WO2019076602A1 - Passive electrical component having an insulating layer produced in situ during casting - Google Patents

Passive electrical component having an insulating layer produced in situ during casting Download PDF

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WO2019076602A1
WO2019076602A1 PCT/EP2018/076247 EP2018076247W WO2019076602A1 WO 2019076602 A1 WO2019076602 A1 WO 2019076602A1 EP 2018076247 W EP2018076247 W EP 2018076247W WO 2019076602 A1 WO2019076602 A1 WO 2019076602A1
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mold
oxidizing agent
cavity
chamber
cores
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PCT/EP2018/076247
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Inventor
Ralph Wilken
Franz-Josef Wöstmann
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002Castings of light metals
    • B22D21/007Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/18Measures for using chemical processes for influencing the surface composition of castings, e.g. for increasing resistance to acid attack
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
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    • C22C21/04Modified aluminium-silicon alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus 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
    • H01F41/02Apparatus 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
    • H01F41/04Apparatus 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 for manufacturing coils
    • H01F41/12Insulating of windings

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a passive electrical component by casting with an insulating layer produced in situ during casting, a passive electrical component manufactured or producible by this method, and a molding tool for producing a passive electrical component which is on its surface having an insulating layer.
  • Casting produced coils are known for example from DE 10 2010 020 897 A1 and EP 2 688 183 A2.
  • DE 10 2015 1 13 858 A1 discloses a coil produced by casting. It is also proposed to apply an electrical insulation to the coil when it is in the extended state. The individual turns of the coil are thereby electrically isolated from each other. For example, the insulation may be applied to the extended coil by a dipping or spraying process.
  • DE 30 36 436 A1 discloses a process for the production of metallic injection moldings with an undercut region, wherein a molten metal is injected into an injection mold whose casting surface has at least one lost sand core which forms an undercut region on the injection molding, wherein at least a sand core comprising from about 0.25 to 5% by weight (based on the molding sand) of a binder, which is substantially an acid-curable resin, about 20 to 70 wt.% (Based on the resin) of an oxidizing agent and the rest consists of molding sand, and the injected metal can be solidified, demolded the formed Spritzg veiling and freed from the sand core. Sand and an acid-hardening resin are mixed to make the lost cores.
  • a silane is added.
  • the addition of the oxidizing agent takes place.
  • the entire mixture can then be blown into a core box with air or introduced by hand.
  • sulfur dioxide is passed through the core box.
  • the function of the oxidizing agent is to react with gaseous sulfur dioxide to form sulfur trioxide or sulfuric acid, which in turn hardens the resin.
  • the core is then removed as a solid mass from the core box and used in injection molding.
  • DE 10 2007 020 586 A1 discloses a size for coating casting molds, wherein the size comprises a carrier liquid, a pulverulent refractory material and a reducing agent.
  • DE 15 46 196 B discloses a method for producing aluminum electrodes for electrolytic capacitors, in which the surface of the electrode body is first roughened by chemical means and then coated after cleaning with an acting as a dielectric oxide layer, the electrode body after roughening, but before the coating with the oxide layer for cleaning be treated without current with dilute, aqueous phosphoric acid solution.
  • DE 29 09 107 A1 discloses a method for the production of bodies of granular and / or fibrous material with sodium silicate or potassium silicate as a binder, wherein a surface-active substance is added when the material is mixed.
  • DE 37 28 993 A1 discloses a method for protecting aluminum and aluminum alloys by means of a protective coating comprising contacting the cleaned aluminum with a basic aqueous solution containing an alkali metal permanganate and a compound selected from alkali metal chlorides, alkali metal tetraborates, alkali metal metaborates, alkali metal carbonates, benzoic acid, alkali metal benzoates and mixtures of alkali metal meta- and tetraborates, said solution having a pH in the range of from 7 to 12.5, wherein a conversion coating is formed on the aluminum, and then wherein excess coating solution is removed from the aluminum.
