EP3857580B1 - Gedrucktes elektroblech - Google Patents

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EP3857580B1
EP3857580B1 EP19795103.1A EP19795103A EP3857580B1 EP 3857580 B1 EP3857580 B1 EP 3857580B1 EP 19795103 A EP19795103 A EP 19795103A EP 3857580 B1 EP3857580 B1 EP 3857580B1
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EP
European Patent Office
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printing paste
sintering
printing
electrical sheet
substrate
Prior art date
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EP19795103.1A
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EP3857580A1 (de
EP3857580C0 (de
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Carsten Schuh
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP3857580B1 publication Critical patent/EP3857580B1/de
Publication of EP3857580C0 publication Critical patent/EP3857580C0/de
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    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
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    • H01F41/0233—Manufacturing of magnetic circuits made from sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
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    • H01F41/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates the magnetic material being applied in the form of particles, e.g. by serigraphy, to form thick magnetic films or precursors therefor

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an electrical sheet from a printing paste. Furthermore, the invention relates to an electrical sheet produced by means of the said method.
  • Electrical machines consist of windings arranged in different ways through which electric current flows.
  • the resulting magnetic flux is guided in a targeted manner in a magnetic circuit, which is also known as an iron core.
  • This core consists of materials that can conduct the magnetic flux well, for example layered electrical steel. The layering serves to prevent unwanted eddy currents.
  • Standard cores are made from punched individual sheets, which were previously insulated by paper layers glued to one side, and in more modern forms by chemically applied phosphating layers.
  • the sheet thickness for normal applications is often 0.5 mm.
  • thinner sheets with a thickness of 0.35 mm are used. Cut tape and toroidal cores are often wound from even thinner and also insulated tapes.
  • JP-S57-34750-A There is known a method for producing an electromagnetic core having a laminated structure, in which a slurry or paste containing silicon as a raw material is formed into a film and an insulating layer is formed on the surface of the film by insulating material slurry, the films are laminated in multiple layers, the laminated body is cut in a cross-sectional direction to form a core having a predetermined shape, and then the formed iron core is sintered.
  • US 4 255 494 A which refers to ferromagnetic powder metal cores made from layers of pressed and sintered metal powder, as well as to EN 10 2011 109129 A1 , which relates to a method for producing a rotor or a stator of an energy converter using a three-dimensional screen printing process using different screens and/or suspensions in individual layers that are to be formed one above the other.
  • the printing paste is usually applied to a carrier plate, which consists for example of Al 2 O 3. It is known to apply a scattering agent, for example an Al 2 O 3 powder, to the carrier plate before applying the printing paste in order to make it easier to separate the thermally treated printing paste from the carrier plate.
  • a scattering agent for example an Al 2 O 3 powder
  • the printing paste is printed directly onto the carrier plate prepared in this way using stencil or screen printing, dried and then further processed thermally. Such a process is described in the application with older right EP 3 616 809 A1 described.
  • a challenge with this process is to find a carrier plate and, if necessary, a scattering agent that has suitable properties both for stencil or screen printing and for the subsequent thermal treatment of the printing paste.
  • the aim of the present invention is to overcome this challenge.
  • the present invention does not attempt to design the carrier plate on which the printing paste is printed, dried and thermally treated in such a way that it has optimal properties for both the printing process and the thermal treatment. Instead, a completely different approach is proposed: after the printing paste has been printed and dried on the carrier plate, the dried printing paste is removed from it and transferred to another base. The thermal treatment of the printing paste then takes place on this separate base.
  • carrier plates There are therefore two “carrier plates”: a first carrier plate, which is referred to below as the “substrate” and on which the printing and drying process of the printing paste takes place, and a second carrier plate, which is referred to below as the “sintering base” and on which the thermal treatment of the dried printing paste is carried out.
  • surface properties of the substrate such as roughness, planarity (also referred to as planicity) and absorbency with respect to the organic components and the solvent of the printing paste, can be selected in such a way that a desired wetting, adhesion or contact angle of the printing paste relative to the substrate is achieved.
  • planarity also referred to as planicity
  • absorbency with respect to the organic components and the solvent of the printing paste
  • electrical sheet used in this patent application:
  • “electrical sheets” are not only referred to as rolled sheets as known from the state of the art, but also as shaped bodies that have been produced using printing techniques and that have the function and properties of conventional electrical sheets.
