DE4202240A1 - Verfahren zur herstellung eines magnetischen impulsgebers - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines magnetischen impulsgebersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines durch plötzliche Ummagnetisierung bei angelegtem
Magnetfeld wirkenden Impulsgebers, der aus einem lang
gestreckten Verbundkörper aus mindestens zwei Werkstoffen
besteht, die unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten
aufweisen und durch eine Wärmebehandlung mechanisch
gegeneinander verspannt werden.
Ein derartiger Impulsgeber als Verbundkörper ist in der
DE-PS 31 52 008 beschrieben. Dieser Verbundkörper enthält
einen Kern und eine Hülle, deren Werkstoffe teilweise
oder alle aus magnetischen Werkstoffen mit unterschied
licher Koerzitivfeldstärke bestehen können. Bei Verwen
dung zweier magnetischer Werkstoffe mit unterschiedlicher
Koerzitivfeldstärke wird für das magnetisch härtere
Material beispielsweise eine Legierung im Bereich von 45
bis 55 Gew.-% Kobalt, 30 bis 50 Gew.-% Eisen und 4 bis
14 Gew.-% (Chrom + Vanadium) verwendet, während als
weichmagnetischer Werkstoff Nickel vorgesehen ist. Hier
wird durch Einbau einer Werkstoffkomponente mit Form
erinnerungsvermögen oder durch Verwendung von Werkstoffen
mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizien
ten durch eine Wärmebehandlung ein bestimmter Spannungs
zustand hergestellt, der in der verspannten weichmagne
tischen Komponente des Verbundkörpers bei Einwirkung
eines äußeren magnetischen Feldes eine sprunghafte Um
magnetisierung ergibt.
Dieser bekannte Verbundkörper liegt als langgestreckter
magnetischer Schaltkern vor.
Es ist außerdem bereits aus der DE-OS 29 33 337 bekannt,
einen Verbundkörper, bestehend aus Nickel oder unlegier
tem Stahl als verspannende Komponente und einer Kobalt-
Vanadium-Eisen-Legierung als magnetisch aktive Schalt
komponente zu verwenden. Bei der Herstellung wird eine
Wärmebehandlung durchgeführt. Zunächst wird der Draht,
aus dem der Verbundkörper vorzugsweise besteht, so weit
erhitzt, daß eine Werkstoffkomponente sich unter den
entstehenden Spannungen plastisch verformt, so daß diese
Spannungen weitgehend abgebaut werden. Bei darauffolgen
der Abkühlung bewirken die unterschiedlichen Wärmeaus
dehnungskoeffizienten wiederum, daß mechanische
Spannungen entstehen, die wegen der niedrigeren Tempera
tur nicht mehr zu einer plastischen Verformung führen und
in der magnetisch aktiven Komponente - bedingt durch
deren Magnetostriktion - die plötzliche Ummagnetisierung
ergeben, wenn ein bestimmtes Magnetfeld angelegt wird.
Ein langgestreckter Verbundkörper mit einer niedrigen An
sprechfeldstärke von 1,0 Oe (etwa 0,8 A/cm) ist außerdem
in der US-PS 46 60 025 beschrieben. Beispielsweise wird
hier ein langgestreckter, 7,6 cm langer Draht aus amor
phem Material verwendet und es ist angegeben, daß die
Länge dieses Drahtes zwischen 2,5 und 10 cm sein kann.
Hier sind die durch Abschreckung des Materials bei der
Herstellung des amorphen Zustandes sich ergebenden
inneren Spannungen Ursache für das magnetische Sprung
verhalten.
In der DE-OS 34 11 079 wird zur Herstellung des Verbund
körpers eine Kombination von hart- und weichmagnetischen
Legierungen verwendet. Aus DE-PS 31 52 008 ist dazu
bekannt, daß die hartmagnetische Komponente gleichzeitig
zur Verspannung der weichmagnetischen Komponente dienen
kann. Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß man einen Draht
mit einem Mantel hoher Festigkeit bekommt und daß man
relativ kurze Drähte vorsehen kann.