  • Passive electrical components for use in electric motors usually have to be provided with an insulating layer that satisfies both high electrical (high dielectric strength) and high mechanical requirements (low abrasion, strong adhesion to the body of the component).
  • suitable for this purpose are insulating wet paints, insulating powder paints, anodizing films and plasma polymer coatings or combinations thereof, which in each case after the molding of the component by casting in one or more downstream, time-consuming and costly steps (optionally with - And post-treatments such as curing in the case of paints) must be applied.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for producing a passive electrical component having an insulating layer on its surface, wherein the formation of the insulating layer takes place in-situ during the casting process, so that the cost of downstream processing steps is significantly reduced ,
  • This object is achieved by a method for producing a passive electrical component having an insulating layer on its surface.
  • the method according to the invention comprises the steps
  • the method according to the invention is advantageously on the surface of the resulting by solidification of a melt of aluminum or an aluminum alloy or an aluminum-containing alloy in the cavity blank in situ an alumina-containing insulating layer formed by oxidation of aluminum at the interface between the solidifying melt and the the oxidant-containing layer on the wall surface of the forming chamber of the cavity.
  • aluminum is oxidized by the oxidizing agent at the interface between the solidifying melt and the layer containing the oxidizing agent.
  • an aluminum alloy is understood to mean an alloy whose main constituent is aluminum, ie the aluminum content is at least 50%, based on the total mass of the alloy Alloy containing aluminum is understood according to the invention an alloy with a lower aluminum content.
  • the casting process takes place, for example, in die-casting, low-pressure casting or precision casting, the corresponding technologies are known in the art.
  • a mold is used with a cavity which determines the shape of the blank formed from the solidified melt.
  • a cavity comprises one or more sprue channels for filling the melt, one or more overflow channels, and a shaping chamber, which corresponds to the shape of the component to be produced.
  • the shaping chamber of the Forming tool has, for example, the shape of a coil, a helix, a rectangular conductor or a circular conductor. Particularly preferably, the forming chamber of the mold on the shape of a coil.
  • the molding tool is selected from the group consisting of one-piece molding tools and multi-part molding tools.
  • the blank removed from the molding tool after casting has a shape which has material projecting beyond the shape of the desired passive electrical component, which material is formed in particular in the region of the sprue channels and the overflow channels of the cavity.
  • the working out of the passive electrical component from the blank involves removal of this material (with respect to the desired shape of the component), e.g. the knocking off of overhanging sprues.
  • the entire wall surface of the shaping chamber cavity of the mold must be covered with a layer containing the oxidizing agent.
  • the layer containing the oxidant extends to further areas of the wall surface of the cavity of the mold, e.g. the wall surfaces of one or more overflow channels.
  • the oxidant-containing layer does not extend to the wall surfaces of the runner channels to prevent contamination of the molten metal by oxides formed.
  • the cavity has a chamber in which one or more cores are inserted, so that a forming chamber is formed, the wall surface of the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the in this chamber consists of inserted core or cores inserted in that chamber. That is, the shape of the cavity defined by the wall surface of the chamber of the mold and the surfaces of the core inserted into the chamber or the cores inserted into the chamber, to be filled by the melt corresponds to the shape of the component to be produced.
  • the shaping chamber is formed in this preferred embodiment by inserting one or more cores in a designated chamber which is part of the cavity of the mold, while before inserting the core or this chamber does not yet correspond to the shape of the component to be produced So there is no shaping chamber yet.
  • the provision of the molding tool comprises the following steps:
  • the mold provided in this way has a shaping chamber whose wall surface consists of the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the core inserted into this chamber or of the cores inserted in this chamber and has a layer containing the oxidizing agent.
  • the cores are salt cores.
  • a two-part i. consisting of two surrounding the cavity shells existing mold with an inserted into the forming chamber of the cavity core (core as depositors).
