DE1226225B

DE1226225B - Process for improving the ferromagnetic properties of multi-part ferrite cores, especially those that are joined together in the direction of magnetic flow

Info

Publication number: DE1226225B
Application number: DES90235A
Authority: DE
Inventors: Dr Erich Roess
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-03-26
Filing date: 1964-03-26
Publication date: 1966-10-06

Description

Verfahren zur Verbesserung der forromagnetischen Eigenschaften von mehrteiligen, insbesondere in Magnetflußrichtung zusammengefügten Ferritkernen #. Ferritkerne werden als Ferromagnetikum, z. B. zur Erhöhung der Induktivität von Spulen, als - Kernmaterial für übertrager oder Magnetvariometer oder zu ähnlichen Zwecken verwendet. Dabei ist eine hohe Anfangspermeabilität bei verhältnismäßig geringen Verlusten bei diesen Kernen erwünscht. Der Anwendungszweck erfordert in vielen Fällen eine Aufteilung des Ferritkernes in mehrere Einzelteile, beispielsweise um die Spulenwicklung innerhalb der ferromagne-,tig.chen Kernteile anzuordnen.Method for improving the form-magnetic properties of multi-part ferrite cores #, in particular assembled in the direction of magnetic flux. Ferrite cores are used as ferromagnetic, e.g. As to increase the inductance of coils, as - nuclear material for transformer or An inductor or other similar purposes. A high initial permeability with relatively low losses is desirable for these cores. In many cases, the application requires a division of the ferrite core into several individual parts, for example in order to arrange the coil winding within the ferromagnetic core parts.

Die Trennung einzelner Kernteile durch einen Luftspalt ist in manchen Fällen angebracht, wenn z. B., die Verluste oder die Magnetfeldabhängigkeit der Perineabilität vermindert werden sollen. Der -1,4,ächteil eines derartigen Luf tspaltes besteht darin, daß die Anfangspermeabilität und damit die Wirksamkeit des Ferromagnetikums unter Umständen bedeutend vermindert wird. Man ist daher bestrebt, in denjenigen Fällen, in denen eine hohe Anfangspermeabilität erforderlich ist, z. B. bei Miniaturbaued=enten, einen Luftspalt gänzlich zu vermeiden. Za diesem Zweck ist es erforderlich, die einzelnen furromagnetischen Kernteile derart zusammentafügen, daß der Magnetfluß nicht durch Luft oder andere nichtmagnetWerbare Zwischenräume unterbrachen wird. Die einzelnen Kernteile werden daher an den im Betriebszustand sich'gegenüberliegenden Berührungsflächen gut geschliffen, so daß sie sehr dicht zusammenpassen.The separation of individual core parts by an air gap is in some Cases appropriate if z. B., the losses or the magnetic field dependence of the Perineability should be reduced. The -1,4, ächteiles of such an air gap is that the initial permeability and thus the effectiveness of the ferromagnetic may be significantly reduced. One strives therefore to be in those Cases where a high initial permeability is required, e.g. B. in miniature construction = ducks, to avoid an air gap entirely. For this purpose it is necessary that assemble individual furromagnetischen core parts in such a way that the magnetic flux is not interrupted by air or other non-magnetic spaces. The individual core parts are therefore attached to those opposite one another in the operating state Contact surfaces well sanded so that they fit together very closely.

# Es hat sich gezeigt, daß selbst bei geschliffenen Grenzflächen die wirksame Permeabilität derartiger mehrteillger ferromagnetischer Kerne, insbesondere bei hochpermeablem Kernmaterial, noch erheblich vermindert wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die ferromagnetischen Eigenschaften derartiger mehrteiliger, insbesondere in Magnetflußrichtung zusammengefügter Ferritkerne zu verbessern. Dabei soll insbesondere die wirksame Permeabilität luftspaltloser mehrteiliger Ferritkerne so wenig wie möglich von der Kernpermeabilität des Werkstoffes abweichen.# It has been shown that even with ground interfaces the effective permeability of such multi-part ferromagnetic cores, in particular in the case of highly permeable core material, is still considerably reduced. The task of Invention therefore consists in the ferromagnetic properties of such multi-part, in particular to improve ferrite cores assembled in the magnetic flux direction. Included should in particular the effective permeability of air-gapless multi-part ferrite cores deviate as little as possible from the core permeability of the material.

