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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines zerbrechlichen,
dünnen
metallischen Bandes sowie die Produkte, die nach Abschluss der Bearbeitung
des Bandes, die Arbeitsgänge
zu seiner Formgebung wie etwa einen Schneidvorgang umfassen kann,
erhalten werden. Insbesondere betrifft das Verfahren die Herstellung
von magnetischen Gebrauchsgegenständen durch Schneiden bzw. Stanzen
aus einem metallischen Band mit nanokristalliner Struktur.
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Es
ist vorgeschlagen worden, aus einer magnetischen Legierung und insbesondere
aus einer Legierung mit einer hohen Permeabilität dünne Bänder zu fertigen, die eine
Struktur aufweisen, die hauptsächlich
aus sehr feinen Körnern
in einer amorphen Matrix, deren Größe beispielsweise im Bereich zwischen
1 und 100 nm enthalten sein kann, gebildet ist. Derartige Legierungen
werden als nanokristalline Legierungen bezeichnet.
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Die
nanokristallinen Metallwerkstoffe werden in Form von dünnen Bändern aus
amorphen Bändern oder
Streifen, die durch Gießen
und schnelles Abkühlen
eines flüssigen
Metalls über
einem Zylinder oder zwischen zwei gekühlten Zylindern hergestellt werden,
beispielsweise mit einer Dicke in der Größenordnung von 20 μm erhalten.
Die amorphen Bänder
oder Streifen werden wärmebehandelt,
indem eine Temperatur in der Größenordnung
von 550 °C über eine
Dauer in der Größenordnung
von einer Stunde aufrechterhalten wird, so dass sie in einem wesentlichen
Teil, der beispielsweise mehr als 50 % ihres Volumens ausmacht,
eine nanokristalline Struktur entwickeln.
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Dieser
Wärmebehandlung
können
auch Wärmebehandlungen
bei niedrigeren Temperaturen, beispielsweise in der Größenordnung
von 200 °C,
vorausgehen.
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Wenn
das Gießen,
das Abkühlen
und danach die Wärmebehandlung
der Legierungen auf der Grundlage weichmagnetischen Eisens ausgeführt werden,
können
aus dem Band im nanokristallinen Zustand solche Produkte wie Magnetkreiskerne
erhalten werden, die vorzügliche
Magneteigenschaften aufweisen, die im Fall von Werkstoffen, deren
Struktur von einer nanokristallinen Struktur verschieden ist, im
Allgemeinen nicht erzielt werden können.
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Ein
Nachteil der Bänder
oder Streifen mit einer nanokristallinen Struktur ist jedoch, dass
diese Bänder
oder Streifen sehr zerbrechlich sind, derart, dass die geringste
mechanische Beanspruchung ein Reißen des Bandes oder Streifens
bewirkt. Es ist nicht einmal möglich,
die Bänder
oder Streifen mit nanokristalliner Struktur zu handhaben, wenn nicht
mit äußerster
Behutsamkeit vorgegangen wird, da Spannungen, die in dem Band hervorgerufen
werden, selbst wenn sie sehr klein sind, zu seinem Sprödbruch führen. Das
einzige derzeit bekannte Verfahren, um magnetische Bauelemente wie
etwa Magnetkerne aus Bändern
mit nanokristalliner Struktur herzustellen, besteht darin, das Band
aus der magnetischen Legierung im amorphen Zustand aufzuwickeln und
dann dieses Band bei einer Temperatur, bei der sich die nanokristalline
Struktur ausbildet, mit Wärme zu
behandeln. Die Wärmebehandlung
kann gegebenenfalls unter Einwirkung eines Magnetfeldes erfolgen,
um die Hystereseschleife dieser nanokristallinen Legierungen zu
modifizieren.
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Es
ist folglich derzeit nicht mögliche,
nanokristalline magnetische Bauelemente mit mechanischen Bearbeitungsverfahren
oder spanenden Formgebungsverfahren herzustellen, die beispielsweise ein
Schneiden bzw. Stanzen umfassen.
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Es
besteht ein sehr großes
Interesse daran, aus Bändern
aus einer nanokristallinen magnetischen Legierung magnetische Bauelemente
zu erhalten, die einen Umriss haben, dessen geometrische Form wohl
definiert ist. Insbesondere wäre
es äußerst interessant,
aus nanokristallinen Bändern magnetische
Teile, die die Form von runden Scheiben, U- oder E-Form haben, oder
auch Teile mit komplizierten Formen, die für die Uhrenindustrie verwendet
werden, herstellen zu können.
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Stärker verallgemeinert:
Es kann äußerst interessant
sein, über
ein Verfahren zu verfügen,
dass die Bearbeitung eines zerbrechlichen, dünnen metallischen Bandes mit
einer geringen Dicke, die im Allgemeinen kleiner als 0,1 mm ist,
ermöglicht,
wobei die Bearbeitung des Bandes wenigstens einen Schritt umfasst,
bei dem das zerbrechliche Band Beanspruchungen unterworfen ist,
insbesondere durch ein Schneiden oder Biegen.
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In
EP-0 687 137 ist vorgeschlagen worden, einen miniaturisierten Transfor mator
herzustellen, der einen Schichtmagnetkern aus mehreren dünnen Bändern, die
durch Harzschichten miteinander verbunden sind, umfasst. Der Schichtstoff
wird auf die Abmessungen des zu erhaltenden Kerns geschnitten.
