DE548504C - Magnetischen Zwecken dienendes Material aus Kupfer, Nickel und Eisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft magnetischen Zwekken dienendes Material.

Es ist bekannt, ein solches Material aus Kupfer, Nickel und Eisen herzustellen und die Legierung einer Wärmebehandlung zu unterwerfen, um magnetische Eigenschaften zu entwickeln. Die Legierungen wiesen jedoch entweder einen hohen oder sehr niedrigen Eisengehalt auf. Diese magnetischen Legierungen sind nun nicht geeignet, den erheblich schwankenden und ganz bestimmte Anforderungen stellenden Bedingungen verschiedener Typen elektromagnetischer Apparate zu entsprechen und besonders solcher, bei denen hohe Permeabilität und geringe Hysteresis Verluste in einem B er eich gewünscht werden, der von sehr geringer Induktion sich bis zu reichlich hohen Dichten erstreckt. Das gilt besonders für die Fälle, in denen ein hohes und lediglich konstantes Verhältnis der Änderung der Permeabilität gewünscht wird, wenn ein Wechselstromfluß einer relativ starken magnetomotorischen Richtkraft überlagert wird.

Nach der Erfindung besteht das Material aus einer Legierung von 3 bis 10 o/_o Kupfer, 35 bis 55 0/0 Nickel und 35 bis 55 o/₀ Eisen, die einem an sich zur Erzielung günstiger magnetischer Eigenschaften bekannten Glühverfahren unterworfen ist. Das Material nach der Erfindung enthält also einen ungefähr gleichen Prozentsatz von Eisen und Nickel, wodurch es nach dem Ausglühen einen ausnahmsweise steilen, geradlinigen Teil in seiner B/H-Kmve besitzt. Somit ist eine hohe Permeabilität sichergestellt.

Zweckmäßig kann die Legierung nach dem Gießen und vor dem Ausglühen kalt gewalzt werden, so daß innere Blätterungen in den erhaltenen Streifen hervorgebracht werden. Hierdurch werden die Wirbelstromverluste stark verringert, da jeder gewalzte Streifen eine Mehrheit von dünneren Blätterungen darstellt.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise schematisch veranschaulicht.

Abb. ι entspricht einem Mikrophotogramm des Querschnittes eines Streifens des Materials nach der Erfindung.

Abb. 2 und 3 sind die charakteristischen Kurven des Materials.

Außer den bereits genannten günstigen Eigenschaften hat das Material den weiteren Vorteil guter mechanischer Bearbeitbarkeit.

Ein zweckmäßiges Herstellungsverfahren des Materials besteht darin, daß man etwas Mangan mit oder ohne etwas Magnesium und darüber zunächst das Kupfer, sodann das Eisen und das Nickel in Form abwechselnd geschichteter Bleche in die Quarzretorte eines Induktionsofens bringt. Das Kupfer, das zu-

erst schmilzt, bildet dann ein Lösungsmittel für das Eisen und das Nickel. Die Abwärtsbewegung dieser schmelzenden Metalle und die Induktionsströme des Ofens verursachen S dabei durch Umrühren ein gleichförmiges Mischen der ganzen Metallmasse.

Der Gesamtgehalt an Kohlenstoff darf dabei nicht ο,ϊ o/o der Legierung überschreiten und sollte vorzugsweise unter 0,05 Oj₀ sein; besonders das Nickel muß sehr rein sein; es darf nicht mehr als 0,005 % Kohlenstoff enthalten. Elektrolytisches Nickel kann verwendet werden. Der erwähnte Zusatz von Mangan in Menge von 0,5 Oj₀ gewährleistet die Entfernung von Schwefel aus dem Nickel und desoxydierr es auch. Auch das Eisen sollte sehr rein sein und nur 0,010/0 bis °j>°3 °/o Kohlenstoff enthalten. Das Kupfer, das eine Handelssorte sein kann, ist stark sauerstoffhaltig und beseitigt aus dem Eisen die kleinen vorhandenen Kohlenstoffspuren. Dadurch, daß man die Stoffe im Ofen, wie beschrieben, anordnet, vollzieht sich das Schmelzen und Raffinieren gleichzeitig. Die Legierung sollte bald nach Schmelzung der ganzen Masse vergossen werden, sonst bilden sich Gase, welche poröse Barren oder Gußstücke bedingen.

