eine Ausführungsform der Erfindung mit einem gewickelten Toroid der Zusammensetzung Fe₈₁B_14,7Si₄C_0,3. Hier wurden die magnetischen Eigenschaften des Bandes gemessen, indem das Band zu einer 25 mm breiten Toroidform mit einem Innendurchmesser von 40 mm, einem Außendurchmesser von 43 mm und einem Kerngewicht von 30 Gramm gewickelt und der Kern mit einem angelegten Magnetfeld geglüht wurde. Hier ergibt sich eine optimale Spalthöhe von 200 bis 400 Mikron, die die Kernverluste minimiert. 7C veranschaulicht den Kernverlust in Abhängigkeit von der Ritzwellenlänge, und es ist zu erkennen, dass die optimale Ritzwellenlänge zur Reduzierung des Kernverlustes bei dieser Ringkernkonfiguration zwischen 1,5 und 4 mm liegt. Daraus wurde ermittelt, dass die Spalthöhe die Ritzwellenlänge steuert, die wiederum die magnetische Bereichsverfeinerung optimiert.

Tabelle 3 zeigt eine Liste von Ausführungsformen der Erfindung, einschließlich Mustergüsse einer 213 mm breiten Folie der Zusammensetzung Fe₈₁B_14,7Si4C_0,3, die das Ritzverfahren nutzen. Die Kernverlust- und Erregerleistungsmessungen wurden bei 1,4 T und 60 Hz durchgeführt. Hier sind die Ergebnisse des Einzellagentests unter optimalen Prozessbedingungen angegeben und das Ritzverfahren wird weiter charakterisiert in Bezug auf λ, δ und ω, wie in 4B definiert. Diese Messungen mit einem Oberflächenmessgerät wurden mit einem Mitutoyo-Oberflächenrauhigkeitsprüfer Modell SJ-410 an der freien Oberfläche der Folie durchgeführt. Dabei ist die B80-Messung die magnetische Induktion bei einem angelegten Feld von 80 A/m, und der Schichtungsfaktor ein Maß für die Stapeldichte, die zwischen 0,875 und 0,914 liegt. Die angegebenen Ritzmaße von λ = 2 mm, δ = 3 Mikron und ω = 300 Mikron zeigen die beste Verlustreduzierung bei der Einzellagen-Konfiguration. Tabelle 3: Einzellagen-Testergebnisse, die die physikalischen und magnetischen Eigenschaften einer optimal geritzten Folie auf der Herstellungsmaschine zeigen.

Muster	880	Kernverlust	Anregungsenergie	Schichtungs-	Folienbreite	λ	δ	ω
	(T)	(W/kg)	(VA/kg)	faktor	(mm)	(mm)	(Mikron)	(Mikron)
1	156	0.080	0^.246	0.888	213	2 20	2.9	260
2	1.55	0.083	0.245	0.875	213	2.00	3.2	235
3	1.57	0.077	0.212	0.892	213	1.80	2.1	350
4	156	0.079	0.235	0.875	213	2.00	4.6	460
5	154	0.083	0.286	0.914	213	2.10	3.8	215
6	1.55	0083	0.267	0.890	213	2.00	2.8	250
7	155	0.086	0.268	0.909	213	190	4.7	290
8	1.55	0086	0^.283	0.895	213	2.00	2.1	300
9	1.55	0.086	0.300	0.898	213	2.20	11	320
10	1.55	0.086	0.305	0.895	213 213	2.00	2.8	365
Durchschnitt	1.55	0.083 i	0.265	0.893	213	2.02	3.2	305