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In
US-4 558 247 wird ein sättigungsfähiger Kern
beschrieben, der ein gewickeltes Band aus einer amorphen magnetischen
Legierung und einen zwischen die aufeinander folgenden Windungen
des Kerns eingeschobenen Isolierfilm umfasst.
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Das
Ziel der Erfindung ist folglich, ein Verfahren zum Bearbeiten wenigstens
eines zerbrechlichen, dünnen
metallischen Bandes mit einer Dicke, die kleiner als 0,1 mm ist,
zu schaffen, das wenigstens einen Schritt umfasst, in dem das dünne Band Beanspruchungen
unterworfen wird, wobei dieses Verfahren ermöglicht, die Gefahren des Bruchs
des zerbrechlichen Bandes während
seiner Bearbeitung zu vermeiden und insbesondere Teile mit einer
präzisen
geometrischen und/oder komplizierten Form aus dem zerbrechlichen
dünnen
Band zu erhalten.
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Die
Erfindung ist in den Ansprüchen
1, 17 und 23 definiert.
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Vor
dem Schritt des Verfahrens, bei dem das dünne Band Beanspruchungen unterworfen
wird, wird wenigstens eine Fläche
des Bandes mit einer Überzugschicht
bedeckt, die wenigstens einen Polymerwerkstoff enthält, um auf
dem Band eine Klebeschicht mit einer Dicke im Bereich von 1 bis
100 μm zu
erhalten, die die Verformungs- und Brucheigenschaften des dünnen metallischen
Bandes modifiziert, und es wird der Schritt des Verfahrens, bei
dem das Band Beanspruchungen unterworfen wird, an dem mit der Überzugschicht
bedeckten Band ausgeführt.
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Um
die Erfindung leicht verständlich
werden zu lassen wird nun als Beispiel, wobei auf die im Anhang
beigefügten
Figuren Bezug genommen wird, die Ausführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung
bei der Herstellung von magnetischen Bauelementen durch Ausschneiden
bzw. Ausstanzen aus einem Band aus einer nanokristallinen magnetischen Legierung
beschrieben.
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1 ist
eine schematische Seitenansicht einer Anlage für die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
und gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 ist
eine schematische Seitenansicht einer Anlage für die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
und gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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3A, 3B, 3C sind
Perspektivansichten von Transformatorteilen, die durch ein Verfahren
gemäß der Erfindung
erhalten werden, das einen Schritt des Ausschneidens bzw. Ausstanzens aus
einem dünnen,
nanokristallinen magnetischen Band umfasst;
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4A, 4B und 4C sind
Perspektivansichten von Toroid-Magnetkernen, die durch ein Bearbeitungsverfahren
gemäß der Erfindung
erhalten werden, das einen Schritt des Ausschneidens bzw. Ausstanzens
umfasst;
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5 ist
eine Perspektivansicht einer Komponente einer elektrischen Schaltung,
die durch ein Verfahren zur Bearbeitung von dünnen nanokristallinen Bändern gemäß der Erfindung
erhalten wird;
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6A, 6B und 6C sind
schematische Ansichten, die drei aufeinander folgende Ausführungsphasen
eines Bearbeitungsverfahrens gemäß der Erfindung
zeigen, das einen chemischen Trennschritt umfasst;
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7 ist
eine Draufsicht, die eine Gesamtheit von Teilen zeigt, die durch
ein Verfahren gemäß der Erfindung
erhalten werden, das ein chemisches Trennen ausführt;
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8A, 8B, 8C, 8D und 8E sind
schematische Ansichten, die die aufeinander folgenden Phasen der
Ausführung
des Verfahrens der Erfindung für
die Herstellung eines Transformators zeigen, der in eine gedruckte
Schaltung integriert ist oder nicht.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung,
wie es in der Folge beschrieben wird, wird für die Herstellung von flachen
magnetischen Teilen aus einem magnetischen Werkstoff in nanokristalliner
Form verwendet.
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Der
magnetische Werkstoff ist ein weichmagnetischer Werkstoff, der im
All gemeinen aus einer Legierung gebildet ist, die hauptsächlich Eisen
oder gegebenenfalls ein Gemisch aus Eisen und einem ferromagnetischen
Metall, wie etwa Nickel und Kobalt, sowie Kupfer, Silicium, Bor
und ein Metall wie etwa Niobium enthält.
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Außerdem könnte der
magnetische Werkstoff auch Eisen, Zirkon und Bor sowie gegebenenfalls
Kupfer und Silicium enthalten.
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Die
magnetischen Legierungen, auf welche die Erfindung Anwendung findet,
sind folglich beispielsweise die Legierungen Fe-Cu-Nb-B-Si oder Fe-Zr-(Cu)-B-(Si) (die Klammern
um die Symbole Cu und Si geben an, dass diese Elemente eventuell
fehlen können).
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Selbstverständlich kann
die Erfindung auch auf andere magnetische Legierungen angewendet werden.
Beispielsweise ist eine Legierung auf Eisenbasis gewonnen worden,
die die folgende atomare Zusammensetzung aufweist: Fe73,5 Cu1 Nb3 Sil13,5 B9
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Die
tiefgesetzten Zahlen der Elemente der Legierung entsprechen den
prozentualen atomaren Anteilen dieser Elemente in der Legierung.
