DE1433756C

DE1433756C - Process for the production of wound strip cores from silicon steels

Info

Publication number: DE1433756C
Authority: DE
Inventors: John Merewether; Rowe Brian Lawrence Mount Hutton; Newcastle N.S.W. Hawkins (Australien)
Original assignee: John Lysaght Australia Pty Ltd
Current assignee: John Lysaght Australia Pty Ltd

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gewickelten Bandkernen aus Siliziumstählen, wobei der gewickelte Kern zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften einer Wärmebehandlung unterzogen wird.The invention relates to a method for the production of wound strip cores made of silicon steels, wherein the wound core is used to improve the magnetic properties of a heat treatment is subjected.

Es ist bekannt, daß die magnetischen Kerne, wie sie in Transformatoren und dergleichen elektrischen Apparaten benutzt werden, sogenannte Wickelkerne sein können, die üblicherweise durch Aufwickeln eines Streifens oder Bandes aus magnetischem Ma-. terial um einen geeignet geformten Wickeldorn, anschließendes Formen des Kerns, soweit notwendig, _: und nachfolgende Hitzebehandlung des Kerns zur Stabilisierung seiner Form und Entwicklung seiner magnetischen Eigenschaften, gebildet werden.It is known that the magnetic cores as used in transformers and the like electrical apparatus, so-called winding cores can be, which are usually made by winding a strip or tape of magnetic Ma-. material around a suitably shaped winding mandrel, subsequent shaping of the core, if necessary _: and subsequent heat treatment of the core to stabilize its shape and develop its magnetic properties.

Obgleich alle magnetischen Materialien in geeigneter Form zur Herstellung solcher Kerne angewandt werden können, werden vprteilhafterweise kristallorientierte, magnetische Materialien eingesetzt. Bei kristallorientierten, magnetischen Materialien kann der Streifen oder das Band, aus dem der Kern hergestellt werden soll, auf solche Weise, behandelt werden, daß, wenn der entstandene Kern magnetisiert wird, die vorherrschende Orientierungsrichtung in bezug auf die magnetischen Eigenschaften im wesentliehen parallel zu der Richtung der Magnetisierung liegt und somit sichergestellt wird, daß nach einer geeigneten Hitzebehandlung die Kernverluste des Kerns am geringsten sind und die Permeabilität den je nach dem angewandten, orientierten, magnetischen Material höchsten Wert aufweist.Although all magnetic materials are suitable Mold can be used to produce such cores, crystal-oriented, magnetic materials are advantageously used. at Crystal-oriented, magnetic materials can be the strip or tape from which the core is made should be treated, in such a way, that when the resulting core is magnetized becomes, the predominant direction of orientation with regard to the magnetic properties essentially lies parallel to the direction of magnetization and thus ensures that after a suitable The core losses of the core are lowest and the permeability depending on the heat treatment the applied, oriented, magnetic material has the highest value.

Bislang wurde die Herstellung von bandgewickelten Kernen nach folgenden allgemeinen Richtlinien durchgeführt: Ein Band * oder Streifen des magnetischen Materials wurde kalt auf einen Wickeldorn aufgewickelt. Der Kern wurde nach der Wicklung durch entsprechende Halterungen in seiner gewickelten Form festgehalten. Danach wurden der Kern und die Haltevorrichtung durch Hitzebehandlung auf die geeignete Glühtemperatur gebracht und anschließend Kern und Halterung auf Raumtemperatur abgekühlt.So far, the production of tape-wound cores has been based on the following general guidelines carried out: A tape * or strip of the magnetic Material was wound cold on a winding mandrel. The core was after winding held in its coiled form by appropriate brackets. After that were the core and the holding device is brought to the appropriate annealing temperature by heat treatment, and then Core and holder cooled to room temperature.

In manchen Fällen kann der Kern durch Aufschneiden des Bandes oder Streifens des magnetischen Materials zu einer Mehrzahl von Streifen geeigneter Längen, Zusammensetzen der Streifen zu einem Stapel und Verformen dieses Stapels zu einem vollständigen Kern oder zu einem Kernsegment gebildet werden.In some cases the core can be made by cutting open the tape or strip of magnetic Material into a plurality of strips of suitable lengths, assembling the strips a stack and deforming this stack into a complete core or a core segment will.