  • a melt of aluminum or an aluminum alloy or an alloy containing aluminum is poured into the cavity of a mold, wherein the wall surface of the molding chamber of the cavity of the mold has a layer containing an oxidizing agent which is capable during the Solidifying the melt at the interface between the solidifying melt and the oxidant-containing layer of aluminum to alumina to oxidize, so that the surface of the blank formed from the solidified melt Having an at least 1 ⁇ thick aluminum oxide-containing insulating layer.
  • This insulating layer is formed by oxidizing the oxidizing agent to alumina at the interface between the solidifying melt and the oxidant-containing layer of aluminum.
  • the oxidizing agent has a standard potential higher than 1V, preferably 1.2V or higher, more preferably 1.5V or higher.
  • the oxidizing agent is preferably selected from the group consisting of permanganates, perborates, peroxycarboxylic acids, percarbonates, peroxides and salts of halo-oxygen acids.
  • Coating with the oxidizing agent is preferably carried out by contacting the wall surface of the chamber to be coated with the cavity of the mold and, if cores are required to form the shaping chamber, contacting the surface of the cores with a solution of the oxidizing agent in a solvent and then the solvent is removed by drying so that a layer containing the oxidizing agent is formed on the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and optionally on the surface of the cores.
  • Preferred solvents for the oxidizing agent are water, molten salts and solutions of crown ethers in organic solvents such as alcohols and aromatics, e.g. Toluene.
  • the concentration of the oxidizing agent in the solution is preferably from 1% to 40% of its saturation concentration at the use temperature of the solution, more preferably from 5% to 30% of its saturation concentration, more preferably from 7.5% to 20% of its saturation concentration, most preferably 10% % of its saturation concentration, in each case at the operating temperature of the solution.
  • a solvent is selected either for the solution of the oxidizing agent, in which the salts from which the salt core is formed, are only slightly soluble (such as the above-mentioned solutions of crown ethers in toluene), and / or the process parameters are designed so that when contacted with the solution of the oxidizing agent less material is removed from the salt core is applied as an oxidizing agent.
  • This can be achieved by a low temperature of the solution, a short contact time between salt core and solution and rapid drying of the salt cores coated with the solution.
  • One or more further constituents selected from the group consisting of surfactants, mold release agents, electrically non-conductive particles, pigments and metal salts may be added to the solution of the oxidizing agent.
  • Surfactants serve to support the wetting of the wall surface of the cavity or the surface of the cores. Suitable surfactants are known to the person skilled in the art. Mold release agents facilitate demolding, ie. the removal of the formed blank from the mold. Suitable mold release agents, e.g. Silicone oils and silicone elastomers are known to those skilled in the art.
  • a layer is produced after drying which selects a mixture of the oxidizing agent and these further constituents from the group consisting of surfactants, mold release agents, particles, pigments and metal salts.
  • an insulating layer is formed in the process according to the invention on the surface of the main body, which contains these other constituents in addition to aluminum oxide.
  • Preferred electrically non-conductive particles are i.a. PTFE particles, mica and benetonites.
  • Preferred pigments are inorganic color pigments, among others. Iron oxide, zirconium silicate, bismuth, chromate pigments and manganese dioxide. Corresponding pigments are known to the person skilled in the art.
  • Preferred metal salts are coloring metal salts. Corresponding metal salts, e.g. Cr (II) salts, bismuth vanadate, ZrSiO 4, Cd salts and Mn salts are known to the person skilled in the art.
  • the insulating layer is given a coloring or shading. This can be used to characterize the layer thickness of the insulating layer, as a quality assurance measure or as component marking (eg as an indication that an insulating layer is present or for allocation to a particular batch or to a specific type of component or to a particular customer).
  • a release agent-containing solution of the oxidizing agent it makes sense to also contact the wall surfaces of the overflow passages of the mold with this solution to facilitate demolding.
  • the wall surfaces of the runners of the mold are preferably not brought into contact with the solution of the oxidizing agent in order to prevent contamination of the molten metal by oxides formed.
  • the wall surfaces of the sprues of the mold are preferably coated with a mold release agent.