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Die
Eisenlegierung wird im flüssigen
Zustand über
einen gut Wärme
leitenden Zylinder gegossen, der wirksam gekühlt wird, um Bänder oder
Streifen im amorphen Zustand mit einer Dicke in der Größenordnung
von 20 μm
und einer Breite von mehr als 5 mm zu erhalten.
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Die
Bänder
oder Streifen im amorphen Zustand werden dann während einer Dauer in der Größenordnung
von einer Stunde einer Glühbehandlung bei
einer Temperatur nahe 550 °C
unterzogen, um eine Struktur mit feinen Kristallen oder eine nanokristalline
Struktur in einem großen
Volumenanteil des Bandes zu erhalten, beispielsweise eine Struktur,
die wenigstens zu 50 Vol.-% aus Körnern mit einer Größe von weniger
als 100 nm besteht.
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Die
Verarbeitung gemäß der Erfindung
wird ausgeführt,
um durch Schneiden bzw. Stanzen des Bandes magnetische Formteile
zu erhalten, wobei vermieden wird, dass das metallische Band während des
Schneidens bzw. Stanzen zer bricht. Das Verfahren gemäß der Erfindung
wird im Allgemeinen auf das Band im nanokristallinen Zustand angewendet. In
bestimmten Fällen
kann die Verarbeitung gemäß der Erfindung
an einem Band im amorphen Zustand ausgeführt werden, wobei dann eine
Wärmebehandlung
die Ausbildung der nanokristallinen Struktur ermöglicht.
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Das
im amorphen Zustand gewickelte Band kann in einen Wärmebehandlungsofen
eingebracht werden, derart, dass nach Abschluss der Wärmebehandlung
ein auf einen Dorn gewickeltes nanokristallines Band erhalten wird.
Diese Wärmebehandlung kann
unter Einwirkung eines Magnetfeldes erfolgen.
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Die
Bearbeitung gemäß der Erfindung
besteht darin, zunächst
eine Fläche
des Bandes aus einer nanokristallinen Legierung mit einer Überzugsschicht
zu bedecken, die ein Polymer enthält. Das Band, das auf einer
seiner Flächen
mit einer Werkstoffschicht, die ein Polymer einschließt, bedeckt
ist, kann gehandhabt werden, ohne dass eine Bruchgefahr besteht.
Das Band kann dann auf seiner zweiten Fläche mit einer Werkstoffschicht
bedeckt werden, die ein Polymer einschließt, und die beiden Schichten,
die das Band bedecken, werden durch Druckbeaufschlagung und/oder
durch eine Wärmebehandlung
auf den Flächen
des Bandes klebend gemacht.
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Es
ist dann möglich,
mehrere metallische Bänder,
die auf einer der Flächen
oder auf beiden Flächen
mit einer Schicht bedeckt sind, die ein Polymer einschließt, übereinander
zu legen und beispielsweise mittels Klebstoff, Druck oder Wärmebehandlung
zusammenzufügen,
um Schichtverbundprodukte zu erhalten, die mehrere übereinander
liegende metallische Schichten umfassen, die durch einen Polymerwerkstoff
einschließende
Schichten voneinander getrennt sind.
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Die
Bearbeitung gemäß der Erfindung
umfasst einen zusätzlichen
Arbeitsgang, beispielsweise zur spanenden oder spanlosen Formgebung
des metallischen Bandes, das auf seinen beiden Flächen mit einem Überzug versehen
ist, oder des Schichtverbundbandes, um beispielsweise durch Schneiden des
Bandes Formteile zu erhalten.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, wird in einer ersten Ausführungsform
des Bear beitungsverfahrens gemäß der Erfindung
die Beschichtung eines nanokristallinen Bandes 1 auf einer
ersten und auf einer zweiten Fläche
nacheinander mit einem Klebstoff verwirklicht, der aus einer im
Voraus mit Klebstoff beschichteten Kunststoffschicht gebildet ist.
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Das
Band 1 aus der nanokristallinen Legierung wird auf einen
Dorn 2 gewickelt, der einen Krümmungsradius aufweist, der
ausreichend ist, um eine Verformung oder eine übermäßige Beanspruchung des Bandes 1 zu
vermeiden. Das Wickeln auf den Dorn 2 ist mit einem gegossenen
und abgekühlten
Band im amorphen Zustand ausgeführt
worden, das anschließend
bei ungefähr
550 °C in
dem auf den Dorn gewickelten Zustand wärmebehandelt worden ist.
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Zunächst wird
das Kleben eines im Voraus mit Klebstoff beschichteten Bandes aus
Polymerwerkstoff 3 auf eine erste Fläche des auf den Dorn 2 gewickelten
Bandes 1 ausgeführt.
Das im Voraus mit Klebstoff beschichtete Band 3 aus Polymerwerkstoff wird
von einer Spule abgerollt, dann aufgebracht und mit einer Andruckrolle,
die gegenüber
dem Wickelkern angeordnet ist, der aus dem auf den Dorn 2 gewickelten
Band aus der nanokristallinen Legierung 1 gebildet wird,
gegen das Band 1 aus der nanokristallinen Legierung gepresst.
Auf diese Weise wird das Band 3 genau an der Stelle mit
der Oberseite des Bandes 1 aus der nanokristallinen Legierung
in Kontakt gebracht und angeklebt, an der das Band 1 von der
Spule abläuft.
