-
Verfahren zur Erzielung einer möglichst konstanten Permeabilität über
einen weiten Bereich niedriger Kraftliniendichte bei einer Nickel und Eisen enthaltenden,
magnetischen Zwecken dienenden Legierung mit mehr als 30°!o Nickelgehalt Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung einer magnetischen Zwecken dienenden
Legierung, welche Nickel und Eisen bei mehr als 30 0,16 Nickelgehalt enthält, und
bezweckt, durch Ausglühen und nachfolgendes Abkühlen bei diesem Material eine möglichst
konstante Permeabilität über einen weiten Bereich niedriger Kraftliniendichte zu
erzielen.
-
)Vo immer magnetisches Material magnetischen Feldern ausgesetzt wird,
die durch Signalströme erzeugt werden, werden diese Ströme verzerrt, weil kein magnetisches
Material bekannt ist, das nicht wenigstens eine Eigenschaft hätte, welche sich innerhalb
des Betriebsbereiches verändert. Eine derartige Verzerrung wird verschiedentlich
als Modulation, Morsegeflatter usw. bezeichnet, je nach den Bedingungen, unter denen
sie entsteht. Die Permeabilität des magnetischen Materials ändert sich gewöhnlich
mit der Feldstärke oder mit der sich ergebenden Flußdichte. Ebenso ist, wenn Felder
durch eine vollständige Periode von Signalwechselstrom erzeugt werden, die Flußdichte
für gleiche positive und eegative Werte der Feldstärke verschieden, und zwar infolge
der Hysterese des Inägnetischen Materials. Der elektrische Widerstand kann gleichfalls
mit der Feldstärke etwas schwanken, was veränderliche Verluste mit sich ergebender
Verzerrung des Signalstromes herbeiführt; diese Wirkung ist aber für gewöhnlich
klein. Es ist sehr zu wünschen, hohen Widerstand zu haben, um übermäßige Wirbelstrotnverluste
zuvermeiden, und ebenso hohe Permeabilität zu haben, um eine gegebene Induktivität
mit einem geringsten Aufwand an Material erhalten zu können.
-
Es ist an sich bekannt, durch Hitzebehandlung die Permeabilität von
Nickel-Eisen-Legierungen zu erhöhen. Derartige Legierungen enthalten in der Regel
25 % oder 30 0% bis etwa 8o % oder mehr Nickel, insbesondere wird ein Mischungsverhältnis
von 7812 % Nilekel und 211/2 % Eisen 'in der Praxis bevorzugt. Als Ergebnis ausgedehnter
Untersuchungen hat sich herausgestellt, daß die bisher angewandten Verfahren infolge
unzweckmäßiger `Vahl, der Erhitzungstemperaturen und der Erhitzungsdauer der Legierung
nicht die oben als wünschenswert bezeichnete Konstanz der Permeabilität über einen
weiten Bereich niedriger Kraftliniendichte zu geben vermochten. Dieser Mangel wird
durch die Erfindung dadurch beseitigt, daß eine Legierung der oben bezeichneten
Art auf eine Temperatur zwischen 425"C und 6oo° C während einer Zeit von höchstens
15 Minuten erhitzt wird.
-
Vorteilhaft kann die Legierung vor ihrer Erhitzung auf :125° C- bis
=6oo° C gehärtet
werden. Bei einem sich für viele Verwendungszweck(-
in der Elektrotechnik eignenden Nickelgehalt der Legierung bis zu tio o:o erfol"
t die Erhitzung auf eine Temperatur voll 5oo° C während einer Zeit von 15 Minuten.
Vorteilhaft ist es weiterhin, daß man die Legierung sich in Luft von Zimmertemperatur
abkühlen läßt.
-
Die zur Erzielung der oben beschriebenen Eigenschaften benutzte -Behandlung
van Nikkcl-Eisen-Legierungen mit mehr als 3o o;'o Nickel läßt sich wie folgt darlegen:
Der Legierungsbarren wird nach dem Guß in bekannter `'eise durch «Walzen und gelegentlich
erforderliches Ausglühen bearbeitet, bis man dünne Blätter oder Streifen von etwa
o,05 mm Stärke erhält. Dieser Vorgang erzeugt einen gewissen mäßigen Grad von Härte
in dem Metall. Das Metall wird dann ausgeglüht, indem es bis zu 15 Minuten lang
auf einer Temperatur zwischen -125' und 6oo' C gehalteil wird; bei einem -Nickelgehalt
zwischen 3o und 6o oiö ist 500- C die geeigkiete TempBratur.
