DE3033378A1

DE3033378A1 - Elektroblech-laminat

Info

Publication number: DE3033378A1
Application number: DE19803033378
Authority: DE
Inventors: Robert Frederick New Kensington Pa. Miller
Original assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Current assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1980-09-04
Publication date: 1981-03-12
Also published as: IT8049639A0; SE449962B; FR2465346A1; GB2059168A; YU207280A; ATA444280A; RO81565A; FR2465346B1; SE8006258L; AT379917B; CA1158145A; AR225320A1; IT1128180B; ES8200241A1; AU529961B2; AU6153680A; MX153807A; JPS5645007A; BE885165A; ES494907A0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein laminiertes Erzeugnis und betrifft insbesondere ein adhäsiv aneinandergebundenes Elektrostahl-Laminat für elektrotechnische Zwecke. Das erfindungsgemäße laminierte Erzeugnis kann in elektrotechnischen Einrichtungen, wie Transformatoren, Generatoren oder Elektromotoren verwendet werden.

Man ist in der Fachwelt seit langem bemüht, die Energieverluste zu verringern, die sich beim Magnetisieren von Elektroblechen ergeben. So findet sich in der US-Patentschrift 2 561 462 der Hinweis, daß es im Interesse verringerter Energieverluste vorteilhaft sei, dünnere Elektrobleche zu verwenden. Dünnere Bleche vermindern den Pfad, über welchen magnetisch induzierte Wirbelströme abfließen können.

Gegenwärtig liegt ein Großteil der erzeugten Elektrostahlbleche, wie solcher für elektrische Spannungstransformatoren, innerhalb eines Dickenabmessungsbereiches von 0,025 bis 0,04 mm. Es scheint, daß die untere Abmessungsgrenze für handelsübliche ElektroStahlbleche weitgehend auf Verarbeitungsgesichtspunkten beim Abnehmer beruht, der die ElektrοStahlbleche innerhalb von Elektrogeräten verarbeitet. Dünnes Elektrostahlblech, wie ein 0,25 ram starkes Siliciumstahlblech und 0,51 mm dicke amorphe Bandmaterialien, sind einleuchtenderweise bei der Handhabe und Verarbeitung leichter Beschädigungsgefahren ausgesetzt. Außerdem erfordern dünnere ElektroStahlbleche häufig zusätzlichen Arbeitsaufwand bei der Herstellung verschiedener elektrotechnischer Geräte. Insgesamt ergibt sich, daß es durchaus bekannt ist, durch Verminderung der Elektrostahlblechdicke günstigere Stromverluste zu erzielen. Mit Rücksicht auf die

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Interessen der Abnehmer solcher ElektroStahlbleche werden jedoch in der Praxis ausschließlich ElektroStahlbleche verarbeitet, deren Dicke einer wirtschaftlichen und erfolgreichen Verarbeitung zu elektrotechnischen Geräten Rechnung trägt.

Der Stand der Technik kennt Beschichtungen für Elektrostahlbleche. So beschreibt beispielsweise die US-Patentschrift 3 160 509 die Verwendung einer hochtemperaturbeständigen isolierenden feuerfesten Beschichtung, insbesondere aus Chromoxid, welche fest an der Oberfläche eines Siliciumstahl-Bandmaterials haftet und als Glühseparator für das Siliciumstahlblech dient. Die US-Patentschrift 3 670 278 offenbart eine glasartige Beschichtung, die bei relativ hohen Bindungstemperaturen auf die Oberflächen von ElektroStahlblechen aufgetragen wird. Diese Beschichtung übt auf das Blech eine Zugbeanspruchung aus, um die Magnetostriktion und die Spannrngsempfindlichkeit (strain sensitivity) herabzusetzen, um so die Geräusehentwicklung bei Verwendung in Tiaisformatoren zu vermindern. Die US-Patentschrift 4- 032 673 offenbart die Verwendung von durch Bestrahlung härtbaren lösungsmittelfreien organischen Harzen als zusätzliche Beschichtung zwecks Verbessarung der isolierenden Eigenschaften von orientierten Siliciumstahlblechen, die mit einer anorganischen isolierenden Beschichtung versehen sind.

Es besteht jedoch ein Bedürfnis nach adhäsiv miteinander verbundenen Elektrostahl-Laminaten, wobei das Haft- oder Klebemittel keine nennenswerten Compressionsbeanspruchungen in der Blechebene ausüben soll und das Haft- oder Klebemittel bei Temperaturen von weniger als 400⁰C seine Adhäsionswirkung entfaltet.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein neues

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und verbessertes Elektrostahlblech zu schaffen, welches die günstigen elektrischen Eigenschaften sehr dünner Elektrostahlbleche mit den für die Praxis vorteilhaften Eigenschaften dickerer ElektroStahlbleche vereinigt.