Durch Aufmagnetisierung des hartmagnetischen Mantels
eines Verbundkörpers verschiebt sich die Magnetisierungs
kennlinie, so daß durch den Fluß in der hartmagnetischen
Hülle Entmagnetisierungszonen am Rande des Streifens
weitgehend vermieden werden mit der Folge, daß es hier
bei der Ummagnetisierung in einer Richtung zu einer
sprungartigen Ummagnetisierung (Barkhausensprung) kommt,
während dieser bei einer Ummagnetisierung in der anderen
Richtung fehlt. Man kann hier wesentlich kürzere Schalt
kerne verwenden, da der Dauermagnet Entmagnetisierungs
zonen an den Enden des Drahtes (Impulsgebers) weitgehend
verhindert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Impulsgebers anzugeben,
das ohne zusätzliche Verfahrensschritte zwischen den
Werkstoffen des Verbundkörpers wesentlich höhere
Spannungen und damit erheblich höhere Spannungsimpulse
bei der plötzlichen Ummagnetisierung der aktiven Kompo
nente ergibt. Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe,
zusätzlich zum verbesserten Impulsverhalten eine Vor
magnetisierung des magnetisch aktiven Teils des Verbund
körpers mit ausreichender Koerzitivfeldstärke zu reali
sieren, ohne daß ein zusätzlicher Streifen aus dauermag
netischem Material vorgesehen werden muß.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
für einen der Werkstoffe eine Eisenlegierung verwendet
wird, deren zusätzliche Legierungsbestandteile so gewählt
sind, daß bei unterschiedlichen Temperaturen jeweils eine
Gefügeumwandlung mit Volumenänderung stattfindet, daß ein
länglicher Verbundkörper aus den Werkstoffen hergestellt
wird und daß als Wärmebehandlung dieser Verbundkörper
erst über die obere Umwandlungstemperatur erhitzt und
später unter die untere Umwandlungstemperatur abgekühlt
wird.
Als Gefügeumwandlung mit Volumenänderung ist beispiels
weise eine Änderung der Kristallstruktur durch Phasen
umwandlung z. B. von der Alpha-Phase (kubisch raumzen
triertes Gitter) in die Gamma-Phase (kubisch flächen
zentriertes Gitter) oder in die Epsilon-Phase (hexa
gonales Gitter) und umgekehrt zu verstehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel ist anhand der Fig. 1 bis 6
einschließlich der Wirkungsweise des durch das erfin
dungsgemäße Verfahren hergestellten Impulsgebers
dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen drahtförmigen Impulsgeber im Schnitt;
Fig. 2 stellt die Magnetisierungskurve bei kleiner Aus
steuerung und nicht magnetisiertem hartmagneti
schem Mantel dar;
Fig. 3 zeigt die Magnetisierungskennlinie bei voller
Aussteuerung, bei der auch der Mantel des Impuls
gebers nach Fig. 1 ummagnetisiert wird;
Fig. 4 zeigt die Magnetisierungskennlinie eines
erheblich verkürzten Impulsgebers mit und ohne
aufmagnetisiertem Mantel;
Fig. 5 zeigt den damit erzielbaren Spannungsimpuls
bei Ummagnetisierung des weichmagnetischen Kerns;
Fig. 6 vergleicht den bei nicht aufmagnetisiertem
Mantel erzielten Impuls mit dem bei einem amorphen
Draht, der innere Verspannungen aufweist.
Als Verbundkörper ist in Fig. 1 ein Draht dargestellt,
dessen Kern aus einem weichmagnetischem Werkstoff 1 und
dessen Mantel aus einer Eisenlegierung 2 besteht. Die
Koerzitivkraft der Eisenlegierung 2 ist dabei höher als
diejenige des weichmagnetischen Werkstoffes 1. Im Aus
führungsbeispiel besteht der weichmagnetische Werkstoff 1
aus einer Legierung mit 75,5 Ni2,9 Mo3,0 Ti1,0 Nb Rest
Fe. In dieser Legierung dient das Ti und das Nb als
härtender Zusatz, um eine zu leichte plastische Verform
ung des weichmagnetischen Werkstoffs auszuschließen.