In der in Tabelle 3 gezeigten Ausführungsform hat der amorphe Folienkern einen reduzierten Kernverlust von 31 % im Vergleich zum amorphen Folienkern, der unter normalen PFMS-Prozessbedingungen bei einer Prüfung mit einem Betriebsinduktionsniveau von 1,4 T bei 60 Hz betrieben wird, da die Einzellagenverluste von einem typischen Wert von 0,125 W/kg auf 0,083 W/kg reduziert wurden. Erfindungsgemäß kann das Steuern des Ritzmusters die Kernverluste insgesamt um ~ 25 bis 40% beeinflussen.
BEISPIELE
A) Legierungszusammensetzung Fe₈₁B_14,7Si₄C_0,3
BEISPIEL 1 - Normale Betriebsbedingungen
Die Legierung Fe₈₁B₁₄,₇Si₄C_0,3, in Atomprozent, gehört zu den üblichen chemischen Verbindungen, die kommerziell hergestellt werden, und es wurden mehrere fertige Kerne unter normalen Betriebsbedingungen gebildet. In Tabelle 4 ist der typische Prozessparameterbereich für wichtige Steuergrößen des Prozesses aufgeführt. Die Mundstückbedingung für die Standardproduktion ist ein Typ mit ebener Unterseite und ohne Kontur. Dies führt dazu, dass das Ritzmuster beobachtet wird, wenn die Prozessbedingungen mit den Bedingungen in Beispiel 1 übereinstimmen. Da das Mundstück jedoch nicht konturiert ist, liegt die Ritzabdeckung selten im Bereich von 75 bis 100%, sondern typischerweise im Bereich von 25 bis 50%. 9 zeigt den Kernverlust unter normalen Betriebsbedingungen im Vergleich zum optimalen Ritzzustand von Beispiel 1. Der Verteilerkern in Beispiel 1 hat ~ 25 % geringere Kernverluste als das typische Material von Beispiel 2. Bei einem Induktionsniveau von 1,4 T liegen die Verluste von Beispiel 1 bei 0,18 W/kg und die Verluste von Beispiel 2 bei 0,24 W/kg.
BEISPIEL 2 - Optimale Ritzbedingungen
8 veranschaulicht die Geometrie eines Verteiltransformatorkerns, der üblicherweise für amorphe Folien verwendet wird. Diese Art von Kern kann in der Größenordnung von ~10 bis 1000 kg liegen, aber häufiger zwischen 40 und 150 kg, und ist viel größer als die in Tabelle 2 gezeigte Ringkerngröße. Die endgültigen Kernverluste hängen von der Konfiguration des Kerns ab, so dass die Daten für kleine gewickelte Ringkerne nicht immer mit den Ergebnissen für große Transformatorkerne übereinstimmen, aber die Tendenzen sind in Bezug auf die Ritzergebnisse die gleichen. Eine Legierung aus Fe₈₁B_14,7Si4C_0,3, in Atomprozent, wurde unter Verwendung des in der Fertigungslinie erfolgenden Ritzverfahrens bei einem Mundstück hergestellt, das so konturiert war, dass es dem Radprofil entsprach. Diese Legierung hat eine Sättigungsinduktion von 1,63 T. In Tabelle 4 ist der typische Prozessparameterbereich für wichtige Steuergrößen des Prozesses aufgeführt. Ebenfalls aufgeführt sind die Bereiche, die das Ritzmuster in der Folie hervorbringen. Nicht alle Kombinationen der in Tabelle 4 aufgeführten Prozessbedingungen führen erfolgreich zu einem stabilen PFMS-Prozess. Im Allgemeinen muss der durch die Spalthöhe eingestellte Kapillardruck dem aufgebrachten Druck entsprechen, der das Flie-ßen des Schmelzmetalls bewirkt. Eine niedrige Spalthöhe verursacht also hohe Kapillardrücke, die durch einen hohen angelegten Druck ausgeglichen werden müssen. Wenn sich die Spalthöhe ändert, muss sich umgekehrt auch der aufgebrachte Druck ändern.

Das Ritzmuster hatte eine mittlere Wellenlänge von ~ 2,2 mm und einen Abdeckungsprozentsatz zwischen 75 und 100%. In Tabelle 5 sind die geometrischen Bedingungen des Verteiltransformatorkerns, der Prozentsatz der Ritzabdeckung und der endgültige Kernverlust aufgeführt. 9 stellt den Kernverlust bei 60 Hz als Funktion des Induktionsniveaus dar. Der Kernverlust bei 1,4 T und 60 Hz ist mit 0,18 W/kg angegeben. Tabelle 4: Normale Betriebsparameterbereiche für PFMS, Bereiche zur Optimierung von in der Fertigungslinie erstellten Ritzmustern und Bereiche zur Minimierung des Ritzmusters in der Folie.

