Verfahren zur Herstellung von Spulenkernen aus magnetischen
Metallteilchen.
Die Erfindung betriff t ein Verfahren zur Herstellung
von Spulenkernen aus magnetischen Metallteilchen sowie Spulenkerne aus magnetischemMetallflockenmaterial,
die mittels des obengenannten Verfahrens hergestellt worden sind. Bis jetzt sind
Spulenkerne aus magnetischen Legierungen, wie z. B. Molybänpermalloy, in Teilchenform
auf Permeabilitäten von etwa 200 beschränkt gewesen. Obwohl diese Kerne für verschiedene
Zwecke Anwendung gefunden ha-
ben, sind sie wegen der relativ niedrigen, erreichbaren
Permeabilität in ihrer Verwendbarkeit sehr eingeschränkt gewesen. Dieser Nachteil
wird überholt
durch die Lehre der vorliegenden Erfindung, die es
ermöglicht, Kerne aus magnetischen Teilchen mit einer Permeabilität von 550 und
darüber herzustellen. Diese höhere Permeabilität resultiert gleichzeitig in einer
Verbesserung des sogenannten Q-Faktors für die Anwendung bei Frequenzen, die in
Höhe der Stimmfrequenz und darüber liegen. Wie in Fachkreisen bekannt ist, stellt
der Q-Faktor eine qualitätsbestimmende Größe von Spulen dar, die als das Verhältnis
der Reaktanz zum Widerstand definiert ist:
Dabei ist: f = Frequenz [Hz.7 L = Induktion H"% R total - Summe aus dem ohmschen
Windungswiderstand und den Kernverlusten. Die vorliegende Erfindung lehrt die Verwendung
einer neuartigen Isolation sowie neuartige Verfahrensschritte, die zusammen die
physikalischen Eigenschaften der zur Verwendung kommenden magnetischen Metalle besser
ins Licht rücken und Magnetkerne ergeben, die eine höhere Permeabilität, einen verbesserten
Q-Faktor, eine größere Stabilität der Permeabilität gegenüber Flußänderungen und
eine bessere Veränderlichkeit der Permeabilität gegenäher Temperaturschwankungen
aufweisen.
Die neuartige Isolation und die Verfahrensschritte, die
zur Erzielung dieser Verbesserung erforderlich sind, werden im Detail bei der speziellen
8eschreibung eines Verfahrens zur Herstellung von Kernen aus magnetischen Teilchen
erläutert: Herstellung der Teilchen.
Magnetische Metallmaterialien sind in
Pulverform im Handel erhältlich oder können aus geschmolzenem Material durch Anwendung
bekannter Verfahren, wie beispielsweise eines in der USA-Patentschrift 2 93? 964
veröffentlicht ist, hergestellt werden. Das pulverförmige Material kann in einer
wasserstoffhaltigen Atmosphäre zum Lösen der bei der Herstellung entstandenen und
sonstigen Spannungen bei etwa 800°G oder darüber geglüht werden. Das Glühen erweicht
das pulverförmige. Material, was für das gewünschte Abflachen entsprechend der Lehre
der vorliegenden Erfindung von Bedeutung ist. Während des Glühens kann ein Stoff
zur Verhinderung der Klümpchenbildung im Pulver Anwendung finden; auf einen derartigen
Stoff wird in späteren Abschnitten noch eingegangen. Nach dem Glühen werden die
metallischen Pulverteilchen zu Flocken ausgewalzt. Das Walzverfahren ist in Zusammenhang
mit der Erfindung von Bedeutung, weil es die äußeren Abmessungen festlegt, welche
wiederum
die magnetischen Charakteristiken bestimmen. Hält man beispielsweise
die übrigen Grölten konstant, dann kann man die Permeabilität des Magnetkernes durch
Änderungen des Teilchendurchmessers verändern. Außerdem ändern sich die Kernverluste
mit der Teilchendicke. Der Zusammenhang ist dergestalt, da,ß beide Größen mit zunehmenden
Abmessungen ebenfalls zunehmen. Um aus diesem Grund dünne Flocken von großem Durchmesser
zu erhalten, lehrt die vorliegende Erfindung die Anwendung einer Schmierung des
pulverförmigen Materials während des Walzens. Das trockene Walzen von pulverförmigen
Molybdän-permalloy entsprechend den Verfahrensvorschriften der bekannten Art, ergibt
eine durchschnittliche Flockendicke von etwa 5211, während das gleiche Material
bei gleicher Zuführungsgeschwindigkeit und Walzenanordnung eine durchschnittliche
Flockendicke von etwa 24 w liefert, sobald ein Schmiermittel zwischen dem
pulverförmigen Material und den Walzen zur Anwendung kommt. Als Schmiermittel dient
ein schweres Paraffinöl, das die Reibung zwischen den Teilchen und den Walzen herabsetzt
und dem von den Walzen ausgeübten hohen Druck widersteht. Das Ö1 wird den Walzenoberflächen
vor dem durch die Walzen gebildeten Quetschspalt zugeführt. Das pulvrige
Metall wird in den Spalt selbst eingeführt und das vor-
her
schon aufgebrachte Öl wirkt als Schmierfilm zwischen der Walzenoberfläche und den
Teilchen. Ein dazu geeignetes Öl ist im Handel erhältlich unter der Bezeichnung
Texaco 62L der Firma Texas-Öl Company. Die
Verwendung eines Schmiermittels
erhöht außerdem die Lebensdauer der
Walzenoberflächen um mehrere