  • the mold is or the cores are immersed in a solution of the oxidizing agent
  • the cavity of the mold is or the cores are flooded or rinsed with a solution of the oxidizing agent
  • the wall surface of the cavity of the mold or the surface of the cores is impregnated with a solution of the oxidizing agent
  • the wall surface of the cavity of the mold or the surface of the cores is brought into contact with an aerosol of a solution of the oxidizing agent.
  • the same or different techniques may be used.
  • the cores are coated with the oxidizing agent prior to insertion into the chamber of the cavity of the mold, because after inserting the cores into the chamber of the cavity of the mold, the surface of the cores is often difficult to access.
  • the cores are first inserted into the chamber of the cavity of the mold, and then the surface of the cores is coated together with the wall surface of the chamber of the cavity of the mold with the oxidizing agent. The expert will choose the appropriate procedure depending on the design of the mold and the cores.
  • the mold when brought into contact with the solution of the oxidizing agent, has a residual heat from the previous casting cycle, which is sufficient for drying, i. can be used to evaporate or evaporate the solvent.
  • the mold has a temperature in the range of 120 ° C to 200 ° C when brought into contact with the solution of the oxidizing agent. Higher temperatures are often unsuitable as they can cause premature decomposition of the oxidizing agent.
  • dehydration is achieved by the drying as well as the high temperatures during the casting process, so that the formation of boehmite (aluminum oxide hydroxide) is limited to aluminum oxide.
  • the wall surface of the forming chamber i. the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the cores (if the mold comprises cores) a closed layer containing the oxidizing agent.
  • the layer containing the oxidizing agent on the wall surface of the forming chamber of the cavity of the molding tool has a thickness of 1 ⁇ or more after drying, preferably in the range of 2 ⁇ to 50 ⁇ , particularly preferably in the range of 5 ⁇ to 20 ⁇ .
  • the thickness of the layer containing the oxidizing agent is determined nondestructively by means of the eddy current method according to DIN EN ISO 2360, for example by means of a leptoscope from Karl Deutsch für- und Messtechnikbau GmbH + Co. KG, Wuppertal (Germany).
  • the thickness of the layer containing the oxidizing agent is set by the person skilled in the art about the concentration of the oxidizing agent in the solution used for coating and / or the application amount of the solution during coating.
  • the application rate of the solution of the oxidizing agent depends on the rate at which the mold or cores are removed from the solution and the temperature and viscosity of the solution.
  • the applied amount of aerosol (duration of spraying) and the concentration of the solution determine the thickness of the layer containing the oxidizing agent.
  • Methods and tools (atomizers) for the production of an aerosol are known in the art.
  • the droplets of the aerosol have droplet diameters in the range of 0.1 ⁇ m and 1 mm, preferably in the range from 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, particularly preferably in the range from 5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the thickness of the oxidant-containing layer on the wall surface of the forming chamber determines the thickness of the insulating layer on the surface of the mold chamber blank.
  • the thickness of the oxidant-containing layer may vary across the wall surface of the forming chamber (ie, over the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surfaces of the cores inserted therein when the mold comprises cores) by the thickness of the formed insulating layer to vary over the component surface.
  • the thickness of the layer containing the oxidizing agent varies over the wall surface of the forming chamber so that regions of different thickness of the layer containing the oxidizing agent are formed, e.g. in one or more areas of the wall surface of the forming chamber, the oxidant-containing layer is thicker than in one or more other areas of the wall surface of the forming chamber.
  • an insulating layer can be formed whose thickness varies across the device surface, so that regions with different thicknesses of insulating layer are formed, e.g. in one or more regions of the component surface, the insulating layer is thicker than in one or more other regions of the component surface.
  • the inventive method comprises, after removing the formed blank from the mold and working out of the passive electrical component from the blank one or more further steps selected from the group consisting of
  • a further insulating layer is produced on the insulating layer produced by the method according to the invention, so that the dielectric strength of the component is further increased.
