EP2643839A1 - Weichmagnetisches metallband für elektromechanische bauelemente - Google Patents

Weichmagnetisches metallband für elektromechanische bauelemente

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EP2643839A1
EP2643839A1 EP11799328.7A EP11799328A EP2643839A1 EP 2643839 A1 EP2643839 A1 EP 2643839A1 EP 11799328 A EP11799328 A EP 11799328A EP 2643839 A1 EP2643839 A1 EP 2643839A1
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EP
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strip according
roughness
μηι
soft magnetic
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/02—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by earth fault currents

Definitions

  • the application relates to a soft magnetic metal strip for electromechanical components, in particular AC ⁇ mismatch switch.
  • a method of manufacturing a magnetic core for soft magnetic alloy AC fault current switches is disclosed in US 5,922,143.
  • An amorphous band of an iron-based alloy is produced by a rapid solidification technology, wound into a magnetic core and then heat-treated to produce a nanocrystalline structure.
  • the object of the application is to provide a soft-magnetic metal band ⁇ for electromechanical components, which is particularly suitable for applications at 50 Hz, such as AC fault current switches, which can be produced reproducibly.
  • a soft magnetic metal strip for electromechanical components is maraf ⁇ fen.
  • the soft magnetic metal strip has a nano- line or an amorphous structure and ratios of Banddi ⁇ CKEN to roughness d / Ra ⁇ 5 d / Ra -S 25, wherein Ra is the mean roughness.
  • Magnetization characteristics of this soft magnetic metal strip are pending from a tape thickness d and a roughness Ra from ⁇ .
  • a ratio of tape thicknesses to roughnesses d / Ra of ⁇ 5 d / Ra -S 25 enables the improvement of permeability in AC applications as well as the reliable generation of this improved permeability.
  • the roughness Ra of this ratio is the measured one
  • This soft magnetic metal strip has the advantage that electromechanical components with short response times such as fault current switches or speed sensors can be realized with a toroidal core, which can trigger a switching operation at low coercive field strength of a few 10 milliamps per centimeter or the Vorbeidrenhen a
  • Permanent magnets can signal to allow speed measurements instead of Hall generators.
  • the soft magnetic metal strip has a nanocrystalline or amorphous structure.
  • the soft magnetic metal strip is characterized by an almost rectangular hysteresis loop and low eddy current losses, both of which react to quickly ⁇ electromechanical components, such as fault current ⁇ switches that are used at 50 Hz can be used.
  • the soft magnetic metal ribbon ⁇ a maximum value of the magnetic induction values at Ratios of tape thickness to roughness d / Ra between 10 ⁇ d / Ra ⁇ 20.
  • the strip thickness can be between 5 ⁇ ⁇ d ⁇ 30 ⁇ or 5 ⁇ ⁇ d ⁇ 20 ⁇ .
  • the roughness Ra can be between 0, 6 ⁇ ⁇ d ⁇ 2, 5 ⁇ or 1 ⁇ ⁇ d ⁇ 2 ⁇ lie.
  • this ei ⁇ ne strip thickness means d of the soft magnetic metal strip is between 10 ⁇ ⁇ d ⁇ 20 ⁇ .
  • the metal strip may have a ratio Br / Bm> 80%, where ⁇ is measured at Bm at 200 mA / cm.
  • the metal strip has a fish scale pattern with a structure arranged transversely and obliquely to the strip longitudinal direction. Such a pattern can be selectively adjusted, for example, by reducing the casting pressure and / or increasing the casting wheel speed. Further options for selectively influencing the surface topology of the strip include, for example, surface structuring of the casting roll or subsequent laser scribing of the soft magnetic metal strip.
  • the metal strip thermally at a temperature between 500 ° C and 600 ° C for a period of
  • the metal strip has a quasi-stationary coercive field strength regardless of a tape quality in relation to strip thickness and roughness, wherein a AC-specific coercive field strength of the metal ⁇ bands having a ratio of belt thickness to roughness d / Ra linearly increases.
  • the metal strip according to any one of the preceding embodiments may be wound to indicate a magnetic core.
  • This magnetic core can be used in various applications, for example in applications at frequencies of less than 1000Hz, as in a Konstromtationstromschal ⁇ ter, since the magnetic core has good permeability even at 50 Hz, or distribution transformers.
  • this soft magnetic metal strip is used for ac-sensitive electromechanical components with a soft-magnetic annular band core.
  • the soft magnetic metal strip can be used for residual current switches with a residual current limit I max -S 30 mA.
  • use of the soft-magnetic metal strip for a rotational speed sensor is also possible. cooperate with a segmented permanent magnet disc possible.
  • An AC-sensitive leakage circuit breaker comprising a magnetic core made of a wound soft magnetic strip according to one of the preceding embodiments.
  • the magnetic core of the ac-sensitive leakage circuit breaker has a ratio Br / Bm> 80%.
  • a distribution transformer comprising a magnetic core of a wound soft magnetic ribbon according to one of the preceding embodiments.
  • the magnetic core of the distribution transformer may have a ratio Br / Bm> 80% at a frequency of less than 1000 Hz, in particular at 50 Hz.
  • FIG. 1 shows a diagram for defining a dynamic one
  • Fig. 2 shows a diagram with values of tape thickness
  • FIG. 3 shows a diagram with induction amplitudes (FIG
  • FIG. 3a amplitude permeabilities
  • FIG. 3b amplitude permeabilities
  • FIG. 4a amplitude permeabilities (FIG. 4b) as a function of the exciting field amplitude with sinusoidal excitation at 50 Hz for the metal strip qualities of FIG. 3;
  • Fig. 5 shows a diagram of the dynamic Coercitivity as a function of the ratio of band ⁇ thickness and surface roughness of a single batch
  • Fig. 6 shows a graph of induction amplitudes at an excitation field strength of 10 mA / cm as a function of the ratio of strip thickness and surface roughness of a first metal strip alloy
  • Fig. 7 shows a diagram with values of tape thickness and
  • Fig. 8 shows a diagram with induction amplitudes
  • FIG. 9 shows a plot of the dynamic (50 Hz) and static (de) coercive field strengths as a function of the ⁇
  • 10 shows a diagram with induction amplitudes at an exciting field strength of 10 mA / cm as a function of the ratio of strip thickness and roughness of a second metal strip alloy
  • Fig. IIa shows a diagram with induction amplitudes
  • FIG. IIb shows a diagram of the changes in the induction amplitudes after a DC field pulse and after
  • FIG. 12 shows a diagram of the dynamic coercive field strength as a function of the ratio of the strip thickness and the roughness of an amorphous VITROVAC 6030 Z.