Dieser weichmagnetische Werkstoff hat eine Magnetostrik
tion größer Null, d. h. der Werkstoff dehnt sich in
Magnetisierungsrichtung aus. Aus diesem Grund wird das
angestrebte Sprungverhalten dann erreicht, wenn bei dem
fertigen Impulsgeber der weichmagnetische Werkstoff 1
unter Zugspannung steht.
Um diese Zugspannung in wesentlich größerem Maße als bei
bekannten Verbundkörpern zu erreichen, wird der Mantel
aus einer Eisenlegierung hergestellt, die bei unter
schiedlichen Temperaturen jeweils Gefügeumwandlungen
erfährt. Im Ausführungsbeispiel wurde ein martensitisch
aushärtender Stahl der Zusammensetzung 17Cr 4Ni 4Cu 0,4Nb
Rest Eisen gewählt. Hierbei handelt es sich um einen
martensitisch aushärtenden handelsüblichen Stahl, wie er
beispielsweise unter der Bezeichnung ARMCO 17-4PH bekannt
ist. Hierzu wird auf den Prospekt "PRODUCT DATA" der
Armco Steel Corporation, Baltimore, Maryland, Nr. S-6c,
verwiesen. Diese Eisenlegierung weist - wie viele andere
bekannte Stähle auch - Gefügeumwandlungspunkte zwischen
dem sogenannten Alpha- und Gammagefüge auf. Das Tempera
turverhalten ist auf Seite 11 des genannten Prospektes
dargestellt. Man sieht aus diesem Diagramm, daß beim
Aufheizen zunächst eine kontinuierliche Volumenvergröße
rung bis zu einer Temperatur von etwa 620°C statt
findet; von da ab beginnt die Gefügeumwandlung, die mit
einer Volumenverminderung bis zu einer Temperatur von
etwa 660°C einhergeht. Ab hier vergrößert sich das
Volumen - und damit die Länge des Mantels nach Fig. 1 -
weiter, ohne daß eine weitere Umwandlung oder sonstige
Anomalität vorkommt.
Nach dem Aufheizen dieser Eisenlegierung über die obere
Umwandlungstemperatur hinaus kann dann die Legierung
wieder abgekühlt werden, was eine kontinuierliche
Volumenverminderung entsprechend der gestrichelten Linie
bis zu einer Temperatur von unter 200°C bewirkt. Hier
setzt nun eine Rückumwandlung des Gefüges ein, die bei
bekannten Stählen ausgenutzt wird, um eine Härtung des
Stahles zu erzielen. Der dabei entstehende Martensit
(alpha-Phase) bewirkt, daß sich das Volumen bei weiterer
Abkühlung nicht im bisherigen Maße weiter vermindert,
sondern sich hier im Gegensatz dazu noch ausdehnt, wie
die gestrichelte Kurve (Product Data, Armco 17-4PH,
Seite 11) im Bereich von 300 bis 100°C erkennen läßt.
Erfindungsgemäß wird dieses Verhalten ausgenutzt, um
einen Impulsgeber herzustellen, der eine besonders hohe
mechanische Verspannung der Komponente eines Verbund
körpers erreicht, die bei bestimmtem Magnetfeld eine
plötzliche Ummagnetisierung (Barkhausensprung) erfahren
soll. Dazu wird der Verbundkörper 3 im Ausführungsbei
spiel nach Fig. 1 auf eine Temperatur oberhalb 750°C
erhitzt und anschließend unter 100°C abgekühlt. Dies
hat zur Folge, daß der weichmagnetische Werkstoff 1 und
die Eisenlegierung 2 sich zunächst etwa gleichmäßig
ausdehnen (abhängig von deren Wärmeausdehnungskoef
fizienten). Wenn die obere Umwandlungstemperatur der
Eisenlegierung erreicht ist, versucht sich der weich
magnetische Werkstoff weiter auszudehnen, während die
Eisenlegierung schrumpft oder sich weniger stark aus
dehnt. Hierdurch entsteht eine Druckbeanspruchung im
weichmagnetischen Werkstoff 1 und eine Zugbeanspruchung
in der Eisenlegierung 2. Bei der hohen Temperatur nach
der Umwandlung hat dies jedoch zur Folge, daß sich das
mechanisch wesentlich weichere Material des Kerns
plastisch verformt bzw. rekristallisiert, während dies
bei der Eisenlegierung 2 mindestens nicht im gleichen
Maße der Fall ist. Man kann daher davon ausgehen, daß bei
der Wärmebehandlung ein Ausgleich der Spannungen erfolgt,
so daß zu Beginn des Abkühlens keine Zug- oder Druckspan
nungen zwischen Kern und Mantel vorhanden sind.