Typische Beispiele von solchen Kernen sind in den Zeichnungen dargestellt, wobeiTypical examples of such cores are shown in the drawings, wherein

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines C-Kerns ''und ■'"· " "^;; ■ ^: ·-■··-■ F i g. 1 is a perspective view of a C-core '' and ■ '"·"^";; ^■: · - · · ■ - ■

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ringkerns zeigt. 'Fig. 2 shows a perspective view of a toroidal core. '

Es ist festzustellen, daß Fig. 1 zwei U- oder C-förmige Teile 1 und 2 zeigt, die jedes aus einer Mehrzahl entsprechend geformter Bleche 10 bestehen (zur einfacheren Beschreibung ist eine kleinere Anzahl von dickeren Blechen dargestellt, als tatsächlich in der Praxis benutzt werden). Der vollständige Kern wird hergestellt, indem die Flächen 17 der beiden Abschnitte 1 und 2 aneinandergelegt werden; wegen der Form jedes Abschnitts sind solche Kerne als C-Kerne bekannt.It should be noted that Fig. 1 has two U or Shows C-shaped parts 1 and 2, each consisting of a plurality of correspondingly shaped sheets 10 (To simplify the description, a smaller number of thicker sheets is shown than actually used in practice). The complete core is made by removing the faces 17 of the two Sections 1 and 2 are placed together; because of the shape of each section, such kernels are called C-nuclei known.

Gemäß einem bekannten Verfahren zur Herstellung von C-Kernen werden folgende Schritte ausgeführt: According to a known method for producing C-cores, the following steps are carried out:

a) Ein Streifen oder Band aus magnetischem Material wird um einen Wickeldorn gewickelt, bis die in dem Kern gewünschte Dicke erreicht ist; dann wird das freie Ende des Streifens durch Punktlötung befestigt;a) A strip or tape of magnetic material is wound around a winding mandrel until the desired thickness in the core is achieved; then the free end of the strip will go through Fixed point soldering;

b) dieser so gebildete Kern wird gleichzeitig von dem Wickeldorn entfernt und auf einen sogenannten Formdorn aufgesetzt, auf welchem ein nachträgliches Formen vorgenommen wird, um die Form zu erhalten;b) this core formed in this way is simultaneously removed from the winding mandrel and onto a so-called Forming mandrel placed on which a subsequent shaping is carried out in order to obtain the shape;

c) der Kern wird gleichzeitig von dem Formdorn entfernt und ein sogenannter Glühdorn'eingeführt, während der Kern festgeklemmt wird, umc) the core is removed from the mandrel at the same time and a so-called glow mandrel is introduced, while the core is clamped to

. seine Form zu erhalten; '. to maintain its shape; '

d) der Kern, der Glühdorn und die Klemmen werden einer Hitzebehandlung ausgesetzt, um die gebildete Form zu stabilisieren und die magneti-d) the core, the filament and the clamps are subjected to a heat treatment in order to obtain the to stabilize the formed shape and the magnetic

: sehen Eigenschaften des Kernmaterials voll zu zu entwickeln;: see properties of the core material fully to develop;

e) die einzelnen Schichten in dem Kern werden mit Klebstoff verbunden;e) the individual layers in the core are bonded with glue;

f) der Kern wird zur Bildung der beiden C-förmigen Abschnitte auseinandergeschnitten.f) the core is cut apart to form the two C-shaped sections.

In Fig. 2 ist ein Ringkern 31 gezeigt, bestehend aus einer Mehrzahl von Windungen 35 eines Bandes aus magnetischem Material. Solche Kerne werden im allgemeinen als Toroide bezeichnet.In Fig. 2, a toroidal core 31 is shown, consisting of a plurality of turns 35 of a tape made of magnetic material. Such cores are commonly referred to as toroids.