Auf diese Weise wird jede Handhabung eines Teilstücks des
nicht mit einer im Voraus mit Klebstoff versehenen Kunststoffschicht
bedeckten Bandes 1 vermieden.
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Das
an seiner Oberseite von dem Band 3 aus Polymerwerkstoff
bedeckte Band 1 aus einer nanokristallinen Legierung wird
an seiner Unterseite mit einem zweiten im Voraus mit Klebstoff beschichteten Band 3' aus Polymerwerkstoff,
das in Form einer Spule gewickelt ist, in Kontakt gebracht. Zwei
einander gegenüberliegende
Andruckrollen 4 und 4' ermöglichen, einen Druck auf das
von den Bändern 3 und 3' aus Polymerwerkstoff
bedeckte Band 1 auszuüben.
Der von den Andruckrollen 4 und 4' ausgeübte Druck ermöglicht,
ein gutes Haften der Bänder 3 und 3' auf den Flächen des
Bandes 1 aus einer nanokristallinen Legierung zu erzielen.
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Um
das Haften der Bänder 3 und 3' auf den Flächen des
Bandes 1 aus einer nanokristallinen Legierung weiter zu
verbessern, kann das Schichtband, das aus dem von den Schichten 3 und 3' bedeckten Band 1 gebildet
ist, in eine Wärmebehandlungsanlage 5 überführt werden,
in deren Innenraum der Klebstoff der Bänder 3 und 3' vernetzt wird,
wodurch die Qualität
der Klebung verbessert wird.
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Am
Ausgang der Wärmebehandlungsanlage 5 bildet
das Band 1, das mit den Überzugschichten 3 und 3' fest verbunden
ist, ein Schichtband 6, dessen Verformungs- und Bruchverhalten
von dem Verhalten des Bandes 1 aus einer nanokristallinen
Legierung, das im Wesentlichen zerbrechlich ist, grundlegend verschieden
ist. Das Schichtband 6 zeigt sich nicht länger zerbrechlich,
wobei sein Bruchverhalten vom Sprödbruchverhalten des Bandes 1 völlig verschieden
ist. Deshalb kann das Band 6, das nach Abschluss der ersten
Phase des Bearbeitungsverfahrens gemäß der Erfindung erhalten wird,
einer Scherbeanspruchung unterworfen werden, wie etwa jener, die
bei einem Verfahren zum mechanischen Schneiden des Bandes auftritt.
Folglich können
durch Schneiden des Bandes 6 Formteile erhalten werden, ohne
dass die Gefahr des Bruchs des Bandes 1 aus einer nanokristallinen
Legierung, das mit seinen beiden Flächen an Überzugbändern 3 und 3' aus Polymerwerkstoff
befestigt ist, besteht.
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Um
magnetische Teile mit zufrieden stellenden Eigenschaften zu erhalten
ist es erforderlich, dass die Bänder
mit nanokristalliner Struktur schwache innere Spannungen aufweisen,
wobei diese Spannungen auf einem Niveau sind, das so niedrig wie
möglich
ist. Dieses Ergebnis kann erzielt werden, indem die Wärmebehandlung
der amorphen Bänder auf
einem Dorn oder einem Kern mit einem großen Krümmungsradius ausgeführt wird,
wie weiter oben beschrieben worden ist, oder indem ein Ofen für die Wärmebehandlung
des nicht gewickelten Bandes in seinem spannungsfreien Zustand,
beispielsweise ein Ofen, der die Behandlung des flach auf einem
Träger liegenden
Bandes ermöglicht,
verwendet wird. Die Arbeitsgänge,
die an dem von zwei Klebeschichten aus Polymer bedeckten nanokristallinen
Band ausgeführt
werden, erzeugen praktisch keine Spannungen in dem nanokristallinen
Band, selbst wenn diese Arbeitsgänge
in großen äußeren Spannungen,
wie etwa Scherspannungen, zum Ausdruck kommen.
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Die
im Voraus mit Klebstoff versehenen Schichten 3, 3' aus Polymerwerkstoff
die verwendet werden, um die beiden Flächen des Bandes 1 zu
bedecken, können
aus einer Schicht aus einem Polymerwerkstoff wie etwa Polyester,
Polytetrafluorethylen (PTFE) oder einem Polyimid gebildet sein,
wobei die Schicht, der eine Schicht aus einem selbstklebenden Werkstoff
zugeordnet ist, ermöglicht,
die Schicht auf das Band zu kleben. Verschiedene selbstklebende
Werkstoffe können
im Inneren einer Wärmebehandlungsanlage,
wie etwa der Anlage 5, die in 1 gezeigt
ist, vernetzt werden.
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Es
ist möglich,
dann aus den Schichtbändern 6,
die ein nanokristallines Band umfassen, das an seinen beiden Flächen mit
Bändern
aus Polymerwerkstoff bedeckt ist, einen Schichtverbundwerkstoff herzustellen,
der mehrere Schichtbänder 6 umfasst, die übereinander
gelegt und durch Druck und/oder Wärmebehandlung miteinander verklebt
worden sind. Insbesondere können
derartige Verbundstoffe aus Schichtbändern 6 erhalten werden,
die aus dem nanokristallinen Band 1 gebildet sind, das
an seinen beiden Flächen
oder an einer einzigen Fläche
mit doppelseitigen Polymerbändern,
d. h. Bändern,
die an ihren beiden Flächen
selbstklebende Schichten haben, bedeckt ist.