Beim Abkühlen verringert sich sowohl das Volumen des
weichmagnetischen Werkstoffs 1 als auch dasjenige der
Eisenlegierung 2 zunächst kontinuierlich bis zu einer
Temperatur unterhalb 300°C. Wie bei bekannten Verbund
körpern entstehen - abhängig von den unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe für Kern und
Mantel - gewisse mechanische Spannungen, die bei vorbe
kannten Impulsgebern zur Vorspannung des magnetisch
aktiven Werkstoffes ausgenutzt werden, hier aber nicht
wesentlich sind, obgleich sie unterstützend wirken
können.
Wenn der Bereich zwischen 300 und 100°C beim Abküh
lungsvorgang durchlaufen wird, so bewirkt die martensiti
sche Umwandlung der Eisenlegierung 2, daß diese sich
plötzlich stark auszudehnen versucht, während der Kern
aus weichmagnetischem Werkstoff 1 weiterhin schrumpfen
will. Dies hat zur Folge, daß eine erhebliche Zugspannung
auf den Kern und eine entsprechende Druckspannung auf den
Mantel wirkt. Die mechanische Härte des Kerns aus einem
weichmagnetischem Werkstoff 1 ist nun so gewählt, daß bei
dieser relativ niedrigen Temperatur keine wesentliche
plastische Verformung mehr erfolgt, so daß hohe ela
stische Zugspannungen im Kern wirken. Diese verursachen
in Verbindung mit der positiven Magnetostriktion des
weichmagnetischen Werkstoffes 1 eine wesentlich
schnellere, plötzlich ablaufende Ummagnetisierung bei
bestimmten Magnetfeldwerten, als dies bei weniger
vorgespannten Verbundkörpern in bekannten Impulsgebern
der Fall ist.
Anstelle des in Fig. 1 als Beispiel gewählten Stahls mit
martensitischer Umwandlung sind alle anderen Eisen
legierungen, die eine entsprechende Umwandlung erfahren,
ebenfalls verwendbar. Beispielsweise ist in der
"RADEX-RUNDSCHAU" 1972, H. 3/4 ab Seite 212 "Ein extra
fester Maraging-Stahl mit 250 kp/mm2 Zugfestigkeit"
beschrieben. Hierbei bedeutet das Wort "maraging":
"martensitic aging hardening" und weist darauf hin, daß
diese Gefügeumwandlungen beim bekannten Stand der Technik
zur Aushärtung des Materials verwendet wurden, um
besonders feste Stähle für mechanische Anwendungen zu
erhalten. Auf Seite 216 in Abb. 9 dieser Literatur
stelle ist der Temperaturverlauf eines der beschriebenen
Stähle dargestellt und zeigt, daß auch hier die Gefüge
umwandlungen dazu führen, daß nach genügend hoher
Erhitzung bei Abkühlung zwischen 200 und 130°C eine
Volumenvergrößerung erfolgt, die zur Verspannung von
positiv magnetostriktiven weichmagnetischen Werkstoffen
in einem Impulsgeber ausgenutzt werden kann.