  • boehmite present in the insulating layer produced by the method according to the invention is converted into aluminum oxide, so that the proportion of aluminum oxide in the insulating layer is further increased and the proportion of boehmite is reduced even further.
  • the subject matter of the present invention is also a passive electrical component produced and / or producible by the method according to the invention described above.
  • An inventively produced or producible passive electrical component comprises
  • this insulating layer has a thickness of 1 ⁇ or more.
  • a passive electrical component according to the invention comprises a base body made of aluminum or of an aluminum alloy or of an aluminum-containing alloy and an insulating layer on the surface of the base body.
  • the component has a basic body made of aluminum or an aluminum alloy or of having an aluminum-containing alloy and an insulating layer on the surface of the base body.
  • This insulating layer contains alumina and optionally one or more components from the group consisting of boehmite and other aluminum compounds. In the said insulating layer, the mass ratio of aluminum oxide to boehmite is greater than 5.
  • the condition defined here with regard to the mass ratio of aluminum oxide to boehmite is according to the invention in a region extending from the component surface to the interior of the component of at least 1 ⁇ m thickness (measured perpendicularly) to the component surface).
  • the mass ratio of the proportions of aluminum oxide and boehmite in the insulating layer is greater than 6, more preferably greater than 7, particularly preferably> 10.
  • aluminum oxide is also present in a region further away from the component surface (that is to say below the insulating layer defined above).
  • At least 90% of the surface of the passive electrical component according to the invention are covered by the above-defined insulating layer, preferably at least 95% of the surface of the passive electrical component according to the invention, more preferably at least 99% of the surface of the passive electrical component according to the invention.
  • the sprue and overflow channels are positioned so that the surfaces of the passive electrical component exposed upon removal of the supernatant from the sprue and overflow channels from the blank correspond to surface areas where an insulating layer is not desired, such as e.g. at the intended for electrical contacting of the component bodies.
  • the mass ratio of the proportions of aluminum oxide and boehmite in the insulating layer is determined by means of X-ray diffraction (XRD) with an incident angle of 70 ° relative to the surface normal.
  • XRD X-ray diffraction
  • the diffraction pattern obtained is determined by the diffraction pattern of adapted to various modifications of the aluminum oxide, of boehmite and aluminum, optionally further crystal modifications of non-aluminum oxides (eg, manganese dioxide) by a best-fit routine and determines the mass ratio of alumina to boehmite.
  • the insulating layer may contain reaction products formed by reduction of the oxidizing agent, e.g. in the case of potassium permanganate as reducing agent, compounds of manganese (in a lower oxidation state than in potassium permanganate) and compounds of potassium.
  • the insulating layer may contain compounds contained in the release agent, e.g. Compounds of carbon.
  • the insulating layer may also contain compounds of elements of the salts of the salt core, e.g. Compounds of sodium, potassium, magnesium and chlorine in the case of salt cores from mixtures of sodium, potassium and magnesium chlorides.
  • the insulating layer may contain one or more of the following constituents:
  • Preferred electrically non-conductive particles are i.a. PTFE particles, mica and bentonite.
  • Preferred pigments are inorganic color pigments, i.a. Iron oxide, zirconium silicate, bismuth, chromate pigments and manganese dioxide. Corresponding pigments are known to the person skilled in the art.
  • Preferred metal salts are coloring metal salts. Corresponding metal salts, e.g. Cr (III) salts, bismuth vanadate, ZrSiO 4, Cd salts and Mn salts are known to those skilled in the art.
  • the insulating layer is given a coloring or shading. This can be used to characterize the layer thickness of the insulating layer, as a quality assurance measure or for component identification (eg as an indication that an insulating layer is present, or for assignment to a particular batch or type of components or to a specific customer).
  • component identification eg as an indication that an insulating layer is present, or for assignment to a particular batch or type of components or to a specific customer.
  • embedded electrically non-conductive particles enhance the insulating effect.