  • Fig. 13 shows a graph of induction amplitudes at an excitation field strength of 10 mA / cm as a function of the ratio of strip thickness and surface roughness of an amorphous VITROVAC 6030 Z strip material.
  • the investigations also included a number of different KA charges of the alloy Fe 7 3, 5 Cui b 3 Sii 3 . 5 B 9 , in which the manufacturing parameters were varied with a view to improving the ductility in the production state. From these batches ring wire cores measuring 22 mm x 16 mm x bandwidth were also produced for magnetic investigations.
  • the toroidal cores were tempered longitudinally in a production furnace under hydrogen atmosphere.
  • the exact An ⁇ let conditions were: lh hold at 540 ° C in the longitudinal field (alternating field of about 10 A / cm), cooling at 1 K / min.
  • the quasistatic hysteresis loops as well as the 50Hz commutation curves.
  • the 50 Hz characteristics were measured in the "decreasing excitation field", which corresponds to a measurement of the demagnetized core.
  • H c the dynamic coercive field strength
  • H c (dyn) designates that exciting field strength at which the saturation or maximum permeability is just about reached.
  • the mean band thickness was determined from the weight of the meter and the roughness at the band underside (transverse to the band direction) was measured. example 1
  • Example 1 is based on investigations in terms of roughness and strip thickness with the alloy Fe75.5CuiNb3Sii2.5Bs as batch KA 1283
  • the ratio of strip thickness to surface roughness d / R a ranges from about 10 to 60.
  • FIG. 2 shows the associated variation of strip thickness d and surface roughness Ra. It can be seen in FIG. 2 that the thinner tapes as a rule also have an absolutely greater roughness.
  • Figure 3 shows at 1 Hz (sinusoidal field strength) ⁇ precisely measured ne Commutation (B max through H), and the associated Amp litudenpermeabiltician ⁇ ⁇ .
  • FIG. 5 shows the dynamic coercive field strength H c (as defined in FIG. 1) as a function of the ratio d / R a .
  • Example 2 is roughness and tape thickness investigations with the alloy Fe 7 3, 5 Cui b 3 Sii 3 . 5 B 9 from different batches, as well as investigations of other influencing parameters. On different batches of alloy Fe 7 3, 5 Cui b 3 Sii 3 . 5 B 9 results are shown in Figures 7-11. Here too, the just discussed dependence of the magnet values on the band roughness and band thickness arises. In contrast to the case discussed above, here the influence of roughness is expressed somewhat more explicitly, since the mean
  • the values of the static coercive field strength are about 3.5 mA / cm. This compared to the alloy of Example 1 Fe75,5Cui b3Sii2.5Bs significantly lower values is partly because ⁇ through implies that the static loop only about
  • the 50Hz magnet values are in the present case
  • a striking feature of the strip geometry was ei ⁇ ne more than 5 ⁇ deep longitudinal groove which was not maintained in Ra value ent ⁇ , ie it was not measured in the measurement over this ridge of time. This groove is due to slag particles in the nozzle, which eventually led to splitting of the belt and ultimately premature firing.
  • FIG. 11 shows these changes as a function of the exciting field together with the BH commutation curve in comparison with Ultraperm 200. It can be seen that the changes in the soft magnetic nanocrystalline metal strip are significantly greater than in the case of the ultracrystalline Ultraperm 200 metal strip of a NiFe alloy ,
  • Example 3 is based on investigations on an amorphous comparison material VITROVAC 6030 Z (Z stands for material with a rectangular hysteresis loop) with regard to roughness and strip thickness. For comparison with the nanocrystalline material show the
  • a possible magnetization process with rectangular hysteresis loops is that the magnetization of the movement of 180 0 -Domänenroomn runs transverse to the strip longitudinal direction. Due to the associated strong spatial localization of the magnetization changes, excessive, so-called anomalous eddy current losses result. In this case, the greater the increase in losses, the fewer domains involved in the magnetization process.
  • Designate p e i is the specific electrical resistance, n 0 is the number of domains per unit area during the quasi - static run through of the hysteresis loop,
  • V 0 a minimum value by which the external field increases ⁇ the need to form a new domain, or to set an overall pinned wall in motion, V 0 is so last ⁇ Lich closely linked to the static coercive field strength,
  • B is the induction amplitude
  • H dB / dt The power loss is generally given by H dB / dt, where the rate of magnetization reversal dB / dt is proportional to f -B.
  • H is the external field needed to compensate for locally generated eddy current fields. From equation (1) follows for this:
  • H c sa (B) denotes the course of the quasi-static hysteresis loop, which is mainly due to
  • Equations (1) and (2) The ultimate critical parameters in Equations (1) and (2) are the domain density n Q , as well as the nucleation field strength V 0 . To clarify below is how both sizes are related to the surface roughness and the strip thickness.
  • d denotes the strip thickness
  • K the anisotropy in the band longitudinal direction
  • ⁇ an effective wavelength, which represents a measure of the extent and distance of the surface defects.
  • H c stat in accordance with equation (5a) is proportional to R a / d, that is ultimately more dependent on R a / d than the anomalous eddy current losses. This results in inferior magnet values again due to the increasing hysteresis losses for bands that are too rough.
  • H c is independent of surface defects In this case, H c is determined by nucleation or by pinning to intrinsic anisotropy fluctuations. Then with which the eddy current field as
  • Ra follows. This case is particularly important for nanocrystalline work ⁇ materials, in which the average crystal anisotropy (K) can make a significant contribution to H c due to the finite particle size, in contrast to amorphous systems.
  • K average crystal anisotropy
  • the term K would have to be replaced by K u ⁇ Ki>.
  • the 50 Hz characteristic of nanocrystalline (as well as amorphous) materials with a rectangular hysteresis loop is decisively characterized by anomalous swirling current losses.
  • the above investigations indicate that the ratio of the strip thickness d to the surface roughness R a forms a significant influencing parameter, which can go far beyond the influence of the alloy composition.
  • the best magnet values were found for ratios d / R a ⁇ 20, ie for thin bands (around 20 ⁇ m and smaller) with a relatively rough surface (R a around 1 ⁇ m or slightly larger).
  • the alloy composition Fe 73 , 5 Cui b 3 Sii 3 .5Bg can be so in the for AC-sensitive

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Abstract

Die Anmeldung betrifft ein weichmagnetisches Metallband für elektromechanische Bauelemente, wobei das weichmagnetische Metallband eine nanokristalline oder amorphe Struktur aufweist. Das Metallband weist Verhältnisse von Banddicken zu Rauigkeiten d/Ra von 5 ≤ d/Ra ≤ 25 auf.

