DEP0028772DA - Magnetisierbarer zur Verminderung von Energieverlusten während des Betriebes unterteilter Körper aus fernmagnetischem Stoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf magnetisierbare Presskörper und Verfahren zur Herstellung derselben.

Bekanntlich müssen magnetische Körper, die wechselnden magnetischen Kraftflüssen unterworfen sind, zur Verminderung von Verlusten unterteilt werden. Bei Kernen o.dgl. von Niederfrequenzapparaten (worunter auch Transformatoren sowie Drosselspulen zu verstehen sind), erfolgt die Unterteilung gegenwärtig in der Weise, dass der Körper aus einem Draht- oder Blechpaket hergestellt wird, während man bei Hochfrequenzapparaten üblicherweise einen sogenannten Staubkern verwendet. Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere, wenn auch nicht ausschliesslich, mit Körpern, die in Niederfrequenzapparaten Verwendung finden sollen, d.h. in solchen Apparaten, die mit Netzfrequenz oder Tonfrequenzen arbeiten, wie z.B. Belastungsdrosseln, Siebdrosseln, Zwischenröhrentransformatoren und Uebertragern. Ein Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines magnetisierbaren Körpers in Form einer Pressmasse, der jede beliebige Form haben kann und nicht den fabrikatorischen Beschränkungen unterliegt, denen die bisher verwendeten Draht- oder Blechpakete unterworfen sind.

Ein weiterer Gegenstand ist die Schaffung eines magnetisierbaren Presskörpers, der aus Schuppen aus Eisen oder einem anderen ferromagnetischen, metallischen Material (einschliesslich Legierungen) geformt ist, wobei die Schuppen ganz oder zum wesentlichen Teil durch die physikalische Wirkung des Druckes zusammengehalten werden, der während der Formgebung auf diese ausgeübt wird, sodass man zur Erzielung einer jeden oder wenigstens einer wesentlichen mechanischen Festigkeit keines Bindemittels bedarf.

Andere Gegenstände der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. In letzteren ist:

Abb. 1 eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur praktischen Ausführung der Erfindung zeigt und

Abb. 2 eine Teilansicht in vergrössertem Masstabe.

Wie oben angegeben, wird ein gemäss der Erfindung herzustellender Presskörper aus Schuppen aus ferromagnetischem Material geformt, die ganz oder zum wesentlichen Teil durch die physikalische Wirkung des während der Formgebung ausgeübten Druckes zusammengehalten werden. Unter den Materialien, die Verwendung finden können, befinden sich ferromagnetische Verbindungen (wie z.B. Oxyde), Elektrolyteisen, Siliciumeisen, Nickeleisen mit oder ohne Ueberzügen aus anderen Stoffen, wie z.B. einem Metall mit sogenannter, nichtmagnetischer Struktur. Die Schuppen können in irgendeiner geeigneten Weise hergestellt werden. Das beste zur Zeit bekannte Verfahren darin, dass Teilchen eines pulverförmigen Metalls flachgedrückt werden, doch ist es auch möglich, die Schuppen aus einer dünnen Metallfolie oder einem dünnen Metallband auszuschlagen oder drahtförmiges Metall flachzudrücken.

Die Oberflächengrösse und Dicke der Schuppen sind nicht entscheidend, noch ist es notwendig, dass die Schuppen in irgend einer Schicht gleichförmige Grösse haben. Im allgemeinen kann man sagen, dass die obere Grenze für die Abmessung der Schuppen von dem etwaigen Auftreten von Schwierigkeiten bei dem Pressarbeitsvorgang abhängt, dem die Schuppen zur Herstellung des Presskörpers unterworfen werden und das etwaige Auftreten solcher Schwierigkeiten hängt wiederum von anderen Faktoren, wie z.B. von der Gestalt und der Grösse des Gesenkhohlraumes ab. Bei Niederfrequenzapparaten ist die untere Grenze der Schuppengrösse hauptsächlich von dem zugelassenen magnetischen Verlust abhängig.

