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Isoliertes, ferromagnetisches, feinkörniges Pulver für Massekerne,
dessen Einzelteilchen mit einer Isolationsmasse überzogen sind, welche aus einem
Bindemittel mit Asbestpulver als Beimengung besteht Die Erfindung betrifft ein isoliertes,
ferromagnetisches, feinkörniges Pulver für Massekerne, dessen Einzelteilchen mit
einer Isolationsmasse überzogen sind, welche aus einem Bindemittel *mit feinst zerkleinerten
Beimengungen besteht, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Pulvers. Die aus
dem Pulver hergestellten Massekerne finden Verwendung für Induktionsspulen, Pupinspulen
und aridere elektrische Apparate.
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Das mit Hilfe .des neuen Verfahrens gewonnene Pulver besitzt verschiedene
fortschrittliche Eigenschaften, welche es für den genannten Bestimmungszweck besonders
geeignet machen.
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Gemäß neuzeitlicheren Erkenntnissen darf die Korngröße des Metallpulvers
unter Voraussetzung einer kugeligen Form wegen der Wirbelstrombildung keinen .größeren
Durchmesser als o,2 mm besitzen. Die Erfindung ist daher auf Pulverteilchen abgestellt,
deren Volumen nicht größer als das einer Kugel von o,2 mm ist, meist jedoch wesentlich
unter dieser Grenze bis herab zu einigen tausendstel Millimetern liegt.
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Die Bedingungen für eine gute Isolation liegen aber gerade bei kleinen
und kleinsten Pulverteilchen besonders schwierig, zumal die Zahl der Isolationsstellen
hierbei stark ansteigt, andererseits aber die Gesamtmenge des Isolationsmittels
nur einen kleinenBruchteil des ferromagnetischen Pulvers ausmachen darf. Es sind
deshalb Schwierigkeiten zu überwinden, welche bei groben Teilen, z. B. Schrott,
Graneln o. dgl., überhaupt nicht auftreten.
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Das Pulver gemäß der Erfindung läßt sich, ohne daß die Isolation darunter
leidet, mit sehr hohen Drücken, etwa 2o- bis 25 ooo kg per Quadratzentimeter, zusammenpressen;
auch wenn die ferromagnetische Substanz sehr hart ist und die Metallpulverteilchen
an sich nur in begrenztem Ausmaß gerundet oder geglättet sind.
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Dabei kann ferner die Stärke der Isolationsschicht auf den einzelnen
Pulverteilchen außerordentlich dünn bemessen werden, so daß dieselbe, auf das Volumen
des ferromagnetischen Materials bezogen, nur etwa 5 bis 8 Prozent oder noch darunter
beträgt. Das Pulver ist daher zur Erzeugung von Kernen geeignet, welche bei Verwendung
von reinem Eisenpulver und bei einer neuzeitlichen Ansprüchen entsprechenden Isolation
ein spezifisches Gewicht von über 7 aufweisen. Bei Verwendung von Eisennickellegierungen
kann dieses, entsprechend dem höheren spezifischen Gewicht :des Nickels, noch höher
liegen.
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Neuere Forschungen haben ergeben, daß die erzielbaren Hysteresewerte
in einem gewissen Zusammenhang mit der Größe der auftretenden Wirbelstromverluste
stehen. Dementsprechend gestattet .das neue Pulver auch die Herstellung hystereseschwacher
Kerne.
Man hat bereits eine ganze Reihe von Vorschlägen zur Isolierung
ferromagnetischer Pulver für die Erzeugung von Pupinspulenkernen gemacht.
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Die bekannteste Methode besteht in der Überziehung der Pulver mit
Harzen. Die damit hergestellten Isolationen erfordern jedoch bei höheren Drucken
eine besonders geglättete Oberflächenbeschaffenheit des Metallpulvers. Durch die
geringe Druckfestigkeit dieser Harze-besteht außerdem die Gefahr, daß diese im Preßgang
fortgedrückt werden. Anderp Vorschläge gingen .deshalb dahin, widerstandsfähige
Trockensubstanzen als Isolation zu verwenden, z. B. Glas, Glimmer, Tonerde u.,dgl.
in feingemahlenem Zustande. Jedoch gelangte man auf diesem Wege nicht zu befriedigenden
Resultaten. Auch gelang es nicht, Isolationsschichten in der gewünschten Feinheit
zu erzeugen. Gleichzeitig traten auch unerwünschte Verschiebungen ,der Isolationsmasse
im Kern auf, wodurch die Isolation beeinträchtigt wurde. Auch Gemische flüssiger
Isolationsmittel mit fein gepulverten festen Isolationsmitteln, z. B. Wasserglas
mit Asbestpulver, wurden bereits vorgeschlagen, jedoch ohne daß damit besondere
Erfolge erzielt wurden.