Für die Kombination von 46,5 o/_o Nickel, 46,5 Of₀ Eisen und Rest Kupfer und kleine Mengen von Mangan, Magnesium und Spuren der üblichen Verunreinigungen ist der Schmelzpunkt der Legierung etwa 1300⁰.

Die Legierung kann in Gußeisen- oder Sandformen gegossen und dann bearbeitet werden. Nach Schluß der mechanischen Bearbeitungen werden die Gußstücke in einer reduzierenden oder neutralen Atmosphäre ausgeglüht, die frei von allen Spuren von Kohlenstoff, Schwefel oder Sauerstoff ist, und zwar bei Temperaturen zwischen 900 bis 1200⁰. Die Glühzeit hängt von der Dicke des Stückes und den gewünschten magnetischen Eigenschaften ab. Das Metall ist vor dem Ausglühen praktisch unmagnetisch. Die Gußstücke können in Luft geglüht werden, wenn man, z. B. durch Bedecken mit Eisenspänen, die Verunreinigungen aus den Abgasen beseitigt, bevor diese das Gußstück berühren. Im allgemeinen ist die zur Erzielung des gewünschten Zweckes nötige Zeit um so kürzer, je höher die Glühtemperatur innerhalb des angegebenen Bereiches gewählt wird.

Die magnetischen Eigenschaften der so behandelten Legierung entsprechen etwa denen eines geblätterten Kerns aus Siliciumstahl; jedoch bringt die Verwendung des neuen Materials in Form von Gußstücken Vorteile durch Einfachheit der Montage und Konstruktion.

Statt das Metall in Fertigform zu gießen, kann man es in flache Barren gießen, wie bei zu walzenden Nichteisenmetallen üblich. Die Barren sind sehr reckfähig und können heiß oder kalt gewalzt werden. Vorzugsweise wird aber kalt gewalzt, um die Absorption von Kohlenstoff, Sauerstoff oder Schwefel während des Walzens tunlichst gering zu halten, da diese Verunreinigungen den gewünschten magnetischen Eigenschaften schädlich sind. Das an sich schon einfachere und billigere Kaltwalzen verändert auch das mikroskopische Gefüge der Legierung so, daß man eine Reihe kleiner, fein getrennter Blätter (Abb. 1) beobachten kann. Dies erklärt die geringen Wirbelstromverluste des kalt zu Streifen gewalzten Materials, da jeder Streifen in sich eine Mehrheit von dünneren Blätterungen darstellt. '

Nach Schluß der mechanischen Bearbeitungen werden die Streifen, wie vorerwähnt, geglüht. Die Tendenz dünner Streifen zum Aneinanderhaften während des Glühens im Stapel bei Temperaturen über 925⁰ C kann wirksam bekämpft werden, indem man die Streifen vor dem Glühen leicht oberflächlich oxydiert. Beim Ausglühen in reduzierender Atmosphäre erlangt das Material einen hohen Glanz und beim Ausglühen in Luft einen Oxydüberzug, wie er für Transformatoren u. dgl. mit geblättertem Kern erwünscht ist.

Die Legierung kann auch zu runden Blökken vergossen werden, die leicht zu Draht ziehbar sind, und zwar bis zu den feinsten Sorten. Nach dem Ausglühen kann der Draht isoliert und in Stromkreisen, wie Radiofrequenzkreisen, benutzt werden, wo hohe Permeabilität und geringe Verluste bei schwachen Induktionen erwünscht sind. Der kalt gezogene Draht hat ebenfalls faseriges Gefüge und stellt im Effekt ein Bündel sehr feiner, wesentlich paralleler Drähte dar.