Um die Volumenänderung bei Gefügeumwandlung von Eisen
legierungen zur Verspannung eines weichmagnetischen
Werkstoffes auszunutzen, ist es nicht unbedingt
erforderlich, solche Legierungen zu wählen, die bei
Abkühlung und bei relativ niedriger Temperatur keine
weitere Abnahme des Volumens, sondern in einem bestimmten
Temperaturbereich sogar eine Volumenzunahme aufweisen. Es
genügt, wenn die normale Abnahme des Volumens bei Abküh
lung sich während der Gefügeumwandlung verändert. Nachdem
eine Abkühlung unter die untere Umwandlungstemperatur
erfolgt ist, wird eine nachträgliche Erwärmung unterhalb
der oberen Umwandlungstemperatur keine Gefügeänderung zur
Folge haben, so daß die durch die Gefügeumwandlung
erzeugten mechanischen Spannungen erhalten bleiben.
Außerdem kann man Druckspannungen in einem weichmagne
tischen Werkstoff erzeugen, wenn man zur Verspannung eine
Eisenlegierung verwendet, deren Volumen sich bei Abküh
lung unter die untere Umwandlungstemperatur verringert.
Dies ist beispielsweise bei austenitischen Mangan-
Stählen bekannt, bei denen keine Gamma-Alpha-Umwand
lung, sondern eine Gamma-Epsilon-Umwandlung statt
findet. Dieses Umwandlungsverhalten ist beispielsweise in
der Zeitschrift für Metallkunde Band 56, 1965 Heft 3, ab
Seite 165 beschrieben. Bild 3 auf Seite 167 dieser
Zeitschrift zeigt die Längenänderung in einer Eisenlegie
rung, die im wesentlichen außer Eisen 16,4 % Mn enthält.
Die Zusammensetzung ist auf Seite 166, linke Spalte
angegeben. Aus Bild 3 ist ersichtlich, daß hier bei
Aufheizung (Pfeil nach rechts oben) wiederum eine
kontinuierliche Volumen- bzw. Längenzunahme erfolgt, die
sich bei der Umwandlung zwischen etwa 220 und 280°C
verstärkt.
Wenn man einen Verbundkörper mit diesem Material zur
Herstellung eines Impulsgebers verwendet, würde man bei
der Wärmebehandlung wiederum über diese Umwandlungstem
peratur den Verbundwerkstoff soweit erhitzen, daß
wiederum ein Spannungsausgleich durch plastische Ver
formung oder durch Rekristallisation erfolgt. Eine Abküh
lung würde dann bewirken, daß sich das Material bei der
Rückumwandlung zwischen 100 und 20°C wesentlich stärker
zusammenzieht als dies bei dem magnetischen Werkstoff 1
der Fall ist, so daß hier - da die Eisenlegierung stärker
schrumpft als der weichmagnetische Werkstoff - dieser
weichmagnetische Werkstoff 1 unter Druckspannungen gerät.
Die hier beschriebenen Eisenlegierungen können also
verwendet werden, wenn man einen weichmagnetischen
Werkstoff mit negativer Magnetostriktion verwenden will,
um einen Impulsgeber mit plötzlicher Ummagnetisierung bei
gegebenem Magnetfeld herzustellen.
Vorteilhaft ist es, wenn die untere Umwandlungstemperatur
unterhalb etwa 600°C liegt, da dann eher gewährleistet
ist, daß die eingebrachten Spannungen nicht durch
Relaxationsvorgänge oder plastische Verformung abgebaut
werden.
Es ist außerdem möglich, Eisenlegierungen zu verwenden,
bei denen die untere Umwandlungstemperatur unterhalb der
Raumtemperatur liegt. Um mit einem solchen Material einen
Verbundkörper mit guter Verspannung herzustellen, muß
mindestens kurzzeitig unter diese Umwandlungstemperatur
abgekühlt werden. Wenn sich das Material dann wieder auf
Raumtemperatur erwärmt, aber die obere Umwandlungstempe
ratur nicht erreicht, wird die Verspannung beibehalten,
da es sich ähnlich wie das Material des verspannten
weichmagnetischen Werkstoffes bei Temperaturänderungen
verhält.