Description

Beschreibung
Weichmagnetisches Metallband für elektromechanische Bauele¬ mente
Die Anmeldung betrifft ein weichmagnetisches Metallband für elektromechanische Bauelemente, insbesondere Wechselstrom¬ fehlstromschalter .
Ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns für Wechselstromfehlstromschalter aus weichmagnetischen Legierungen ist in der US 5,922,143 offenbart. Ein amorphes Band aus einer Eisen-basierten Legierung wird mit einer Rascherstarrungs- technologie hergestellt, gewickelt zu einem Magnetkern und anschließend wärmebehandelt, um ein nanokristallines Gefüge zu erzeugen.
Dieser Magnetkern ist weniger beeinträchtigt von mechanischen Spannungen, so dass der gewünschte Permeabilitätswert zuver¬ lässiger erreicht wird. Es besteht jedoch noch Bedarf für weitere Verbesserungen.
Aufgabe der Anmeldung ist es, ein weichmagnetisches Metall¬ band für elektromechanische Bauelemente, das insbesondere für Anwendungen bei 50 Hz, wie AC Fehlstromschaltern geeignet ist, zu schaffen, das sich reproduzierbar herstellen lässt.
In einer Ausführungsform der Anmeldung wird ein weichmagnetisches Metallband für elektromechanische Bauelemente geschaf¬ fen. Das weichmagnetische Metallband weist eine nanokristal- line oder eine amorphe Struktur und Verhältnisse von Banddi¬ cken zu Rauigkeiten d/Ra von < 5 d/Ra -S 25 auf, wobei Ra der Mittenrauheitswert ist. Magnetisierungseigenschaften dieses weichmagnetischen Metallbands sind von einer Banddicke d und einer Rauigkeit Ra ab¬ hängig. Ein Verhältnis von Banddicken zu Rauigkeiten d/Ra von ^ 5 d/Ra -S 25 ermöglicht die Verbesserung der Permeabilität bei Wechselstromanwendungen sowie das zuverlässige Erzeugen dieser verbesserten Permeabilität.
Die Rauigkeit Ra dieses Verhältnisses ist die gemessene
Rauigkeit der Unterseite des weichmagnetischen Metallbands, wobei die Unterseite die Seite des weichmagnetischen Metall¬ bands ist, die bei der Erstarrung einer Schmelze auf einem Gießrad liegt. Dieses weichmagnetische Metallband hat den Vorteil, dass elektromechanische Bauelemente mit kurzen Ansprechzeiten wie Fehlerstromschalter oder Drehzahlsensoren mit einem Ringbandkern realisiert werden können, die bei geringer Koerzitiv- feldstärke von wenigen 10 Milliampere pro Zentimeter einen Schaltvorgang auslösen können bzw. das Vorbeidrehen eines
Permanentmagneten signalisieren können, um Drehzahlmessungen anstelle von Hallgeneratoren zu ermöglichen.
Das weichmagnetische Metallband weist eine nanokristalline oder amorphe Struktur auf. Das weichmagnetische Metallband zeichnet sich durch eine nahezu rechteckige Hystereseschleife und niedrige Wirbelstromverluste aus, was beides für schnell¬ reagierende elektromechanische Bauelemente, wie Fehlstrom¬ schalter, die bei 50 Hz verwendet werden, genutzt werden kann.
In einer Ausführungsform weist das weichmagnetische Metall¬ band einen Maximalwert der magnetischen Induktionswerte bei Verhältnissen von Banddicken zu Rauigkeiten d/Ra zwischen 10 < d/Ra < 20 auf.
Die Banddicke kann zwischen 5 μιη < d < 30 μιη oder 5μιη < d ^ 20 μιη liegen. Die Rauigkeit Ra kann zwischen 0 , 6 μιη < d < 2 , 5 μιη oder 1 μιη < d < 2 μιη liegen.
Bei einer mittleren Rauigkeit von etwa 1 μιη bedeutet dies ei¬ ne Banddicke d des weichmagnetischen Metallbands zwischen 10 μιη < d < 20 μιιι .
Das Metallband kann ein Verhältnis Br/Bm > 80 % aufweisen, wo¬ bei Bm bei 200 mA/cm gemessen ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Metallband ein Fischschuppenmuster mit einer quer und schräg zur Bandlängsrichtung angeordneten Struktur aufweist. Solch ein Muster kann zum Beispiel durch Reduktion des Gießdruckes und/oder Erhöhung der Gießradgeschwindigkeit gezielt eingestellt werden. Weitere Möglichkeiten, die Ober- flächentopologie des Bandes gezielt zu beeinflussen, bieten zum Beispiel eine Oberflächenstrukturierung der Gießwalze oder nachträgliches Laser-Scribing des weichmagnetischen Metallbands .
Durch entsprechende Vergleichsversuche konnte ermittelt wer¬ den, dass der Einfluss dieser geometrischen Parameter stärker ist, als der Einfluss der Legierungszusammensetzung des Metallbands mit Legierungsbestandteilen von Silizium, Bor, Niob und Kupfer in über 73 Atomgew. % Eisen.
Somit ergeben sich für ein Metallband einer Legierung, die Fe75f 5Cui b3Sii2.5Bg aufweist, und ein Metallband, das eine Le- gierung mit Fe73,5CuiNb3Sii3.5Bg aufweist, keine gravierenden Unterschiede, so dass beide Legierungen in dem oben angegebe¬ nen Dicken zu Rauigkeitsverhältnis maximale Induktionswerte aufweisen. Vergleichsweise weisen Bandqualitäten von dünnerem und rauerem Metallband bessere Wechselstrommagnetwerte auf, als ein glattes mit einer gegen Null gehenden Rauigkeit und ein mehr als 50 μιη dickes Metallband.
Dazu ist es von Vorteil, das Metallband thermisch bei einer Temperatur zwischen 500°C und 600°C für eine Dauer von
0,5 Std. bis 2 Std. in einem Längsfeld von 5 A/cm bis 15 A/cm zu glühen. Nach der Glühbehandlung weist das Metallband eine quasistationäre Koerzitivfeidstärke unabhängig von einer Bandqualität in Bezug auf Banddicke und Rauigkeit auf, wobei eine wechselstrombestimmte Koerzitivfeidstärke des Metall¬ bands mit einem Verhältnis von Banddicke zu Rauigkeit d/Ra linear zunimmt.
Das Metallband nach einem der vorhergehenden Ausführungsbe- spiele kann gewickelt werden, um einen Magnetkern anzugeben. Dieser Magnetkern kann bei verschiedenen Anwendungen verwendet werden, beispielsweise bei Anwendungen bei Frequenzen von kleiner als 1000Hz, wie bei einem Wechselstromfehlstromschal¬ ter, da der Magnetkern auch bei 50 Hz eine gute Permeabilität aufweist, oder bei Verteilertransformatoren.