Prozessbedingung	Normaler Betriebsbereich	Optimaler Ritzbereich	Ritzfreier Bereich
	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3
Spalthöhe	75 bis 380 Mikron	200 bis 230 Mikron	75 bis 125 Mikron
Aufgebrachter Druck	4 bis 14 kPa	5,5 bis 7,5 kPa	9 bis 11 kPa
Radgeschwindigkeit	20 bis 26 m/s	21,5 bis 23 m/s	21,8 m/s
Art des Mundstücks	Ebene Unterseite, nicht konturiert	Konturiert	Eben oder konturiert

BEISPIEL 3 - Ritzfreie Bedingungen
Die Legierung Fe₈₁B_14,7Si4C_0,3, in Atomprozent, ist eine der üblichen chemischen Verbindungen, die kommerziell hergestellt wird, und es wurden mehrere fertige Kerne unter normalen Betriebsbedingungen gebildet. Tabelle 4 listet den typischen Prozessparameterbereich für das Gießen von Folien auf, bei denen fast keine Einritzungen vorhanden sind. Die Mundstückbedingung kann hier entweder eine ebene Unterseite (nicht konturiert) oder ein konturierter Typ sein. Die Spalthöhe liegt am absolut unteren Ende der stabilen Betriebsbedingung, um das Auftreten von Einritzungen zu verhindern, so dass die Konturierung bei diesem niedrigen Spaltniveau vielleicht nur sehr wenig bewirkt. Dies führt dazu, dass das Band nahezu eine Spiegeloberfläche hat. Die Abdeckung liegt bei diesem Versuch im Bereich von 0 bis 25 %. 9 zeigt den Kernverlust eines ritzfreien Bereichs im Vergleich zur optimalen Ritzbedingung von Beispiel 1. Bei einem Induktionsniveau von 1,4 T liegen die Verluste von Beispiel 1 bei 0,18 W/kg und die Verluste von Beispiel 3 bei 0,27 W/kg, was eine Gesamtverringerung von 33 % bedeutet.

9 veranschaulicht den Kernverlust bei 60 Hz als Funktion des Induktionsniveaus eines in der Fertigungslinie gesteuerten Ritzvorgangs an einer Folie aus Beispiel 1 im Vergleich zu normalem Produktionsmaterial aus Beispiel 2 und ritzfreiem Material aus Beispiel 3. Alle Daten in 9 korrespondieren mit einer in 8 gezeigte Konfiguration eines Verteiltransformatorkerns, der unter den gleichen Standardbedingungen geformt, geglüht und geprüft wurde. Das US-Patent Nr. 4,741,096 lehrt das Verfahren zur Herstellung eines amorphen Verteiltransformatorkerns, das von der Industrie weitgehend übernommen wurde. Ein typischer Betriebsinduktionswert für einen amorphen Transformator dieser Zusammensetzung liegt zwischen 1,35 und 1,45 T. Zum Vergleich: Bei 1,4 T hat das geritzte Band von Beispiel 1 einen 60-Hz-Kernverlust von 0,18 W/kg, das typische Produktionsmaterial von Beispiel 2 hat einen 60-Hz-Kernverlust von 0,24 W/kg und das ritzfreie Material von Beispiel 3 hat einen 60-Hz-Kernverlust von 0,27 W/kg. Dies zeigt, dass die Steuern des Ritzmusters die Kernverluste um insgesamt 25 bis 35% beeinflussen kann. Tabelle 5: Geometrie der Kerne von Verteiltransformatoren, die für magnetische Prüfungen gebaut wurden.

Transformatorkern Abmessunq	A (mm)	B (mm)	C (mm)	D (mm)	Gewicht (kg)	Ritzabdeckung	Kernverlust (W/kg)	Prüfbedingung
Beispiel 1	365	125	50	213	75,1	75 bis 100%	0,18	1,4T bis 60Hz
Beispiel 2	365	125	50	213	75,1	25 bis 50%	0,24	1,4T bis 60Hz
Beispiel 3	365	125	50	216	75,1	0 bis 25%	0,27	1,4T bis 60Hz
Beispiel 4	254	100	75	142	47,2	75 bis 100%	0,16	1,3T bis 60Hz
Beispiel 5	235	110	75	142	63,2	25 bis 50%	0,22	1,3T bis 60Hz

(A, B, C, und D sind die Abmessungen des Kerns wie in 8 vermerkt.)

