EP0004272B1 - Verfahren zur Herstellung von Pressmassen mit weichmagnetischen Eigenschaften - Google Patents

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EP0004272B1 EP79100156A EP79100156A EP0004272B1 EP 0004272 B1 EP0004272 B1 EP 0004272B1 EP 79100156 A EP79100156 A EP 79100156A EP 79100156 A EP79100156 A EP 79100156A EP 0004272 B1 EP0004272 B1 EP 0004272B1
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Definitions

  • the invention is based on a method according to the preamble of the main claim.
  • Soft magnetic plastic-bonded mass cores are already known which contain 95 to 99.5% by weight of carbonyl iron, the rest of organic binders.
  • the molding compound is also not flowable due to the very high proportion of filler and can therefore not be easily and uniformly filled into complicated shapes. It must also be compressed with pressures from 5000 to 18000 bar.
  • the mechanical strength of the components made from these molding compounds is low and the components are very brittle. After all, the magnetic properties of these mass cores cannot be adapted to the given extent to the desired extent.
  • Cores of soft magnetic sintered ferrite are also known. However, these have a lower magnetic saturation polarization, a lower mechanical strength and a higher temperature dependence of the magnetic parameters. The possibilities of shaping are limited, they can only be produced with larger dimensional tolerances and are relatively difficult to machine.
  • US Pat. No. 3,451,934 describes a process for the production of pressed magnetic material, in which a resin is dissolved in a solvent, the magnetic particles are added, and the resulting dispersion is then dried and ground to powder. This powder is then used to manufacture the magnetic parts, so it is a powder pressing process.
  • a coil is known which is coated with a curable paste containing magnetic material.
  • the paste contains carbonyl iron, curable acrylate and a hardener and is pasted with a thinner, so that the paste has a honey-like consistency.
  • FR-PS 12 92 373 describes the production of plastic-bonded magnetic material, in which a resin-hardener mixture heated to 150-180 ° C. is poured onto a carbonyl iron powder or an iron powder or a ferrite powder and the whole is subjected to a brief vacuum treatment. The resulting mixture is a moist powder that is placed in a mold and compacted under vibration at 180 ° C. Finally, the whole is cured at 180-200 ° C. It is expressly emphasized that the mixture does not behave like a porridge, but like a moistened dust. It can therefore be assumed that this mixture has no flowability.
  • the mixture of resin and hardener is probably only liquid above 150 ° C, in addition, the iron powder used must be isolated in an extra step using sodium silicate. Due to the method as described here, it can be assumed that the mechanical strength of the magnetic cores produced in this way does not meet today's requirements, since the moist powder is merely shaken in the mold and then cured.
  • Such cores are also made from transformer or dynamo sheet. However, due to eddy current losses, these can only be used up to approx. 1 kHz. In addition, such cores are limited to certain designs and require packaging, which may be costly. Thin Ni-Fe alloy sheets with a sheet thickness of up to 0.03 mm, which can also be used for frequencies up to 100 kHz and also have higher permeabilities, are expensive and difficult to process.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it can be used to produce inexpensive magnets that can be used in sheared magnetic circuits with alternating magnetization up to frequencies of 100 kHz. Due to the flowability of the molding compound, it is easily possible, using the methods customary in plastics technology, to produce complex-shaped components from the molding compound with dimensional accuracy.
  • the pressure to be applied is relatively low at 200 to 2000 bar compared to the plastic-bonded mass cores mentioned above. By varying the starting components, the filler and the pressing pressure, the magnetic properties can be adapted to the existing requirements to a large extent.
  • the cores according to the invention Compared to soft magnetic sintered ferrites, the cores according to the invention have a higher magnetic saturation polarization, better mechanical strength properties and a lower temperature dependence of the magnetic parameters. The possibilities of shaping are further extended, the cores can be manufactured with closer dimensional tolerances and can be machined more easily if necessary. In addition, the mass cores produced by the method according to the invention are more advantageous to ver in circles with DC bias because of their higher saturation polarization apply as the soft magnetic sintered ferrites. Compared to cores made from conventional transformer or dynamo sheets, the high frequency range in which the ground cores produced by the method according to the invention can be used and the possibility of producing cores with complicated designs are particularly worth mentioning.
  • the carbonyl iron in whole or in part is contained in an amount of 5 to 50% by weight, based on the total amount of the iron powder.
  • the iron powder should have an average grain size of 30 to 150 ⁇ m and the soft ferrite powder should have an average grain size of 10 to 200 ⁇ m.
  • the total degree of filling of the molding compound should be between 40 and 60% by volume.
  • a mixture of an iron powder obtained by atomization, as a sponge or electrolyte iron powder, and 30% by weight carbonyl iron powder with an average grain size of preferably 90 ⁇ m is mixed with about 50% by volume of a liquid polyester resin brought about 100 ° C heated mold and pressed at a pressure of 1000 bar for about 40 seconds.
  • the excess polyester resin is pressed out through the column of the mold, the column having a width which is smaller than the average grain size of the magnetic powder, but so large that the excess build-up time from 1 to 30 seconds through this column Binding resin can leak.