100 °@.A process for the production of coil cores of magnetic meta falls eilchen. The invention relates to a process for the production of coil cores from magnetic metal particles and coil cores from magnetic flake metal material which have been produced by the above-mentioned process. So far, coil cores made of magnetic alloys, such as. B. molybdenum permalloy, has been limited to permeabilities of about 200 in particulate form. Although these seeds ha-found use for various purposes ben, they have been very limited because of the relatively low achievable permeability in their utility. This disadvantage is overcome by the teaching of the present invention, which makes it possible to produce cores from magnetic particles with a permeability of 550 and above. This higher permeability also results in an improvement in the so-called Q factor for use at frequencies that are at the level of the voice frequency and above. As is well known in the art, the Q-factor is a quality-determining quantity of coils, which is defined as the ratio of reactance to resistance: Where: f = frequency [Hz.7 L = induction H "% R total - sum of the ohmic winding resistance and the core losses Magnetic metals move better into the light and result in magnetic cores, which have a higher permeability, an improved Q-factor, a greater stability of the permeability to flux changes and a better variability of the permeability with respect to temperature fluctuations. The novel insulation and the process steps that achieve this improvement are explained in detail in the specific description of a method for making cores from magnetic particles: Making the particles: Magnetic metal materials are commercially available in powder form or can be made from molten material by application of known methods Method such as one in U.S. Patent 2 93? 964 published. The powdery material can be annealed in a hydrogen-containing atmosphere to relieve the stresses that have arisen during manufacture and other stresses at about 800 ° G or more. The glow softens the powdery. Material that is important for the desired flattening according to the teaching of the present invention. During the glowing process, a substance can be used to prevent lump formation in the powder; such a substance will be discussed in later sections. After annealing, the metallic powder particles are rolled out into flakes. The rolling process is important in connection with the invention because it determines the external dimensions, which in turn determine the magnetic characteristics. For example, if you keep the other caves constant, you can change the permeability of the magnetic core by changing the particle diameter. In addition, the core losses change with the particle thickness. The relationship is such that both variables also increase with increasing dimensions. For this reason, in order to obtain thin flakes of large diameter, the present invention teaches the use of lubrication of the powdery material during rolling. The dry rollers of powdered molybdenum permalloy according to the procedures of the known art, results in an average flake thickness of about 5211, while the same material at the same feed rate and roller assembly has an average flake thickness delivers w of about 24, as soon as a lubricant between the powdery material and the Rolling is used. A heavy paraffin oil is used as the lubricant, which reduces the friction between the particles and the rollers and withstands the high pressure exerted by the rollers. The oil is fed to the roll surfaces in front of the nip formed by the rolls. The powdery metal is introduced into the gap itself and the upstream forth already applied oil acts as a lubricating film between the roll surface and the particles. A suitable oil is commercially available under the designation Texaco 62L from the Texas Oil Company. The use of a lubricant also increases the service life of the roller surfaces by several 100 ° @.
Zur Herstellung der AUgn etkerne mit der geforderten hohen Permeabilität
(550) entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung sollten die Flocken auf
eine Durchschnittsdicke von etwa 20 bis 2511 und einen durchschnittlichen
Durchmesser von. etwa 3®0 g auzgew@lzt werden. Dan int bei
Vorwen y: ng
eines Schmiermittels, bei genauer Kontr®lla der Zubringgeschwindieit
der Teilchen und bei Aufrechterhaltung einer guten Walzenoberfläche möglich. Vor
der weiteren Verarbeitung müssen die unter Verwendung eines Schmiermittels beim
Walzen hergestellten Flocken erst noch entfettet werden. Das läßt sich durch die
Verwendung eines Ldsungsmittelas wie beispielsweise Trichloräthylen bewerkstelligen.