Es ist vorgesehen, dass dieses weichmagnetische Metallband für wechselstromsensitive elektromechanische Bauelemente mit einem weichmagnetischen Ringbandkern verwendet wird. Das weichmagnetische Metallband kann wie oben bereits ausgeführt für Fehlerstromschalter mit einem Fehlerstromgrenzwert Imax -S 30 mA verwendet werden. Ferner ist auch eine Verwendung des weichmagnetischen Metallbands für einen Drehzahlsensor in Zu- sammenwirken mit einer segmentierten Permanentmagnetenscheibe möglich .
Ein wechselstromsensitiver Fehlstromschutzschalter wird auch angegeben, der einen Magnetkern aus einem gewickelten weichmagnetischen Band nach einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel weist bei einer Frequenz von kleiner als 1000Hz, insbesondere bei 50 Hz, der Magnetkern des wechselstromsensitiven Fehlstromschutzschalters ein Verhältnis Br/Bm > 80% auf.
Ein Verteilertransformator wird auch angegeben, der einen Magnetkern aus einem gewickelten weichmagnetischen Band nach einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele aufweist.
Der Magnetkern des Verteilertransformators kann bei einer Frequenz von kleiner als 1000Hz, insbesondere bei 50 Hz, ein Verhältnis Br/Bm > 80% aufweisen.
Der Erfindung liegen Diagramme nachfolgender Figuren zugrunde, die im einzelnen zeigen: Fig. 1 zeigt ein Diagramm zur Definition einer dynamischen
Koerz itivfeidstärke,*
Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit Werten von Banddicke und
Rautiefe an verschiedenen Stellen eines untersuch- ten Metallbands;
Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit Induktionsamplituden (Figur
3a) und Amplitudenpermeabilitäten (Figur 3b) als Funktion der erregenden Feldamplitude bei sinusförmiger Erregung mit 1 Hz für unterschiedliche Me¬ tallbandqualitäten,· Fig. 4 zeigt ein Diagramm mit Induktionsamplituden (Figur
4a) und Amplitudenpermeabilitäten (Figur 4b) als Funktion der erregenden Feldamplitude bei sinusförmiger Erregung mit 50 Hz für die Metallbandqualitä¬ ten aus Figur 3;
Fig. 5 zeigt ein Diagramm der dynamischen Koerzitiv- feldstärke als Funktion des Verhältnisses von Band¬ dicke und Rautiefe einer einzelnen Charge; Fig. 6 zeigt ein Diagramm mit Induktionsamplituden bei einer erregenden Feldstärke von 10 mA/cm als Funktion des Verhältnisses von Banddicke und Rautiefe einer ersten Metallbandlegierung; Fig. 7 zeigt ein Diagramm mit Werten von Banddicke und
Rautiefe unterschiedlicher Chargen von Metallband;
Fig. 8 zeigt ein Diagramm mit Induktionsamplituden und
Amplitudenpermeabilitäten als Funktion der erregen- den Feldamplitude bei sinusförmiger Erregung mit
50 Hz für unterschiedliche Metallbandqualitäten im Vergleich einer nanokristallinen Legierung zu einer grobkristallinen NiFe-Legierung Ultraperm 10 mit der Kennlinie 020;
Fig. 9 zeigt ein Diagramm der dynamischen (50 Hz) und statischen (de) Koerzitivfeidstärke als Funktion des ^
Verhältnisses von Banddicke und Rautiefe unter¬ schiedlicher Chargen;
Fig. 10 zeigt ein Diagramm mit Induktionsamplituden bei ei- ner erregenden Feldstärke von 10 mA/cm als Funktion des Verhältnisses von Banddicke und Rautiefe einer zweiten Metallbandlegierung;
Fig. IIa zeigt ein Diagramm mit Induktionsamplituden bei
50 Hz von drei nanokristallinen Metallbandqualitä¬ ten im Vergleich zu einem grobkristallinen Ultraperm 200 Metallband der NiFe-Legierung;
Fig. IIb zeigt ein Diagramm der Änderungen der Induktions- amplituden nach einem Gleichfeldstoß und nach
Klopfbelastung;
Fig. 12 zeigt ein Diagramm der dynamischen Koerzitiv- feldstärke als Funktion des Verhältnisses von Band- dicke und Rautiefe eines amorphen VITROVAC 6030 Z
Bandmaterials ;
Fig. 13 zeigt ein Diagramm mit Induktionsamplituden bei einer erregenden Feldstärke von 10 mA/cm als Funktion des Verhältnisses von Banddicke und Rautiefe eines amorphen VITROVAC 6030 Z Bandmaterials.
Im Rahmen der Fertigungsüberleitung der nanokristallinen Legierung Fe75,5Cui b3Sii2.5Bs wurde ein Stichversuch zum Einfluss von Banddicke und Bandrauigkeit auf die nach Wärmebehandlung erzielbare Magnetqualität durchgeführt. Hierzu wurde bei ei¬ ner Bandcharge (KA 1283, Einsatz 7 kg, Bandbreite 15 mm) durch Erniedrigung der Walzengeschwindigkeit während des Schussverlaufes die Banddicke von ca. 16 μιη (Mikrometer) auf ca. 35 μιη variiert. Durch Absenkung des Gießdruckes gegen Schussende wurde schließlich versucht, die Bandrauigkeit bei gleichbleibender Dicke (um 35 μιη) zu erhöhen. Aus dieser Charge wurden über den Schussverlauf hinweg Bandproben verschiedener Dicke und Rauigkeit entnommen und hieraus Ring¬ bandkerne (RBK) mit der Abmessung 22 mm x 16 mm x Bandbreite für weitere magnetische Untersuchungen gewickelt.
In die Untersuchungen mit einbezogen waren auch eine Reihe von verschiedenen KA-Chargen der Legierung Fe73, 5Cui b3Sii3.5B9, bei denen die Herstellparameter im Hinblick auf eine Verbesserung der Duktilität im Herstellzustand variiert wurden. Aus diesen Chargen wurden ebenfalls Ringbandkerne der Abmessung 22 mm x 16 mm x Bandbreite für die magnetischen Untersuchungen hergestellt.
Die Ringbandkerne wurden in einem Fertigungsofen unter Wasserstoff-Atmosphäre im Längsfeld angelassen. Die genauen An¬ lassbedingungen waren: lh Haltezeit bei 540°C im Längsfeld (Wechselfeld von ca. 10 A/cm), Abkühlung mit 1 K/min.