  • Screen- or stencil-printed electrical sheets can also be referred to as "material layers”; this term is to be seen as a synonym for "electrical sheets”.
  • electrical sheets are also referred to as “magnetic sheets” or, depending on the intended use, as dynamo or motor sheets or transformer sheets.
  • the printing process mentioned in step a) of the process includes in particular screen printing processes and stencil printing processes.
  • Screen printing is a printing process in which a printing paste is printed with a squeegee through a screen, e.g. a fine-mesh fabric, onto the material to be printed, in this case the substrate.
  • a printing paste is printed with a squeegee through a screen, e.g. a fine-mesh fabric, onto the material to be printed, in this case the substrate.
  • the mesh openings of the fabric are made impermeable by a stencil.
  • the fabric carries the stencil made of plastic, for the production of which the entire surface of the stretched fabric is coated with a photopolymer and exposed to the motif to be printed via a positive film.
  • the photopolymer hardens in the areas not to be printed, the unexposed material is washed out.
  • the printing paste only penetrates the fabric where it has been washed free.
  • the stencil itself When stencil printing without a supporting screen, the stencil itself must be sufficiently strong and is made of steel, for example, and stretched directly into the frame. However, the possible printed images are limited when using stencil printing.
  • the substrate on which the printing paste is printed can be self-supporting, e.g. in the form of a plate.
  • flexible substrates are also possible, such as films.
  • the printing paste is usually based on a metal powder.
  • Step b) of the process namely drying the printing paste, is carried out, for example, by means of a controlled, in particular tempered, gas flow to remove volatile substances.
  • Air or inert gas can preferably be used as a medium for this.
  • the solvents contained in the printing paste evaporate. In some cases, this may require an increase in the temperature of the printed paste.
  • chemical cross-linking reactions of any organic binders contained in the printing paste also take place. An important role is played by a temperature distribution in the printing paste that is as homogeneous as possible and a slow heating without the solvent forming bubbles.
  • the thickness of the printing layer is usually about 10% to 50% less than before step b).
  • the dried printing paste which is also referred to as green compact, green part or green body
  • a sintering base This can be done by detaching the green compact from the substrate or by detaching the substrate from the green compact (if the substrate is a film, for example) or by separating the two bodies from each other.
  • the separated green compact is then transported from the location of the substrate to the location where the thermal treatment takes place.
  • the latter can be a sintering furnace, for example.
  • the green compact is placed on a sintering base.
  • the substrate which is designed, for example, in the form of a plate or film, can have a separating layer and/or a separating agent/lubricant.
  • a separating layer can be a film made of polytetrafluoroethylene (PTFE; also known under the trade name Teflon from DuPont), polyethylene terephthalate (PET; e.g. Hostaphan ® films from Mitsubishi Polyester Film), silicone or metal.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • silicone or metal e.g. Hostaphan ® films from Mitsubishi Polyester Film
  • Anti-stick or adhesive agents, wetting promoters and similar substances can be used as separating agents/lubricants.
  • step d) of the process the green body is thermally treated.
  • the transferred, dried printing paste is heated.
  • the thermal treatment can generally be divided into two sub-steps. During the first sub-step, debinding, excess organic binders and additives that were contained in the printing paste and that the green compact still contains are broken down and escape essentially without residue. The resulting molded body is also referred to as a "brown compact".
  • the brown part is heated to a temperature below the melting temperature, preferably in the range of 80% - 90% of the melting temperature, at which the structure of the electrical sheet is compacted by closing the remaining pores.
  • a screen- or stencil-printed electrical sheet differs structurally from a rolled electrical sheet in that the material density of the printed electrical sheet is generally still significantly lower than that of the rolled electrical sheet.
  • the green body is advantageously heated to a temperature of maximum 80% - 90% of the melting temperature of the green body for a time between 120 and 900 minutes.
  • the thermally treated printing paste i.e. the finished electrical sheet
  • the sintering furnace can advantageously be immediately loaded with the next green compact, i.e. the next green compact can advantageously be immediately transferred to the freed sintering base.
  • a screen- or stencil-printed electrical sheet differs structurally from a rolled electrical sheet in that the material density of a printed electrical sheet is usually significantly lower than that of a rolled electrical sheet. Furthermore, there are usually also considerable differences in the microstructure, i.e. the structure of a printed electrical sheet compared to a rolled electrical sheet. Examples of this include the rolling texture and grain size in the electrical sheet.
  • the surface of the green body that is intended for contact with the sintering base is provided with a separating layer.