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Dadurch,
dass die erhaltenen Schicht- oder Verbundbänder nicht mehr der Gefahr
des Sprödbruchs
beim Schneiden bzw. Stanzen der Teile unterliegen, können aus
diesen Schicht- oder Verbundbändern
alle möglichen
magnetischen Teile, beispielsweise in U- oder E-Form oder auch alle
magnetischen Teile komplizierter Form, die in der Uhrenindustrie
verwendet werden, hergestellt werden, wie noch genauer erläutert wird.
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Die
Schichten aus Polymerwerkstoff die verwendet werden, um das nanokristalline
Band zu bedecken, sind derart ausgewählt, das eine Verschlechterung
der Magneteigenschaften der nanokristallinen Bänder durch die Spannungen,
die beim Kleben des Bandes aus Polymer auf das nanokristalline Band
oder bei dem Arbeitsgang der Vernetzung der Polymere in Kontakt
mit dem nanokristallinen Band hervorgerufen werden, vermieden wird.
Im Allgemeinen wird vermieden, das Band während der Klebe- oder Vernetzungsphase
unter eine starke Zug- oder Druckspannung zu setzen.
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In
bestimmten Fällen
können
jedoch die Magneteigenschaften des Schicht stoffs oder Verbundwerkstoffs,
der wenigstens ein nanokristallines Band umfasst, eingestellt werden,
indem die Eigenschaften der Magnetostriktion des nanokristallinen
Bandes oder der nanokristallinen Bänder genutzt werden und indem
die nanokristallinen Bänder
mittels der Schichten auf Polymerbasis bestimmten Spannungen ausgesetzt
werden.
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Bei
bestimmten Anwendungen, beispielsweise im Fall von Komponenten,
die für
die Herstellung von Energietransformationssystemen bestimmt sind, müssen die
magnetischen Bauelemente, die durch das Verfahren der Erfindung
erhalten werden, einer verhältnismäßig hohen
Temperatur, beispielsweise einer Temperatur von 150 °C, standhalten
können.
In diesem Fall müssen
die Polymere, die die Überzugsschichten
des nanokristallinen Bandes bilden, die auf den magnetischen Bauelementen,
die nach dem Schneiden bzw. Stanzen erhalten werden, befestigt bleiben,
selbstverständlich
die Gebrauchstemperatur der magnetischen Teile aushalten.
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Anstelle
von selbstklebenden, im Voraus mit Klebstoff beschichteten Überzugbändern aus
Polymerwerkstoff kann als Überzugsschicht
für die
nanokristallinen Bänder
eine wärmeschmelzbare
Polymerschicht verwendet werden, die nur bei einer Wärmebehandlung
klebfähig
wird. Eine derartige wärmeschmelzbare
Schicht wird auf Grund der Tatsache, dass ihr wärmeschmelzbarer Teil bei Raumtemperatur
nicht klebend ist, als "non
tacky" bezeichnet.
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In 2 ist
eine Phase der Bearbeitung gemäß der Erfindung
gezeigt, in deren Verlauf ein schneidbarer Verbundstoff hergestellt
wird, der aus nanokristallinen Bändern
und Überzugsschichten aus
Polymerwerkstoff gebildet ist, die nach Abschluss einer Wärmebehandlung
durch einen wärmeschmelzenden
Stoff miteinander verbunden sind.
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Es
werden wie zuvor Bänder
aus einer nanokristallinen Legierung verwendet, die im Allgemeinen in
Form von Spulen gewickelt sind und die durch Bearbeiten einer Spule
aus der Legierung im amorphen Zustand erhalten werden. Jedes der
für die
Herstellung des Verbundstoffs verwendeten Bänder aus einer nanokristallinen
Legierung ist auf seiner Oberseite und auf seiner Unterseite mit
einer im Voraus mit Klebstoff beschichteten, wärmeschmelzenden Poly merschicht
bedeckt. Auf diese Weise werden mehrere, beispielsweise drei, Schichtbänder 7a, 7b, 7c verwirklicht,
die jeweils ein Band aus einer nanokristallinen Legierung umfassen,
das zwischen zwei Polymerschichten angeordnet ist. Die Bänder 7a, 7b und 7c werden
dazu gebracht, den Innenraum einer Heizkammer 8 mit einer
Temperatur unterhalb von 400 °C zu
durchlaufen, was ermöglicht,
die Temperatur der wärmeschmelzbaren
Schichten der Überzugsschichten
der Schichtbänder 7a, 7b, 7c über die
Schmelztemperatur der wärmeschmelzbaren
Schicht zu bringen und durch Kontakt zu kleben. Das Kleben der Bänder 7a, 7b und 7c erfolgt
zwischen zwei Andruckrollen 9a und 9b. Nach dem
Abkühlen
in einer Abkühlungskammer 10 wird
ein Verbundstoffband 11 erhalten, das in die Form der magnetischen
Formteile geschnitten werden kann.
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Die
wärmeschmelzbaren
Schichten, die die Adhäsion
der Überzugsschichten
ermöglichen,
können
aus einem der folgenden Polymere gebildet sein: Polyethylen, das
(durch Acrylsäure
oder Maleinanhydrid oder andere Stoffe) modifiziert worden ist,
aufpolymerisiertes Polypropylen, Polyamid, Polyurethan.