In den »Siemens-Bauteile-Informationen«, Februar 1964, S. 8 bis 10, sind die Einflüsse der Rauhigkeit geschliffener Ferritkerne auf die wirksame Permeabilität erläutert. Dabei kommt zum Ausdruck, daß infolge der Rauhigkeit immer noch eine erhebliche mittlere Rauhtiefe von etwa 2,u auftritt, die eine »Scherung« der Permeabilität und damit einen unerwünschten Luftspalt ergibt. So wird beispielsweise die Anfangspermeabilität des Werkstoffes um die Hälfte vermindert. Es hat sich gezeigt, daß auch eine Verbesserung der Schliffqualität gemäß einem älteren Vorschlag durch ein Polieren mit einem Poliermittel einer Körnigkeit zwischen 1 und 20 #t diese negativen Einflüsse nicht wesentlich zu überwinden vermag. Bei einer Reduzierung der mittleren Rauhtiefe auf etwa 0,5 [t tritt immer noch ein wirksamer Luftspalt von etwa 2 #t auf. Das kommt dadurch zustande, daß durch die Schleifbearbeitung Störungen in den Grenzschichten der bearbeiteten Flächen auftreten, so daß die magnetische Wirksamkeit dieser Grenzschichten selbst bei völlig unerheblicher Rauhtiefe vermindert ist und zu einem geringen wirksamen Luftspalt führt. Auch die Verlusteigenschaften sind durch diese gestörte Grenzschicht in unerwünschter Weise beeinflußt.In the "Siemens Components Information", February 1964, pp. 8 to 10, the influences of the roughness of ground ferrite cores on the effective permeability are explained. This expresses the fact that as a result of the roughness there is still a considerable mean surface roughness of about 2 .mu.m, which results in a "shear" of the permeability and thus an undesirable air gap. For example, the initial permeability of the material is reduced by half. It has been shown that even an improvement in the grinding quality according to an older proposal by polishing with a polishing agent with a grain size between 1 and 20 #t is not able to significantly overcome these negative influences. If the mean surface roughness is reduced to about 0.5 [t, there is still an effective air gap of about 2 #t. This is due to the fact that disturbances occur in the boundary layers of the machined surfaces as a result of the grinding, so that the magnetic effectiveness of these boundary layers is reduced even with a completely insignificant surface roughness and leads to a small effective air gap. The loss properties are also undesirably influenced by this disturbed boundary layer.

# Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, diese Nachteile zu beheben.# By using the method according to the invention, it is possible to remedy these disadvantages.

Die Erfindung besteht darin, daß die geschliffenen Kernteile bis auf etwa Sintertemperatur getempert und abgekühlt und schließlich an den geschliffenen Grenzflächen nur noch feinstbearbeitet, insbesondere feinpoliert, werden. Infolge der zwischen das grobe Schleifen und die Feinstbearbeitung eingefügten Erholungstemperung bis auf etwa Sintertemperatur regenerieren die gestörten Grenzschichten, so daß diese ihre volle magnetische Wirksamkeit wieder erlangen. Das nachträgliche Feinstbearbeiten führt nicht mehr zu einer Störung der regenerierten Grenzschichten. Es ist besonders vorteilhaft, die in inerter Gasatmosphäre bis auf Sintertemperatur erhitzten Kernteile langsam in derselben Atmosphäre abzukühlen. Bei Sintertemperatur ist die Aufrechterhaltung der inerten Gasatmosphäre nicht erforderlich; im Gegenteil erscheint dort eine normale Luftatmosphäre wegeid des Partialdruckausgleiches vorteilhafter. Wesentlich insbesondere bei manganhaltigen Ferritkernen ist die inerte Atmosphäre beimAufheizen und Abkühlen.The invention consists in that the ground core parts up to annealed and cooled to about sintering temperature and finally to the ground Boundaries are only finely machined, in particular finely polished. As a result the recovery annealing inserted between coarse grinding and superfinishing The disturbed boundary layers regenerate up to about the sintering temperature, so that these regain their full magnetic effectiveness. The subsequent fine-tuning no longer leads to a disruption of the regenerated boundary layers. It is special advantageous, the core parts heated to sintering temperature in an inert gas atmosphere to cool slowly in the same atmosphere. The sintering temperature is maintained the inert gas atmosphere is not necessary; on the contrary, a normal one appears there Air atmosphere is more advantageous because of the partial pressure equalization. Essential The inert atmosphere during heating is particularly important in the case of ferrite cores containing manganese and cooling down.