Die Erfindung läßt sich kurz bezeichnen als neues und verbessertes laminiertes Erzeugnis für elektrotechnische Zwecke, welches aus wenigstens zwei elektrisch isolierten Elektroblechen besteht, welche jeweils eine Dicke von weniger als 0,51 mm aufweisen, wobei zwischen den Blechen ein Haft- ober Klebemittel angeordnet ist, welches die beiden Bleche miteinander verbindet, ohne daß nennenswerte Kompressionsbeanspruchungen in den Blechebenen auftreten. Das Haft- oder Klebemittel zeichnet sich dadurch aus, daß es bei Temperaturen unterhalb von etwa 400⁰C praktisch augenblicklich seine adhäsive Wirkung entfaltet. Nach einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Klebemittelschicht des erfindungsgemäßen

Blechlaminats eine Bindungsfestigkeit von wenigstens 0,70kg/mm , ermittelt bei einaxialer Zugbeanspruchung.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein laminiertes Elektrostahlerzeugnis zu schaffen, welches die niedrigen Eisenverluste und die übrigen Vorteile dünner Si-ElektroStahlbleche mit den Vorteilen hinsichtlich wirtschaftlicher Herstellung, Handhabe und Verarbeitung dickerer Elektrostahlbleche verbindet. Insbesondere sind die Silicxumstahlbleche des erfindungsgemäßen Korapositerzeugnisses bei einer Temperatur von weniger als 400⁰C mit hinreichender Festigkeit miteinander verbunden worden, daß das Kompositerzeugnis den üblichen Verarbeitungsschritten, wie dem Haspeln, Trennen, Eichten und Stanzen und dgl. unterworfen werden kann, ohne daß sich die Laminaten des Erzeugnisses voneinander trennen.

Ferner zeigt sich, daß die Klebverbindung der aneinander grenzenden

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Metallbleche keine störenden Beanspruchungen in der Ebene der Bleche hervorruft.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Verwendung dünnerer Bleche bei der kommerziellen Fertigung ermöglicht wird, ohne daß die üblichen Herstellungsverfahren und Herstellungsöperationen einer Änderung bedürfen.

Ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Siliciumstahl-Laminat aus einer Vielzahl von elektrisch isolierenden Si-Stahlblechen zu schaffen, die bei relativ niedriger Temperatur mittels eines Haft- oder Klebemittels miteinander verbunden sind, welches in der Blechebene keine nennenswerten Kompressionsspannungen herbeiführt, die eine Verschlechterung der elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Laminats zur Folge haben könnten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ermöglicht wird, dünnere ElektroStahlbleche innerhalb herkömmlicher magnetischer Herstellungsverfahren zur Herstellung von Transformatoren, Elektromotoren, Generatoren und dgl. zu verwenden, wodurch die Energieverluste vermindert werden, welche bei der Magnetisierung dickerer ElektroStahlbleche auftreten.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein laminiertes ElektrostahlerZeugnis zur Verfügung gestellt ist, welches mittels eines Haft- oder Klebemittels verbunden ist, welches mit den vergleichsweise hohen Temperaturen beaufschlagt werden kann, die in elektrischen Transformatoren auftreten und üblicherweise circa 10O⁰C über der Umgebungstemperatur liegen. Das im erfindungsgemäßen Blechlaminat ver-

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wendete Haft- oder Klebemittel zersetzt sich nämlich nicht bei derartigen Temperaturen, so daß es nicht zur Kontamination von dielektrischen Ölen kommt, die in derartigen Vorrichtungen benutzt werden. Außerdem ist das erfindungsgemäße Blechlaminat dem Angriff derartiger öle bei erhöhten Temperaturen über längere Zeiten gewachsen, ohne daß eine Qualitätsverschlechterung, ein Zerfall oder eine Delamination auftreten.

Ein bevorzugter Gedanke liegt in einem laminierten Erzeugnis für elektrotechnische Zwecke, welches aus wenigstens zwei mittels eines Klebemittels verbundenen elektrisch isolierten Elektrostahlblechen besteht, welche jeweils eine Dicke von weniger als 0,508 mm aufweisen. Die Elektrostahlbleche sind mit Hilfe des Haft- oder Klebemittels so miteinander verbunden, daß in der Ebene der Bleche keine nennenswerte Kompressionsbeanspruchungen auftreten. Das Haft- oder Klebemittel zeichnet sich dadurch aus, daß es bei Temperaturen unterhalb von 400⁰C ein augenblicklich wirkendes Haftvermögen entwickelt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand von Beispielen.

Die Elektrostahlbleche oder Si-Stahlbleche, die im laminierten Erzeugnis nach der Erfindung verwendet werden, sind Metallbleche auf Eisenbasis oder vorzugsweise auf Basis einer Eisen-Silicium-Legierung mit bis zu etwa 6 Gew.-% Silicium, vorzugsweise etwa J>% Silicium. Die Elektrobleche nach der Erfindung sind typischerweise kornorientierte Si-Stahlbleche mit einer Dicke von weniger als etwa 0,51 mm. Es können jedoch nichtorientierte Siliciumstahlbleche,amorphe Metall-Band-

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materialien sowie zahlreiche andere elektrotechnische Legierungen für das erfindungsgemäße Laminat verwendet werden, wobei insbesondere an Anwendungszwecke gedacht ist, bei welchen die Verwendung dünnerer Bandmaterialien zu verringerten Eisenverlusten (Kernverlusten) führt.