  • the surface of the sintering base that is intended for contact with the green body can also be provided with a Accordingly, both the green compact and the sintering base can be provided with a separating layer.
  • the separating layer advantageously contains, in particular consists of, a material that is chemically inert at the temperatures occurring during the thermal treatment.
  • Chemically inert is understood here to mean a material that does not react or only reacts to a negligible extent with potential reaction partners under the respective given conditions of the thermal treatment, for example in the sintering furnace.
  • the separating layer is present, for example, in the form of platelets, whiskers (needle-shaped single crystals with a diameter of a few micrometers and a length of several hundred micrometers to several millimeters, which grow out of galvanically or pyrolytically deposited metallic layers), fibers or a powder.
  • Materials that appear to be suitable for a separating layer are, for example, MgO, Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , BN (boron nitride), YAG, Si 3 N 4 , SiC, C (as graphite, carbon nanotubes or another carbon modification) or a combination thereof.
  • Other high-melting refractory materials also represent a promising choice for a separating layer.
  • the sintering base on which the green body is located during the thermal treatment also advantageously contains, in particular consists of, a material that is chemically inert at the temperatures occurring during the thermal treatment.
  • suitable materials include Si 3 N 4 , SiC, porous Al 2 O 3 , porous MgO, mullite, a fiber-reinforced composite or a combination thereof.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs aus einer Druckpaste. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mittels des genannten Verfahrens hergestelltes Elektroblech.
  • Elektrische Maschinen bestehen aus verschiedenartig angeordneten Wicklungen, die vom elektrischen Strom durchflossen werden. Der dabei auftretende magnetische Fluss wird in einem magnetischen Kreis, der auch als Eisenkern bezeichnet wird, gezielt geführt. Dieser Kern besteht aus Materialien, die den magnetischen Fluss gut leiten können, beispielsweise aus geschichtetem Elektroblech. Die Schichtung dient zur Vermeidung von unerwünschten Wirbelströmen.
  • Standardkerne werden aus gestanzten Einzelblechen hergestellt, die früher durch einseitig aufgeklebte Papierschichten, in modernerer Form durch chemisch aufgebrachte Phosphatierungsschichten isoliert sind. Die Blechstärke für normale Anwendungen ist häufig bei 0,5 mm. Für elektrische Übertrager von höheren Frequenzen oder besonders verlustarme Geräte werden dünnere Bleche mit 0,35 mm Stärke verwendet. Schnittband- und Ringkerne werden oft aus noch dünneren und ebenfalls isolierten Bändern gewickelt.
  • Aus JP S57 34750 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Kerns mit einer laminierten Struktur bekannt, bei dem ein Schlamm oder eine Paste mit einem Siliziumgehalt als Ausgangsmaterial zu einer Folie geformt wird und eine Isolierschicht auf der Oberfläche der Folie durch Isoliermaterialschlamm ausgebildet wird, wobei die Folien in mehreren Schichten laminiert werden, der laminierte Körper in einer Querschnittsrichtung geschnitten wird, um einen Kern mit einer vorbestimmten Form zu bilden, und anschließendes der geformten Eisenkern gesintert wird.
  • Ferner wird auf US 4 255 494 A verwiesen, welches sich auf Kerne aus ferromagnetischem Pulvermetall bezieht, welche hergestellt sind aus Schichten aus gepresstem und gesintertem Metallpulver, sowie auf DE 10 2011 109129 A1 , welches sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors oder eines Stators eines Energiewandlers bezieht mit einem dreidimensionalen Siebdruckverfahren unter Einsatz von unterschiedlichen Sieben und/oder Suspensionen in einzelnen schichtweise übereinander auszubildenden Ebenen.
  • Ein neues Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen für elektrische Maschinen stellen der Schablonendruck und der Siebdruck dar. Hierbei wird ausgehend von Metallpulvern zunächst eine Druckpaste erzeugt. Diese wird dann mittels der Schablonen- bzw. Siebdrucktechnik auf eine Trägerplatte aufgedruckt. Die Druckpaste wandelt sich anschließend in eine Dickschicht um, die auch als Grünkörper bezeichnet wird. Anschließend wird der entstandene Grünkörper durch thermische Behandlung in einen metallischen, strukturierten Körper überführt.