Vorteilhaft ist auch die Anwendung des in einem älteren Vorschlag beschriebenen Verfahrens. Danach werden die geschliffenen Ferritkernteile mit Umhüllungen aus Ferrit versehen, insbesondere in Fe.rritbehältern einoeset#t**Ün'd in inerter Gasatmosphäre bis auf Sintertemp&r,'#tÜr erhitzt, dort getempert und in inerter Gasatinqspli#re,. wieder abgekühlt. Die besten Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Ferritumhüllungen etwa dieselbe Zusaminensetzung wie die zu tempemden Ferritkernteile aufweisen. Als Atmosphäre eignet sich Stickstoff mit weniger als etwa 0,02 Volumprozent Sauerstoff besonders gut. Die Temperdauer beträgt etwa 1 bis 3 Stunden.It is also advantageous to use the method described in an older proposal. Thereafter, the ground ferrite core parts are provided with ferrite casings, especially in Fe.rritbehältern einoeset # t ** Ün'd in an inert gas atmosphere up to sintering temperature, heated there and in an inert gas atomizer. cooled down again. The best results can be achieved if the ferrite sheaths have approximately the same composition as the ferrite core parts to be tempered. Nitrogen with less than about 0.02 percent by volume of oxygen is particularly suitable as an atmosphere. The tempering time is about 1 to 3 hours.

Bei der abschließen' n -Feinstbearbeitung muß dafür Sorge getragen-*erden, daß Polier- bzw. Läppmittel mit einer außerordentlich kleinen Körnigkeit verwendet werden, damit die Rauhigkeit nicht erneut zu einer Erhöhung des wirksamen Luftspaltes Anlaß gibt. So ist es vorteilhaft, eine Körnigkeit von etwa 0,25 bis 10 #tin zu verwenden und nur eine sehr geringe Oberflächenschicht"etwa 10 bis 100 Rm, abzutragen. .Beispiel Ein aus zwei Schalenkernteilen bestehender Schalenkern mit 9 mm Außendurchmesser wird nach dem Sintern auf den Stirnflächen, an denen sich die Schalenkernteile beim Zusammen au berühren, geläppt, so daß die Berührungsflächen gut plan sind. Bei dieser groben Läppung wird ein Läppmittel von etwa 50 lim Kömig4eit verwendet. Danach werden die Kemteile in reinem Stickstoff auf 12801 C - das entspricht der Sinteriemperatur der Kernteile - aufgeheizt, in Luft 1 Stunde bei dieser Tempeiatur gehalten und anschließend langsam mit einer Abküh- lungsgeschwindigkeit von etwa 100' C/h in reinem Stickstoff abgekühlt. Anschließend werden die Stirn-r flächen mit Diamantpaste abnehmender Körnung, zuerst mit 7 #tra bis zu schließlich 0,25 jim Körnigkeit, feinpoliert. Die wirksame Anfangspermeabilität derart erfindungsgeinäß behandelter Schalenkerne beträgt u" = 3500 gegenüber einer wirksamen Anfangspermeabilität von y".=. 100,0 bei -Schalenkernen, die lediglich grobgeläppt wurden bzw. gegenüber einer wirksamen Anfangspermeabilität von u" = 2500 bei Schalerikernen, die lediglich grob- und schließlich feingeläppt wurden. -. During the final microfinishing, care must be taken to ensure that polishing or lapping agents with an extremely small grain size are used, so that the roughness does not give rise to an increase in the effective air gap again. Thus, it is advantageous to have a granularity of about 0.25 to 10 #tin to use, and only a very small surface layer "about 10 to 100 Rm, ablate. .Example A of two shell core parts existing pot core with 9 mm outside diameter is on after sintering The end faces at which the shell core parts touch when they are put together are lapped so that the contact surfaces are perfectly flat. For this coarse lapping, a lapping agent of around 50 lm is used. Then the core parts are placed in pure nitrogen at 12801 C - this corresponds to the Sinteriemperatur of the core parts - heated, held for 1 hour at this Tempeiatur in air and then slowly treated with a cooling down speed of about 100 'C / h in pure nitrogen cooled subsequently, the end-r are surfaces with diamond paste of decreasing grain size, first by 7. #tra up to finally 0.25 μm grain size, finely polished The effective initial permeability of the shell treated in accordance with the invention ncore is u "= 3500 compared to an effective initial permeability of y". =. 100.0 for shell kernels that were only roughly lapped or compared to an effective initial permeability of u " = 2500 for shell kernels that were only roughly and finally finely lapped .