Erfindungsgemäß ist ein laminiertes Erzeugnis oder ein Kompositwerkstüok dadurch geschaffen, daß zwei oder mehr Elektrostahlbleche miteinander adhäsiv verbunden sind. Wie im einzelnen noch dargelegt werden wird, besitzt das erzielte Laminat die körperliche und mechanische Integrität, die für herkömmliche Verarbeitungsmethoden sowie für ein befriedigendes Betriebsverhalten in elektrotechnischen Vorrichtungen erforderlich sind, wobei die elektrischen und magnetischen Eigenschaften weit besser sind, als bei bekannten einzellagigen Blechen aus Elektrostahl, welche eine Dicke aufweisen, die mit der Gesamtdicke des erfindungsgemäßen Laminats vergleichbar ist.

Das Haft- oder Klebemittel, welches zum Verbinden benachbarter Elektrostahlbleche im erfindungsgemäßen Laminat dient, muß sich dadurch auszeichnen, daß es bei Temperaturen von weniger als etwa 400⁰C ein nahezu augenblickliches Haftvermögen entfaltet. Ein solches Klebemittel führt zu einer adäquaten Bindungsfestigkeit, wenn es längs dünnen Klebstofflinien verwendet wird. So sollte für Stahl-Bandmaterial mit einer Dicke von weniger als etwa 0,51 ram der Stapelfaktor (stacking factor) des erfindungsgemäßen Laminats sowie auch des aus diesem Laminat hergestellten elektrotechnischen Erzeugnisses wenigstens 90% und vorzugsweise 95% übersteigen. Um einen Stapelfaktor von mehr als 90% zu erhalten, müssen die Klebstoffschichten eine Gesamtdicke von weniger als

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10% der Gesatntlaminatdicke aufweisen. Relativ hohe Stapelfaktoren, d.h. solche von mehr als 95%, können erforderlich sein, um die im fertigen Erzeugnis verwendete Menge an Elektrostahl zu maximieren. Es ist für den Fachmann einleuchtend, daß Stapelfaktoren von weniger als 90% und vielleicht sogar von lediglich 75% für bestimmte Laminate, wie aus amorphen Bandmaterialien toleriert werden können.

Festigkeit der Bindung zwischen "benachbarten Elektrostahlblechen im erfindungsgemäßen Laminat muß ausreichend hoch sein, um nachfolgende Handhaben sowie Verarbeitungsschritte zu ermöglichen. Das erfindungsgemäße Laminat soll zu Herstellerbetrieben für elektrotechnische Einrichtungen versendet werden können. Demzufolge versteht es sich, daß das Laminat aufgehaspelt, zurechtgeschnitten, gerichtet, gestanzt und auf Gehrung bearbeitet wird, wenn es typische Herstellungsschritte bei der Verarbeitung innerhalb elektrotechnischer Geräte, wie Transformatoren durchläuft. Demzufolge muß die Bindungsfestigkeit der Klebstoffschicht zwischen benachbarten Blechen ausreichend hoch sein, um derartige Beanspruchungen ohne Verlust des Materialzusammenhanges zu gewährleisten. So hat sich beispielsweise herausgestellt, daß eine Bindungsfestigkeit von

wenigstens etwa 0,7 kg/mm ausreichend ist, um Si-Stahlbleche miteinander zu verbinden und um eine nachfolgende Verarbeitung der hergestellten Laminate ohne Zerstörung des Materialzusammenhanges zu ermöglichen. Bevorzugt für derartige Bleche sind jedoch Bindungsfestigkeiten von mehr als 1,4 kg/mm . Diese Bindungsfestigkeiten sind unter einaxialen Zugbedingungen zu ermitteln.

Das laminierte Erzeugnis nach der Erfindung ist zur Verwendung in elektrotechnischen Einrichtungen, wie Transformatoren, bestimmt, in welchen typischerweise dielektrische Öle mit während des Betriebes erhöhten Temperaturen verwendet werden. Der im

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erfindungsgemäßen Laminat enthaltene Klebstoff muß unter derartigen Betriebsbedingungen sein Haftvermögen beibehalten. Außerdem darf für bestimmte Anwendungszwecke der Klebstoff nicht zu einer Verunreinigung der in den jeweiligen Geräten verwendeten dielektrischen öle führen. Außerdem soll sich das Haftmittel nicht in seinen Eigenschaften ändern oder gar zersetzen, wenn es den genannten Zeitdauern ausgesetzt wird.

Die Klebeverbindung von zwei oder mehr ElektroStahlblechen mit Hilfe eines Klebemittels, wie beim Laminat nach der Erfindung, macht es erforderlich, mit besonderer Aufmerksamkeit dem Auftreten zu großer Eestspannungen entgegenzuwirken. Es ist bekannt, daß parallel zur Blechwalzrichtung wirkende Kompressionsbeanspruchungen bei kornorientierten Siliciumstahlblechen zu ernsten Verminderungen der Materialeigenschaften hinsichtlich Magnetostriktion sowie Kernverlusten führen. Eestspannungen werden bei herkömmlichen Einzelblechen üblicherweise durch ein Spannungsfreiglühen bei erhöhter Temperatur beseitigt. Ein Spannungsfreiglühen bei erhöhter Temperatur erfolgt typischerweise bei Temperaturen von 76O⁰C und höher aber eine solche Behandlung läßt sich nicht auf das erfindungsgemäße Laminat anwenden, weil derart hohe Temperaturen zum Schmelzen des Haftmittels führen würden, was zur Zerstörung des Materialzusammenhangs im Laminat führen würde.