  • the elemental composition of the insulating layer and thus the content of aluminum and oxygen, can be determined by means of energy-dispersive X-ray spectroscopy EDX, wherein the expert selects the acceleration voltage so that the information depth is as large as the minimum thickness (1 ⁇ ) of the insulating layer.
  • X-ray photoelectron spectroscopy can also be used.
  • the skilled person uses depth profiling (sputtering).
  • sputtering depth profiling
  • the person skilled in the art will take into account any preferential sputtering which may occur.
  • the thickness of the insulating layer is determined non-destructively by means of the eddy current method according to DIN EN ISO 2360, for example by means of a leptoscope from Karl Deutsch für- und Messtechnikbau GmbH + Co. KG, Wuppertal (Germany).
  • the thickness of the insulating layer formed on the surface of the component at a cryogenic fracture surface can be determined by scanning electron microscopy.
  • the passive electrical component according to the invention is for example selected from the group consisting of coils, helices, rectangular conductors and round conductors.
  • a passive electrical component according to the invention may have one or more form elements from the group consisting of undercuts, bores and channels.
  • the passive electrical component according to the invention is a coil.
  • the insulating layer has a thickness in the range of 10 ⁇ to 100 ⁇ .
  • the mass ratio of aluminum oxide to boehmite is greater than 5, preferably greater than 6, more preferably greater than 7, particularly preferably> 10.
  • the insulating layer has a dielectric strength of 40 V / ⁇ or more, measured according to DIN EN 60243-1 and DIN EN 60243-2 for a current of up to 3 mA maximum. More preferably, the insulating layer has a thickness of 10 [in or more, and is resistant to breakdown of a voltage of 400 V or more, more preferably 2500 V or more.
  • the insulating layer also improves the corrosion resistance and aging resistance of the passive electrical component.
  • a passive electrical component according to the invention comprises a further layer arranged on the surface of the insulating layer containing one or more materials selected from the group consisting of insulating lacquer layers, plasma polymers, insulating papers, insulating films, heat-shrinkable tubing and casting compounds. Materials and methods for making such layers are known to those skilled in the art.
  • Another object of the present invention is a mold for producing a passive electrical component by casting a melt of aluminum or an aluminum alloy or an aluminum-containing alloy, wherein the mold has a cavity comprising a forming chamber, which corresponds to the shape of the component to be produced and the wall surface of the forming chamber comprises a layer containing an oxidizing agent or consisting of an oxidizing agent.
  • the molding tool according to the invention has a cavity which is filled with a melt of aluminum or an alloy in the casting process and which determines the shape of the blank formed from the solidified melt.
  • the blank formed in the molding tool comprises the passive electrical component to be produced.
  • the cavity of the mold according to the invention comprises one or more sprue channels for filling the melt, one or more overflow channels, and a shaping chamber, which corresponds to the shape of the component to be produced.
  • the shaping chamber of the molding tool has, for example, the shape of a coil, a helix, a rectangular conductor or a circular conductor.
  • Such molds and processes for their preparation are known in the art.
  • the molding tool is selected from the group consisting of one-piece molding tools and multi-part molding tools.
  • the sprue and overflow channels are positioned so that the surfaces of the passive electrical component that are exposed from the runner and overflow channels when separating the supernatant material correspond to surface areas where an insulating layer is not desired, such as eg at the intended for electrical contacting of the component bodies.
  • At least the entire wall surface of the forming chamber cavity of the mold is covered with a layer containing the oxidizing agent.
  • the layer containing the oxidant extends to further areas of the wall surface of the cavity of the mold, e.g. on the wall surfaces of one or more overflow channels.
  • the oxidant-containing layer does not extend to the wall surfaces of the runner channels to prevent contamination of the molten metal by oxides formed.
  • the oxidant-containing layer may contain further constituents selected from the group consisting of surfactants, mold release agents, electrically non-conductive particles, pigments and metal salts.