  • This squeezing is essential since otherwise the high degrees of filling cannot be achieved while at the same time achieving sufficient flowability of the molding compound at the beginning of the pressing process.
  • the hardened magnetic body can be removed from the mold.
  • a magnetic body is produced from a mixture of the above iron powder with 10% by weight carbonyl iron powder in approx. 50% by volume phenolic resin at a pressure of 2000 bar.
  • the temperature of the mold is 140 ° C in this case.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruches. Es sind bereits weichmagnetische kunststoffgebundene Massekerne bekannt, die 95 bis 99,5 Gew.-% Carbonyleisen, Rest organischen Binder enthalten. Abgesehen von dem verhältnismäßig hohen Preis für Carbonyleisen, die derartige Magnete teuer machen, ist auch die Preßmasse infolge des sehr hohen Füllstoffanteils nicht fließfähig und läßt sich daher nicht so einfach und gleich-mäßig in komplizierte Formen füllen. Sie muß auch mit Drücken von 5000 bis 18000 bar verdichtet werden. Darüber hinaus ist die mechanische Festigkeit der aus diesen Preßmassen hergestellten Bauteile gering und die Bauteile sind sehr spröde. Schließblich lassen sich die magnetischen Eigenschaften dieser Massekerne nicht in dem gewünschten Umfange an die gegebenen Erfordernisse anpassen.
  • Es sind weiterhin Kerne aus weichmagnetischem Sinterferrit bekannt. Diese haben jedoch eine geringere magnetische Sättigungspolarisation, eine geringere mechanische Festigkeit und eine höhere Temperaturabhängigkeit der magnetischen Kennwerte. Die Möglichkeiten der Formgebung sind eingeschränkt, sie können nur mit größeren Maßtoleranzen hergestellt werden und lassen sich nur verhältnismäßig schwierig bearbeiten.
  • In der US-PS 3 451 934 wird ein Verfahren zur Herstellung gepreßten magnetischen Materials beschrieben, bei dem ein Harz in einem Lösungsmittel gelöst, die Magnetpartikel zugefügt und die entstehende Dispersion dann getrocknet und zu Pulver gemahlen wird. Dieses Pulver wird dann zur Herstellung der Magnetteile eingesetzt, es handelt sich also um ein Pulverpreßverfahren.
  • Aus der DE-OS 22 41 094 ist eine Spule bekannt, die mit einer aushärtbaren, magnetisches Material enthaltenden Paste umhült ist. Die Paste enthält Carbonyleisen, härtbares Acrylat sowie einen Härter und wird mit einem Verdünner angeteigt, so daß die Paste eine honigartige Konsistenz aufweist.
  • Die FR-PS 12 92 373 beschreibt die Herstellung von kunststoffgebundenem Magnetmaterial, bei welchem ein auf 150-180°C erhitztes Harz-Härter-Gemisch auf ein Carbonyleisenpulver oder ein Eisenpulver oder ein Ferritpulver gegossen und das Ganze einer kurzen Vakuumbehandlung unterzogen wird. Die so entstandene Mischung stellt ein feuchtes Pulver dar, das in eine Form gegeben und unter Vibration bei 180°C verdichtet wird. Schließlich wird das Ganze bei 180-200°C ausgehärtet. Es wird ausdrücklich betont, daß sich die Mischung nicht wie ein Brei, sondern wie ein befeuchteter Staub verhält. Es ist daher davon auszugehen, daß diese Mischung keine Fließfähigkeit aufweist. Außerdem ist die Mischung aus Harz und Härter wohl erst oberhalb 150°C flüssig, darüber hinaus muß das eingesetzte Eisenpulver in einem extra Arbeitsgang mittels Natriumsilicat isoliert werden. Aufgrund des Verfahrens wie es hier beschrieben ist, ist anzunehmen, daß die mechanische Festigkeit der so hergestellten Magnetkerne nicht den heutigen Anforderungen genügt, da das feuchte Pulver lediglich in der Form gerüttelt und dann ausgehärtet wird.
  • Bei der US-PS 2 074 773 wird ein magnetisches Pulver ebenfalls in der Wärme unter Verwendung eines thermoplastischen Binders gepreßt.