Das jeweils zum Verbinden der ElektroStahlbleche im erfindungsgemäßen Laminat verwendete Haft- oder Klebemittel muß bestimmte Charakteristika aufweisen. Insbesondere muß es sich um ein thermoplastisches Klebemittel, d.h. um ein solches Klebemittel handeln, welches bei erhöhter Temperatur in der Größenordnung von 150 bis 320⁰C erweicht. Das thermoplastische Ver-

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halten ist typisch für eine Vielzahl von Kunststoffen, wie Kunstharzen, was das Auftragen des Klebstoffs auf die Bleche des erfindungsgemäßen Erzeugnisses erleichtert. Das Klebe- oder Haftmittel sollte ferner die Fähigkeit haben, an einer glatten oder glasartigen Oberfläche zu haften. Ferner sollte sich das Verbindungsmittel durch ein rasches Erhärten auszeichnen. In diesen Zusammenhang wurde es als besonders vorteilhaft empfunden, wenn das Haft- oder Klebemittel bei einer Temperatur von weniger als 400⁰C zu einer im wesentlichen augenblicklichen Entfaltung seines Haftvermögens gelangt. Wie vorstehend im einzelnen dargelegt, muß das verendete Verbindungsmittel ausreichende Haftfestigkeiten hervorbringen, wenn es längs dünner Klebstofflinien verwendet wird. Außerdem, wie bereits im einzelnen dargelegt, sollte das verwendete Haft- oder Klebemittel gegen Angriffe in dielektrischen Ölen bei erhöhten Betriebstemperaturen beständig sein.

Es ist bekannt, daß sich hohe Temperaturen nachteilig auf die magnetischen Eigenschaften von Si-Bandstahl auswirken können. Aus diesem Grunde, wie auch aus praktischen Herstellungsgründen, sollte der verwendete Klebstoff nicht zu hohe Aushärtungstemperaturen benötigen. Um die Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften so gering wie möglich zu halten, sollte der verwendete Klebstoff im wesentlich augenblicklich bei einer Temperatur von unterhalb 400⁰C aushärten. Derart niedrige Bindungstemperaturen für den Klebstoff stellen ein gewisses Wagnis dar, wenn amorphes Bandmaterial miteinander zu verbinden ist, weil amorphes Bandmaterial bei Einwirkung von Temperaturen von mehr als etwa 400⁰C rekristallisiert.

Als Beispiele für im Rahmen der Erfindung zu verwendende Haftoder Klebstoffe seien phenolische Klebstoffe genannt, welche

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sich durch ein rasches Verfestigen ohne Freisetzung von Nebenprodukten, wie Essigsäure, welche beim Aushärten oder Erhärten von Silikongummi-Klebstoffen freigesetzt wird. Gewisse hochfeste, flexible Epoxi-Klebstoffe, welche die obengenannten Eigenschaften aufweisen, können gleichfalls verwendet werden. Ein spezifisches zur Verwendung als Haft- oder Klebemittel im Rahmen der Erfindung geeignetes Material ist das unter der Bezeichnung PA-4-4-59 vertriebene Klebemittel der 3M Company, St. Paul, Minnesota (USA). Dieses Klebemittel ist ein klares, bernsteinfarben gefärbtes Klebemittel auf Kunstharzbasis, welches ein Keton-Alkohol-Lösungsmittel benutzt.

Krümmungs- oder Biegebeanspruchungen der erfindungsgemäß zu einem Laminat verbundenen Siliciumstahlbleche müssen so gering wie möglich gehalten werden, um das Auftreten von schädlichen Eestspannungen in den Blechen zu verhindern. Miteinander verbundene Elektrostahlblechkomposite aus zwei oder mehr Blechen können wie ein einteiliges, gleichmäßiges Blech mehrfacher Dicke zum Zwecke der Berechnung von Re st spannungen betrachtet werden. Die während des Biegens des zusammengesetzten Stahlblechlaminats auftretenden Beanspruchungen lassen sich anhand der folgenden Gleichung berechnen:

Gleichung I

<r = Ed
in dieser Gleichung bedeutet:

C ~ die auf ein Blech einwirkende maximale Zug- oder Kompressionsbeanspruchung,

E = Elastizitätsmodul des Bleches in der

parallel zur resultierenden Beanspruchung verlaufenden Richtung,

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d = Blechdicke des Laminats und R = Biegungsradius.

Wegen der Spannungsanfälligkeit (stress-sensitive nature) von Siliciumstählen ist es günstig, sicherzustellen, daß keine nennenswerten Kompressionsbeanspruchungen in der Ebene der Bleche hervorgerufen werden. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Größe der Kompressionsspannungen auf maximal

ο
weniger als etwa 0,7 kg/tnm zu begrenzen seien. Insbesondere

sollte die Summe an oder die Gesamtheit der kompressiven Eestspannungen, die in der Ebene der miteinander verbunden Bleche wirken, unbeschichtet oder nicht, unterhalb von 0,7 kg/min liegen. Es versteht sich, daß Eest-Kompressionsspannungen durch eine Vielzahl mechanischer, chemischer und gefügemäßig bedingter Ursachen hervorgerufen werden können. Derartige Spannungsursachen umschließen den Klebstoff, die Beschichtungen der Bleche, die Biegung des Bandmaterials, Wärmespannungen, die Bandgestalt, Temperaturunterschiede während des Bindens, das Erhärten des Klebstoffs,unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen dem Blech nnd der Beschichtung und dgl.. Da es die Gesamtheit der in der Blechebene wirkenden kompressiven Eestspannungen ist, welche die Eigenschaften des Laminats nachteilig beeinträchtigen kann, ist diese Gesamtheit der ΒρΒη-Ο

nungen unterhalb von etwa 0,7 kg/mm zu halten.