Anschließend werden die Flocken s® lange getrocknet, bis sie wieder einwandfrei
fließen.
Nach dem Entfetten und Trogen d das @'loc°eil zum Glühen
vorbereitet. Zur Vermeidung der lilümpchenbiidung im Material während des Glühens
werden etwa 0, 25 Gew. -% der Menge des Flockenmaterials pulverisierter Glimmer
zugegeben. Auf den Vorteil der Verwendung von Glimmer beim Glühen des Pulvers in
diesem Verfahrenestadium gegenüber
anderen Materialien wird weiter
unten in der Beschreibung noch näher eingegangen. Anschließend werden die Flocken
mit dem bindungsverhindernden, beigefügten Glimmer bei etwa 800°C oder darüber,
vorzugsweise bei 830®C geglüht, wobei gleichzeitig die Oxydation des Materials durch
genaue Kontrolle der Glühatmosphäre unterbunden wird.
Die Flockenisolation.
Der auf das magnetische Flockenmaterial aufgebrachte Überzug muß in der Lage
sein, einer Anzahl von Arbeitsgängen zu widerstehen,
die seine Isoliereigenschaften zu verschlechtern suchen. Um im Stande zu
sein, seine Hauptfunktion als Isolation aufrechtzuerhalten, darf der Überzug
weder durch die beim Glühen des Kernes angewendeten Temperaturen
noch durch die beim Zusammenbacken der isolierten Teilchen
zu Kernen
entstehenden Drücke verletzt werden. Zusätzlich muB
das Isolations-
material als Bindemittel wirken, um dem zusammengebackenen
Kern eine gewisse mechanische Festigkeit zu erteilen. Die Isolation
und das Isolier-
verfahren, die durch die vorliegende Erfindung
vermittelt werden, erlauben eine bedeutende Erhöhung der zulässigen
Glühtemperaturen. Dies kann als wesentlicher Beitrag zu den unvorhergesehenen
Vorteilen hinsichtlich der
magnetischen Eigenschaften, die aus der
vorliegenden Eifindung resultieren, gewertet werden.
Eine Anzahl von geeignet au-gebrachteaidi@duellen erzügeia
ergi6@t
bessere Isoliereigenschaften wand resultleurt in
daretellung von @-gnet-
kernen mit geringeren Luftspalten, da, die trzüg- von pringea
em Ge-
wicht und Volumen die nötige Isolation zwiocheh den
Tefchen gewähr-
leisten. In vier Prags verwendet meine Anzhl von minndgoten,11
vier
Überzügen; durch eine wacheends xr-'C-IEÜLS
von A
wird die Kläimpchenbildung der isolierten Teilchen währ, enel
der j: ozeosco
herabge setzt.
Bei der Durchführung des P2ozesses iss dze ls®läerr@ateri.l
mit lUasser
getränkt. Das Flockenmaterial wird mit dieser hüschmg zusammen
ver-
arbeitet und anschließend in einer Drehtrommel mler einem aliclien
Apparat erhitzt und dadurch das Wasser verds,p. Bei vieäterem
Aufm
rühren wird das Material auf etwa 150 bflr, N®oC erhitzt. o-chlieend
wird es auf etwa: 60oC zwan-gsgealto Dieser Vorgm" r 2# det
ba @ieF@en@
und Ritzehärtens wird bio zu2 Erreichmj der gewschten
Anzähl von
Überzügen wiederholt.