  • Schließblich werden derartige Kerne auch aus Transformatoroder Dynamoblech hergestellt. Wegen Wirbelstromverlusten lassen sich diese jedoch nur bis ca. 1 kHz einsetzen. Darüber hinaus sind derartige Kerne auf bestimmte Bauformen begrenzt und erfordern Paketieren, das unter Umständen kostenaufwendig ist. Dünne Ni-Fe-Legierungsbleche mit einer Blechdicke bis 0,03 mm, die auch für Frequenzen bis 100 kHz einsetzbar sind und auch höhere Permeabilitäten aufweisen, sind teuer und schwer verarbeitbar.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß sich mit ihm Magnete preisgünstig herstellen lassen, die in gescherten Magnetkreisen mit Wechselmagnetisierung bis zu Fequenzen von 100 kHz eingesetzt werden können. Aufgrund der Fließfähigkeit der Preßmasse ist es mittels der in der Kunststofftechnik üblichen Verfahren ohne weiteres möglich, kompliziert geformte Bauteile aus der Preßmasse maßgenau herzustellen. Der anzuwendende Preßdruck liegt mit 200 bis 2000 bar gegenüber den obenerwähnten kunststoffgebundenen Massekernen verhältnismäßig niedrig. Durch Variation der Ausgangskomponenten, des Füllstoffes und des Preßdrucks lassen sich die magnetischen Eigenschaften in weitem Umfange an die gegebenen Erfordernisse anpassen. Gegenüber weichmagnetischen Sinterferriten weisen die erfindungsgemäßen Kerne eine höhere magnetische Sättigungspolarisation, bessere mechanische Festigkeitseigenschaften sowie eine geringere Temperaturabhängigkeit der magnetischen Kennwerte auf. Die Möglichkeiten der Formgebung sind weiter gesteckt, die Kerne können mit engeren Maßtolerenzan hergestellt werden und lassen sich, wenn nötig, leichter bearbeiten. Darüber hinaus sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Massekerne bei Kreisen mit Gleichstromvormagnetisierung wegen ihrer höheren Sättigungspolarisation vorteilhafter zu verwenden als die weichmagnetischen Sinterferrite. Gegenüber Kernen aus konventionellem Transformator- oder Dynamoblechen ist vor allem der hohe Frequenzbereich, in dem die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Massekerne verwendbar sind, sowie die Möglichkeit, Kerne mit komplizierten Bauformen herzustellen, zu erwähnen.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. So ist es, um Wirbelstromverluste - insbesondere bei großen Teilequerschnitten - bei höheren Frequenzen zu vermindern, besonders vorteilhaft, das Carbonyleisen ganz oder teilweise durch Weichferritpulver zu ersetzen. Das Carbonyleisenpulver ist in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Menge des Eisenpulvers, enthalten. Das Eisenpulver soll eine mittlere Korngröße von 30 bis 150 um und das Weichferritpulver eine mittlere Korngröße von 10 bis 200 um aufweisen. Der Gesamtfüllgrad der Preßmasse soll zwischen 40 und 60 Vol.-% liegen.
    • Beschreibung der Erfindung Beispiel 1
  • Ein Gemisch aus einem Eisenpulver, das durch Verdüsung, als Schwamm - oder Elektrolyteisenpulver gewonnen wurde, und 30 Gew.-% Carbonyleisenpulver mit einer mittleren Korngröße von vorzugsweise 90,um werden mit etwa 50 Vol.-% eines flüssigen Polyesterharzes gemischt, in eine auf ca. 100°C aufgeheizte Preßform gebracht und mit einem Druck von 1000 bar ca. 40 Sekunden lang gepreßt. Dabei wird das überschüssige Polyesterharz durch die Spalte der Preßform ausgepreßt, wobei die Spalte eine Weite aufweisen, die kleiner ist als die mittlere Korngröße des Magnetpulvers, jedoch so groß, daß währ end der Druck-Aufbauzeit von 1 bis 30 Sekunden durch diese Spalte das überschüssige Bindeharz austreten kann. Dieses Auspressen ist wesentlich, da sonst nicht die hohen Füllgrade bei gleichzeitiger Erzielung einer ausreichenden Fließfähigkeit der Preßmasse zu Beginn des Preßvorgangs erreicht werden. Nach dem Abkühlen kann der ausgehärtete Magnetkörper der Form entnommen werden.
    • Beispiel 2
  • In der gleichen Weise wird ein Magnetkörper aus einem Gemisch von dem obengenannten Eisenpulver mit 10 Gew.-% Carbonyleisenpulver in ca. 50 Vol.-% Phenolharz hergestellt bei einem Preßdruck von 2000 bar. Die Temperatur der Preßform beträgt in diesem Falle 140°C.
    Figure imgb0001

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Preßmassen mit weichmagnetischen Eigenschaften durch Pressen eines Gemisches aus weichmagnetischem Material wie Carbonyleisen, Eisenpulver oder Ferriten und einem Kunstharz als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gemisch aus 50 bis 95 Gew.-% Eisenpulver, das durch Verdüsung, als Schwamm-oder Elektrolyteisenpulver gewonnen wurde, und 50 bis 5 Gew.-% Carbonyleisenpulver mit 40 bis 60 Vol.-% eines duroplastischen Kunstharzes in flüssiger Form gemischt, die so hergestellte Preßmasse in eine beheizte Preßform gefüllt und dann in an sich bekannter Weise gepreßt und ausgehärtet wird, unter Verwendung einer Preßform mit Spalten von einer die mittlere Korngröße des weichmagnetischen Materials unterschreitenden Weite.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Carbonyleisenpulver teilweise durch Weichferritpulver ersetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdruck zwischen 200 und 2 000 bar liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als duroplastisches Kunstharz Polyesterharz oder Phenolharz verwendet wird.
EP79100156A 1978-03-22 1979-01-19 Verfahren zur Herstellung von Pressmassen mit weichmagnetischen Eigenschaften Expired EP0004272B1 (de)

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EP0004272A3 EP0004272A3 (en) 1979-10-31
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