  • Die Druckpaste wird dabei herkömmlicherweise auf eine Trägerplatte, die beispielsweise aus Al2O3 besteht, aufgebracht. Es ist bekannt, ein Streumittel, beispielsweise ein Al2O3-Pulver, vor dem Auftragen der Druckpaste auf die Trägerplatte flächig aufzubringen, um das Trennen der thermisch behandelten Druckpaste von der Trägerplatte zu erleichtern. Auf die so vorbereitete Trägerplatte wird direkt per Schablonen- oder Siebdruck die Druckpaste aufgedruckt, getrocknet und anschließend thermisch weiterverarbeitet. Ein solches Verfahren ist in der Anmeldung mit älterem Recht EP 3 616 809 A1 beschrieben.
  • Eine Herausforderung bei dem genannten Verfahren ist, eine Trägerplatte und gegebenenfalls ein Streumittel zu finden, dass sowohl für den Schablonen- bzw. Siebdruck als auch für die anschließende thermische Behandlung der Druckpaste geeignete Eigenschaften aufweist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Herausforderung zu meistern.
  • Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten:
    1. a) Aufbringen einer Druckpaste auf einem Substrat mittels eines Schablonen- oder Siebdruckverfahrens,
    2. b) Trocknen der sich auf dem Substrat befindlichen Druckpaste,
    3. c) Transferieren der getrockneten Druckpaste vom Substrat auf eine Sinterunterlage, wobei vor Schritt c) diejenige Oberfläche der getrockneten Druckpaste, die für den Kontakt mit der Sinterunterlage vorgesehen ist, mit einer Trennlage zur Erleichterung der Trennung der thermisch behandelten Druckpaste von der Sinterunterlage beaufschlagt wird,
    4. d) Thermische Behandlung der sich auf der Sinterunterlage befindlichen Druckpaste, und
    5. e) Trennen der thermisch behandelten Druckpaste von der Sinterunterlage.
  • Im Gegensatz zu der bekannten Herangehensweise bei der Herstellung eines sieb- oder schablonengedruckten Elektroblechs versucht die vorliegende Erfindung gerade nicht, die Trägerplatte, auf der die Druckpaste aufgedruckt, getrocknet und thermisch behandelt wird, so auszugestalten, dass sie sowohl für den Druckvorgang als auch für die thermische Behandlung optimale Eigenschaften hat. Stattdessen wird ein völlig anderer Ansatz vorgeschlagen: Nach dem Drucken und Trocknen der Druckpaste auf der Trägerplatte wird die getrocknete Druckpaste von derselben gelöst und auf eine andere Unterlage transferiert. Auf dieser separaten Unterlage findet anschließend die thermische Behandlung der Druckpaste statt. Es gibt folglich zwei "Trägerplatten": eine erste Trägerplatte, die im Folgenden als "Substrat" bezeichnet wird und auf der der Druck- und Trockenvorgang der Druckpaste stattfindet, und eine zweite Trägerplatte, die im Folgenden als "Sinterunterlage" bezeichnet wird und auf der die thermische Behandlung der getrockneten Druckpaste durchgeführt wird.
  • Ein Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass die Sinterunterlage primär bezüglich der thermischen Behandlung der Druckpaste optimiert werden kann und das Substrat primär bezüglich des Schablonen- oder Siebdrucks.
  • Konkret können beispielsweise Oberflächeneigenschaften des Substrats, wie Rauigkeit, Planarität (auch als Planizität bezeichnet) und Saugfähigkeit bzgl. der organischen Bestandteile und des Lösungsmittels der Druckpaste so ausgewählt werden, dass eine gewünschte Benetzung, Haftung oder Kontaktwinkel der Druckpaste relativ zum Substrat erreicht wird. Als Folge davon können wiederum unter anderem eine Verbesserung der Kantensteilheit und Präzision der gedruckten Strukturen erreicht werden.
  • Weitere Vorteile der Trennung bzw. Parallelisierung des Druckvorgangs und der thermischen Behandlung sind die Reduzierung des Bedarfs an Sinterunterlagen und eine Verbesserung der Auslastung des Siebdruckers und Sinterofens. Zum einen besteht nämlich die Möglichkeit zum Stapelsintern, d.h. es werden mehrere Grünteile übereinander auf eine Sinterunterlage gestapelt. Zum anderen können, wenn beispielsweise der Siebdrucker Probleme macht, aus einem Pufferlager trotzdem weiter Grünteile dem Sinterofen zugeführt werden.