Nachfolgend sei nun ein Verfahren beschrieben, das mit Erfolg zur Herstellung von Kernen für Belastungsdrosseln angewendet worden ist, wie sie bei Fluoreszenzlampen Verwendung finden. Solche Kerne bestehen aus Schuppenmetall-Presskörpern, die aus Elektrolyteisenpulver geformt sind und einen Gesamtverlust (worunter man die Summe der Hysteresis- und Wirbelstromverluste zu verstehen hat) haben, der 5,0 Watt je kg bei einer Kraftliniendichte von 10 Kilo-Gauss und einer Frequenz von 50 Hertz nicht überschreitet. Der Wirbelstromverlust überschreitet für sich allein nicht 0,6 Watt je kg bei der gleichen Kraftliniendichte und Frequenz. Die Schuppen werden unter Druck ohne Zugabe eines Bindemittels zusammengedrückt und der Presskörper hat eine genügende mechanische Festigkeit, sodass er ohne weitere Behandlung gehandhabt und benutzt werden kann. Es ist jedoch zweckmässig, ihn mit einem Stoff wie z.B. Wachs zu tränken, um die mechanische

Festigkeit zu erhöhen und/oder eine Korrosion zu vermindern oder auszuschalten.

Das zu verwendende Pulver erhält man von irgend einer bekannten pulvererzeugenden Einrichtung, wie z.B. von einer Kugelmühle. Nach dem zu beschreibenden Verfahren wurde ein ausgewählter Teil des von der Mühle gelieferten Pulvers verwendet. Von diesem Pulver gingen 60 % durch ein 44-Maschen-Sieb (Nenngrösse der Sieböffnungen 0,353 mm) hindurch. Doch wird es von einem 150-Maschen-Sieb nach derselben Norm mit einer Nenngrösse der Oeffnungen von 0,104 mm zurückgehalten. Diese 60 % (oder ein anderer Bruchteil) bilden den ausgewählten Teil. Dieser Teil des Pulvers wird daraufhin mittels eines Walzenpaars bearbeitet, das die Pulverteilchen flachdrückt.

Bei der Anlage nach Abb. 1 fällt das Pulver aus einem Behälter 1 auf eine Förderrinne 2, die eine Rüttelrinne sein kann. Es ist wesentliche das die Auslassöffnung des Behälters genügend hoch 5 bis 10 cm oberhalb der Rinne liegt, sodass sich die Teilchen trennen können, wenn sie auf die Rinne aufschlagen. Wenn der erwähnte Auslass sich zu dicht über der Rinne befindet, so zeigen die Teilchen die Neigung, sich zusammenzuballen. Aus der Rinne 2 werden die Teilchen einem Walzenpaar 3 zugeleitet, das die Teilchen flachdrückt.

Die Walzen 3 können 10 cm lang sein und einen Durchmesser von 8 cm haben. Ihre Geschwindigkeit ist nicht entscheidend, sie wird jedoch zweckmässig 400 Umdrehungen je Minute betragen. Der zwischen den Walzen herrschende Druck wird so eingestellt, dass die Schuppen die gewünschte Grösse erhalten. Bei den mit Erfolg verlaufenen praktischen Versuchen betrug die Schuppendicke 0,015 bis 0,025 mm und die Querabmessungen (quer über die Oberfläche der Schuppw) waren 0,2 bis 0,5 mm. In der Zeichnung ist angenommen, dass nur ein Durchgang durch die die Teilchen flachdrückenden Walzen erfolgt. Infolge der Kalthärtung, die stattfindet, ist es jedoch zweckmässig, das Material mehrmals, d.h. also 2 mal oder öfter zwischen den Walzen hindurch zu schicken. In diesem Falle wird das Material zwischen den Durchgängen wärmebehandelt, indem es auf Kübeln etwa 1 Stunde lang in einer Atmosphäre von gecracktem Ammoniak oder Wasserstoff auf 700°C erhitzt wird, woran sich eine zweistündige Abkühlperiode anschliesst. Dies macht das Eisen weich und vermindert die auf den Quetschwalzen ruhende Belastung. Nach Durchgang (oder gegebenenfalls nach dem letzten Durchgang) durch die Walzen zeigen die Schuppen von der Kaltbearbeitung herrührende Spannungen, die beseitigt werden müssen, damit die Schuppen der weiteren Behandlung insbesondere dem Pressvorgang unterworfen werden können. Sie können auch eine für gewöhnlich vorteilhafte Kornausrichtung zeigen. Die Spannungen werden in einem geschlossenen Anlassofen beseitigt, in welchem eine 1-2 stündige Erhitzung auf 900°C in einer Atmosphäre von gecracktem Ammoniak oder Wasserstoff stattfindet, woran sich eine Kühlung in einem anschliessenden Kühlraum des Ofens anschliesst, die sich über eine Zeitspanne von ungefähr 2 Stunden erstreckt. Um ein Sintern der Schuppen bei der Anlasstemperatur zu vermeiden, werden diese mit Kieselerde, geschmolzener Magnesia, Zirkonerde, Tonerde, Thorerde, Kaolin oder anderen inerten Stoffen in genügender Menge gemischt, wodurch die Schuppen daran gehindert sind, an- einanderzuheften, so kann beispielsweise ein Teil Kieselerdepulver auf zwei Teile Eisen genommen werden, wobei die Kieselerde eine Grösse hat, die durch ein 200-Maschen-Sieb (Nenngrösse der Sieböffnungen 0,076 mm hindurchgeht. Von den Walzen 3 gelangen die Schuppen auf eine Förderschnecke 6, der das Kieselerdepulver aus einem Behälter 4 durch eine vibrierende Rinne 5 zugeführt wird. Am Ausgangsende der Förderschnecke 6 führt eine Rinne 7 zu Kübel 8, die in den Anlassofen 9 geschoben werden. Statt die Mischung in der Förderschnecke vorzunehmen, kann auch eine andere bekannte Pulvermischeinrichtung benutzt werden.