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Die
Eigenschaften des Schichtverbundwerkstoffs 11, der durch
das Bearbeitungsverfahren gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung erhalten wird, ermöglichen
das Schneiden bzw. Stanzen ohne Bruch und ohne Ausbildung von unerwünschten
Spannungen in den Bändern
aus nanokristallinem Werkstoff.
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Bei
allen oben in Betracht gezogenen Fällen wird ein Schicht- oder
Verbundband erhalten, das ein oder mehrere nanokristalline Bänder umfasst,
wobei jedes nanokristalline Band auf einer Fläche oder auf seinen beiden
Flächen
mit einer Polymerschicht bedeckt ist. Deshalb ist es möglich, die
magnetischen Teile aus den Schicht- oder Verbundbändern zu schneiden
bzw. zu stanzen, ohne dass die Gefahr des Bruchs der nanokristallinen
Bänder
besteht.
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In
dem Fall, in dem magnetische Bauelemente vom Toroidtyp mit einer
in einer Ebene liegenden Magnetisierung, d. h. mit einem Verhältnis Br/Bs, das sehr viel
kleiner als 1 ist, hergestellt werden sollen, wird das
Schneiden der Teile so ausgeführt
werden, dass in den geschnittenen Verbundteilen Bruchgrenzflächen erzeugt
werden. Diese Bruchgrenzflächen
können
durch einen Schlag zum Zeitpunkt des Schneidens realisiert werden.
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In 3A, 3B und 3C sind
Beispiele für
Teile dargestellt, die durch Schneiden bzw. Stanzen von Bändern aus
Schichtverbundwerkstoff, die durch Übereinanderlagern und Verbinden
von Schichtbändern,
die jeweils aus einem nanokristallinen Band gebildet sind, das mit
einer Schicht oder mit zwei Schichten aus Polymerwerkstoff, die
an den Flächen
des nanokristallinen Bandes kleben, bedeckt ist, gebildet sind.
Der Schichtverbundwerkstoff kann aus mehreren übereinander liegenden und miteinander
verbundenen Schichtbändern
gebildet sein, wobei diese Anzahl der übereinander liegenden Bänder beispielsweise
gleich drei oder größer sein
kann.
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Beispielsweise
weist im Fall von nanokristallinen Bändern mit einer Dicke von 20 μm, die auf
ihren beiden Flächen
mit Schichten aus Polymerwerkstoff mit einer Dicke von 5 μm bedeckt
sind, eine Stapelung von drei übereinander
liegenden Schichtbändern
eine Dicke von 80 μm,
d. h. 0,08 mm auf.
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Selbstverständlich können magnetische
Teile durch Schneiden bzw. Stanzen dickerer Schichtverbundbänder, beispielsweise
mit einer Dicke von 1 mm oder mehr, hergestellt werden.
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Es
ist möglich,
aus einem solchen Schichtverbundwerkstoff Transformatorteile in
E-, I- oder U-Form herzustellen, wie in den 3A, 3B bzw. 3C zu
sehen ist, die ein Transformatorteil 26a in E-Form, ein
Transformatorteil 26b in I-Form und ein Teil 26c in
U-Form zeigen.
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Derartige
Transformatorteile weisen dadurch, dass sie aus nanokristallinen
Legierungsschichten gebildet sind, sehr gute Magneteigenschaften
und dadurch, dass die nanokristallinen Legierungsfolien durch Schichten
aus Kunststoff geschützt
sind, die auf der gesamten Oberfläche haften, sehr gute mechanische
Eigenschaften auf. Außerdem
ist, wie weiter oben angegeben worden ist, während des Schneidens der Schichtverbundprodukte die
Bruchgefahr der nanokristallinen Bänder sehr viel geringer.
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Das
Schneiden der Teile, wie sie in 6A, 6B und 6C gezeigt
sind, kann mit jedem Verfahren zum mechanischen Schneiden bzw. Stanzen
der Formteile, beispielsweise durch einen Schlag auf eine Stanzeinrichtung,
durchgeführt
werden.
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Die
Schichtstruktur der erhaltenen Teile ist außerdem günstig für die Begrenzung der Wirbelstromverluste
in diesen Teilen, wenn sie als Transformatorteile verwendet werden.
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Außerdem ist
es möglich,
Teile zu verwenden, die gemäß dem Verfahren
der Erfindung aus Schichtverbundwerkstoffen ausgeschnitten sind
und als Toroidkerne gebraucht werden könnten.
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Wie
aus 4A und 4B ersichtlich
ist, können
ausgeschnittene Toroide 27 in Form eine runden Scheibe
hergestellt werden, wie in 4a gezeigt
ist, oder in Form von Rahmen 27b mit einem quadratischen
oder rechteckigen Ausschnitt, der sich selbstverständlich in
ihrer Mitte befindet, wie in 4B gezeigt
ist.
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Außerdem können, wie
in 4C gezeigt ist, Toroide 27c mit Luftspalt
hergestellt werden, die die Form von runden geschichteten Scheiben
haben, die einen radialen Schlitz 27'c aufweisen, der einen Luftspalt
bildet. Sowohl das Schneiden bzw. Stanzen der runden Scheiben 27c als
auch die Verwirklichung des Schlitzes 27'c können ohne Bruchgefahr für die nanokristallinen
Bänder,
die das Schichtverbundprodukt bilden, bewerkstelligt werden. Auf
diese Weise werden geschnittene Toroide erhalten, die sehr kleine
Abmessungen haben können.