Die Kurven C und D (Abb. 2) stellen die gewöhnliche Form der Permeabilitätskurve einer magnetischen Legierung bekannter Art, wie Siliciumstahl, dar im Vergleich zu der des neuen Materials. Die Steilheit des linearen Teils der Kurve D zwischen 22 und 24, also der Wert von dB/du, ist größer als die Steigung des entsprechenden Teils der Kurve C zwischen den Punkten 22 und 23. Daher ist für Werte magnetisierender Kräfte H zwischen 22' und 24' das Verhältnis der Änderung der Induktion in dem Material nach der Erfindung viel größer als in gewöhnlichen magnetisierbaren Legierungen und wesentlich konstant. Da die Kurve Z)¹ vom Ausgangspunkt zum Punkt 22 nicht linear ist und ein geringes dB/dH hat, wird zweckmäßig eine richtende magnetomotorische Kraft mit einem Wert von H entsprechend

22' auf die Legierung aufgeprägt, die dann gleichförmig empfindlich für fernere Änderungen der magnetisierenden Kraft in dem Bereich 22' bis 24' wird.

Diese Eigenschaft der Legierung macht sie besonders geeignet für alle diejenigen elektromagnetischen Vorrichtungen, bei denen ein relativ kleiner Wechselfluß einer richtenden magnetomotorischen Kraft überlagert wird, z.B. beim Kern eines Audionfrequenztransformators, dessen Primärwicklung im Anodenkreis eines Radioempfängers liegt und der bei Frequenz von 10 bis 10 000 Perioden pro Sekunde möglichst gleichmäßig arbeiten soll.

Dabei muß die Primärwicklung so bemessen sein, daß der Transformator nur auf dem linearen Teil der Permeabilitätskurve des Kerns arbeitet, also von 22 bis'24 der Kurve/)¹.

Man erzielt auf diese Weise außer einer besseren Gesamtverstärkung eine Verbesserung der Klangfarbe des Tones wegen der relativ größeren Verstärkung von Tönen niedriger Frequenz, die bei Verstärkung durch einen Transformator gewöhnlicher Bauart und Abmessung am schwächsten sind.

Nach Abb. 3 fällt die Verstärkungskurve E eines Transformators mit gewöhnlichem Transformatoreisen ziemlich rasch an jedem Ende ab, und zwar meistens steiler bei den hohen Frequenzen. Die Verstärkungskurve F eines Transformators aus dem Material nach der Erfindung liegt nicht bloß allgemein höher, sondern sie ist auch an beiden Enden im Vergleich zur Kurve £ angehoben, so daß der wirksame Tonbereich des Transformators stark vergrößert wird, was wichtig ist für getreue Tonwiedergabe.

Noch andere mannigfache Verwendungen der Legierungen ergeben sich aus ihren Eigenschaften. Da sie stark permeabel ist und nur geringe Verluste bei sehr niedriger Induktion ergibt, so ist sie geeignet zur Verwendung bei Spannungs- und Stromtransformatoren für Meßinstrumente und Zähler und zu Polspitzen, Ankern o. dgl. von Lautsprechern usw. Bei Zündapparaten, Autohupen und anderen Zitterapparaten sowie bei Wechselstromapparaten empfiehlt die niedrige Remanenz und· Hysterese der Legierung ihre Verwendung.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Magnetischen Zwecken dienendes Material aus Kupfer, Nickel und Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Legierung von 3 bis 10 o/₀ Kupfer, 35 bis 55 o/o Nickel und 35 bis 55 Of₀ Eisen besteht, die einem an sich zur Erzielung günstiger magnetischer Eigenschaften bekannten Glühverfahren unterworfen ist.

2. Verfahren zur Herstellung des Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach dem Gießen und vor dem Ausglühen kalt gewalzt wird.

3. Verfahren zur Herstellung des Materials nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen nach dem Kaltwalzen maschinell geformt und nach leichter Oxydation seiner Oberfläche in Luft ausgeglüht wird.

4. Elektromagnetische Vorrichtung mit einem Kern aus dem Material nach Anspruch ι in Form eines Gußstückes von Streifen oder Drähten, gekennzeichnet durch eine derart bemessene magnetische Polarisation des Kerns, daß seine Anfangspermeabilität sich proportional dem magnetischen Wechselfluß ändert.

5. Verfahren zur Herstellung eines Kerns von geringen Wirbelstromverlusten aus dem Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein kalt gewalzter Streifen des Materials ausgeglüht wird.

6. Verfahren zur Herstellung von Stangen oder Drähten mit faserigem Gefüge und geringen Wirbelstromverlusten aus dem Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Block des Materials kalt gezogen und gegebenenfalls danach ausgeglüht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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