Einige Isolationsmaterialien der vorbeten Art k®mten Glühtemperatu-
ren zwischen 500 und 6750C widerstehen, aber keineswegs wec-entlich
höheren. Bei äAaaaäherung an eine Temratar ven 975®C neigte
-ich ein
Zusammenbrechen der isolierfähigkelt und ein Verschwen der
Teilchen
miteinander, wohingegen eine merkliche Zunahme der Permeabilität
nicht erreicht wurde, die Kernverluste aber bedeutend anstiegen. Die . Isolation
gemäß der vorliegenden Erfindung widersteht Glühtemperaturen von 800 bis 1000°C
und darüber. Darüber hinaus können diese Temperaturen für eine so lange Zeitdauer
aufrechterhalten werden, die für das erwünschte Durchglühen eines Kernes aus jeder
der zur Zeit verfügbaren magnetischen Legierungen ohne merkliches Zusammenbrechen
der Isoliereigenschaften erforderlich sind. Für ein magnetisches Material in Gestalt
von Molybdän-permalloy ist beispielsweise eine Glühdauer bei der vollen Temperatur
von 800 bis 1000°C von 15 bis 30 Minuten vorzuziehen. Das Glühen eines Kernes kann
Glühzeiten in einem Glühofen von über 1 Stunde erforderlich machen, um die Spannungen
richtig zu lösen und die erwünschten magnetischen Eigenschaften hervorzurufen. Keines
der vorbekannten Isoliermaterialien für magnetische Pulver könnte einer solchen
Glühbehandlung ohne Schädigung widerstehen. Als ein Teil der Erfindung ist eine
Isolierm ischung entwickelt worden, die zur Verarbeitung mit den darin enthaltenen
feinen Teilchen geeignet ist und sowohl den bei der Herstellung eines Kernes entstehenden
hohen Drücken und Temperaturen als auch den beim Glühen des Kernes entstehenden
hohen Temperaturen widerstehen kann. Gleichzeitig weist sie ausgezeichnete elektrische
Isoliereigenschaften auf und erfüllt die
notwendige Funktion als
Bindemittel. Nach der Lehre der Erfindung kommt Glimmer als Basiskomponente des
Isoliergemisches zur Anwendung. Er trägt zu den ungewöhnlichen Vorzügen des Isoliergemisches
wesentlich aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften bei, insbesondere aufgrund
der Fähigkeit einer ganzen Reihe von Glimmersorten gut hohen Temperaturen ohne Zusammenbrechen
des Glimmers oder der elektrischen Isoliereigenschaften zu widerstehen. Eine vorzuziehende
Glimmersorte bei Anwendung, die Glühen bei Temperaturen von 1000°C und darüber erforderlich
machen, ist natürlicher Phlogopit KMg3(OH)2A1Si3010. Eine geeignete Glimmersorte
für Glühtemperaturen in der Gegend von 800 bis 950°C ist Muskovit KA12(OH)2AlSi3010.
In diesem Temperaturbereich sind auch die übrigen natürlichen Glimmersorten ebenso
wie synthetischer Glimmer KMg3AlSi3010 F2 gut geeignet. Aufgrund der Eigenschaft
des Glimmers, sich in Blättchen aufzuspalten, lassen sich sehr dünne flexible, blattartige
Isolationspartikel erzeugen, die besonders für die Isolation von Flockenteilchen
geeignet sind. Die Teilchengröße der Glimmerpartikel ist entsprechend der. Größe
der zu isolierenden, magnetischen Teilchen auszuwählen. Bei Flockendurchmessern
von etwa 300 g, haben sich Glimmerteilchen bis zu 9011 als zufriedenstellend erwiesen.
In der vorzugsweisen Ausführungsart wird Glimmer mit kieselsaurem Kali, das als
Bindemittel für den Glimmer dient und mit einer Magnesiamilch vermischt.
In
der Magnesiamilch enthaltene Teilchen von Magnesiumhydroxyd unterstützen die Isolierfähigkeit
dadurch, daß sie in der Überzugsschicht kleine Ritzen ausfüllen: Im Verlauf des
darauffolgenden Erhitzungsvorganges wird das Magnesiumhydroxyd in Magnesiumoxyd
umgewandelt. Das in den vorangehenden Verfahrensschritten zur Verhinderung der Klümpchenbildung
verwendete Glimmerpulver wird in diesem Stadium zu einem Bestandteil der Isoliermischung.
Im folgenden wird speziell ein Verfahren zur Flockenisolierung mit vier Überzügen
beschrieben. Zur Isolierung von 22, 6 kg Flockenmaterial wird aus 20 1 Wasser, 400
g Glimmer, 255 g kieselsaurem Kali (technischer Zustand 4o, 3 o Baume) und 425g
Magnesiamilch (USP-Zustand) eine dünne Aufschlämmung hergestellt. Diese Zutaten
müssen vAhrend des Verfahrens in einem gut vermischten Zustand gehalten werden.
Beim ersten Überziehen werden etwa 5000 cm 3 der Aufschlämmung mit zusätzlichen
1000 cm 3 Wasser zusammen mit den 22, 6 kg Flocken in eine heizbare Drehtrommel
gegeben. Die Flocken und das Isoliermaterial werden zusammen vermischt, z. B. in
der heizbaren Drehtrommel. Durch Erhitzen des Gemisches wird das Wasser verdampft,
die Flocken werden sehr rasch auf ungefähr 150 bis 160°C erhitzt und dann wiederum
sehr rasch auf etwa 80°C abgekühlt. Während des ganzen Verfahrens wird durch die
Drehbewegung der Trommel gemischt. Unter Einhaltung der
obengenannten
Verfahrensschritte wird ein weiterer Überzug und auf gleiche Weise unter Verwendung
des Restes der Isoliermischung auch der dritte und vierte Überzug aufgebracht. Anstelle
von kieselsaurem Kali läßt sich auch kieselsaures Natrium verwenden. Sollte es nötig
sein, die Permeabilität einzelner Chargen einander anzugleichen, dann kann ein Überzug
unter Verwendung von 5000 cm 3 Wasser, 50 g Glimmer, 32 g kieselsaurem Kali oder
Natrium und 50 g Magnesiamilch entsprechend den oben erläuterten Verfahrensschritten
den Flocken zugesetzt werden. Die Kernherstellung. Nach der Isolierung werden
die Flocken so in eine torunförmige oder nicht torunförmige Form gegeben, daß sie
sich mit ihrer flachen Seite parallel zur Richtung des magnetischen Flusses anordnet.