Wie oben erwähnt, können Spannungen durch Biegen des Gegenstandes hervorgerufen werden. Der Mindestbiegungsradius ruft die maximale Beanspruchung hervor, wobei die Größe der Beanspruchung von der Enddicke des zusammengeklebten Laminats abhängt. Als Beispiel sei ein Laminat betrachtet, welches aus zwei kornorientierten Elektrostahlblechen aufgebaut ist,

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welche jeweils eine Dicke von 0,279^ mm aufweisen. Der Elastizitätsmodul in Walzrichtung des Bleches beträgt etwa 12 x 10³ kg/mm . Die Gesamtdicke des Laminats beträgt etwas mehr als 0,5588 mm. Der zum Verhindern von Restspannungen von mehr als 0,7 kg/mm zulässige Mindestbiegungsradius wird anhand Gleichung I berechnet und beträgt R = 4750 mm. Biegungsradien, die kleiner sind als 4-750 mm führen zum Vorliegen von übermäßig großen Restspannungen im fertigen Laminat, wenn das Material in ebener Anordnung fixiert wird, wie in einem Transformator. Als übermäßig und damit unzulässig werden Restspannungen angesehen, die oberhalb von ρ

0,7 kg/mm liegen.

Kleine Biegungsradien können sich aus unrichtig geebneten Blechen ergeben, wenn solche als Ausgangsmaterial für den Verbindungsvorgang verwendet werden. Außerdem können Biegevorgänge auf Temperaturunterschiede zwischen den Blechen beim Verbinden zurückgeführt werden. Der Biegungsradius eines miteinander verbundenen Blechpaares mit gleicher Dicke, welcher sich aus einer Temperaturdifferenz ergibt, kann anhand der folgenden Gleichung berechnet werden:

Gleichung II

1 + (A(T-To ) ₌ Γ 7

In vorstehender Gleichung bezeichnet

R den Biegungsradius bei der Betriebstemperatur To,

d\ den Wärmedehnungskoeffizienten (12 x 10 /⁰C)

T die Bindungstemperatur des kälteren Bleches,

To die Betriebstemperatur,

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Δ T die Temperaturdifferenz zwischen den Blechen im Zeitpunkt der Verbindung und

d die Dicke eines der beiden miteinander verbundenen Bleche.

Das Fördern von mittels Klebung miteinander verbundenen Elektroblechen vermittels Rollen mit vergleichsweisen kleinem Eadius kann gleichfalls zu ernsten Schäden am erfindungsgemäßen Laminat führen. Der tolerierbare Mindestrollenradius bei der Verarbeitung des erfindungsgemäßen Blechlaminats läßt sich dadurch berechnen, daß der Wert der Beanspruchung kleiner gesetzt wird als die Zugfestigkeit des Materials und der Gleichung I genügt. So beträgt beispielsweise für ein gebundenes kornorientiertes Siliciumstahlblech mit einer Dicke von 0,5588 mm und einer Zugfestigkeit von 24,61 kg/mm der tolerierbare Mindestrollenradius etwa 280 mm.

Der hauptsächliche Zweck des Ausbildens laminierter Erzeugnisse aus ElektroStahlblechen ist das zur Verfügung Stellen eines Werkstoffes mit idealer Eignung für die herkömmliche Erzeugungsweise von handelsüblichen elektrotechnischen Geräten, wie von Transformatoren. Das Kompositerzeugnis nach der Erfindung besitzt'in sich eine hinreichende Festigkeit, um zu gewährleisten, daß es während der nachfolgenden Verarbeitungsschritte nicht zu einer Lösung des Zusammenhangs der Laminate kommt. Außerdem besitzen die erfindungsgemäßen Kompositerzeugnisse elektrische und magnetische Eigenschaften, die weit besser sind als diejenigen eines eMagigen Bleches aus Elektrostahl mit gleicher Dicke. Die folgenden Beispiele erläutern das Herstellen erfindungsgemäßer Elektroblechlaminate und geben die erzielten elektrischen und magnetischen Eigenschaften an.

Beispiel 1

Zehn Paneele (Bleche) aus mit Beschichtungen hoher Kraft versehenen kornorientiertem Siliciumstahl wurden paarweise

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mit Hilfe eines thermoplastischen Kunstharzes, insbesondere des von der 3M Company unter der Bezeichnung PA-44-59 vertriebenen Klebemittels verbunden. Die magnetischen Eigenschaften wurden an den Einzelblechen sowie an den paarweise zusammengefügten Blechen vor dem Verkleben bestimmt. Die Blechtafeln mit einer Abmessung von 660 χ 505 mm wurden unter Presskraftexnwirkung mit dem thermoplastischen

Harz bei einer Temperatur von 175°C vährend einer zwei-

—2

miniitigen Lasteinwirkung von 2 MSTm verbunden, wobei eine 0,025 mm Dicke Klebstofflinie benutzt wurde. Der Stapelfaktur überschritt 95% "bei äe^e™ laminierten Erzeugnis. Die miteinander verbundenen Elektrostahl-Kompositerzeugnisse wurden magnetisch untersucht, verschiedenen Schneidvorgängen unterworfen, sodann im Hinblick auf Delamination untersucht und anschließend hinsichtlich der elektrischen Isolation der einzelnen Elektrostahlbleche geprüft. In der folgenden Tafel I sind die erhaltenen Ergebnisse zusammengestellt.