Das abgekühlte Gemisch aus Schuppen und Kieselerde gelangt aus der Kühlabteilung des Ofens 9 in einen Seperator 10. Es kann dies ein magnetischer Abscheider sein, bei dem die verschiedenen magnetischen Eigenschaften der beiden Bestandteile des Gemisches ausgenutzt werden. Es ist aber auch eine andere Trennvorrichtung brauchbar, deren Arbeitsweise auf dem Unterschied der beiden Bestandteile, insbesondere hinsichtlich ihres Gewichtes, beruht. Alle beiden Arten von Trennvorrichtungen sind bekannt und bedürfen keiner weiteren Beschreibung. Die bei 11 abgeführte und bei 12 gesammelte Kieselerde kann wiederholt benutzt werden. Die Eisenschuppen rutschen über eine Schrägfläche 13 in Kübel 14 und werden dann in den Ofen 15 gebracht.

Der Ofen 15 hat den Zweck, auf den Schuppen einen oberflächlichen Oxydfilm (in der Dicke von etwa 0,05 Mikron) zu bilden. Die Oxydation erfolgt durch Erhitzen auf etwa 200-250°C in Gegenwart von Luft. Die besten Ergebnisse erzielt man, soweit sich bisher übersehen lässt, durch eine etwa 30-60 Minuten lang dauernde Erhitzung auf 230°C. Das Oxyd hat den Zweck, die Schuppen gegeneinander zu isolieren, wenn sie in dem nachfolgenden Pressarbeitsgang zusammengepresst werden. Die Oxydierung kann jedoch auch fortfallen, da Versuche gezeigt haben, dass die Oxydschicht nicht wesentlich ist. Nach der Oxydation werden die Schuppen in einem Behälter o.dgl. gesammelt.

Die oxydierten Schuppen werden nun in Mengen von dem richtigen Gewicht aufgeteilt und in ein Gesenk 17 gebracht, worin die Pressung stattfindet. Es ist wesentlich, dass sich die Schuppen in dem Gesenk in Stellungen befinden, in denen sie den magnetischen Kraftlinien, die bei dem späteren Gebrauch des Körpers auftreten, parallel oder wenigstens im wesentlichen parallel verlaufen. Aus diesem Grunde müssen die Schuppen soweit wie möglich in parallelen Ebenen flach aufeinander liegen, wie dies Abb. 2 zeigt. Dies kann man leicht dadurch erreichen, dass man die Schuppen aus einem Behälter oder Trichter in das Gesenk fallen lässt, wobei die Höhe des Auslasses des Behälters oder Trichters oberhalb des Gesenkes so gross sein muss (in der Grössenordnung von etwa 10 cm, dass die Schuppen in einer horizontalen Lage in das Gesenk gleiten können, während das Gesenk so auszubilden ist, dass diese horizontale Stellung bei dem fertiggestellten Presskörper diejenige Stellung ist, die dem Weg des magnetischen Kraftlinienflusses entspricht oder wenigstens im wesentlichen entspricht. Das Gesenk ist zwischen 2 hydraulischen Zylindern 18, 19 angeordnet, von denen jeder ein in das Gesenk eintretendes Werkzeug besitzt. Das Gesenk besteht entweder aus einer mehrteiligen Konstruktion oder verjüngt sich, sodass eine seitliche Druckverminderung auftritt und die dem Pressvorgang folgende Druckfortnahme stufenweise erfolgt.