  • Zur Vermeidung etwaiger Missverständnisse folgt eine Klarstellung bezüglich der in dieser Patentanmeldung verwendeten Begrifflichkeit "Elektroblech":
    Als "Elektrobleche" werden im Rahmen dieser Patentanmeldung nicht nur gewalzte Bleche wie aus dem Stand der Technik bekannt, sondern auch Formkörper, die mittels Drucktechniken erzeugt wurden und die die Funktion und Eigenschaften von herkömmlichen Elektroblechen aufweisen, bezeichnet. Sieb- oder schablonengedruckte Elektrobleche können auch als "Materiallagen" bezeichnet werden; dieser Begriff ist als Synonym zu "Elektroblechen" zu sehen. Elektrobleche werden in Fachkreisen auch als "Magnetbleche" oder, je nach Verwendungszweck, als Dynamo- oder Motorenbleche bzw. Transformatorenbleche bezeichnet.
  • Das in Schritt a) des Verfahrens erwähnte Druckverfahren umfasst insbesondere Siebdruckverfahren und Schablonendruckverfahren.
  • Der Siebdruck ist ein Druckverfahren, bei dem eine Druckpaste mit einem Rakel durch ein Sieb, z.B. ein feinmaschiges Gewebe, hindurch auf das zu bedruckende Material, hier das Substrat, gedruckt wird. An denjenigen Stellen des Gewebes, wo dem Druckbild entsprechend keine Druckpaste gedruckt werden soll, werden die Maschenöffnungen des Gewebes durch eine Schablone undurchlässig gemacht. Das Gewebe trägt die Schablone aus Kunststoff, zu deren Herstellung die gesamte Fläche des gespannten Gewebes mit einem Fotopolymer beschichtet und über einen positiven Film mit dem zu druckenden Motiv belichtet wird. Das Fotopolymer erhärtet an den nicht zu druckenden Stellen, das unbelichtete Material wird ausgewaschen. Beim Druckvorgang tritt die Druckpaste nur dort durch das Gewebe, wo dieses freigewaschen wurde.
  • Beim Schablonendruck ohne tragendes Sieb muss die Schablone selbst ausreichend fest sein und ist beispielsweise aus Stahl gefertigt und direkt in den Rahmen gespannt. Die möglichen Druckbilder sind beim Schablonendruck jedoch eingeschränkt.
  • Das Substrat, auf dem die Druckpaste gedruckt wird, kann selbsttragend, als z.B. plattenförmig, sein. Alternativ sind auch flexible Substrate möglich, wie etwa Folien.
  • Die Druckpaste basiert in der Regel auf einem Metallpulver.
  • Der Schritt b) des Verfahrens, nämlich das Trocknen der Druckpaste, wird beispielsweise mittels einer kontrollierten, insbesondere temperierten, Gasströmung zum Abtransport flüchtiger Stoffe realisiert. Hierfür kann vorzugsweise Luft oder Inertgas als Medium verwendet werden. Als Folge davon evaporieren die in der Druckpaste enthaltenen Lösungsmittel. Unter Umständen ist hierbei eine Temperaturerhöhung der gedruckten Paste notwendig. Optional finden neben der Evaporation der Lösungsmittel auch chemische Vernetzungsreaktionen etwaiger in der Druckpaste enthaltenen organischen Binder statt. Eine wichtige Rolle spielen dabei eine möglichst homogene Temperaturverteilung in der Druckpaste und ein langsames Aufheizen ohne Blasenbildung des Lösungsmittels.
  • In Abhängigkeit von der Dicke der gedruckten Schicht ist eine Dauer von 2 bis 20 min des Trocknungsvorgangs empfehlenswert. Nach Ende des Verfahrensschritts b), d.h. nach dem Trocknen der Druckpaste, ist die Dicke der Druckschicht in der Regel um ca. 10% bis 50% geringer als vor dem Schritt b).
  • Im Schritt c) des Verfahrens wird die getrocknete Druckpaste, die auch als Grünling, Grünteil oder Grünkörper bezeichnet wird, vom Substrat auf eine Sinterunterlage transferiert. Dies kann durch Lösen des Grünlings vom Substrat oder durch Lösen des Substrats vom Grünling (falls es sich beim Substrat beispielsweise um eine Folie handelt) oder ein beiderseitiges Trennen der beiden Körper voneinander erfolgen. Anschließend wird der getrennte Grünling vom Ort des Substrats zum Ort, an dem die thermische Behandlung stattfindet, transportiert. Letzterer kann beispielsweise ein Sinterofen sein. Schließlich wird der Grünling auf eine Sinterunterlage gelegt.