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Tafel 1

Individuelle
Bleche

Blechpaare

vor dem nach dem
Kleben Kleben

Individuelle	Dicke	W/kg bei	Paarweise	W/kg bei	■ W/kg bei
Probe	(mm)	1,7 Tesla	Probe	1,7 Tesla	1,7 Tesla
1	0,2743	1,525
2	0,2768	1,503	1 & 2	1,649	1,739
3	0,2743	1,503
4	0,2794	1,560	3 & 4	1,675	1,898
5	0,2768	1,470
6	0,2743	1,503	5 & 6	1,607	1,856
7	0,2718	1,473
8	0,2718	1,589	7 & 8	1,691	1,938
9	0,3327	2,094
10	0,3454	2,068	9 & 10	2,204	2,456

O CO OJ CO

Die in Tafel I angegebenen Wattverluste von paarweise untersuchten Proben sind etwas größer als das Mittel der an den beiden jeweiligen Einzelblechen gemessenen Wattverluste. Diese Erhöhung der Wattverluste dürfte in erster Linie das Ergebnis von Änderungen im Pfad des magnetischen Flusses sein, welche auftreten, wenn die Bleche als paarweise Proben untersucht werden, jedoch nicht auftreten können, wenn die Bleche einzeln untersucht werden. Dieses führt zu Flächenbereichen der Bleche, in denen eine deutlich höhere magnetische Induktion wirksam ist, als im Mittel. Wattverluste wachsen mit dem Quadrat der magnetischen Induktion und demzufolge nehmen die gemessenen Gesamtwattverluste zu. Die Untersuchung der Bleche in Form von paarweisen Proben vor der Klebverbindung führt nicht zu einer Beeinträchtigung der Elektrobleche, sondern gibt recht genau die Wattverluste an, die im Betrieb zu erwarten sind, wo verschiedene Laminate einer mittleren Indutkion unterworfen sind.

Die in diesem Beispiels verwendeten miteinander verbundenen Laminate waren weniger-als 5% dicker als die Gesamtdicke der einseinen Blechplatten. Die kleine zusätzliche Dickenabmessung beruhte auf der dünnen Klebstofflinie, deren Dicke 0,0254 mm betrug. Eine kleine Erhöhung der Wattverluste der miteinander verbundenen ElektroStahlbleche war zu beobachten, wobei die Wattverluststeigerung im Bereich von 5 bis 16% bezogen auf die Ergebnisse lag, die vor der Klebverbindung an den paarweise untersuchten Proben ermittelt wurden. Diese Steigerung beruht teilweise auf dem gesteigerten Probengewicht, welches in die Berechnungsformeln zur Berechnung der magnetischen Induktion eingesetzt wurde und beruht teilweise auf geringen unerwünschten Spannungen, welche im gebundenen Komposit vorliegen.

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Proben der laminierten Erzeugnisse dieses Beispiels wurden anschließend aus den Elektrostahlkompositen herausgeschnitten. Die herausgeschnittenen und geschlitzten Proben zeigten keine Delarainierung der einzelnen miteinander verbundenen Elektro-· Stahlbleche. Kontinuitätsprüfungen, die an den aus dem gebundenen Kompositartikel herausgeschnittenen Proben durchgeführt wurden, zeigten, daß die elektrische Isolierung der Bleche erhalten geblieben war, da sich keine Kurzschlußpfade zwischen den benachbarten ElektroStahlblechen ausgebildet hatten.

Beispiel 2

Achtzehn weitere Blechplatten mit einer Abmessung von 609 x 254· mm aus herkömmlichem kornorientiertem Siliciumstahl wurden wie in Beispiel 1 angegeben zu Kompositerzeugnissen verarbeitet. Die Proben 11 bis 16 wurden mit einer iertigbeschichtung mit einer eine hohe Zugkraft ausübenden Kernplatte versehen. Die Proben 17 bis 24- wurden mit einer Fertigbeschiciitung mit einer herkömmlichen Phosphatglas-Kernplatte versehen, die auf eine Beschichtung aus Walzglas (mill glass) und Magnesiumsilicat aufgebracht wurde. Die Proben 25 bis 28 besessen lediglich eine Beschichtung auf Grundlage Glasmehl. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß Siliciumstähle üblicherweise vor einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung mit einem Glühseparator beschichtet werden, der beispielsweise aus Magnesiumoxid besteht. Das auf der Blechoberfläche erhaltene Eeaktionsprodukt der Umsetzung von Magnesiumoxid mit SiOo besteht vorwiegend aus Forsterit (MgpSi^.Eine solche Porst erit schicht wird üblicherweise als Grundbeschichtung (base coating) bezeichnet. Der vorstehend verwendete Ausdruck !'Kernplatte" (coreplate) bezieht sich auf eine Pertigbeschichtung, die typischerweise aus einem

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Material auf der Grundlage von Phosphatglas besteht. Diese Beschichtung wird auf die Grundbeschichtung aufgetragen oder nach Entfernung einer solchen Grundbeschichtung direkt auf die freigelegte Blechoberfläche aufgetragen. Eine hohe Zugkraft ausübende Kernplatten sind gewöhnlich Fertigbeschichtungen, welche das darunterliegende Blechmaterial in einen zweiachsigen Zugbelastungszustand versetzen, um die Wattverluste und die Spannungsempfindlichkeit (strain sensitivity) zu vermindern und die Magnetostriktion zu verbessern- In der nachfolgenden Tafel II sind die an diesen Proben vor und nach der Klebverbindung ermittelten magnetischen Eigenschaften zusammengestellt.