Diese Placierung läßt sich mittels einer Reihe von Verfahren durchführen. Bei einer
Methode wird von einem vibrierenden, sich drehenden Trichter Gebrauch gemacht, der
an der Formeinfüllöffnung angebracht ist. Die meisten der Flocken fallen in die
Farm mit einer Ausrichtung ihrer Flachseiten in Ebenen, . die zur Kernachse senkrecht
stehen und halten zu einem Großteil diese Orientierung mit einer weitgehend parallelen
Ausrichtung der Flocken zueinander aufrecht.
Eine in Umfangsrichtung
kontinuierlich arbeitende Form, in Fachkreisen als "Einheitsring-" oder "Einstückform"
bekannt, wird zur Herstellung eines torunförmigen Flockenkernes bevorzugt. Bei dieser
Art Form we rden die Seitenwände eines Kernes am inneren und äußeren Durchmesser
durch in Umfangsrichtung kontinuierlich verlaufende Formwände anstelle einer aus
Kreisbogenabschnitten bestehenden äußeren Formwand geformt. Die Abnahme der radialen
Krümmung und die Abschrägung am äußeren Durchmesser, bei dem in Umfangsrichtung
kontinuierlich verlaufenden Formtyp dienen dazu, das Entstehen von Oberflächensprüngen
zu vermindern oder ganz zu beseitigen. Es wird angenommen, daß dies der gleichmäßig
gehaltenen Abnahme des Oerflächendruckes am äußeren Durchmesser eines Kernes beim
Ausstoßen aus der Form zuzuschreiben ist.To produce the AUgn eternkern with the required high permeability (550) according to the teaching of the present invention, the flakes should have an average thickness of about 20 to 2511 and an average Diameter of. About 3 g to be rolled out. Dan int at Vorwen y: ng
of a lubricant, with more precise control the feed speed
of the particles and while maintaining a good roll surface possible. Before further processing, the flakes produced using a lubricant during rolling must first be degreased. This can be done by using a solvent such as trichlorethylene. The flakes are then dried for a long time until they flow properly again. After degreasing and troughing, the @ 'loc ° eil to glow
prepared. To avoid the formation of lumps in the material during the annealing, about 0.25% by weight of the amount of the flake material of powdered mica is added. The advantage of using mica in the annealing of the powder at this stage of the process over other materials will be discussed in greater detail below in the description. The flakes with the added mica that prevents bonding are then annealed at about 800 ° C. or above, preferably at 830 ° C., at the same time the oxidation of the material is prevented by precise control of the annealing atmosphere . The flake isolation. The pressure applied to the magnetic flake material coating must be able to withstand a number of operations which seek to a deterioration of its insulating properties. In order to be able to maintain its main function as insulation, the coating must not be damaged either by the temperatures used in the annealing of the core or by the pressures generated when the isolated particles stick together to form cores . In addition, the insulation material MUB act as a binder to give to the agglomerated core a certain mechanical strength. The insulation and the insulation process, which are mediated by the present invention allow a significant increase in the permitted annealing temperatures. This can be considered the magnetic properties resulting from the present Eifindung regard as an essential contribution to the unforeseen benefits. A number of suitable au-brought aidi @ duels erzügeia ergi6 @ t
better insulating properties of the wall result in the representation of @ -gnet-
cores with smaller air gaps because the
weight and volume ensure the necessary isolation between the
Afford. In four prags my number of minndgoten, 11 used four
Overcoats; by a guarding xr- ' C-IEÜLS from A
the clang formation of the isolated particles during the j: ozeosco
belittles.