-
Die richtigen Werte der Temperatur und Zeit können in jedem Falle
durch Versuch bestimmt werden. Die Geschwindigkeit der Abkühlung ist vorzugsweise
beschleunigter als für gewöhnlich beim Ausglühen, hat aber keinen kritischen Wert;
Kühlung in Luft bei gewöhnlicher Zimmertemperatur ist zufriedenstellend.
-
Bei einer Legierung, die 36 a'o Nickel enthält, liegt bei der beschriebenen
Behandlung die Permeabilität im Bereich von i25 bis iooo, und die Schwankung der
Permeabilität über einen Bereich von Flußdichten von o bis 1 oo c. g. s.-Einheiten
geht von 2 0% bis 5 %. Der Hystereseverlust kann bei einer maximalen Flußdichte
von S c. g. s.-Einheiten sehr niedrig sein, nämlich 1,5. 10-4 Erg je Periode
je Kubikzentimeter, also etwa 1/1_, desjenigeil von hartem gezogenen Eisendraht.
Der 'Widerstand beträgt etwa 8o Mikrohm je Kubikzentimeter.
-
Die, induktive Belastung von Signalleitungen ist ein zur Erläuterung
der Anwendungeil und der Art und Weise der Vorbereitutig des magnetischen 'Materials
geeignetes Verwendungsgebiet und ist deshalb in der folgenden Beschreibung für diesen
Zweck gewählt worden.
-
Auf der Zeichnung ist Abb. i ein senkrechter Schnitt durch eine Belastungsspule
zur Belastung von Signalleitern, bei der der Kern der Spule aus Lamellen eines nach
dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelteil magnetischen Materials besteht.
-
Abb.2 ist eine Kurve, welche die Veränderung der Perineabilität des
magnetischen -Materials über einen Bereich von Flußdichten von o bis i oo c. . s.-Einheiteti
im Verg gleich zu einer Eisensorte darstellt, welche die größte erreichbare Konstanz
all Permeabilität über diesen Bereich hat.
-
Abb. 3 ist eine Kurve, welche die Anfangspermeabilität des magnetischen
Materials für eine bestimmte Temperatur der Hitzebehandlung darstellt.
-
Abb. i ist eine Kurve. welche die Größe des Hystereseverlustes darstellt,
der in einem Stück des mac-netischen Materials erhalten wird, nachdem es den einzelnen
Temperaturen der Hitzebehandlung unterworfen worden ist, die. auf der Randbeschriftung
angegeben sind.
-
Abb.5 zeigt die prozentuale Veränderung an Permeabilität, die eintritt,
wenn sich die maximale Flußdichte von o bis i oo c. g. s: Einheiten für die Legierung'
ändert. nachdem sie den verschiedenen Temperaturen unterworfen worden ist, die als
Abszissen aufgetragen sind.
-
Bei der Zubereitung des Materials zur Verwendung als Kern einer Belastungsspule
werden Nickel und Eisen in dem Verhältnis von beispielsweise etwa 36 0'o Nickel
und dem Rest Eisen in bekannter Weise in einem Induktions- oder LichtbDgenofen geschmolzen.
Reine handelsübliche Sorten dieser beiden -Metalle sind für diesen Zweck geeignet.
Die geschmolzene Legierung wird in eine Barrenform gegossen, und das aus ihm durch
die bereits oben beschriebene Behandlung hergestellte dünne Band wird, ohne es der
Hitzebehandlung gemäß der Erfindung zu unterziehen, aufgerollt, um einen Ringkern.
wie in Abb. t dargestellt, zu bilden. dessen Windungen in beliebiger Weise voneinander
isoliert werden. Beim Isolieren der benachbarten Windungen des Ringkerns "sind gute
Ergebnisse dadurch erzielt worden, daß das Band, ehe es zum Ring zusanunengerollt
wurde, in folgender Weise oxydiert wurde: Nach Entfettung mit Alkohol wurde das
Band einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur oberhalb -loo' C und unterhalb
der endgültigen Hitzebehandlungstemperatur ausgesetzt. Die Dauer dieses Vorganges
hängt von der Stärke des gewünschten Oxydüberzuges .ab; gute Ergebnisse aber sind
durch Erhitzung des Materials auf die genannte Temperatur für die Dauer von etwa
1 5 lünuten erzielt worden.