Nachdem die Schuppen in die obengenannte Lage gebracht sind, wird ein Presskörper geformt, in dem auf die Schuppenflächen ein Druck von 2-5 t je cm(exp)2 ausgeübt wird. Ein Bindemittel wird nicht benutzt und ein Schmiermittel ist nicht wesentlich, obwohl ein Schmiermittel, wie z.B. Stearinsäure verwendet wurde, die in einem Lösungsmittel, wie z.B. Aether, gelöst war. Der Presskörper ist trotz Abwesenheit eines Bindungsmittels fest genug, dass man ihn, so wie er ist, handhaben und benutzen kann, sofern er nicht bei der Anbringung einer oder mehrerer Wicklungen zur Herstellung des gewünschten Apparates oder während der Benutzung desselben unnötigen Stössen ausgesetzt wird. Es ist zwar nicht beabsichtigt, die Tragweite der Erfindung durch irgend eine besondere Theorie zu beschränken, es sei jedoch bemerkt, dass die physikalischen Wirkungen, welche sich bei der Druckformung des Presskörpers ergeben und dem Presskörper seine Festigkeit verleihen, hauptsächlich auf einer gegenseitigen Verklammerung der Schuppen zu beruhen scheinen. Es ist aber auch möglich, das Kohäsionskräfte (von atomalem oder molekularem Charakter zwischen den Schuppen auftreten. Zweckmässig wird der Presskörper getränkt, um ihm so eine zusätzliche Festigkeit zu geben und/oder seinen Korrosionswiderstand zu verbessern. Das Imprägnierungsmittel kann aus Wachs, einem Kunstharz o.dgl. bestehen. Gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn man den Presskörper 5 Minuten lang bei 150-160°C in chloriertes Naphthalinwachs eintaucht. Daran kann sich ein Eintauchen in Lack (wie z.B. ein Lack auf Phenol-Formameldehyd-Basis) anschliessen, um so den Korrosionswiderstand zu erhöhen.

Claims (8)

1.) Magnetisierbarer, zur Verminderung von Energieverlusten während des Betriebes unterteilter Körper aus ferromagnetischem Stoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper aus zusammengepressten Schuppen besteht, die im wesentlichen mit ihren Flächen aufeinanderliegen und mit oder ohne Zugabe eines zusätzlichen Bindemittels durch die sich aus dem Pressvorgang ergebenden physikalischen Wirkungen zusammengehalten werden.

2.) Verfahren zur Herstellung eines magnetisierbaren Körpers von unterteilter Form, dadurch gekennzeichnet, dass Schuppen aus ferromagnetischem Stoff im wesentlichen Fläche an Fläche aufgehäuft und dann mittels gegen ihre Flächen gerichteten Druckes gepresst werden, sodass ein geschichteter Presskörper von der gewünschten Gestalt entsteht, der als Ergebnis der physikalischen Wirkungen des Pressvorgangs zusammenhält.

3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Presskörper zwecks zusätzlicher mechanischer Festigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit imprägniert wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schuppen aus Metall, wie z.B. Elektrolyteisen oder einer Eisenlegierung, bestehen und entweder durch Flachdrücken von Metallteilchen oder durch Ausschlagen aus einer Folie, einem Band oder dgl. hergestellt werden.

5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schuppen eine Stärke von 0,015 bis 0,025 mm und eine Flächenausdehnung von 0,2 bis 0,5 mm haben.

6.) Verfahren nach einem der Asnprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schuppen aus oxydiertem Metall Verwendung finden.

7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Metallteilchen z.B. in einem Walzenpaar flachgedrückt, zur Beseitigung von hierbei aufgetretenen Spannungen angelassen und schliesslich Fläche an Fläche in eine Pressform gebracht werden, wobei die Oxydation gegebenenfalls zwischen dem Anlassen und Pressen erfolgt.

8.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlassen in einem Ofen erfolgt, wobei die Schuppen mit einem inerten, pulverförmigen, eine Sinterung verhindernden Mittel vermischt werden, worauf das inerte Mittel wieder entfernt wird.