When carrying out the process, eat ls®läerr@ateri.l with lUasser
soaked. The flake material is combined with this hüschmg
works and then in a rotary drum mler an aliclien
The apparatus is heated and thereby the water is diluted, p. With father's record
stirring, the material is heated to about 150 bflr, N®oC. o-closing
It will be about: 60oC Zwan-gsgealto This Vorgm "r 2 # det ba @ ieF @ en @
and scratch hardening becomes bio to achieve the desired number of
Coatings repeatedly. Some insulation materials of the kind mentioned above had an annealing temperature
Resist ren between 500 and 6750C, but by no means weekly
higher. When I came close to a Temratar ven 975®C, I leaned in
Collapse of the insulating properties and wasting of the particles
with each other, whereas a noticeable increase in permeability was not achieved, but the core losses increased significantly. The . Insulation according to the present invention withstands annealing temperatures of 800 to 1000 ° C and above. In addition, these temperatures can be maintained for the length of time required to properly anneal a core made from any of the currently available magnetic alloys without any appreciable breakdown in insulating properties. For a magnetic material in the form of molybdenum permalloy, for example, an annealing time at the full temperature of 800 to 1000 ° C. of 15 to 30 minutes is preferable. Annealing a core can require annealing times in excess of 1 hour in an annealing furnace to properly release the stresses and produce the desired magnetic properties. None of the previously known insulating materials for magnetic powders could withstand such an annealing treatment without being damaged. As part of the invention, an insulating compound has been developed which is suitable for processing with the fine particles contained therein and which can withstand both the high pressures and temperatures generated in the manufacture of a core and the high temperatures generated when the core is annealed. At the same time, it has excellent electrical insulating properties and fulfills the necessary function as a binding agent. According to the teaching of the invention, mica is used as the basic component of the insulating mixture. It contributes significantly to the unusual advantages of the insulating mixture due to its physical properties, in particular due to the ability of a whole series of types of mica to withstand high temperatures without collapse of the mica or the electrical insulation properties. A preferred type of mica for applications that require annealing at temperatures of 1000 ° C and above is natural phlogopite KMg3 (OH) 2A1Si3010. A suitable type of mica for annealing temperatures in the region of 800 to 950 ° C is muscovite KA12 (OH) 2AlSi3010. In this temperature range, the other natural types of mica as well as synthetic mica KMg3AlSi3010 F2 are well suited. Because of the property of mica to split up into flakes, very thin, flexible, sheet-like insulation particles can be produced, which are particularly suitable for the insulation of flake particles. The particle size of the mica particles is corresponding to. Size of the magnetic particles to be isolated. With flake diameters of about 300 g, mica particles up to 9011 have proven to be satisfactory. In the preferred embodiment, mica is mixed with siliceous potash, which serves as a binding agent for the mica, and is mixed with a milk of magnesia. Magnesium hydroxide particles contained in milk of magnesia support the insulating properties by filling small cracks in the coating layer: During the subsequent heating process, the magnesium hydroxide is converted into magnesium oxide. The mica powder used in the preceding process steps to prevent the formation of lumps becomes a component of the insulating mixture at this stage. A four-coat flake isolation method is specifically described below. To isolate 22.6 kg of flake material, a thin slurry is made from 20 l of water, 400 g of mica, 255 g of siliceous potash (technical condition 40, 3 o Baume) and 425 g of milk of magnesia (USP condition). These ingredients must be kept in a well mixed state throughout the process. During the first coating, about 5000 cm 3 of the slurry with an additional 1000 cm 3 of water along with the 22.6 kg of flakes are placed in a heatable rotating drum. The flakes and insulating material are mixed together, e.g. B. in the heated rotary drum. By heating the mixture, the water is evaporated, the flakes are heated very quickly to about 150 to 160 ° C and then again cooled very quickly to about 80 ° C. The rotating movement of the drum mixes the whole process. In compliance with the above-mentioned process steps, a further coating is applied and, in the same way, using the remainder of the insulating mixture, the third and fourth coatings are also applied. Silica sodium can also be used instead of silicate potash. Should it be necessary to equalize the permeability of individual batches, a coating can be added to the flakes using 5000 cm 3 of water, 50 g of mica, 32 g of silicic acid potash or sodium and 50 g of milk of magnesia according to the process steps outlined above. The core manufacture. After isolation, the flakes are placed in a toroidal or non-toroidal shape so that their flat side is parallel to the direction of the magnetic flux. This placement can be accomplished using a number of methods. One method makes use of a vibrating, rotating hopper attached to the mold fill port. Most of the flakes fall into the farm with their flat sides oriented in plains,. which are perpendicular to the core axis and maintain this orientation to a large extent with a largely parallel alignment of the flakes to one another. A mold which is continuous in the circumferential direction, known in the art as a "unitary ring" or "one-piece mold", is preferred for producing a toroidal flake core. In this type of mold, the side walls of a core are formed at the inner and outer diameter by mold walls running continuously in the circumferential direction instead of an outer mold wall consisting of circular arc sections. The decrease in the radial curvature and the bevel at the outer diameter, in the case of the shape type running continuously in the circumferential direction, serve to reduce or completely eliminate the occurrence of surface cracks. It is believed that this is attributable to the steady decrease in surface pressure at the outer diameter of a core upon ejection from the mold.