  • Um die Trennung von Substrat und Grünling zu erleichtern bzw. zu verbessern, kann das Substrat, das beispielsweise platten- oder folienförmig ausgestaltet ist, eine Trennschicht und/oder ein Trenn-/Gleitmittel aufweisen. Als Trennschicht kommt z.B. eine Folie, die Polytetrafluorethylen (PTFE; auch bekannt unter dem Handelsnamen Teflon der Firma DuPont), Polyethylenterephthalat (PET; z.B. Hostaphan®-Folien der Firma Mitsubishi Polyester Film), Silikon oder Metall aufweist, in Frage. Als Trenn-/Gleitmittel kommen beispielsweise Antihaft- oder Haftmittel, Benetzungs-Promoter und ähnliche Stoffe in Frage.
  • In Schritt d) des Verfahrens findet eine thermische Behandlung des Grünlings statt. Hierzu wird die transferierte, getrocknete Druckpaste erhitzt.
  • Die thermische Behandlung kann generell in zwei Teilschritte untergliedert werden. Während des ersten Teilschritts, der Entbinderung, werden überschüssige organische Binder und Additive, die in der Druckpaste enthalten waren und die der Grünling noch enthält, zersetzt und entweichen im Wesentlichen rückstandslos. Der resultierende Formkörper wird auch als "Braunling" bezeichnet.
  • Während des zweiten Teilschritts, der Sinterung, wird der Braunling auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur, vorzugsweise im Bereich 80% - 90% der Schmelztemperatur, erwärmt, bei der die Struktur des Elektroblechs durch Schlie-ßen der restlichen Poren verdichtet wird. Ein sieb- oder schablonengedrucktes Elektroblech unterscheidet sich strukturell von einem gewalzten Elektroblech dadurch, dass die Materialdichte des gedruckten Elektroblechs in der Regel derzeit dennoch immer noch signifikant geringer als die des gewalzten Elektroblechs ist.
  • Insgesamt wird der Grünling vorteilhafterweise für eine Zeit zwischen 120 und 900 Minuten auf eine Temperatur von maximal 80% - 90% der Schmelztemperatur des Grünlings erhitzt.
  • Im letzten Schritt e) des Verfahrens wird die thermisch behandelte Druckpaste, also das fertige Elektroblech, von der Sinterunterlage gelöst bzw. dieselbe vom Elektroblech gelöst. Der Sinterofen kann vorteilhafterweise sofort mit dem nächsten Grünling bestückt werden, d.h. der nächste Grünling kann vorteilhafterweise sofort auf die freigewordene Sinterunterlage transferiert werden.
  • Ein sieb- oder schablonengedrucktes Elektroblech unterscheidet sich strukturell von einem gewalzten Elektroblech unter anderem dadurch, dass die Materialdichte eines gedruckten Elektroblechs in der Regel signifikant geringer als die eines gewalzten Elektroblechs ist. Des Weiteren gibt es in der Regel auch erhebliche Unterschiede in der Mikrostruktur, d.h. dem Gefüge eines gedruckten Elektroblechs im Vergleich zu einem gewalzten Elektroblech. Beispielhaft sind hierbei die Walztextur und Korngröße im Elektroblech zu nennen.
  • Um die Trennung des fertigen Elektroblechs von der Sinterunterlage zu erleichtern ist diejenige Oberfläche des Grünlings, die für den Kontakt mit der Sinterunterlage vorgesehen ist, mit einer Trennlage versehen. Es kann auch diejenige Oberfläche der Sinterunterlage, die für den Kontakt mit dem Grünling vorgesehen ist, mit einer Trennlage versehen werden. Demgemäß können sowohl der Grünling als auch die Sinterunterlage mit einer Trennlage versehen werden.