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Zu- den angegebenen Fortschritten .gelangt man jedoch dadurch, daß
als feinst zerkleinerte Beimengung zu dem Bindemittel der Isolationsmasse erfindungsgemäß
Asbestteilchen, welche die Gestalt von feinen Fasern, Fäden besitzen, deren Dicke
weniger als 1/ ... mm beträgt, .dienen. Durch geeignete sorgfältige Vermahlung
gelingt es nämlich, Asbest in diesen Zustand außerordentlicher Feinheit auch auf
großfabrikatorischem Wege zu bringen. - Die erzielbare Größenordnung der Asbestteilchen
liegt zwischen einigen zehntausendstel bis einem hunderttausendstel Millimeter.
Dabei ist man auch noch in der Lage, diesen Asbestteilchen eine gestreckte, also
fadenförmige Form zu erteilen, welche für die gute Isolation der kleinen Pulverteilchen
wesentlich ist.
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Die Feinheit der Asbestteilchen wählt man entsprechend der Größenordnung.
der zu verarbeitenden Metallpulverteilchen. Gröbere Metallteilchen bedingen eine
geringere Anzahl von Isolationsstellen. Infolgedessen kann man ohne Steigerung der
Gesamtmenge ,des Isolationsmittels die Dicke der einzelnen Isolationsschichten etwas
stärker bemessen innerhalb der angegebenen Grenze. Die Benutzung von Asbestfäden,
welche dicker sind als ein tausendstel Millimeter, beeinträchtigt die Wirkungsweise,
zumal mit einer Übereinanderlagerung einzelner Teilchen zu rechnen ist. Hingegen
geniigt es, wenn die Dicke bzw. der mittlere Durchmesser der Asbestfäden die genannte
außerordentliche Feinheit besitzt.
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Die dünnen Asbestfädchen besitzen die Eigenschaft der Biegsamkeit,
so daß sie sich willig an .die Konturen des ferromagnetischen Pulvers anschmiegen
und fest daran haften.
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Die Asbestfädchen sind, da sie einen großen Prozentsatz Kieselsäure
enthalten, gegenüber Druckbeanspruchungen sehr widerstandsfähig, was sich beim Pressen
des Pulvers, zu Kernen vorteilhaft geltend macht. Sie halten daher einen sehr hohen
Druck aus, ehe sie zerquetscht werden. Alsdann ist aber bereits der Preßling so
dicht geworden, daß keine hinreichend großen Lücken mehr vorhanden sind., in welche
der .Asbest hineingedrückt .werden könnte. Das Auftreten dieser Erscheinung ist
jedoch auch nur dann möglich, wenn die Isolierschichten bereits von vornherein außerordentlich
dünn sind.
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Um nun ferner zu verhindern, daß die feinen Asbestfäden sich von vornherein
zwischen den Lücken der Eisenpulverteilchen, die ja wesentlich .größer sind, sammeln
oder in :diese bei Beginn der Pressung hineingeschoben werden, werden erstere mit
Hilfe von Bindemitteln, Klebemitteln o. dgl. an dem ferrornagnetischen Pulver vor
Beginn der Pressung gehaltert. Durch Auftrocknen, Erstarrenlassen o. dgl. sorgt
man zweckmäßig' für das Festwerden des Bindemittels.
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Als Bindemittel können Lösungen verschiedener Art, z. B. Borax, Harze
u. ,dgl., Verwendung finden. Auch wässerige Lösungen können benutzt wenden, da die
Bildung einer anhaftenden dünnen Oxydhaut auf dem ferromagnetischen Pulver nur zur
Erhöhung der Isolation beiträgt. Im allgemeinen empfiehlt es sich, als Bindemittel
eine isolierende Substanz zu verweruden.
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Die Benutzung von Borax und anderen salzartigen Substanzen, z. B.
Kaliumsilikat, auch .in wässeriger Lösung zum Isolieren ist bereits bekannt. Die
Erzeugung einer fortschrittliche Ansprüche erfüllenden Isolation gelingt jedoch
erst durch die gleichzeitige Benutzung des außerordentlich feinen Asbestfädchens
nach dem Verfahren gemäß der Erfindung. Erst dadurch wird,die Ausnutzung der an
sich vorteilhaften Eigenschaften dieser salzartigen Isolationsmittel ermöglicht.