Die Flockenpartikel selbst bilden ein besonderes Problem bei der Herstellung
eines zufriedenstellenden Kernes. Gewöhnlicherweise bilden die Seitenwände am Innen-
und Außendurchmesser mit der Stirnfläche bei in Formen hergestellten-Kernen an den
oberen Ecken rechte Winkel. Aufgrund der meisten Formen, die bei den Arbeiten mit
teilchenförmigen Materialien verwendet werden, erhält die Bodenfläche der erzeugten
Produkte abgerundete Kanten. Die abgerundete Ausführung ist bei allen Kanten
erwünscht,
um Einschnitte oder den Bruch der Spulenisolation bei Berührung mit den scharfen
Ecken zu vermeiden, insbesondere bei der Herstellung dieser Spulenwicklungen. Wegen
des äußerst starken Abbröckelns und des daraus resultierenden Schadens am Kern können
aus Flocken hergestellte Kerne an den oberen Kanten nicht abgerundet werden. Um.
dieses Problem zu meistern und die Produktion von aus Flocken hergestellten Kernen
zu ermöglichen, die an jeder Stelle abgerundete Kanten aufweisen, lehrt die Erfindung
die Anwendung eines Verfahrens, das als "Pulveraufsetzen" bezeichnet werden kann.
Bei diesem Verfahren wird dem in der Form befindlichen Flockenmaterial pulverförmiges,
magnetisches Material zugesetzt, so daß der obere Teil des in der Form hergestellten
Kernes aus Pulver und nicht aus Flockenmaterial besteht. Nach dem Formen läßt sich
das aus Pulver bestehende Oberteil an den Kanten auf konventionelle Weise abrunden,
ohne am Kern ein Abbröckeln oder einen Schaden hervorzurufen. Nach dem abgeschlossenen
Formen des Kernes kann dieser bei wesentlich höheren Temperaturen geglüht werden,
als es> bei den auf diesem Gebiet vorbekannten der Fall war. Mit der durch die vorliegende
Erfindung vorgeschriebenen Teilchenisolation wird der Kern während der zum Lösen
der Bearbeitungsspannungen und zum Einstellen der erwünschten magnetischen Eigenschaften
erforderlichen Zeit bei 800 bis 950 °C oder darüber
geglüht.
Anschließend wird er in einer nicht oxydierenden oder neutralen Atmosphäre, wie
z. B. Wasserstoff (H2) oder einer Mischung aus Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2),
mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 15 bis 75oC/Min. zwangsgekühlt. Diese nach
dem Glühen vollzogene rasche Abkühlung steigert die Stabilität der Permeabilität
gegenüber Flußänderungen erheblich. Nach dem Glühprozeß kann der Kern in Luft auf
etwa 250°C erhitzt, in Wasser gekühlt und bei etwa 150°C getrocknet werden, um die
Verlustcharakteristik zu verbessern. Eine andere Behandlungsweise schreibt eine
mechanische Schwingung in der Nähe von 60 Hz für die Dauer von 5 bis 15 Minuten
je nach Bedarf, vor. Diese Behandlungen haben Zweck, eventuell auf der Oberfläche
des Kernes aufgetretene Verschweißengen der Flocken miteinander zu verringern oder
ganz zu beseitigen. Die Kerne werden anschließend mit einem Spezialanstrich, z.
B. Epoxy oder Glasur versehen, um das Eindringen von Feuchtigkeit und Verschlußmitteln
herabzusetzen sowie den Kern gegenüber der Wicklung zu isolieren.