B) Legierungszusammensetzung Fe₇₉B_11,6Si_9,3C_0,1
BEISPIEL 4 - Normale Betriebsbedingungen
Eine Legierung aus Fe₇₉Bi_1,6Si_9,3C_0,1, in Atomprozent, wurde unter Verwendung von Standard-Betriebsbedingungen und einem Mundstück mit ebener Unterseite und ohne Kontur hergestellt. Die Gießbedingungen waren nicht auf das optimale Niveau für das Ritzen beschränkt, sondern durften innerhalb der betrieblichen Steuergrenzen variieren. Hier war das Ritzmuster vorhanden, hatte aber einen Abdeckungsprozentsatz zwischen 25 und 50 % und einen Kernverlust von 0,22 W/kg, gemessen bei 1,3 T und 60 Hz. 10A zeigt eine schematische Darstellung des Oberflächenzustands für eine geritzte Folie mit einer Abdeckung von 75 bis 100 %. 10B zeigt den typischen Oberflächenzustand einer geritzten Folie mit einer Abdeckung von 25 bis 50 %.
11 veranschaulicht den Kernverlust bei 60 Hz als Funktion des Induktionsniveaus eines in der Fertigungslinie gesteuerten Ritzvorgangs an einer Folie mit 75 bis 100 % Abdeckung aus Beispiel 4 im Vergleich zu 25 bis 50 % Ritzabdeckung am Material aus Beispiel 5. Alle Daten in 11 entsprechen einer in 8 gezeigten Konfiguration eines Verteilerkerns, der unter den gleichen Standardbedingungen geformt, geglüht und geprüft wurde. Der Kernverlust ist bei einer Ritzabdeckung von 75 bis 100 % um 28 % geringer als bei einer Abdeckung von nur 25 bis 50 %.
BEISPIEL 5 - Optimale Ritzbedingungen
Eine Legierung aus Fe₇₉B_11,6Si_9,3C_0,1, in Atomprozent, wurde unter Anwendung eines in der Fertigungslinie erfolgenden Ritzverfahrens mit einem Mundstück hergestellt, das dem Radprofil entsprechend konturiert war. Diese Legierung hat eine Sättigungsinduktion von 1,56 T. Die Bedingungen zur Optimierung der Ritzbedingung aus Tabelle 4 wurden auch hier angewendet. Hier hatte das Ritzmuster eine mittlere Wellenlänge von ~2,5 mm und einen Abdeckungsprozentsatz zwischen 75 und 100%. Die Betriebsinduktion eines Transformators mit dieser Legierung ist aufgrund der geringeren Sättigungsinduktion der Legierung geringer. Daher werden die Verluste bei 1,3 T und 60 Hz bewertet und zeigen einen Kernverlust von 0,16 W/kg.
Die vorstehende Offenbarung dient lediglich der Veranschaulichung der Erfindung und ist nicht als einschränkend zu verstehen. Da dem Fachmann Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen in den Sinn kommen können, die das Wesen und die Substanz der Erfindung enthalten, sollte die Erfindung so ausgelegt werden, dass sie alles umfasst, was innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente liegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 17033301 [0001]