  • Die Trennlage enthält, insbesondere besteht, vorteilhafterweise aus einem Material, das bei den während der thermischen Behandlung auftretenden Temperaturen chemisch inert ist. Als chemisch inert wird hierbei ein Material verstanden, das unter den jeweilig gegebenen Bedingungen der thermischen Behandlung mit potentiellen Reaktionspartnern etwa im Sinterofen nicht oder nur in verschwindend geringem Maße reagiert. Die Trennlage liegt beispielsweise in Form von Platelets (Plättchen), Whiskern (nadelförmige Einkristalle von wenigen Mikrometern Durchmesser und mehreren hundert Mikrometern bis mehreren Millimeter Länge, die aus galvanisch oder pyrolytisch abgeschiedenen metallischen Schichten herauswachsen), Fasern oder eines Pulvers vor. Materialien, die als geeignet für eine Trennlage erscheinen, sind beispielsweise MgO, Y2O3, Al2O3, BN (Bornitrid), YAG, Si3N4, SiC, C (als Graphit, Kohlenstoffnanoröhren oder eine andere Kohlenstoff-Modifikation) oder eine Kombination daraus. Auch andere hochschmelzende Refraktär-Werkstoffe stellen eine vielversprechende Wahl für eine Trennlage dar.
  • Die Sinterunterlage, auf der sich der Grünling während der thermischen Behandlung befindet, enthält, insbesondere besteht, ebenfalls vorteilhafterweise aus einem Material, das bei den während der thermischen Behandlung auftretenden Temperaturen chemisch inert ist. Exemplarisch bieten sich hierfür Si3N4, SiC, poröses Al2O3, poröses MgO, Mullit, ein faserverstärktes Komposit oder eine Kombination daraus an.
  • Die mittels des erfinderischen Verfahrens hergestellten Elektrobleche können vorteilhafterweise in einer elektrischen Maschine verwendet werden. Hiervon umfasst sind rotierende elektrische Maschinen, insbesondere Elektromotoren und elektrische Generatoren, sowie ruhende elektrische Maschinen, insbesondere Transformatoren.
  • Das erfindungsgemäße Transfer-Verfahren zur Herstellung sieb- oder schablonengedruckter Elektrobleche kann auch zur Herstellung von Mehrkomponenten-Druckstrukturen herangezogen werden, indem die einzelnen Komponentenstrukturen separat gedruckt werden und dann im Anschluss über den Transferschritt sequenziell miteinander zusammengefügt werden. Vorteilhafterweise wird das Zusammenfügen der einzelnen Komponentenstrukturen mit einem finalen Kalibrier- bzw. Pressschritt zur Verbindung, d.h. dem Fügen oder Laminieren der finalen Komposit-Struktur im Grünzustand, verbunden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs aus einer Druckpaste mit den folgenden Schritten:
    a) Aufbringen einer Druckpaste auf einem Substrat mittels eines Schablonen- oder Siebdruckverfahrens,
    b) Trocknen der sich auf dem Substrat befindlichen Druckpaste,
    c) Transferieren der getrockneten Druckpaste vom Substrat auf eine Sinterunterlage, wobei vor Schritt c) diejenige Oberfläche der getrockneten Druckpaste, die für den Kontakt mit der Sinterunterlage vorgesehen ist, mit einer Trennlage zur Erleichterung der Trennung der thermisch behandelten Druckpaste von der Sinterunterlage beaufschlagt wird,
    d) Thermische Behandlung der sich auf der Sinterunterlage befindlichen Druckpaste, und
    e) Trennen der thermisch behandelten Druckpaste von der Sinterunterlage.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei vor Schritt c) diejenige Oberfläche der Sinterunterlage, die für den Kontakt mit der getrockneten Druckpaste vorgesehen ist, mit einer Trennlage zur Erleichterung der Trennung der thermisch behandelten Druckpaste von der Sinterunterlage beaufschlagt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    wobei die Trennlage ein Material enthält, das bei den während der thermischen Behandlung auftretenden Temperaturen chemisch inert ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    wobei die Trennlage ein Material enthält, das in Form von Platelets, Whiskern, Fasern oder eines Pulvers vorliegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei die Trennlage ein Material ausgewählt aus MgO, Y2O3, Al2O3, BN, YAG, Si3N4, SiC, C oder einer Kombination daraus enthält.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Sinterunterlage ein Material enthält, das bei den während der thermischen Behandlung auftretenden Temperaturen chemisch inert ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Sinterunterlage ein Material ausgewählt aus Si3N4, SiC, porösem Al2O3, porösem MgO, Mullit, faserverstärktem Komposit oder einer Kombination daraus enthält.
  8. Elektroblech für eine rotierende elektrische Maschine zur Wandlung von Energie, wobei das Elektroblech nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wurde.
  9. Elektroblech für einen Transformator zur Wandlung einer Eingangswechselspannung in eine Ausgangswechselspannung, das nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wurde.
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