Die
Eigenschaften der Kerne. The flake particles themselves pose a particular problem in producing a satisfactory core. Usually, the inner and outer diameter side walls form right angles with the end face in the case of cores made in molds at the upper corners. Due to most of the shapes used when working with particulate materials, the bottom surface of the products produced is given rounded edges. The rounded design is desirable for all edges in order to avoid cuts or breakage of the coil insulation when touching the sharp corners, especially when manufacturing these coil windings. Because of the extremely strong crumbling and the resulting damage to the core, cores made from flakes cannot be rounded at the upper edges. Around. To overcome this problem and enable the production of cores made from flakes which have rounded edges at every point, the invention teaches the use of a process which can be referred to as "powdering". In this method, powdered magnetic material is added to the flake material in the mold, so that the upper part of the core produced in the mold consists of powder and not of flake material. After molding, the powder top can be rounded at the edges in a conventional manner without causing the core to crumble or damage. After the core has been formed, it can be annealed at significantly higher temperatures than was the case with those previously known in this field. With the particle insulation prescribed by the present invention, the core is annealed at 800 to 950 ° C or above for the time required to release the machining stress and establish the desired magnetic properties. Then it is in a non-oxidizing or neutral atmosphere, such as. B. hydrogen (H2) or a mixture of hydrogen (H2) and nitrogen (N2), with a cooling rate of about 15 to 75oC / min. forced cooling. This rapid cooling carried out after the annealing increases the stability of the permeability to changes in flow considerably. After the annealing process, the core can be heated in air to about 250 ° C, cooled in water and dried at about 150 ° C in order to improve the loss characteristics. Another method of treatment prescribes a mechanical vibration in the vicinity of 60 Hz for a duration of 5 to 15 minutes, depending on the need. The purpose of these treatments is to reduce or completely eliminate any welding of the flakes to one another which may have occurred on the surface of the core. The cores are then coated with a special paint, e.g. B. epoxy or glaze provided to reduce the penetration of moisture and sealing means and to isolate the core from the winding. The properties of the kernels.
Es ist wünschenswert, die Permeabilität eines Kernes gegenüber Änderungen
der Flußdichte konstant zu halten. Bei den Flockenkernen, die aufgrund der Lehre
der vorliegenden Erfindung eine Permeabilität von 550 ermöglichen, bleibt die Pernieabilität
im wesentlichen auf einem Wert von 550 im Bereich von 10 bis 100 G. Im Bereich von
100 bis 4000 G ändert sich die Permeabilität um weniger als 10 %. Sie steigt
dabei auf etwa 600 bei einer Flußdichte von 1500 G. ,Ebenso ist es wünschenswert,
für die prozentuale Änderung der Induktion mit der Temperatur eine im wesentlichen
gerade, lineare Funktion über den Bereich der im Betrieb vorkommenden Temperaturen
zu erhalten. Bei einem Kern, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden
ist, und der eine Permeabilität von 550 aufweist, verläuft die prozentuale Induktionsänderung
als gerade, lineare Funktion von etwa - 2% bei - 500C auf + 2 % bei 850C. Spulen
mit dieser geradlinigen Änderungsfunktion kann man mit im Handel erhältlichen Kondensatoren,
deren Kapazitätsänderung ebenfalls eine geradlinige Funktion darstellt, kombinieren"
um Schwingkreise herzustellen, die in den im Betrieb vorkommenden Temperaturbereichen
frequenzstabil sind.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung bezieht
sich insbesondere auf die Behandlung von Molybdän-permalloy, ist jedoch auf diese
Legierung nicht beschränkt. Molybdän-permalloy, das etwa 2 % Molybdän, 81 % Nickel
und 17 % Eisen enthält, gestattet die Herstellung von Kernen mit hoher Permeabilität
aus abgeplatteten Teilchen, wenn eine Glühbehandlung bei hohen Temperaturen möglich
ist, wie sie durch die vorliegende Erfindung vorgeschrieben ist. Die Zusammensetzung
der Isolation und das Isolierverfahren kann jedoch auch auf andere Materialien angewendet
werden, die keine Glühbehandlung bei hohen Temperaturen erfordern und ebenso auf
magnetische Teilchen, die eine andere als Flockengestalt aufweisen.It is desirable to keep the permeability of a core constant to changes in flux density. In the case of the flake cores which, based on the teaching of the present invention, allow a permeability of 550, the permeability essentially remains at a value of 550 in the range from 10 to 100 G. In the range from 100 to 4000 G, the permeability changes by less than 10 % . It increases to about 600 at a flux density of 1500 G. It is also desirable to obtain an essentially straight, linear function over the range of temperatures occurring during operation for the percentage change in induction with temperature. For a core made in accordance with the present invention and having a permeability of 550, the percentage change in induction is a straight, linear function from about -2% at -500C to + 2% at 850C. Coils with this rectilinear change function can be combined with commercially available capacitors, the change in capacitance of which also represents a rectilinear function, "in order to produce resonant circuits which are frequency-stable in the temperature ranges occurring during operation. The teaching of the present invention relates in particular to the treatment of molybdenum -permalloy, but is not limited to this alloy.Molybdenum-permalloy, which contains approximately 2% molybdenum, 81% nickel and 17% iron, allows the production of high permeability cores from flattened particles if an annealing treatment at high temperatures is possible as prescribed by the present invention, however, the composition of insulation and the insulation method can be applied to other materials which do not require annealing treatment at high temperatures and also to magnetic particles other than flake shape.