DEP0009287DA - Unlegiertes Weicheisen für Magnet- und Ankerkerne von elektrischen Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Werkstoff für Magnet- und Ankerkerne von elektrischen Maschinen. Für diesen Zweck werden bekanntlich Eisenbleche verwendet, die in besonderer Profilierung aus grösseren Tafeln oder Bändern herausgeschnitten bzw. gestanzt werden. Die auf diese Weise mit den Nuten, Bohrungen un dergleichen versehenen Bleche werden gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von isolierenden dünnen Papierlagen aufeinandergelegt und zu den gewünschten Kernen für elektrische Maschinen gebündelt.

Der für diese Zwecke verwendete Werkstoff muss insbesondere eine hohe Magnetisierbarkeit für geringe Felder und dementsprechend eine hohe Maximalpermeabilität besitzen. Ausserdem ist es notwendig, dass die Verlustziffer des Eisens gering ist, damit Ummagnetisierungsverluste, die eine unerwünschte Erwärmung des Blechpaketes zur Folge haben, möglichst unterbunden werden.

In der ersten Zeit der Herstellung von elektrischen Maschinen ist für diese Blechpakete unsiliziertes Weicheisen benutzt werden, das jedoch den Nachteil hatte, hohe Verlustziffern infolge der auftretenden Ummagnetisierungsarbeit aufzuweisen. Die Verwendung dieses Werkstoffes wurde daher praktisch vollkommen verlassen, als die verbessernde Wirkung eines Siliziumgehaltes erkannt wurde und es ist dementsprechend für die Herstellung sogenannter Dynamo-Bleche, ausschliesslich Schwarzblech, mit einem Siliziumgehalt von etwa 0,5% benutzt worden. Dieser Werkstoff, der an sich den elektrischen und magnetischen Bedingungen durchaus entspricht, hat aber den erheblichen Nachteil, dass die magnetischen Eigenschaften durch die Kaltverformung des Bleches stark vermindert werden. Die Kaltverformung spielt bei der Herstellung der Bleche eine wesentliche Rolle, da die Bleche zunächst von längeren Bändern oder Tafeln mit Scheren abgetrennt werden und sodann durch Stanzen in ihre endgültige Form gebracht werden müssen. Während durch das Abschneiden mit der Schere im allgemeinen keine starke Kaltverformung in der Nähe der Schnittkanten auftritt, sofern mit genügend scharfen Scheren gearbeitet wird, ist die Kaltverformung, die beim Stanzvorgang auftritt, sehr erheblich und zwar deshalb, weil die meisten Bleche mit tiefen Aussparungen, gezackten Formen, zum Beispiel Sternformen hergestellt werden müssen. Die durch diese verzackten Formen gebildeten Nuten dienen der Aufnahme der Anker- bzw. Statorwicklungen. Je nach der benutzen Form kann die durch die Kaltverformung beeinflusste Stanzzone bis zu 1/3 der gesamten Blechoberfläche betragen. Hierdurch wird die magnetische Güte des gestanzten Bleches weit unter die des ursprünglich angelieferten Bleches herabgedrückt und es wird in allen Berechnungen, die aufgrund der magnetischen Daten Grösse und Gewicht der Magneten im voraus ermitteln sollen, eine Fehlerquelle hineingetragen, die nicht sicher zu beherrschen ist. Hinzu kommt noch, dass das Mass der auftretenden Kaltverformung und damit der Grösse der beeinflussten Stanzzone von der Schärfe der Schneid- und Stanzkante der benutzten Werkzeuge abhängig ist, die ein weiteres unsicheres Moment in die Berechnung hineintragen, denn die beeinflusste Zone wird mit zunehmender Gebrauchsdauer der Werkzeuge ebenfalls zunehmen, weil die Schärfe der Werkzeuge abnimmt.

Diese Güteverminderung der Bleche, verbunden mit einer gewissen Unsicherheit bezüglich der Berechnung der Grösse der zu verwendenden Stator- und Motorkerne, wurde bisher in Kauf genommen.