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	Individuelle Probe	Dicke (mm)	Tafel	II	vor dem Kleben	Blechpaare
	11	0,34-03		I	W/kg bei 1,7 Tesla	nach dem Kleben
	12	0,3378	Individuelle Bleche	I i I		W/kg bei 1,7 Tesla
	13	0,3429	W/lcg bei 1,7 Tesla	Paarweise : Probe	2,227
	14	0,3606	2,204-			2,379
co	15	0,3505	2,138	11 & 12	2,204-
O Q	16	0,3 W	1,988			2,421
	17	0,334-2	2,200	13 & 14-	2,121
*"».** O	18	0,3342	2,008			2,253
00	19	0,2870	2,083	15 & 16	1,790
JEN· ro	20	0,2768	1,74-2			2,637
	21	0,2921	1,768	: 17 & 18	1,74-6
	22	0,3302	1,675			2,958
		1,739	. 19 & 20	1,964-
		1,852			2,553
		1,986	21 & 22

O CO CO CO

Tafel II (Fortsetzung)

O OO .ΓΙΟ

	Dicke (mm)	Individuelle Bleche	Paarweise Probe	Blechpaare	nach dem Kleben
	0,3175	V/kg "bei 1,7 Teala		vor dem Kleben	V/kg bei 1,7 Cesla
Individuelle Probe	0,2870	2,008	23 & 24	V/kg bei 1,7 Tesla
23	0,2667	1,809			2,204
24	0,2616	1,854	25 & 26	1,977
25	0,254	1,889			3,501
26	0,2692	1,896	27 & 28	1,922
27		2,227		3,593
28		2,094

"OO CD OO OO OO

Die in Tafel II zusammengestellten Ergebnisse zeigen die Nützlichkeit von hohe Zugkräfte ausübenden FertigbeSchichtungen als Substrate für die elektrische Isolierung von miteinander verbundenen Laminaten. Die Elektrostahl-Komposite dürfen einen Biegungsradius haben, der das innere Elektrostahlblech auf Druck beansprucht. In Fällen, wo Kleb- oder Haftmittel zwecks Verbindung der Bleche zu einem Kompositartikel verwendet werden, können auf die ElektroStahlbleche einwirkende Kompressionskräfte auch beim Verfestigen oder Erhärten des Klebstoffes selbst hervorgerufen xverden. Pertigbeschichtungen mit hoher ausgeübter Zugkraft, wie die auf die Proben 11 bis 16 aufgetragenen Beschichtungen, wirken den unerwünschten Kompressionsbeanspruchungen entgegen und begrenzen den mit der Klebverbindung in Zusammenhang stehenden Vattverlust.

Herkömmliche Phosphatglas-Kernplatten siid als Fertigbeschichtung für ElektroStahlbleche, die für die Herstellung von Elektrostahlblechlaminaten verwendet werden, weniger günstig. Diese gebundenen Komposite wirken den unerwünschten Eestspannung en in Elektrostahlblechen entgegen und führen im allgemeinen zu hervorragender elektrischer Isolation. Dieses tun auch die hohe Zugkräfte ausübenden Beschichtungen, welche das Auftreten von Wirbelströmen zwischen benachbarten Laminaten unterbinden.

Die im Anschluß an die Klebverbindung der ElektroStahlbleche innerhalb des Beispiels 2 Wattverluste waren bei den Proben 25 bis 28 am größten, bei welchen die Stahlblechoberflächen lediglich mit einer Glasmehlbeschichtung beschichtet waren. Die Ursache dafür dürfte darin zu sehen sein, daß Glasmehlbeschichtungen nur eine geringe Fähigkeit zum Unterdrücken

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der Eestspannungen im Blech aufweisen.

Es sei ferner unterstrichen, daß Proben, welche aus den in Tafel II aufgeführten Stahlblechlaminaten herausgeschnitten und geschlitzt wurden, keinerlei Delamination der Einzelbleche aufweisen, unabhängig von der Art der verendeten Beschichtung der Bleche.

Beispiel 3

Vier im Beispiel 2 erzeugte Elektrostahlkomposit-Proben wurden thermisch in einem Kastenofen an Luft geglättet, indem die gebundenen Blechplatten auf eineebene Bettplatte aufgelegt wurden, deren Biegungsradius größer als 23 m war, worauf die Blechplatte zehn Minuten lang auf einer Temperatur von 204⁰C erwärmt wurde. Die Proben wurden nach Entnahme aus dem Ofen an Luft abgekühlt und wurden auf ihre magnetischen Eigenschaften untersucht. Die erhaltenen Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tafel III zusammengestellt.