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Im
Allgemeinen können
die erhaltenen Teile, wie sie sie in 3A bis 3C und 4A bis 4C gezeigt
sind, Teile kleiner oder sehr kleiner Abmessungen sein, die außerdem eine
flache Form und eine sehr geringe Dicke aufweisen.
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Zudem
ist es möglich,
mit dem Verfahren der Erfindung Teile für miniaturisierte Magnetkreise
herzustellen, beispielsweise um Rotoren oder Statoren von Zeitmessgeräten zu verwirklichen.
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Außerdem ist
es möglich,
Teile für
Rotoren oder Statoren von Motoren herzustellen, insbesondere von
Elektromotoren mit sehr kleinen Abmessungen.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
kann auch benutzt werden, um Antidiebstahletiketten aus einem Werkstoff
mit hoher Permeabilität
herzustellen, deren Anwesenheit an einem Artikel oder Gegenstand
bei einem Vorbeibewegen des Gegenstandes in einer Schleife einer
stromdurchflossenen Schaltung erfasst werden kann. Das Vorbeibewegen des
Gegenstandes, der das Antidiebstahletikett trägt, wird dann über die Änderung
des in der Schleife induzierten Stroms erfasst.
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Wie
in 5 zu sehen ist, können mit dem Verfahren gemäß der Erfindung
auch dünne
Induktivitäten
oder Transformatoren 28 verwirklicht werden, die eine Dicke
haben, die beispielsweise in der Größenordnung von einem Millimeter
sein kann, was die Montage dieser dünnen Induktivitäten oder
Transformatoren gegen eine Oberfläche einer Vorrichtung ermöglicht.
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Ein
Schichtverbundband, das geschichtet übereinander liegende Schichten
umfasst, die jeweils aus einem nanokristallinen Band gebildet sind,
das von Schichten aus Polymerwerkstoff umgeben ist, wird beispielsweise
in die Form von Rechtecken 28 geschnitten, in denen Öffnungen,
beispielsweise mit einem quadratischen Querschnitt, freigearbeitet
werden. Aus dem erhaltenen Teil können durch Aufwickeln von Leitungsdraht 28' der Primärteil und
der Sekundärteil
eines Transformators hergestellt werden.
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Bei
allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung erfolgt das Schneiden bzw. Stanzen der magnetischen
Teile aus den Schichtbändern
oder aus den Schichtverbundstoffen durch ein mechanisches Verfahren.
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Wie
in 6A bis 6C und 7 gezeigt ist,
ist es auch möglich,
magnetische Teile komplizierter Form aus dünnen Bändern aus einer nanokristallinen
Legierung durch ein chemisches Trennverfahren herzustellen.
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Wie
in 6A gezeigt ist, wird zunächst ein Schichtstoff 29 aus
einem Band 30 aus einer nanokristallinen Legierung, das
auf einer seiner Flächen mit
einem Band 31 aus Polymerwerkstoff beschichtet ist, dessen
Verbindung mit dem Band 30 durch ein Verfahren, wie es
weiter oben beschrieben worden ist, gewährleistet ist, hergestellt.
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Wie
in 6B gezeigt ist, wird anschließend das Schichtband 39 mit
einer Schicht 32 aus einem lichtempfindlichen Harz bedeckt,
und durch eine Abschirmung 33 entsprechender Form wird
durch Lichtstrahlen 34 eine Belichtung der Schicht aus
lichtempfindlichem Harz 32, die auf die Außenseite
des Bandes aus der nanokristallinen Legierung des Schichtstoffs 29 aufgebracht
ist, bewerkstelligt.
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Wie
in 6C zu sehen ist, werden anschließend von
der teilweise belichteten lichtempfindliche Harzschicht 32 entweder
die belichteten Teile 32' oder
die durch die Abschirmung 33 verdeckten und nicht belichteten
Teile 32" mit
Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels
entfernt. Beispielsweise kann das verwendete Lösungsmittel in dem Fall, in
dem die lichtempfindliche Schicht aus modifiziertem Casein gebildet
ist, Wasser sein.
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Das
Trennen der Teile entsprechend den nicht von der Schicht 32 bedeckten
Teilen erfolgt mittels einer Technik, die dem Ätzen ähnlich ist, wobei eine angreifende
Substanz wie etwa eine Säure
oder Eisen(III)-chlorid verwendet wird.
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Wie
in 7 gezeigt ist, werden magnetische Teile 35 erhalten,
die auf dem Trägerband 31 aus
Polymerwerkstoff des Schichtstoffs 29 kleben. Auf diese
Weise werden ohne Bruchgefahr Teile mit einem eigenen Schutz erhalten,
die am Ausgang der Fertigungslinie verpackt werden.
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Aus
den auf diese Weise erhaltenen Teilen kann, wie in 8A bis 8E gezeigt
ist, die Herstellung eines Transformators, der in eine gedruckte Schaltung
integriert ist, oder eines diskreten Transformators durch ein Verfahren
gemäß der Erfindung verwirklicht
werden.