Gemessen wurden die quasistatischen Hystereseschleifen, sowie die 50Hz-Kommutierungskurven . Die 50Hz-Kennlinien wurden im "abnehmenden erregenden Feld gemessen", was einer Messung des entmagnetisierten Kernes entspricht. Aus den Kommutierungskurven wurde entsprechend Figur 1 die dynamische Koerzitivfeidstärke Hc ausgewertet, d.h. in den nachfolgenden Diagrammen der Figuren bezeichnet Hc(dyn) diejenige erregende Feldstärke, bei welcher gerade in etwa die Sättigung bzw. die Maximalpermeabilität erreicht wird. Zur Charakterisierung der Bandgeometrie wurde die mittlere Banddicke aus dem Metergewicht bestimmt sowie die Rauigkeit an der Bandunterseite (quer zur Bandrichtung) gemessen. Beispiel 1
Dem Beispiel 1 liegen Untersuchungen in Bezug auf Rauigkeit und Banddicke mit der Legierung Fe75,5CuiNb3Sii2.5Bs als Charge KA 1283 zugrunde
Das Verhältnis von Banddicke zu Rautiefe d/Ra reicht von etwa 10 bis 60. Die Figur 2 zeigt die zugehörige Variation von Banddicke d und Rautiefe Ra . Es ist in Figur 2 erkennbar, dass die dünneren Bänder in der Regel auch eine absolut grö- ßere Rauigkeit aufweisen.
Die mittlere, quasistatisch gemessene Koerzitivfeidstärke be¬ trägt Hc = 7.5 ± 1 mA/cm (bei Hmax = 50 mA/cm
Das mittlere, quasistatisch gemessene Remanenzverhältnis liegt bei Br/Bm = 0.97 ± 0.01 (bei Hmax = 200 mA/cm) .
Figur 3 zeigt die bei 1 Hz (sinusförmige Feldstärke) gemesse¬ ne Kommutierungskurve (Bmax über H) , sowie die zugehörige Amp¬ litudenpermeabilität μ.
Bei den dickeren und glatteren Bändern sind andeutungsweise etwas bessere Magnetwerte zu erkennen. Insgesamt ist der hier festgestellte Einfluss von Banddicke und Bandrauigkeit auf die quasistatischen und ΙΗζ-Meßwerte jedoch nur gering und geht fast in der Messgenauigkeit unter. Im Gegensatz hierzu wurde in Vergleichsuntersuchungen an amorphen Werkstoffen wie VC 6150 Z und VC 6030 Z eine deutliche Verschlechterung von Hc und Br mit zunehmendem Verhältnis von Ra/d festgestellt.
Bei höheren Messfrequenzen sieht die Situation deutlich anders aus. Schon bei 50 Hz ergeben sich deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Bandqualitäten. Figur 4 zeigt hierzu die bei 50 Hz (sinusförmige Feldstärke) gemessene Kom¬ mutierungskurve (Bmax über H) , sowie die zugehörige Amplitu¬ denpermeabilität μ. Der Vergleich der 1Hz- und 50Hz-Kenn- linien zeigt, dass die 50Hz-Kennlinie praktisch vollständig durch anomale Wirbelströme bestimmt ist. Wie bereits oben er- läutert wurde, sind die klassischen Wirbelstrombeiträge zu vernachlässigen. Es fällt auf, dass insbesondere die dünnen und rauen Bänder mit Abstand deutlich bessere 50Hz-Magnet- werte liefern als die dickeren glatten Bänder. Figur 5 zeigt die dynamische Koerzitivfeidstärke Hc (gemäß Definition in Figur 1) in Abhängigkeit des Verhältnisses d/Ra. Die Werte für f = 1 Hz fallen mit den quasistatisch ge¬ messenen Werten zusammen und zeigen, wie schon erwähnt, praktisch keine Abhängigkeit von d/Ra. Die wirbelstrombest immten 50 Hz-Werte hingegen nehmen linear mit d/Ra zu, was den oben dargelegten theoretischen Erwartungen entspricht. Die Extrapolation der 50Hz-Werte für d/Ra ^ 0 führt auf einen Wert, der in etwa der quasistatischen Koerzitivfeidstärke ent¬ spricht .
Für die mögliche Anwendung in 3 OmA-Fehlerstromschaltern ist die Induktionsamplitude Bio bei einer erregenden Feldamplitu¬ de von 10 mA/cm relevant. Die Konsequenzen des Verhältnisses d/Ra für diese Größe sind in Figur 6 dargestellt. B10 nimmt mit abnehmender Banddicke und zunehmender Rauigkeit deutlich zu. Der maximale Wert von Bio, d.h. Bio ungefähr gleich Bs, ist zu erwarten, wenn die dynamische Koerzitivfeidstärke Hc klei- ner als 10 mA/cm wird. Dies ist z.B. für kleinere Frequenzen realisiert .
Beispiel 2 Dem Beispiel 2 liegen Untersuchungen in Bezug auf Rauigkeit und Banddicke mit der Legierung Fe73, 5Cui b3Sii3.5B9 aus verschiedenen Chargen, sowie Untersuchungen weiterer Einflussparameter zugrunde. Die an verschiedenen Chargen der Legierung Fe73, 5Cui b3Sii3.5B9 gewonnenen Ergebnisse sind in den Figuren 7-11 dargestellt. Es ergibt sich auch hier die eben diskutierte Abhängigkeit der Magnetwerte von Bandrauigkeit und Banddicke. Im Unter¬ schied zum oben diskutierten Fall kommt hier der Einfluss der Rauigkeit etwas expliziter zum Ausdruck, da die mittlere
Banddicke nicht so stark wie in Beispiel 1 variiert (Figur 7) .
Die Werte der statischen Koerzitivfeidstärke liegen bei etwa 3,5 mA/cm. Dieser im Vergleich zur Legierung des Beispiels 1 Fe75,5Cui b3Sii2.5Bs deutlich niedrigere Werte ist zum Teil da¬ durch bedingt, dass die statische Schleife nur mit etwa
20 mA/cm ausgesteuert wurde. Bei einer vergleichbaren Aus¬ steuerung von Hmax = 50 mA/cm ergeben sich etwas höhere Hc- Werte um Hc = 5 mA/cm.