  • the cavity has a chamber in which one or more cores are inserted, so that a shaping chamber is formed whose wall surface from the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the inserted into this chamber Kerns or inserted into this chamber cores consists. That is, the shape of the cavity defined by the wall surface of the chamber of the mold and the surface of the core inserted into the chamber or the cores inserted into the chamber, to be filled by the melt corresponds to the shape of the component to be produced.
  • the forming chamber is formed in this preferred embodiment by inserting one or more cores in a dedicated chamber which is part of the cavity of the mold, while before inserting the core or this chamber does not yet correspond to the shape of the component to be produced, ie is not yet a shaping chamber.
  • This preferred mold according to the invention has a shaping chamber whose wall surface consists of the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the core inserted into this chamber or the cores inserted in this chamber and has a layer containing the oxidizing agent.
  • the oxidizing agent has a standard potential higher than 1 V, preferably 1.2 V or higher, more preferably 1.5 V or higher.
  • the oxidizing agent is preferably selected from the group consisting of permanganates, perborates, peroxycarboxylic acids, percarbonates, peroxides and salts of halo-oxygen acids.
  • the wall surface of the forming chamber of the mold (i.e., the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surfaces of the cores if the mold comprises cores) has a closed layer on which the oxidizing agent is contained.
  • the layer containing the oxidizing agent on the wall surface of the shaping chamber of the cavity of the molding tool has a thickness of 1 ⁇ m or more, preferably in the range of 2 ⁇ m to 50 ⁇ m, particularly preferably in the range of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the thickness of the layer containing the oxidizing agent is determined nondestructively by means of the eddy current method according to DIN EN ISO 2360, for example by means of a leptoscope from Karl Deutsch für- und Messtechnikbau GmbH + Co. KG, Wuppertal (Germany).
  • the thickness of the oxidant-containing layer may vary over the wall surface of the forming chamber (ie, over the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surfaces of the cores inserted therein when the mold includes cores) over the thickness of the formed insulating layer to vary the component surface.
  • the thickness of the oxidant-containing layer varies over the wall surface of the forming chamber, so that regions of different thickness of the oxidant-containing layer are formed, wherein, for example, in one or more areas of the wall surface of the forming chamber Oxidant-containing layer is thicker than in one or more other areas of the wall surface of the forming chamber.
  • an insulating layer can be produced, the thickness of which varies over the surface of the component, so that regions with different thicknesses of insulating layer are formed, wherein, for example, in one or more areas of the component surface, the insulating layer is thicker than in one or more other areas of the component surface.
  • a mold release agent-containing layer is disposed between the wall surface of the cavity of the mold and the coating containing an oxidizing agent. Suitable mold release agents are known to the person skilled in the art.
  • Example 1 The invention will be explained in more detail by way of examples.
  • Example 1 Example 1 :
  • the mold has a cavity with a sprue, an overflow and a cuboid forming chamber.
  • the shaping chamber corresponds to the negative of the component to be cast in the form of a cuboid rectangular conductor with the dimensions 10 mm x 1 mm x 200 mm.
  • the mold is in two parts, i. It consists of two halves surrounding the cavity.
  • a 0.1 molar solution of the oxidizing agent KMnO4 in water is prepared. This solution is mixed with a commercially available release agent in the ratio 60: 1.
  • the method for producing a blank comprises the following steps:
  • the casting process e) is divided into 3 phases:
  • the blank After opening the tool, the blank has an average temperature of 450 ° C.
  • the mold temperature is maintained at 150 ° C by tempering by means of a heating-cooling device.
  • the blank After removal from the tool, the blank is dipped in deionized water to remove impurities in the form of potassium salts.
  • the blank has a closed insulating layer whose thickness varies depending on the thickness of the layer produced in step c) from a mixture of KMn ⁇ 4 and release agent.
  • the insulating layer contains alumina and oxides of manganese. Minimal layer thicknesses of the insulating layer of 2 ⁇ m were found in the area of the gate, maximum layer thicknesses of the insulating layer of 50 ⁇ m in areas located 200 mm from the gate. The thickness of the insulating layer was determined by means of a Leptoscope 2050 with a straight microprobe for NFe substrates (non-ferrous metal substrates).