-
Der Kern wird dann einer Erhitzung gemäß der Erfindung auf 425' C
bis 6oo C während einer Zeit von höchstens 1 5 -Minuten unterworfen und darauf abgekühlt.
-
Abb. 3 zeigt die Anfangspermeabilitäten, die für eitlen Bereich von
Hitzebehandlungstemperaturen einer Nickel-Eisen-Legierung mit 371, -2910
Nickel erzielt werden, wobei die
Hitzehehandlun;, eine Dauer von
15 Minuten hat. In dieser- Abbildung sind die Permeahiiitä ten al. Ordinaten und
die Temperatui-c-li als Abszissen aufgetragen, wobei zu bedchten is:. daß die Gestaltung
der Kurve etwas v, :i dem Betrage und der Art der mcchan;,chen Behandlungen abhängt,
denen das -laterial unterworfen wird, während es auf -eine endgültige Abmessung
her abgearb itet wird.
-
'ebb. ,l zeigt die Größe des Hysteresever--ites, der für einen Bereich
von Hitzebe-@iandlungstemperaturen mit einer Nickel-Eisen-Legierung mit 371j.= o
ö Nickel erhalten wird, wobei die Hitzebehandlung in jedem Falle eine Dauer von
15 Minuten hat. Diese Abbildung zeigt den Hystereseverlust in Erg je Periode je
Kubikzentimeter für eine maximale Flulidichte von ä c. g. s.-Einheiten als Ordinaten.
Die Hitzebehandlungstemperaturen sind als Abszissen dargestellt.
-
Aus Abb. 5 geht hervor, wie das Verfahren gemäß der Erfindung- den
Prozentsatz der Veränderung der Permeabilität herabsetzt. Die Kurve der Abb. 5 kann
sich nach oben oder nach unten oder seitlich verschieben, je nach der Vorgeschichte
des Materials. -In Abb.2 stellen die Kurven die Permeabilitätsänderungen mit der
Flußdichte für die geeignetste Art von Eisen im Vergleich mit der erfindungsgemäß
behandelten magnetischen Legierung dar. Durch Betrachtung der Kurve A, die für die
Sorte von Eisen gilt. welche die konstanteste Permeabilität über diesen Bereich
hat, und der Kurve B, die für die erfindungsgemäß behandelte Nikkel-Eisen-Legierung
gilt. wird die größere Konstanz der Permeabilität des Materials der Kurve B über
einen breiten Bereich von niedrigen Flußdichten dargetan. Als Ordinaten sind die
prozentualen Änderungen der Anfangspermeabilität und als Abszissen die Flußdichten
aufgetragen. Kurve B gilt für eine Nickel - Eisen - Legierung mit 37i2 0,ö Nickel.
-
Eine Spule von der oben beschriebenen Art hat nur etwa ein Drittel
oder weniger des Volumens der besten Belastungsspulen, die für den gleichen Zweck
bis jetzt gebräuchlich waren.
-
ES ergibt sich, daß das eben beschriebene Material zur fortlaufenden
Belastung von SiglIalleitungen und auch für Belastungsspulen geeignet ist. Im Vergleich
mit Belastungsmaterial, bei dem hohe Permeabilität durch FIitzehelialidlung erzielt
wird, nachdem das Material in einer für fortlaufende Belastung i1ccigneten Form
auf den Kupferleiter aufgebracht ist, bietet das nach der Erfindung hergestellte
Material den Vorteil, daß die erforderliche Temperatur, wenn Hitzebehandlung des
belasteten Leiters wünschenswert oder notwendig wird, verhältnismäßig niedrig ist
und keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen erfordert, um eine Beschädigung des Kupferleiters
zu verhüten.
-
Die Erlindung ist bei der Belastung voll Leitungen, die mit Hochfrequenz
benutzt werden, von besonderer Bedeutung. weil die als Zwischenmodulierung bekannte
Verzerrung dann sehr groß ist, wenn nach dem gewöhnlichen Verfahren hergestellte
Materialien Verwendung finden.
-
Nickel-Eisen-Legierungen mit 35 0.ö bis 38 ();ö Nickel
sind besonders geeignet zu Belastungs- und ähnlichen Zwecken; 36 0. ci Nickel ist
hierfür vielleicht der geeignetste Nickelgehalt.