Solche Legierungen sind in der Zeitschrift "METALLURGICAL
REVIEWS" 126 ab Seite 115 beschrieben. Das Diagramm in
Abb. 4 auf Seite 118 zeigt, daß die untere Umwandlungs
temperatur im Falle einer Eisenlegierung mit 29,7% Ni
und 6% Al nach einer Alterungsglühung mit 700°C
abhängig von der Zeit dieser Glühung zunächst unterhalb
der Raumtempertur liegt. Aus der genannten Abbildung
sieht man jedoch, daß bei genügend langer Behandlungs
dauer beispielsweise mit 700°C die untere Umwandlungs
temperatur auch über der Raumtemperatur liegt.
Bei dem eingangs genannten Beispiel mit hoher Verspannung
des weichmagnetischen Werkstoffs 1 erzielt man dann eine
sehr gute, ausgesprochen rechteckförmige Magnetisierungs
kurve, wie Fig. 2 zeigt. Hier ist auf der Ordinate wie
üblich die Induktion und auf der Abszisse die Feldstärke
im Bereich von ± 0,8 A/cm dargestellt. In diesem Aus
steuerungsbereich bleibt die Magnetisierung der Eisen
legierung 2 im wesentlichen unverändert; und es wird der
Magnetisierungssprung des weichmagnetischen Werkstoffs 1
bei etwa ± 0,2 A/cm ausgelöst.
Eine entsprechende Magnetisierungskurve ist in Fig. 3
dargestellt. Hier wurde die Feldstärkenaussteuerung
zwischen ± 80 A/cm geändert. Eine Feldstärke, die aus
reicht, um die hier als Mantel verwendete Eisenlegierung
ebenfalls vollständig umzumagnetisieren. Man sieht hier
den Induktionssprung bei etwa der Feldstärke 0, der durch
die plötzliche Ummagnetisierung des vorgespannten weich
magnetischen Werkstoffes 1 erfolgt und man kann erkennen,
daß die zur Verspannung des weichmagnetischen Werkstoffes
1 dienende Eisenlegierung etwa eine Koerzitivkraft von
39 A/cm besitzt, wie dies die gestrichelte Kurve in
Fig. 3 zeigt, die die Hystereseschleife der unter Druck
spannungen stehenden Eisenlegierung erhält. Diese
gestrichelte Kurve wurde durch Parallelverschiebung der
gemessenen Kurve des Verbundkörpers ermittelt.
Ein Vergleich mit dem Produktprospekt "PRODUCT DATA ARMCO
17-4PH" auf Seite 12 zeigt, daß die hier im Beispiel
verwendete Eisenlegierung normalerweise eine Koerzitiv
feldstärke von ± 20 Oe = ± 16 A/cm besitzt. Diese
wesentliche Erhöhung der Koerzitivfeldstärke der Eisen
legierung gegenüber dem an dem Material üblicherweise
gemessenen Wert ergibt sich wahrscheinlich durch die
kurzzeitig hohe Erhitzung des Materials in Verbindung mit
den Druckspannungen, die es als Teil des Verbundkörpers
als Reaktion auf die Zugspannung des weichmagnetischen
Werkstoffes erfährt. Dies zeigt einen weiteren wesent
lichen Vorteil der Verwendung von Eisenlegierungen in
Verbindung mit einer Wärmebehandlung, die die Gefüge
umwandlungen mit Volumenänderung zur Verspannung des
weichmagnetischen Werkstoffs ausnutzt, da jetzt nicht zur
Erzeugung einer ausreichenden Vormagnetisierung des
Verbundkörpers ein zusätzlicher Dauermagnet vorgesehen
werden muß.