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Kernverlusteigenschaften einer amorphen Folie, die durch Planar-Flow-Schmelzspinnen (PFMS) hergestellt wird, wobei das Verfahren umfasst: mechanisches Ritzen der amorphen Folie, mit regelmäßigen Wellenlängen beabstandet, umfassend: a. Steuern einer Kapillarschwingung in einem Schmelzmetallbad, die sich so zwischen einem Tiegelmundstück und einem Abschreckrad bei einer gesteuerten Wellenlänge ausbildet, dass ein gleichmäßiges Ritzmuster kontinuierlich auf der amorphen Folie gebildet wird, b. konstantes Halten einer Spalthöhe zwischen dem Mundstück und dem Abschreckrad über die Breite der Folie hinweg, so dass das eingeritzte Muster auf der amorphen Folie mit gesteuerten Wellenlängen beabstandet ist, wobei das Ritzen in der Fertigungslinie erfolgt, während die amorphe Folie gegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kapillarschwingungen so gesteuert werden, dass die amorphe Folie eine eingeritzte Wellenlänge zwischen 0,5 und 10 mm hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das auf der amorphen Folie gebildete eingeritzte Muster eine Tiefe im Bereich von 1 bis 15 Mikron hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das auf der amorphen Folie gebildete eingeritzte Muster eine Breite im Bereich von 50 bis 800 Mikron hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spalthöhe auf 75 bis 400 Mikron gehalten wird, um die Ritzwellenlänge über die Breite der Folie hinweg zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kapillarschwingungen so gesteuert werden, dass das eingeritzte Muster mehr als 50% der Oberfläche der amorphen Folie bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kapillarschwingungen so gesteuert werden, dass das eingeritzte Muster mehr als 75% der Oberfläche der amorphen Folie bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kapillarschwingungen so gesteuert werden, dass das eingeritzte Muster mehr als 90% der Oberfläche der amorphen Folie bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 1, darüber hinaus umfassend, die Form des keramischen Gießmundstücks zu konturieren, um an die thermischen Verformungen des Gießrades angepasst zu sein.
Amorphe Folie mit einem eingeritzten Muster mit einer Wellenlänge von 0,5 bis 10 mm.
Amorphe Folie nach Anspruch 10, wobei das eingeritzte Muster mehr als 50% der Oberfläche der amorphen Folie bedeckt.
Amorphe Folie nach Anspruch 10, wobei das eingeritzte Muster mehr als 75% der Oberfläche der amorphen Folie bedeckt.
Amorphe Folie nach Anspruch 10, wobei das eingeritzte Muster mehr als 90% der Oberfläche der amorphen Folie bedeckt.
Amorphe Folie nach Anspruch 10, wobei die Zusammensetzung der Folie aus Fe_{100-v-w-x-y-z}Si_vB_wP_xC_yM_z in atomaren Prozentanteilen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei es sich bei Si, B, P und C um Nichtmetalle handelt, die zur Unterstützung der Bildung der amorphen Struktur zugesetzt werden, und M ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metallen der Gruppen IV bis XI und Kombinationen davon, wobei v = 0 bis 15,2, w = 0 bis 20,3, x = 0 bis 15,9, y = 0 bis 2, z = 0 bis 66,8 und 15 < v+w+x+y < 30.
Amorphe Folie nach Anspruch 14, wobei M ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Co, Nb, Cu, Mo, Cr, Ni und Kombinationen hiervon.
Amorphe Folie nach Anspruch 14, wobei die Zusammensetzung der Folie im Wesentlichen aus Fe_{100-v-w-x-y-z}Si_vB_wP_xC_yM_z in atomaren Prozentanteilen besteht, wobei Fe gleich78 bis 84 ist, Si gleich 0 bis 10 ist, B gleich 11 bis 18 ist und C gleich 0 bis 0,5 ist.
Amorphe Folie nach Anspruch 14, wobei die geritzte Folie eine Sättigungsinduktion von 1,6 bis 1,66 T hat.
Amorphe Folie nach Anspruch 14, wobei die geritzte Folie eine Sättigungsinduktion von 1,4 bis 1,6 T hat.
Amorphe Folie nach Anspruch 10, wobei die Folie 10 bis 260 mm breit und 13 bis 75 Mikron dick ist.
Amorpher Kern, der eine amorphe Folie mit einem eingeritzten Muster mit einer Wellenlänge von 1 bis 5 mm aufweist, wobei die amorphe Folie zu einem Ringkern oder zu einem Endlos-Verteiltransformatorkern gewickelt ist, und wobei der amorphe Kern reduzierte Verluste von Kernverlusten von weniger als 0,2 W/kg bei einer Prüfung mit 1,4 T, 60 Hz und weniger als 0,17 W/kg bei einer Prüfung mit 1,3 T, 60 Hz aufweist.
Amorphe Folie mit einem eingeritzten Muster mit einer Wellenlänge von 1 bis 5 mm, wobei die amorphe Folie in einer Einzellagen-Konfiguration geprüft wird, und wobei die amorphe Folie reduzierte Verluste von Kernverlusten von weniger als 0,08 W/kg bei einer Prüfung mit 1,4 T, 60 Hz und weniger als 0,06 W/kg bei einer Prüfung mit 1,3 T, 60 Hz aufweist.
Amorphe Folie nach Anspruch 10, wobei die Folie eine Sättigungsinduktion von 1,63 T hat und die Zusammensetzung im Wesentlichen aus Fe₈₁B_14,7Si₄C_0,3 besteht.
Amorphe Folie nach Anspruch 10, wobei die Folie eine Sättigungsinduktion von 1,56 T hat und die Zusammensetzung im Wesentlichen aus Fe₇₉B_11,6Si_9,3C_0,1 besteht.
Amorphe Folie nach Anspruch 10, wobei die Folie einen Schichtungsfaktor zwischen 0,87 und 0,92 hat.