Es hat sich nun bemerkenswerterweise gezeigt, dass unter bestimmten Voraussetzungen für solche Zwecke mit Vorteil unsiliziertes Weicheisen verwendet werden kann, das aufgrund der Jahrzehnte zurückliegenden Erfahrungen für ungeeignet gehalten wurde. Der unsilizierte Werkstoff hat, wie die Erfinder festgestellt haben, insbesondere gegenüber dem silizierten Werkstoff den Vorzug, auf elastische oder plastische Beanspruchungen weit weniger anzusprechen, so dass bei der Kaltverarbeitung durch Stanzen und Schneiden nur geringe Beeinflussungen der magnetischen Daten, insbesondere der Permeabilität auftreten. Gemäss der Erfindung wird daher vorgeschlagen, als Werkstoff für die Herstellung von Magnet- und Ankerkernen ein unlegiertes Weicheisen mit Höchstgehalten von etwa

Kohlenstoff bis 0,05 %,

Stickstoff " 0,006%,

Phosphor " 0,04 %,

Schwefel " 0,04 %,

Mangan " 0,5 %,

Silizium " 0,2 % und

Aluminium " 0,1 %

in Form von Blechen zu verwenden, die eine Ferritkorngrösse mit einem Querschnitt von mehr als 3 000 (My)(exp)2 aufweisen.

Wie gefunden wurde, nimmt die magnetische Verschlechterung des Werkstoffes proportional dem Stickstoffanteil zu und das gleiche trifft, wenn auch in geringerem Masse, hinsichtlich des Kohlenstoffgehalts zu. Werden jedoch Kohlenstoffgehalte, die 0,05%, und Stickstoffgehalte, die 0,006 % nicht übersteigen, angewendet, so tritt nur eine geringe Verfestigung der Schneide- und Stanzkante ein und die durch das Stanzen oder Schneiden entsprechend kalt verformte Zone hat selbst bei Blechen, die mit grossen Ausnehmungen versehen sind, nur verhältnismässig geringen Umfang. Auch die Gehalte an anderen Stahlbegleitern, wie Phosphor, Schwefel und Mangan sollen zur Erreichung von Beschwerden der magnetischen Eigenschaft möglichst niedrig gehalten werden. Der Stahl selbst kann bei seiner Herstellung beruhigt oder unberuhigt vergossen werden und, sofern Silizium und Aluminium zur Beruhigung zugegeben werden, soll nach Möglichkeit dafür gesorgt werden, dass die Gehalte an Silizium 0,2% und an Aluminium 0,1% im Blech nicht überschreiten. Die angegebenen Zahlen für die Höchstgehalte der Eisenbegleiter in dem Werkstoff stellen nur angenäherte Werte dar; geringe Schwankungen über diese Höchstwerte hinaus sind zulässig, ohne dass dadurch von der Erfindung abgewichen würde.

Ein weiterer Umstand, der sich auf die Kaltverfestigung der Schneid- und Stanzkanten auswirft, ist das Gefüge der Bleche. Je größer das Ferritkorn ist, umso weniger sprechen die magnetischen Eigenschaften auf die Kaltverformung an und es hat sich gezeigt, dass Bleche, deren Ferritktistalle einen Flächenquerschnitt von etwa 3000 (My)(exp)2 und mehr haben, gegen die Kaltverformung weitgehend unempfindlich sind. Die Grösse der Ferritkörner wird beeinflusst durch den Kohlenstoffgehalt und es ist in diesem Zusammenhang zweckmässig, den Kohlenstoffgehalt nicht höher als etwa 0,03 % zu wählen. Selbstverständlich kann der niedrige Kohlenstoffgehalt auch durch ein entkohlendes Glühen der Bleche und Bänder erzielt werden. Die Ferritkorngrösse wird aber ausser durch den Kohlenstoffgehalt auch noch durch die Verarbeitung des Werkstoffes beeinflusst. Insbesondere kann sie durch ein kritisches Walzen und eine Glühung bei einer kritischen Temperatur erzielt werden. Demgemäss wird das zuvor geglühte Weicheisenblech kalt gewalzt und zwar unter einer Längung von 4 - 15 % und anschliessend bei einer Temperatur von 650 - 850° einer Rekristallisationsglühung unterworfen.