Die 50Hz-Magnetwerte liegen im vorliegenden Fall
(Fe73,5Cui b3Sii3.5B9) etwas günstiger als diejenigen der Legie- rung Fe75,5CuiNb3Sii2.5Bs . Dies kommt am deutlichsten beim Ver¬ gleich der Bio-Werte bei demselben d/Ra-Verhältnis zum Aus¬ druck (vgl. Figur 8 und 10) . Hierzu ist anzumerken, dass die Legierung mit 13,5 Atomgew. % Si und mit λ3 = 2xlCT6 und
Ku = 20 J/m3, sowohl eine um den Faktor zwei kleinere Magne¬ tostrikt ionskonstante λ3, als auch eine kleinere magnetfeld¬ induzierte Anisotropie Ku aufweist (die entsprechenden Werte für die Legierung mit 12,5 Atomgew. % Si sind: λ3 = 3,5xlCT6 und Ku = 40 J/m3) . Damit besitzt die Legierung mit Si 13,5 Atomgew. % sowohl für die reinen weichmagnetischen Eigenschaften wie auch für die dynamischen Eigenschaften günstigere Grundvorauset zungen .
Bei genauerer Betrachtung der Figuren 9 und 10 fällt ein Ausreißer auf (gekennzeichnet durch ein Ausrufungszeichen) ; es handelt sich hierbei um ein Band aus einer Charge KA 1114. Auffällig sind die, trotz relativ kleinem d/Ra-Verhältnis , relativ schlechten dynamischen Eigenschaften, wie auch die im Vergleich zu den anderen Chargen mehr als doppelt so hohe statische Koerzitivfeidstärke . Ferner wies dieses Band auch eine bezüglich des Feldnullpunktes stark verschobene
Hystereseschleife auf. Auffällig an der Bandgeometrie war ei¬ ne mehr als 5 μιη tiefe Längsriefe, die im Ra-Wert nicht ent¬ halten war, d.h. es wurde bei der Messung nicht über diese Riefe hinweg gemessen. Diese Riefe rührt von Schlacketeilchen in der Düse her, was schließlich zu einer Spaltung des Bandes und letztlich zum vorzeitigen Schussabbruch führte.
Bei Werkstoffen mit rechteckförmiger Hystereseschleife ist die Magnetisierungskennlinie relativ empfindlich von den ge¬ nauen Messbedingungen und dem Zustand des Kernes vor der Messung abhängig. Die bislang diskutierten Kennlinien wurden im abnehmenden Magnetfeld gemessen (entspricht einer Messung des entmagnetisierten Kernes) an Kernen im Zustand "wie getempert, einige Tage danach". Im Vergleich zu einer derartigen Referenzkurve ergibt sich: 1. Eine Reduzierung der Induktionswerte um bis zu 50-100 mT nach Gleichfeldvorbelastung (im vorliegenden Fall ca. lA/cm) .
2. Eine Anhebung der Induktionswerte bis zu 100-200 mT nach Klopfen des Kernes.
Figur 11 zeigt diese Änderungen als Funktion des erregenden Feldes zusammen mit der B-H-Kommut ierungskurve im Vergleich mit Ultraperm 200. Es ist erkennbar, dass die Änderungen des weichmagnetischen nanokristallinen Metallbands deutlich grö- ßer als bei dem grobkristallinen Ultraperm 200 Metallband einer NiFe-Legierung sind.
Bemerkenswert sind die Änderungen der Magnetwerte nach einem Klopfen des Metallbands. Während die hier untersuchten Char- gen der Legierungszusammensetzung Fe73, 5Cui b3Sii3.5B9 eine deutliche Änderung der Magnetwerte zeigten, war bei der Le¬ gierung Fe75,5Cui b3Sii2.5Bs (trotz höherer Magnetostriktion) wie auch bei Ultraperm 200 praktisch keine Änderung zu beobachten. Momentan kann das Phänomen nur als Hinweis verstan- den werden, dass das Handling der Kerne die Magnetwerte fall¬ weise beeinflussen kann.
Der Einfluss eines Gleichfeldstoßes hingegen war wesentlich reproduzierbarer und bei allen untersuchten Kernen zu be- obachten. Das Phänomen spiegelt den irreversiblen Charakter der zugrunde liegenden Magnetisierungsprozesse wieder
(Pinning von Domänen-Wänden, Nachwirkungseffekte) . Dieser Effekt kann beim Messen unter Umständen unkontrolliert auftre- ten, nämlich beim Ein- und Ausschalten des Stromes in einem bestimmten Arbeitspunkt, abhängig von der ohmschen Last im Primär- und Sekundärkreis. Ursächlich hierfür sind durch induktive Rückwirkung bedingte Stromstöße, die das Material kurzzeitig in die Sättigung fahren können.
Praktisch gesehen bedeuten diese Effekte, dass die Indukti¬ onswerte bei nanokristallinen Werkstoffen mit rechteckförmi- ger Hystereseschleife in einem gegebenen Arbeitspunkt für ein- und denselben Kern momentan nur mit einer Toleranz von ca. ± 100 mT angegeben werden können.
Beispiel 3 Dem Beispiel 3 liegen Untersuchungen an einem amorphen Vergleichswerkstoff VITROVAC 6030 Z (Z steht für Werkstoff mit rechteckförmiger Hystereseschleife) in Bezug auf Rauigkeit und Banddicke zugrunde. Zum Vergleich mit dem nanokristallinen Material zeigen die
Figuren 12 und 13 eine entsprechende Auswertung bei 50 Hz an VITROVAC 6030 Z gemessener Daten. Für d/Ra > 15 ergibt sich ein analoges Bild. Für d/Ra < 15 {d = 15 μιη, Ra = 1,5 μιη bis 3 μιη) ist jedoch hier wieder eine Verschlechterung der Mag- netwerte im Gegensatz zu dem linearen Anstieg bei nanokris¬ tallinen Metallbändern festzustellen. Dies ist im wesentlichen durch den Einfluss der Rauigkeit auf die quasistatische Koerzitivfeidstärke und die Remanenzmagnetisierung bedingt. Die Ergebnisse für VITROVAC 6030 Z machen deutlich, dass der Verbesserung der dynamischen Eigenschaften durch Reduktion der Banddicke und im Falle von amorphen Metallbändern mit rechteckförmigen Hystereseschleifen durch Anhebung der Band- rauigkeit Grenzen gesetzt sind.
Die vorliegenden Untersuchungen zeigen, dass die 50Hz-Eigen- schaffen von amorphen und nanokristallinen Werkstoffen mit rechteckförmiger Hystereseschleife entscheidend vom Verhält¬ nis Banddicke d zu Rautiefe Ra bestimmt werden. Dabei fällt dem Einfluss von d/Ra mindestens eine genauso wichtige Rolle zu wie dem früher festgestellten Einfluss der in Bandrichtung induzierten uniaxialen Anisotropie Ku. Im Hinblick auf die Fertigungssicherheit erlangt d/Ra fast eine entscheidende Rolle, da dieser Parameter wesentlich schwieriger zu beherrschen ist, als die durch die Legierungszusammensetzung und Anlassbehandlung wohl definierte induzierte Anisotropie Ku.