Diese zusätzliche Vormagnetisierung ist dann vorteilhaft
und erforderlich, wenn man kurze Drähte als Impulsgeber
verwenden will. Bei relativ kurzen Drähten macht sich
nämlich das eigene entmagnetisierende Feld stark
bemerkbar, wie dies im einzelnen in DE-OS 34 11 079
beschrieben ist. Bei dem Verbundkörper nach Fig. 1 wurde
daher die bei der Messung der Hystereseschleifen nach
Fig. 2 und 3 gewählte Länge von 90 mm auf 20 mm verkürzt
und wiederum die Hystereseschleife gemessen. Dies ist in
Fig. 4 dargestellt. Man sieht an der gestrichelten Kurve
(Messung bei entmagnetisiertem Mantel aus der Eisen
legierung 2), daß sich durch die Randeffekte die in Fig.
2 dargestellte Rechteckkurve etwas geschert ist. Es
findet also keine plötzliche Ummagnetisierung des Kerns
mehr statt.
Wird jedoch die Eisenlegierung aufmagnetisiert, so erhält
man die ausgezogene Kurve in Fig. 4, die einerseits durch
den Einfluß des Magnetfeldes der Eisenlegierung 2
horizontal verschoben ist und die andererseits zeigt, daß
bei Durchlaufen in einer Richtung wiederum eine plötz
liche Ummagnetisierung des gesamten weichmagnetischen
Materials 1 stattfindet, da bei Durchlaufen der
Hystereseschleifen in dieser Richtung die Drahtenden des
weichmagnetischen Werkstoffes ihre Magnetisierungs
richtung unter dem Einfluß des Magnetfeldes der Eisen
legierung 2 solange beibehalten, bis das äußere
Magnetfeld die plötzliche Ummagnetisierung des
weichmagnetischen Werkstoffes 1 erzwingt.
In Fig. 5 ist nun die Spannung auf der Ordinate und die
Zeit in Mikrosekunden auf der Abszisse aufgetragen. Hier
wurde ein Verbunddraht mit 20 mm Länge von einer Wicklung
mit 1000 Windungen umgeben. Die Ummagnetisierung erfolgte
durch einen Wechselstrom mit 50 Hz in einer separaten
Erregerspule, die so eingestellt war, daß die Feldstärke
längs des Verbunddrahtes 5 A/cm betrug, man sieht, daß
hier ein Spannungsimpuls von etwa 0,95 V erzielbar ist,
der allerdings wegen der Unsymmetrie der Hysterese
schleife bei aufmagnetisierter Eisenlegierung nur in
jeder zweiten Halbwelle auftritt.
Fig. 6 zeigt nun den Spannungsimpuls des Verbundkörpers
nach Fig. 1 bei einem Durchmesser von 0,2 mm und einer
Länge von 90 mm in einer Spule von 1500 Windungen und
ebenfalls 90 mm Länge nach Erhitzung des Verbundkörpers
für 6 Sekunden auf 1100°C und anschließender Abkühlung.
In diesem Zustand kann der Verbundkörper mit kleiner
Aussteuerung von beispielsweise 0.8 A/cm betrieben
werden, da der Kern eine geringe Koerzitivkraft von etwa
0.1 A/cm aufweist. Der hierbei erzielte Impuls bei
aufmagnetisierter Eisenlegierung 2 wird in Fig. 6 mit dem
amorphen Draht nach der US-PS 46 60 025 verglichen. Die
Kurve 4 gibt den Spannungsimpuls des amorphen Drahtes und
die Kurve 5 den Spannungsimpuls wieder, der sich bei dem
erfindungsgemäß hergestellten Impulsgeber ergibt.
Obgleich im Ausführungsbeispiel die Eisenlegierung als
Mantel und der weichmagnetische Werkstoff als Kern eines
Drahtes verwendet wird, kann man - wie beim bekannten -
auch andere Werkstoffe durch Plattieren usw., verwenden.