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In
einem ersten Schritt wird ein Schichtstoff 36 hergestellt
(8), der aus einem Band 36a aus einer
nanokristallinen Legierung und aus einem Film 36b aus Polymerwerkstoff,
der auf einer der Flächen des
Bandes 36a haftet, gebildet ist. Beispielsweise wird mit
dem weiter oben anhand 6A, 6B, 6C und 10 beschriebenen
Verfahren ein Produkt 38 hergestellt, das den Kunststofffilm 36b als
Substrat und dünne,
aufeinander folgende Magnetkreise 37 aus einer nanokristallinen
Legierung, beispielsweise in Form von rechteckigen Rahmen, die auf dem
Substrat haften (8B), umfasst.
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Das
Produkt 38 wird in Teilstücke geschnitten, die jeweils
einen dünnen
Magnetkreis 37 umfassen, der auf einem Teilstück des Substrats
befestigt ist. Die geschnittenen Teilstücke 39 (8C)
werden übereinander
gestapelt, derart, dass die Magnetkreise 37 exakt übereinander
liegen und durch die Substratschichten 36b aus Kunststoff
voneinander getrennt sind. Das Aneinanderhaften der übereinander liegenden
Schichten 36b wird beispielsweise durch Erwärmen und
Druckbeaufschlagen bewerkstelligt, um ein Verbund-Schichtprodukt 40 (8)
zu erhalten. Wie in 8D gezeigt ist, wird das Durchbohren der übereinander
liegenden Kunststofffilme 36b in Zonen ausgeführt, die
sich innerhalb und außerhalb der übereinander
liegenden Magnetkreise 37 befinden, um mehrere Öffnungen 41 zu
erhalten, die den geschichteten Verbundstoff 40 durchqueren.
Anschließend
werden die Öffnungen 41 innen
metallisiert, um zusammenhängende
leitende Zonen zwischen den beiden Flächen des Schicht-Verbundstoffs 40,
an denen die Öffnungen
münden,
zu schaffen.
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Anschließend (8E)
werden auf den beiden Flächen
des Schichtverbundstoffs 40 beispielsweise durch Chemographie
elektrische Leiter wie etwa 42 und 43, welche
die Enden einer ersten Gesamtheit von Öffnungen 41 in jeder
der Flächen
des Schichtverbundstoffs 40 bzw. einer zweiten Gesamtheit
von Öffnungen 41 verbinden,
geschaffen.
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Die
Leiter 42 und 43 sowie die metallisierten Öffnungen 41,
mit denen sie verbunden sind, bilden die Primär- und Sekundärwicklung
des Transformators 44, der in einer gedruckten Schaltung
verwendet werden kann.
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Mit
diesem Verfahren könnten
weitere Bauelemente, wie etwa Induktivitäten, die dafür bestimmt sind,
in eine gedruckte Schaltung eingefügt zu werden oder in einer
gedruckten Schaltung zwischengeschaltet zu werden und wenigstens
eine Windung umfassen, verwirklicht werden.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ermöglicht,
magnetische Teile mit komplizierten Formen aus einer nanokristallinen
Legierung zu erhalten, was bisher nicht möglich war, da die einzigen
Teile aus einer nanokristallinen Legierung, die erhalten werden konnten,
aus einem gewickelten Band gebildete Toroidkerne waren.
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Außerdem können Bänder aus
einer nanokristallinen Legierung erhalten werden, die infolge der
Beschichtung einer Fläche
eines Bandes aus einer nanokristallinen Legierung mit einem Überzug oder
einem Film, der wenigstens einen Kunststoff einschließt, nicht
zerbrechlich sind.
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Im
Rahmen einer Bearbeitung gemäß der Erfindung
können
diese Bänder
auf verschiedene Art und Weise gehandhabt und gebraucht werden und beispielsweise
in Form von Bändern
mit einer Breite geschlitzt werden, die kleiner als die Breite des
nanokristallinen Bandes ist, das in amorpher Form gegossen und wärmebehandelt
wird.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ermöglicht,
die Bruchgefahr von dünnen
Bändern
aus einer nanokristallinen Legierung während der Formgebung magnetischer
Teile, beispielsweise durch Schneiden oder Bohren, zu vermeiden.
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Die
Erfindung beschränkt
sich nicht nur auf die weiter oben beschriebenen Ausführungsformen.
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So
kann der Überzug
des zerbrechlichen, dünnen
metallischen Bandes mittels einer Überzugsschicht, die einen Polymerwerkstoff
einschließt,
auf eine andere Art und Weise als weiter oben beschrieben verwirklicht
werden.
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Die
Erfindung ist auch nicht auf die Art und die Zusammensetzung der
während
der ersten Phase des Verfahrens gemäß der Erfindung auf den dünnen metallischen
Bändern
verwirklichten Schichten beschränkt.
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Außerdem ist
die Erfindung nicht auf den Fall beschränkt, in dem ein Schneiden der
Bänder
in einem zweiten Schritt des Verfahrens ausgeführt wird, sondern findet auf
alle Fälle
Anwendung, in denen eine Handhabung oder eine Formgebung von zerbrechlichen,
dünnen
metallischen Bändern
erfolgt, wobei diese Handhabung oder Formgebung die Entstehung von
Spannungen in dem zerbrechlichen Band zur Folge hat.
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Die
Erfindung kann in verschiedenen Bereichen der Herstellung von magnetischen
Teilen Anwendung finden.