Gemäß . einem bekannten Herstellungsverfahren können Toroide durch die folgenden Verfahrensschritte gebildet werden: According to . According to a known manufacturing process, toroids can be formed by the following process steps:

a) Ein Streifen oder Band des magnetischen Ma-.·. terials wird um einen zylindrischen Wickeldorn gewickelt, bis ein Kern der gewünschten Dicke erreicht ist; dann wird das freie Ende des Streifens durch Punktlötung befestigt;a) A strip or tape of magnetic ma-. ·. terials is made around a cylindrical mandrel wound until a core of the desired thickness is reached; then the free end of the strip becomes fixed by point soldering;

b) der Wickeldorn wird entfernt;b) the winding mandrel is removed;

c) der so gebildete Kern wird einer Hitzebehandlung unterworfen, um seine Form zu stabilisieren und die magnetischen Eigenschaften des magnetischen Materials zu entwickeln.c) the core thus formed is subjected to a heat treatment in order to stabilize its shape and develop the magnetic properties of the magnetic material.

Die vorstehende Beschreibung erläutert nur die typischen, bislang gebräuchlichen Herstellungsverfahren zur Bildung von Wickeldornen. Natürlich sind dem Fachmann viele Variationen solcher Verfahren geläufig.The above description only explains the typical manufacturing processes that have been used up to now for the formation of winding mandrels. Many variations of such procedures will of course be apparent to those skilled in the art common.

Diese Verfahren haben bestimmte Nachteile. Kalt gewickeltes magnetisches Material ist elastisch (in dem Sinn, daß es hart und steif ist und beim Deformieren dazu neigt, in seine ursprüngliche Form zurückzugehen). Es ist daher notwendig, die gewickelte Form zu erhalten, bis sie durch die Hitzebehandlung stabilisiert ist. Das macht die Verwendung von Klemmen und Dornen, die kostspielig herzustellen und zu erhalten sind, notwendig. Die Erhitzung und Abkühlung, die bislang benutzt wurde, ist zeitraubend und kostspielig, da ein großer Teil der aufgebrachten Wärmemenge, benötigt wird, um die Klemmen und Dorne zu erhitzen. Diese vermindern außerdem noch den zur Erhitzung der Kerne in der Erhitzungsvorrichtung verfügbaren Raum.These methods have certain disadvantages. Cold-wound magnetic material is elastic (in the sense that it is hard and stiff and, when deformed, tends to revert to its original shape). It is therefore necessary to maintain the coiled shape until it is through the heat treatment is stabilized. This makes the use of clamps and mandrels which are costly to manufacture and too are necessary. The heating and cooling used heretofore are time consuming and costly, since a large part of the amount of heat applied is required for the clamps and To heat thorns. These also reduce the amount of time needed to heat the cores in the heating device available space.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Verfahren, bei welchem der Kern in einem einzigen oder kontinuierlichen Arbeitsvorgang geformt und heiß behandelt wird, zu schaffen.The object of the invention is to provide a simplified Process in which the core is formed and is treated hot to create.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Stahlband vor dem Aufwickeln auf eine Tempe-According to the invention, this is achieved in that the steel strip before being wound onto a temperature

ratur von mindestens 600° C erhitzt, bei dieser Temperatur unter Spannung auf einen Dorn gewickelt, in gewickelter Form in einen Ofen mit einer Temperatur zwischen 600 und 1000° C gebracht und in 15 bis 60 Minuten auf 400° C abgekühlt wird.temperature of at least 600 ° C, wound on a mandrel under tension at this temperature, in placed in an oven with a temperature between 600 and 1000 ° C and in 15 until 60 minutes is cooled to 400 ° C.

Als Beispiel wird nachstehend ein Verfahren zur Herstellung eines C-Kerns gemäß der Erfindung beschrieben: As an example, a method for producing a C-core according to the invention is described below:

Das Material, aus welchem der Kern hergestellt wird, kann kristallorientierter Siliziumstahl mit einer bevorzugten Orientierung im wesentlichen parallel zur Walzrichtung sein, so daß beim Magnetisieren dieses Materials in dieser Richtung die magnetischen Eigenschaften ein Optimum ergeben, d.h., daß der Kernverlust am geringsten ist und die Permeabilität am höchsten.The material from which the core is made can be crystal-oriented silicon steel with a preferred orientation be essentially parallel to the rolling direction, so that when magnetizing of this material in this direction the magnetic properties give an optimum, i.e. that the Core loss is lowest and permeability is highest.

Das Material wird zu einem Streifen der gewünschten Breite durch Aufschneiden parallel zu der Walzrichtung geschnitten.The material is made into a strip of the desired width by cutting it parallel to the direction of rolling cut.