Flache, langgestreckte Verbundkörper erhält man besonders
vorteilhaft durch Walzen des fertigen Drahtes vor der
Wärmebehandlung. Die Eisenlegierung als Mantel zu ver
wenden, bietet den Vorteil, daß man eine feste Oberfläche
erhält. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, die
Eisenlegierung als Kern eines Drahtes oder als Mittel
schicht eines flachen Verbundkörpers zu verwenden,
Für den Fall, daß man eine noch höhere Koerzitivfeld
stärke der Eisenlegierung bzw. eine weitere Festigkeits-
Verbesserung wünscht, läßt sich der fertige Verbunddraht
nach der Wärmebehandlung entsprechend der Erfindung noch
für mindestens 10 Minuten bei einer Temperatur von 360
bis 750°C glühen. Mit der dadurch erreichten Festig
keitsverbesserung der Eisenlegierung erhält man dann auch
eine weiter steigende Koerzitivfeldstärke. Außer den
festigkeitssteigernden Zusätzen, die in dem weich
magnetischen Werkstoff 1 des Ausführungsbeispiels ent
halten sind, lassen sich zur Festigkeitssteigerung
und/oder zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit die
Elemente Nb, Ti, Al, Cu, Be, Mo, V, Zr, Si, Cr, Mn
vorteilhafterweise der Eisenlegierung zusetzen, ohne daß
deren Eigenschaften reversible Gefügeumwandlungen bei
unterschiedlichen Temperaturen mit Volumenänderung
wesentlich beeinflußt werden.
Da nur eine kurzzeitige Erhitzung des Verbundkörpers
erforderlich ist, muß nicht unbedingt der ganze Draht
oder das ganze Band, aus dem die Verbundkörper
hergestellt werden, stationär der Wärmebehandlung
unterzogen werden, man kann auch eine Erhitzung als
Durchlaufglühung oder durch Durchleiten von elektrischem
Strom vornehmen.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines durch plötzliche Um
magnetisierung bei angelegtem Magnetfeld wirkenden
Impulsgebers, der aus einem langgestreckten Verbundkörper
aus mindestens zwei Werkstoffen besteht, die unter
schiedliches Wärmeausdehnungsverhalten aufweisen und
durch eine Wärmebehandlung mechanisch gegeneinander
verspannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für einen
der Werkstoffe eine Eisenlegierung (2) verwendet wird,
deren zusätzliche Legierungsbestandteile so gewählt sind,
daß bei unterschiedlichen Temperaturen jeweils eine
Gefügeumwandlung mit Volumenänderung stattfindet, daß ein
länglicher Verbundkörper (3) aus den Werkstoffen
hergestellt wird und daß als Wärmebehandlung dieser
Verbundkörper erst über die obere Umwandlungstemperatur
erhitzt und später unter die untere Umwandlungstemperatur
abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Eisenbasislegierung verwendet wird, deren untere
Umwandlungstemperatur unter 600°C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Eisenlegierung ein martensitisch aushärtender Stahl
verwendet wird, der sich während der Gefügeumwandlung bei
Abkühlung ausdehnt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der längliche Verbundkörper durch Ziehen eines Drahtkerns
mit dem den Kern umgebenden Mantel hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Herstellung des Verbundkörpers durch Ziehen des
Drahtkerns aus weichmagnetischem Werkstoff (1) und der
Mantel aus der Eisenlegierung (2) besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wärmebehandlung durch kurzzeitige Erhitzung des
Verbundkörpers auf eine Temperatur erfolgt, die soweit
über der oberen Umwandlungstemperatur der Eisenlegierung
(2) liegt, daß ein Abbau der inneren Spannungen durch
Rekristallisation des weichmagnetischen Werkstoffes (1)
eintritt.
7, Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wärmebehandlung des Drahtes in Gestalt einer Durch
laufglühung durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wärmebehandlung des Drahtes durch kurzzeitiges
Erhitzen durch Durchleitung elektrischen Stromes erfolgt.
19. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der fertig gestellte Verbunddraht zur Festigkeits
steigerung der Eisenlegierung in Verbindung mit einer
Erhöhung der Koerzitivfeldstärke bei einer Temperatur
zwischen 360 und 750°C für mindestens 10 Minuten
geglüht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Eisenlegierung (2) verwendet wird, die zur
Steigerung der Festigkeit und/oder der Korrosionsbe
ständigkeit Zusätze, wie Nb, Ti, Al, Be, Cu, Mo, V, Zr,
Si, Cr, Mn enthält.
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