An Hand der F ig. 1 bis 5 sind Beispiele für die Erfindung beschrieben * . On the basis of fig. 1 to 5 are examples of the invention described *.

In F i g. 1 ist em* aus zwei Teilen 1 a und 1 b bestehender Ferri - tschalenkern dargestellt. Der Schalenkern weist.einen. Innenbutzen 2 auf, innerhalb dessen eine Durchbrechung 3 zur Führung eines Abgleichkernes verläuft. An den Berührungsflächen 4 des Innenbutzens 2 - und, den Berührungsflächen 5 der äußeren Kernmantelteile 6 ist der Schalenkern zusammengesetzt. Diese, Berührungsflächen werden erfindungsgemäß derart behandelt, daß zuerst nach dem Sintervorgang ein Planschleiien bzw. Planläppen erfolgt; danach werden die Kernteile dem Regenerierprozeß durch Tempern unterworfen und schließlich an diesen Berührungs#Ilächen feinstbearbeitet. . In Fig. 1 is em * of two parts 1 a and 1 b of existing Ferri - tschalenkern shown. The pot core has.a. Inner slug 2, within which an opening 3 runs for guiding a balancing core. At the contact surfaces 4 of the Innenbutzens 2 - and the contact surfaces 5 of the outer sheath-core parts 6 of the shell core is composed. According to the invention, these contact surfaces are treated in such a way that flat grinding or flat lapping takes place first after the sintering process; then the core parts are subjected to the regeneration process by tempering and finally finely machined on these contact surfaces. .

In F ig. 2 ist ein, Kem,für ein Magnetvariometer dargestellt. Bei einem.Magnetvariometer wird die Induktivität. einer in Abhängigkeit C vcrn der Erregung-des-,M.agnetkernes verändgDrt.-Zu,diesem Zweck besteht der Kern des Magnetvariometers aus einem Hauptkernteil 7, --auf-dem die zur Steuerung der Magnetisierungerforderliche, in der Fig. 2 nicht .dargestellte Spulenwicklung angeordnet ist. Der an sich durch den Hauptkernteil 7 nicht geschlossene magnetische Kreis wird durch Einsatz eines zweiten magnetisierbaren Kerns 8 geschlossen. Dieser zweite Kernteil 8 weist eine Durchbrechung 9 auf, so daß die Spulenwicklung, deren Induktivität geändert werden soll, durch diese Durchbrechung 9 geführt werden kann. An den Berührungsflächen 10 und 11 sind die beiden Kernteile 7 und 8 möglichst luftspaltfrei zusammengefügt. Diese Berührungsflächen 10 und 11 sind ebenfalls in der erfindungsgemäßen Weise behandelt.In Fig. 2 shows a, Kem, for a magnetic variometer. With a magnetic variometer, the inductance is. one in dependence C vcrn of the excitation-of-, the magnetic core is changed. For this purpose, the core of the magnetic variometer consists of a main core part 7, on which the necessary for the control of the magnetization, not shown in Fig. 2 Coil winding is arranged. The magnetic circuit which is not closed per se by the main core part 7 is closed by using a second magnetizable core 8 . This second core part 8 has an opening 9 so that the coil winding, the inductance of which is to be changed, can be passed through this opening 9 . At the contact surfaces 10 and 11 , the two core parts 7 and 8 are joined together with as little air gap as possible. These contact surfaces 10 and 11 are also treated in the manner according to the invention.