Der Streifen wird dann auf eine Arbeitstemperatur von 800° C erhitzt.The strip is then heated to a working temperature of 800 ° C.

Anschließend kann der Streifen um einen geeignet geformten und dimensionierten Dorn zur Erzielung der gewünschten Kernform und Dimensionen gewikkelt werden, bis die gewünschte Kerndicke erreicht ist.Subsequently, the strip can be reached around a suitably shaped and dimensioned mandrel the desired core shape and dimensions are wound until the desired core thickness is reached is.

Der aufgewickelte Streifen wird danach von der Hauptlänge des Streifens abgeschnitten. Wegen der großen Plastizität des Streifens bei der Arbeitstemperatur, die innerhalb des Bereichs von 600 bis 1000° C oder höher liegen kann und vorzugsweise um 800° C liegt, ist die Kernform selbsterhaltend, so daß weder eine zusätzliche Formung oder Verklemmung des Kerns erforderlich ist, noch das freie Ende des Streifens festgehalten werden muß.The wound strip is then cut from the main length of the strip. Because of the great plasticity of the strip at the working temperature, which is within the range of 600 to 1000 ° C or higher and is preferably around 800 ° C, the core shape is self-sustaining, so that neither additional molding or clamping of the core is required, nor is the free end of the strip must be held.

Der Dorn wird dann aus dem gewickelten Kern entfernt, der Kern in einen Ofen von 800° G eingebracht und anschließend stufenweise von 800 auf 300° C gemäß folgendem Schema abgekühlt:The mandrel is then removed from the wound core, the core placed in an 800 ° G oven and then gradually cooled from 800 to 300 ° C according to the following scheme:

5 Minuten bei 800° C,5 minutes at 800 ° C,

5 Minuten bei 700° C,5 minutes at 700 ° C,

5 Minuten bei 600° C,5 minutes at 600 ° C,

5 Minuten bei 500° C,5 minutes at 500 ° C,

5 Minuten bei 400° C,5 minutes at 400 ° C,

5 Minuten bei 300° C.5 minutes at 300 ° C.

Nach einer weiteren, nicht gesteuerten Abkühlung auf Raumtemperatur ist der Kern fertig für die folgenden Schritte des Verklebens der einzelnen Windungsschichten und des Schneidens zur Bildung von zwei C-förmigen Segmenten.After another, uncontrolled cooling to room temperature, the core is ready for the following Steps of gluing the individual winding layers and cutting them to form two C-shaped segments.

Bei Versuchen, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben, wurde gefunden, daß die gewünschte Kernform bei so geringen Arbeitstemperaturen wie 600° C erhalten werden kann (diese Temperatur stellt das Minimum für eine zufriedenstellende Erweichungstemperatur für die üblicherweise verfügbaren Materialien dar). In vielen Fällen kann jedoch die volle Entwicklung der magnetischen Eigenschaften des Kernmaterials nicht bei so tiefen Temperaturen erhalten werden. Daher kann es notwendig sein, die bei dieser tieferen Temperatur geformten Kerne auf eine etwas höhere Behandlungstemperatur vor der gesteuerten Abkühlung zu erwärmen. Andererseits ist es möglich, die Formung bei einer geeignet hohen Arbeitstemperatur durchzuführen, um sowohl die Form des Kerns zu stabilisieren, als auch seine magnetischen Eigenschaften zu entwickeln.Experiments which have led to the present invention have found that the desired Core shape can be obtained at working temperatures as low as 600 ° C (this temperature represents the minimum for a satisfactory softening temperature for those commonly available Materials). In many cases, however, it can fully develop the magnetic properties of the core material cannot be obtained at such low temperatures. Hence it may be necessary the cores formed at this lower temperature to a somewhat higher treatment temperature to be heated prior to controlled cooling. On the other hand, it is possible to suit the molding at a perform high working temperature in order to stabilize the shape of the core as well develop its magnetic properties.

In manchen Fällen kann es erwünscht sein, die gesteuerte Abkühlung vor der Entfernung des Formdorns durchzuführen.In some cases it may be desirable to have controlled cooling prior to removal of the mandrel perform.