Eine weitere Steigerung der Unempflindlichkeit gegen Kaltverformungen wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die fertiggeglühten Bleche oder Bänder nachdressiert werden. Dieses Nachdressieren besteht in einem geringen Kaltendwalzen, bei welchen Längungen von etwa 2 % nicht überschritten werden sollen. Durch diese Massnahme wird zwar eine gewisse Verschlechterung der Bleche gegenüber dem geglühten Zustand geschaffen, indes wird hierdurch die infolge der damit verbundenen geringeren Empfindlichkeit gegen eine weitere Kaltverformung eine sichere Grundlage für die Berechnung der Blechpakete, wie sie später in den Maschinen verwendet werden soll, geschaffen. Dem Blech wird durch diese Behandlung ausserdem eine gewisse Steifigkeit verliehen, die das Stanzen erleichtert. Insbesondere werden Beulenbildungen, Faltungen, Einknickungen und die Ausbildung von Fliessfiguren vermieden, die bei nicht derart behandelten Blechen die Verarbeitung häufig erschweren.

Die gemäss der Erfindung zu verwendenden Blechen können warm oder kalt gewalzt sein und zwar in Form von Blechen oder Bändern. Bei Verwendung eines Werkstoffs der vorgeschlagenen Beschaffenheit werden Verlustwerte erreicht, die zwischen 3,0 und 3,5 Watt/kg liegen. Der Werkstoff entspricht bezüglich dieser Eigenschaften durchaus den bisher üblichen siliziumhaltigen Werkstoff mit etwa 0,5 % Silizium, ohne indes die erläuterten Nachteile dieser Werkstoffe aufzuweisen. Hinzu kommt, dass das zu Erschmelzung von silizierten Blech erforderliche Ferrosilizium schwer erhältlich ist und dass somit auch durch die Erfindung die Erzeugung von Blechen für Magnet- und Ankerkerne für elektrische Maschinen auf eine gesicherte Basis gestellt wird.

Aufgrund der bisherigen Erfahrungen mit dem allgemein üblichen sizilierten Blechen und der Erkentnisse die aus der Frühzeit der Herstellung von Magnet- und Ankerkernen auf der Basis von siliziumfreiem Weicheisen vorliegen, konnte nicht erwartet werden, dass durch die Anwendung bestimmter Höchstgehalte für die Eisenbegleiter in Verbindung mit einer bestimmten Mindestkorngrösse und gegebenenfalls einer zweckentsprechenden Nachbehandlung der Bleche ein siliziumfreier Werkstoff geschaffen werden konnte, der nicht nur an ihm gestellten Bedingungen voll entspricht, sondern bezüglich der Empfindlichkeit gegen Kaltverformung den silizierten Blechen mit rund 0,5 % Silizium überlegen ist.

Claims (2)

1. Die Verwendung von unlegierten Weicheisen mit höchstens

bist etwa 0,05 % Kohlenstoff,

" " 0,006 % Stickstoff,

" " 0,04 % Phosphor,

" " 0,04 % Schwefel,

" " 0,5 % Mangan,

" " 0,2 % Silizium,

" " 0,1 % Aluminium und

Rest Eisen

in Form von Blechen mit einer Ferritkorngrösse von mehr als 3000 (my)(exp)2 als Werkstoff für Magnet- und Ankerkerne von elektrischen Maschinen.

2. Verfahren zur Nachbehandlung von Weicheisenblechen für Magnet- und Ankerkerne von elektrischen Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fertig geglühten Bleche einer leichten Kaltentwalzung unter einer Längung bis zu 2 % unterworfen werden.