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	vor dem Kleben	Tafel III	nach dem Glätten
	W/kg bei 1,7 TeRia	nach dem Kleben	W/kg bei 1,7 Tesla
Paarweise Proben	2,204 2,121 1,790 1,746	V/kg bei 1,7 Tesla	2,193 2,143 1,825 1,775
13 & 14 15 & 16 17 & 18 19 & 20	2,421 2,253 2,637 2,958

Als Folge des Glättungsvorganges zeigte sich keine Delamination der individuellen ElektroStahlbleche. Wie aus Tafel III zu ersehen, nähern sich die Wattverluste alle?gebundenen Probekörper nach der thermischen Glättung den Werten, die vor dem Klebevorgang gemessen wurden. Der Vorteil von eine hohe Zugkraft ausübende!Beschxchtungen hängt ab vom Ausmaß der unerwünschten Spannungen im Kompositgefüge, welche tolerierbar sind. Unter der Voraussetzung, daß auf Biegung sowie auf dem Verkleben beruhende Spannungen hinreichend durch den obenbeschriebenen Glättungsvorganges beseitigt werden können, lassen sich die meisten Beschxchtungen für Elektrostahlbleche verwenden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, da diese lediglich zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen. Innerhalb des Erfindungsgedankens sind dem !Fachmann mannigfaltige Abwandlungen möglich.

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Claims

PAIEHIAIiBPBUCIE

Λ J Laminiertes Erzeugnis für elektrotechnische Zwecke gekekennz eichnet durch wenigstens zwei elektrisch voneinander isolierte Elektrostahlbleche, von denen ;jedes eine Dicke von weniger als 0,508 mm besitzt und durch ein zwischen den Blechen angeordnetes Haftmittel, welches benachbarte Bleche miteinander verbindet, ohne nennenswerte Kompressionsbeanspruchungen in der Blechebene hervorzurufen, wobei sich das Haftmittel dadurch auszeichnet, daß es im wesentlichen augenblicklich bei einer Temperatur von weniger als 399°C seine Haftwirkung entfaltet.
2. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zwischen benachbarten Blechen ausgebildete Haftmittelschicht eine Bindungsfestigkeit von

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TELEFON (OSQ) 92 38 69

THLEX Ο5-29 38Ο

TELEGRAMME MONAPAT

TELEFAX

wenigstens 0,7 kg/mm , gemessen bei einaxialer Zugspannungsbelastung besitzt.
3. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Elektrostahl aus einer Eisen-Silicium-Legierung besteht.
4. Erzeugnis nach Anspruch 3> dadurch g e k e η η zeichnet , daß das aus der Eisen-Siliciumlegierende Elektrostahlblech kornorientiert ist.
5. Erzeugnis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Summe der Kompressions-Restspannungen, die in der Blechebene wirken, weniger als

0,7 kg/mm beträgt.
6. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Bandmaterial amorph ist.
7- Erzeugnis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das amorphe Blechbandmaterial eine Dicke von weniger als etwa 0,1524 mm besitzt.
8. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

zeichnet , daß die Haftmittelschicht eine Gesamtdicke von maximal 0,0254 mm aufweist.
9· Erzeugnis nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η -

zeich net , daß die Dicke der Siliciumstahlbleche größer ist als 0,1524 mm.

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10. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichn et , daß die Haftmittelschicht gegen den Angriff dielektrischer Öle beständig ist.
11. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Haftmittelschicht gegen den Angriff von dielektrischen ölen bei erhöhten Betriebstemperaturen beständig ist.
12. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Haftmittelschicht geringer ist als 10% der Gesamtdicke des Kompositerzeugnisses.
13. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Haftmittelschicht geringer ist als 5% der Gesamtdicke des KompositerZeugnisses.
14. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ElektroStahlbleche mittels einer Beschichtung elektrisch isoliert sind.
15. Erzeugnis nach Anspruch 14, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Beschichtung ausgewählt ist aus einer Phosphatglas, Magnesiumsilikat und Phosphatglas über Magnesiumsilikat umfassenden Gruppe.
16. Erzeugnis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß eine eine hohe Zugwirkung entfaltende Beschichtung vorgesehen ist.

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17- Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrostahlbleche mit Hilfe des Haftmittels elektrisch isoliert sind.
18. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Bindungsfestigkeit der zwischen benachbarten Blechen vorgesehenen Haftmittelschicht größer ist als 1,4-1 kg/mm , gemessen bei einachsiger Zugbeanspruchung.
19· Laminat für elektrotechnische Zwecke, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens zwei elektrisch isolierte kornorientierte ElektroStahlbleche mit einer Dicke von weniger als 0,381 mm Dicke mit Hilfe aner zwischen den Blechen vorgesehenen Haftmittelschicht miteinander verbunden sind, ohne daß nennenswerte Kompressionsspannungen in d.er Blechebene auftreten, und daß sich das Haftmittel durch ein im wesentlichen durch augenblickliches Entfalten seiner Haftwirkung bei einer Temperatur von weniger als 399°C auszeichnet, wobei die Haftmittelschichten eine Gesamtdicke von weniger als 10% der Gesamtdicke des Laminats aufweisen.
20. Laminat nach Anspruch 19, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die kornorientierten Siliciumstahlbleche mit Hilfe einer eine hohe Zugspannung ausübenden Kernplattenbeschichtung elektrisch isoliert sind.

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