Durch Steuern der Abkühlungsgeschwindigkeit des heißgeformten Kerns unter Anwendung von Wärme werden die magnetischen Eigenschaften, die während der Formung oder durch die nachfolgende Erhitzung voll entwickelt wurden, nicht beeinträchtigt.By controlling the rate of cooling of the hot-formed core using heat are the magnetic properties that occur during molding or subsequent heating fully developed, not compromised.

Die gesteuerte Abkühlung wird am vorteilhaftesten in einem Kanalofen durchgeführt, obgleich andere Vorrichtungen zur Erzielung einer gesteuerten Kühlgeschwindigkeit, die dem Fachmann bekannt sind, ebenfalls zufriedenstellend sind. Die Kühlgeschwindigkeit hängt von der Art des magnetischen Materials und der Größe und dem Volumen des Kerns ab. Zum Beispiel können Kerne im Gewichtsbereich von 0,5 bis 10 kg, die erfindungsgemäß aus handelsüblichen, orientierten, als auch nicht orientierten Siliziumstählen geformt wurden, auf 400° C oder weniger innerhalb einer Zeit von 15 Minuten bis einer Stunde abgekühlt werden.The controlled cooling is most advantageously carried out in a duct furnace, although others Devices for achieving a controlled cooling rate known to those skilled in the art are also satisfactory. The cooling speed depends on the type of magnetic material and the size and volume of the core. For example, cores in the weight range from 0.5 to 10 kg, which according to the invention are made from commercially available, oriented and non-oriented silicon steels were molded to 400 ° C or less be cooled within a period of 15 minutes to an hour.

Es ist möglich, die gesteuerte Abkühlung bei höheren Temperaturen zu beenden, es wurde jedoch gefunden, daß beim Beenden der gesteuerten Abkühlung oberhalb 400° C die magnetischen Eigenschaften des Kerns beeinträchtigt werden.It is possible to stop the controlled cooling at higher temperatures, however it has been found that when the controlled cooling is stopped above 400 ° C the magnetic properties of the core are affected.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Streifen des magnetischen Materials in eine Mehrzahl von einzelnen Stücken geeigneter Längen aufgeschnitten werden, welche nach Erhitzen auf die Arbeitstemperatur bei dieser Temperatur gestapelt und preßgeformt werden, so daß der Stapel zu einem Teil eines C-Kerns geformt wird.According to a further embodiment of the invention, a strip of the magnetic material be cut into a plurality of individual pieces of suitable lengths, which after heating be stacked and compression molded to the working temperature at that temperature so that the stack is formed into part of a C-core.

Kerne, die erfindungsgemäß hergestellt sind, haben gleichwertige und in vielen Fällen bessere magnetische Eigenschaften im Vergleich zu solchen, die gemäß dem Stand der Technik durch Kaltformung und nachfolgende Heißbehandlung erzeugt wurden.Cores which are produced according to the invention have equivalent and in many cases better magnetic properties compared to those according to the prior art were produced by cold forming and subsequent hot treatment.

Gewöhnlich besitzen die fertigen Kerne elektrischer Einrichtungen geschlossene magnetische Linien. Wie jedoch oben im Fall von C-Kernen als Beispiel angedeutet ist, kann der vollständige Kern aus einer Mehrzahl von Kernabschnitten bestehen. Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung auch zur Herstellung solcher Abschnitte geeignet ist und der Begriff »Kern«, wie er im Anspruch gebraucht wird, nicht nur vollständige Kerne, sondern auch einzelne Teile solcher Kerne einschließt.Usually the finished cores of electrical devices have closed magnetic ones Lines. However, as indicated above in the case of C-cores as an example, the complete core can consist of a plurality of core sections. It goes without saying that the present invention is also suitable for producing such sections and the term "core" as it is in the claim is used, not only includes complete cores, but also individual parts of such cores.

Claims

Claim:

Process for the production of wound strip cores from silicon steels, the wound core being subjected to a heat treatment to improve the magnetic properties, characterized in that the steel strip is heated to a temperature of at least 600 ° C before being wound, at this temperature under tension on a mandrel wound, brought in wound form into an oven with a temperature between 600 and 1000 ⁰ C and cooled to 400 ° C in 15 to 60 minutes.

1 sheet of drawings