Die besten Magnetwerte wurden bislang an dünnen (15 bis 20 μηι) und rauen Bändern (Ra = 1 bis 1.5 μηι) mit d/Ra- Verhältnissen zwischen 10 und 20 beobachtet. Dabei weisen frühere Untersuchungen an VITROVAC 6030 Z jedoch auch darauf hin, dass bei zu kleinen d/Ra-Verhältnissen die Magnetwerte aufgrund anwachsender Hystereseverluste wieder verschlechtert werden. Die kritische Grenze für nanokristalline Legierungen wurde noch nicht erreicht. Die physikalische Ursache für die Verbesserung der Magnetwer¬ te mit zunehmender Rauigkeit und abnehmender Banddicke könnte auf dynamische Domänenverfeinerung in dem nanokristallinen Metallband zurückzuführen sein. Letzteres resultiert vermut¬ lich aus den um Oberflächendefekten herum (wie Lufttaschen an der Bandunterseite, gröbere kristalline Ausscheidungen u.a.) vorhandenen Abschlussdomänenstrukturen und vergleichbaren Magnetisierungsinhomogenitäten . Für gute Magnetwerte sollte nach möglichst dünnem Band (mög¬ lichst unter 20 μιη mittlere Banddicke) mit "definierter" Rauigkeit (um oder über Ra = 1 μιη) gestrebt werden.
Die Forderung nach rauerem Band führt zu einer Verbesserung der dynamischen Magnetwerte, wenn der Magnetisierungsprozess maßgeblich durch Wandverschiebungen getragen wird. Dies trifft voll für Werkstoffe mit rechteckförmiger
Hystereseschleife und bedingt für runde Hystereseschleifen zu .
Eine mögliche Magnetisierungsprozess bei rechteckförmigen Hystereseschleifen besteht darin, dass die Magnetisierung über die Bewegung von 1800 -Domänenwänden quer zur Bandlängsrichtung abläuft. Aufgrund der hiermit verbundenen starken räumlichen Lokalisierung der Magnetisierungsänderungen ergeben sich überhöhte, sogenannte anomale Wirbelstromverluste. Dabei ist die Überhöhung der Verluste umso größer, je weniger Domänen am Magnetisierungsprozess beteiligt sind.
Die Untersuchung der Frequenzabhängigkeit zeigt, dass die Magnetisierungskennlinie von nanokristallinen ferromagneti- schen Werkstoffen mit rechteckförmiger Hystereseschleife sehr gut im Rahmen der schon für amorphe Legierungen erfolgreich eingesetzten Theorie von Bertotti aus Bertolli, J. Magn .
Mat . , 1556, 1986, Seiten 54 bis 57, beschrieben werden kann. Hiernach ergibt sich der Beitrag der anomalen Wirbelstromverluste als
Dabei bezeichnen pei den spezifischen elektrischen Widerstand, n0 die Zahl der Domänen pro Flächeneinheit beim quasi - statischen Durchlaufen der Hystereseschleife,
V0 einen Mindestwert, um den das äußere Feld erhöht wer¬ den muss, um eine neue Domäne zu bilden, bzw. eine ge- pinnte Wand in Bewegung zu setzen, V0 ist damit letzt¬ lich eng verknüpft mit der statischen Koerzitivfeidstärke,
- f die Ummagnetisierungsfrequenz und
B die Induktionsamplitude.
Die Verlustleistung ist allgemein durch H dB/dt gegeben, wobei die Ummagnetisierungsgeschwindigkeit dB/dt proportional zu f -B ist. H ist das äußere Feld, das nötig ist um die lokal erzeugten Wirbelstromfelder zu kompensieren. Aus Gleichung (1) folgt hierfür:
Dabei bezeichnet Hc s a (B) den Verlauf der quasistatischen Hystereseschleife, der hauptsächlich durch
Koerzitivfeldmechanismen bestimmt wird. Der Beitrag der sogenannten klassischen Wirbelströme wird hierbei vernachlässigt, was für nicht zu große Frequenzen (f < 1000 Hz) gerechtfer- tigt ist. Zum Beispiel liefert eine Abschätzung für f = 50 Hz und B = 1 T für das aus klassischen Wirbelströmen resultierende Wirbelstromfeld nur Bruchteile von mA/cm.
Die letztlich entscheidenden Parameter in Gleichung (1) und (2) sind die Domänendichte nQ, wie auch die Keimbildungsfeld- stärke V0. Zu klären ist im Nachfolgenden, wie beide Größen mit der Oberflächenrauigkeit und der Banddicke in Verbindung stehen .
Bei in Bandebene liegender Magnetisierung bilden sich an geometrischen Abweichungen von einer ideal planen Oberfläche magnetische Oberflächenpole aus, was zu lokalen Streufeldern führt. Zur Reduktion der hiermit verbundenen Streufeldenergie bilden sich an den Oberflächendefekten Magnetisierungsinhomogenitäten, im Extremfall sind dies zipfelartige Abschlussdo¬ mänen z.B. an den Lufttaschen der Bandunterseite. Damit ist die Konsequenz einer langsameren Einmündung in die ferromag- netische Sättigung und insbesondere eine Reduktion des
Remanenzverhältnisses gemäß
verbunden, wobei ein mittlerer durch die Oberflächenrauigkeit bedingter Ent- magnetisierungsfaktor ist. Es bezeichnen ferner d die Banddicke, K die Anisotropie in Bandlängsrichtung und λ eine effektive Wellenlänge, die ein Maß für die Ausdehnung und den Ab¬ stand der Oberflächendefekte darstellt.