An Hand der F i g. 3 bis 5 ist schematisch der erfindungsgemäße Verfahrensgang als Beispiel dar-P Cr -gemäß F i g. 3 der magnetisierstellt. Dabei wird bare Kernteil 3, an - seinen Stirnflächen 10 und 11 nach der Sinterung mit einer Schleifvorrichtung 12 grob plangeschliffen. Anschließend erfolgt der Regeneriervorgang des Kemteiles 8 in dem Sinterofen 13 gemäß F i g. 4, und schließlich werden die Berührungsflächen 10 und 11 des magnetisierbaren Kernes 8 von einer Läppvorrichtung 14 mit einem Läppmittel außerordentlich kleiner Körnigkeit feinstbearbeitet. Ein derart behandelter Kernteil, der mit den ebenso behandelten anderen Kernteilen zu einem Kern zusammengesetzt ist, ergibt eine nahezu der Kernpermeabilität entsprechende wirksame Permeabilität des Magnetkreises.On the basis of FIG. 3 to 5 is a schematic representation of the process according to the invention as an example — P Cr —according to FIG . 3 that magnetizes. In this case, bare core portion 3, at - roughly grinded its end faces 10 and 11 after sintering using a grinding apparatus 12th The regeneration process of the core part 8 then takes place in the sintering furnace 13 according to FIG. 4, and finally the contact surfaces 10 and 11 of the magnetizable core 8 are finely machined by a lapping device 14 with a lapping agent of extremely small grain size. A core part treated in this way, which is assembled to form a core with the other core parts treated in the same way, results in an effective permeability of the magnetic circuit which corresponds almost to the core permeability.

Claims

Claims: 1. Method. to improve the ferromagnetic properties of. multi-part, especially # magnetically joined together in the direction of magnetic flux - closed ferrite cores, z. B. shell cores that are ground at the contact surfaces of the joined together core part pages, characterized in that the ground Kerntgile tempered at about sintering temperature and then finely machined on the ground contact surfaces, in particular finely polished.

2. The method according to claim 1, characterized in that the grinded core parts are heated up to the annealing temperature in an inert gas atmosphere. '3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the Kemteile be cooled slowly in an inert GasatinQsphäre. 4. The method - according to one of the preceding claims, d4durch gekßnnzeich that the core parts are tempered and cooled in sheaths made of ferrite. 5. The method according to claim 4, characterized in that ferrite sheaths are used with approximately the same composition as the core parts. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the inert atmosphere consists of nitrogen with less than about 0.02 percent by volume oxygen and the none are tempered for about 1 to 3 hours at about "1200 to 1280 ° C. .. 7 . a method according to any one of the preceding claims, characterized in that with a polishing, the polished boundary surfaces after annealing or lapping compound .. a grain size of about 0.25 to 10 pn be polished so that only about 10 to 100 jim thick surface layer - Publications taken into consideration: H. Reinboth, Technologie und Einsatzmagnetischer Werkstoffe, Berlin, 1958, p. 156; company brochure no. FC-5109 of Ferroxeube Corporation of America from March 1954; company brochure B 65010/11 of Siemens & Halske AG from April 1960.