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Unter dem Einffuß eines flüssigen Bindemittels lagern sich die außerordentlich
feinen Asbestfäden willig an die ferromagnetischen Pulverteilchen.an. Innfolge der
Kleinheit der Teilchen spielen hierbei bereits kapillare' und Oberflächenkräfte
eine bemerkenswerte Rolle.
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Unter dem Einfluß der hohen, hier zur Anwendung kommenden Preßdrucke
zeigt das Pulver beim Pressen im allgemeinen die
Tendenz, senkrecht
zum Preßdruck Fließbewegungen bzw. Verschiebungen auszuführen. Man erhält daher
vielfach an den Begrenzungsflächen der Kerne eine schlechtere Isolation als mitten
im Querschnitt.
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Die gemäß dem beschriebenen Verfahren ausgewählte Isolation hemmt
infolge ihrer großen Widerstandsfähigkeit derartige Bewegungen und mindert dadurch
die .durch diese erzeugten schädlichen Erscheinungen.
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Besonders vorteilhaft tritt dies in Erscheinung bei Verarbeitung von
ferromagnetischem Pulver, dessen einzelne Teilchen die Gestalt dünner Blättchen
besitzen, welche besondere Neigung zur Ausführung solcher Bewegungen zeigen.
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Die Herabsetzung der Verschiebungsmöglichkeiten der einzelnen Pulverteilchen
bedingt andererseits eine stärkere Streckung bzw. Deformation des Metallpulvers
während des Preßvorganges. Es hat sich gezeigt, daß ,gerade die Reckung von schmiedeeisernem
Pulver in kaltem Zustand sich vorteilhaft auf die magnetischen Eigenschaften des
fertigen Kernes für Pupinspulen auswirken kann. Voraussetzung ist hierbei natürlich
immer wieder, daß dabei die Isolation die nötige Widerstandsfähigkeit besitzt.
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Des weiteren hat die beschriebene Isolation des Pulvers gemäß der
Erfindung auch noch den Vorzug, gegen ziemlich hohe Temperaturgrade widerstandsfähig
zu sein, so daß man die damit gefertigten Kerne auch einer Temperaturbehandlung
unterwerfen kann.
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Endlich besitzt das nach der Erfindung hergestellte Pulver noch den
weiteren Vorteil, daß es transportfähig ist, ohne daß eine Entmischung des ferromagnetischenMaterials
gegenüber den Isolationsfäden erfolgen kann. Das letztere bleibt immer gleichmäßig
über das erstere verteilt, auch wenn das Material den Erschütterungen des Transportes
ausgesetzt wird. Man erhält also auf diese Weise einen selbständigen Handelsartikel
in dem isolierten Pulver.
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Die Herstellung des. neuen Pulvers sei durch ein Ausführungsbeispiel
näher beschrieben. ioo kg gerundeten Eisenpulvers werden mit einer mittels Alkohol
stark verdünnten Schellacklösung, welche i kg Trockensubstanz enthält, unter Zusatz
von 2 kg der außerordentlich feinen Asbestfäden sorgfältig verrührt. Das
ganze Gemenge wird dann im Ofen getrocknet. Das getrocknete Material wird wieder
zu feinem Pulver zerrieben, soweit dies erforderlich ist. Das Verfahren kann auch
in mehreren Stufen vorgenommen werden, indem dann jeweils entsprechend geringere
Zusätze von Schellack und Asbest gewählt werden und die ganze Prozedur mehrfach
wiederholt wird.
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Man erhält auf diese einfache Weise ein isoliertes Pulver, welches
die angegebenen vorzüglichen Eigenschaften besitzt.
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Bei der ungeheuren Feinheit der Asbestfäden schadet es nichts, wenn
sich mehrere derselben übereinanderlagern bzw. kreuzen. Man erhält dann ein Netzwerk
von Asbestfädchen, welche gewissermaßen einzelne ferromagnetische Pulverteilchen
umschließen. Die Asbestteilchen, insbesondere aber ein solches Netzwerk, dienen
auch gleichzeitig zur Stützung des Bindemittels, z. B. des Schellacküberzuges, während
der Pressung. Sie verhindern diesen, unter dem Einfluß des hohen Preßdruckest zu
wandern. Demgemäß tritt also eine wechselseitige Wirkung zwischen :dem Bindemittel
und den Asbestfäden ein. Einmal haltert das Bindemittel die Asbestfädchen, das andere
Mal verhindern die Asbestfädchen das Bindemittel am Fortfließen.