In diesem Fall sollte eine erhöhte Bandrauigkeit auch eine erhöhte Keimbildungswahrscheinlichkeit für neue Domänen mit sich ziehen. Untersuchungen der dynamischen Domänen-Struktur an FeSi-Blech und amorphen Metallen geben auch Hinweise darauf, dass mit steigender Frequenz neue Domänen vorzugsweise an Oberflächenunregelmäßigkeiten entstehen. Zur Abschätzung des Einflusses von Ra auf die Domänendichte nQ kann z.B. von folgender stark vereinfachten Modellvorstellung ausgegangen werden:
Domänen, welche die Ummagnet isierung einleiten, bilden sich vorzugsweise an den Oberflächenunregelmäßigkeiten und besitzen somit in etwa deren effektive Ausdehnung λ. Für N0 Domänen ergibt sich damit ein Querschnittsanteil N0-X/b = no-X d (b = Bandbreite, n0 = N0/(b-d)) . Dieser Querschnittsanteil re¬ duziert andererseits die Remanenzmagnetisierung und ist damit proportional zu 1 - Jr/Js. Damit folgt:
Zu einem hinsichtlich der Ra, d und K-Abhängigkeit ähnlichen Ausdruck gelangt man, wenn man von der mittleren Streufeldenergie 1/2 Neff Js 2 ausgeht und diese gleich der Domänenwand energie setzt, die notwendig ist, um nQ Domänen pro Quer¬ schnitt zu erzeugen. Außerdem sind für den Einfluss auf die Wirbelstromverluste noch die maßgeblichen Koerzitivfeldmechanismen zu berücksich tigen. Hier ist im wesentlichen zwischen zwei Fällen zu unterscheiden : a) Hc ist durch Pinning an Qberflächendefekten bestimmt Dabei ist die Koerzitivfeidstärke im Wesentlichen durch
Pinning an den Oberflächendefekten bestimmt. Die Mindestfeldstärke V0 um eine neue, bislang gepinnte Domäne am Magneti- sierungsprozess zu beteiligen, ist dann anlog zu Hc durch gegeben. Dann folgt aus Gl. (2) für das Wirbelstromfeld
Hierbei ist zu beachten, dass Hc stat entsprechend Gleichung (5a) proportional zu Ra/d ist, also letztlich stärker von Ra/d abhängig ist als die anomalen Wirbelstromverluste. Damit ergeben sich für zu raue Bänder, aufgrund der zunehmenden Hystereseverluste wieder schlechtere Magnetwerte. b) Hc ist von Qberflächendefekten unabhängig In diesem Fall ist Hc durch Keimbildung bzw. durch Pinning an intrinsischen Anisotropiefluktuationen bestimmt. Dann ist womit das Wirbelstromfeld als
H-HT'(B)~—lK3,2fB (6b)
Ra folgt. Dieser Fall ist insbesondere für nanokristalline Werk¬ stoffe wichtig, bei denen auf Grund der endlichen Korngröße die mittlere Kristallanisotropie (Ki) einen entscheidenden Beitrag zu Hc liefern kann, im Gegensatz etwa zu amorphen Systemen. Bei konsequenter Rechnung wäre hier entsprechend der Term K durch Ku <Ki> zu ersetzen.
In diesem Grenzfall ist die Koerzitivfeidstärke und somit sind auch die Hystereseverluste unabhängig von der Rauigkeit. Entsprechend ergibt sich eine effizientere Reduktion der Ge¬ samtverluste mit zunehmender Rauigkeit, als im oben disku¬ tierten Fall der amorphen Werkstoffe.
Insgesamt scheinen sich die generellen Aussagen der obigen Modellrechnung mit dem nachfolgenden Experiment übereinzustimmen. Man muss sich aber dennoch der stark vereinfachenden Annahmen, die in obige Formeln eingehen, bewusst sein.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die 50Hz-Kennlinie nanokristalliner (wie auch amorpher) Werkstoffe mit rechteck- förmiger Hystereseschleife entscheidend von anomalen Wirbel¬ stromverlusten geprägt ist. Die obigen Untersuchungen lassen es feststellen, dass hierbei das Verhältnis von Banddicke d zu Oberflächenrauigkeit Ra einen wesentlichen Einflussparame- ter bildet, der weit über den Einfluss der Legierungszusammensetzung hinausgehen kann. Die besten Magnetwerte wurden für Verhältnisse d/Ra < 20 gefunden, d.h. für dünne Bänder (um 20 μιη und kleiner) mit relativ rauer Oberfläche (Ra um 1 μιη oder etwas größer) . Mit der Legierungszusammensetzung Fe73,5Cui b3Sii3.5Bg können so in dem für wechselstromsensitive
30 mA Fehlerstromschalter relevanten Arbeitspunkt bei Hc = 10 mA/cm etwa doppelt so hohe Induktionswerte wie bei grobkri¬ stallinen NiFe-Legierungen (wie Ultraperm 10, 200) erreicht werden. Die Möglichkeit, derartige Spitzenwerte zu erreichen und entscheidende Ansatzpunkte für ihre reproduzierbare Her¬ stellung zu schaffen, kann somit erreicht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Weichmagnetisches Metallband, wobei das weichmagnetische Metallband eine nanokristalline oder amorphe Struktur aufweist, wobei das Metallband Verhältnisse von Banddi¬ cken zu Rauigkeiten d/Ra von 5 -S d/Ra -S 25 aufweist.
2. Metallband nach Anspruch 1, wobei d/Ra zwischen 10 -S d/Ra < 20 liegt.
3. Metallband nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Metallband Legierungsbestandteile von Silizium, Bor, Ni- ob und Kupfer in über 73 Atomgew. % Eisen aufweist.
Metallband nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das
Metallband eine Legierung mit Fe75f auf¬ weist.
Metallband nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das
Metallband eine Legierung mit Fe73, 5Cui b3Sii3.5B9 auf¬ weist.
Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Banddicke zwischen 5 μηι < d < 30 μηι liegt.
Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Banddicke zwischen 5 μηι < d -S 20 μηι liegt.
Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rauigkeit Ra zwischen 0,6 μηι < d < 2,5 μηι liegt
9. Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rauigkeit Ra zwischen 1 μηι < d < 2 μηι liegt.
10. Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo¬ bei Br/Bm > 80% ist. 11. Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo¬ bei das Metallband ein Fischschuppenmuster mit einer quer und schräg zur Bandlängsrichtung angeordneten Struktur aufweist. 12. Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche des Metallbands eine Oberflächento- pologie einer Oberflächenstrukturierung einer Gießwalze aufweist . 13. Magnetkern, umfassend ein gewickeltes weichmagnetisches Metallband, nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Verwendung des weichmagnetischen Metallbands gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche für Fehlerstromschalter mit einem Fehlerstromgrenzwert Imax -S 30 mA.
15. Verwendung des weichmagnetischen Metallbands gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 für einen Drehzahlsensor in Zusammenwirken mit einer segmentierten
Permanentmagnetenscheibe.
16. Verwendung des weichmagnetischen Metallbands gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 für wechselstromsensitive elek- tromechanische Bauelemente mit einem weichmagnetischen Ringbandkern.
17. Wechselstromsensitiver Fehlstromschutzschalter, der einen Magnetkern nach Anspruch 13 aufweist.
18. Wechselstromsensitiver Fehlstromschutzschalter nach Anspruch 17, wobei bei einer Frequenz von kleiner als 1000Hz der Magnetkern ein Verhältnis Br/Bm > 80% aufweist.
19. Verteilertransformator, der einen Magnetkern nach Anspruch 13 aufweist.
20. Verteilertransformator nach Anspruch 19, wobei bei einer Frequenz von kleiner als 1000Hz der Magnetkern ein Verhältnis Br/Bm > 80% aufweist.
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