  • the elemental composition of the insulating layer in the region of a thickness of 1 ⁇ m determined by means of EDX is as follows: Al (25 at%), O (53 at%), Mn (12 at%), C (9 at%) and traces of K ( from the used as oxidizing agent KMn ⁇ 4).
  • the mass ratio of alumina to boehmite was determined by X-ray diffraction (XRD) using an angle of incidence of 70 ° with respect to the surface normal to 15 ⁇ 3.
  • the cavity of the mold has a shaping chamber with the dimensions 20 mm x 160 mm x 50 mm.
  • a cuboid salt core In the chamber of the cavity, a cuboid salt core is inserted whose outer dimensions correspond to the dimensions of the cavity. In the wall surfaces (except the base and top surface) of the parallelepipedic salt core, a spiral-shaped (5 mm) depth and 1 mm wide indentation is incorporated, which is rounded at its bottom (radius 0.3 mm).
  • the salt core consists of a mixture of 65% by weight of Na 2 C0 3 and 35% by weight of KCl.
  • the salt core is immersed in a 0.1 mol / l solution of KMnC in water (temperature 15 ° C.) and dried immediately.
  • the salt core is rotated evenly along the main axis (160 mm) until the surface is dry.
  • the salt core is dried for one hour at 100 ° C in a drying oven.
  • the cavity is cleaned analogously to Example 1 and sprayed with the solution described in Example 1 containing KMnO 4 as the oxidizing agent and a release agent, after drying a 30 ⁇ to 50 ⁇ thick layer of a mixture of KMn04 and release agent is formed.
  • the salt core is inserted into the cavity and the die casting process is carried out analogously to Example 1.
  • the salt core is removed by dissolving in water, so that a blank comprising a component in the form of a coil with an insulating layer remains on the surface. This was rinsed with deionized water.
  • the layer thickness of the insulating layer in the coil interior was at least 4 ⁇ .
  • the thickness of the insulating layer was determined by means of a Leptoscope 2050 with a straight microprobe for NFe substrates (non-ferrous metal substrates).
  • the elemental composition of the insulating layer in the region of a thickness of 1 ⁇ m determined by means of EDX is as follows: Al (31 at%), O (53 at%), Mn (12 at%), C (2 at%) and traces of K, Na and Cl.
  • the mass ratio of alumina to boehmite was determined by X-ray diffraction (XRD) using an incidence angle of 70 ° with respect to the surface normal to 10 ⁇ 2.
  • XRD X-ray diffraction
  • the breakdown measured in accordance with DIN EN 60243-1 and DIN EN 60243-2 with a maximum current flow of 3 mA was in the region of the coil interior at a voltage of 170V ⁇ 12V.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a passive electrical component by casting, having an insulating layer produced in situ, to a passive electrical component produced or producible by said method, and to a mold for producing a passive electrical component, which component has an insulating layer on the surface thereof.

Description

Passives elektrisches Bauteil mit beim Gießen in-situ erzeugter Isolierschicht  Passive electrical component with in-situ generated insulating layer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines passiven elektrischen Bauteils durch Gießen mit einer beim Gießen in situ erzeugten Isolierschicht, ein mit diesem Verfahren hergestelltes oder herstellbares passives elektrischen Bauteil, sowie ein Formwerkzeug zum Herstellen eines passiven elektrischen Bauteils, das an seiner Ober- fläche eine Isolierschicht aufweist. The present invention relates to a method for producing a passive electrical component by casting with an insulating layer produced in situ during casting, a passive electrical component manufactured or producible by this method, and a molding tool for producing a passive electrical component which is on its surface having an insulating layer.
Im Zuge der Einführung und Verbreitung der Elektromobilität gewinnt der Leichtbau von Elektromotoren an Bedeutung. Dafür ist es erforderlich, passive Bauteile wie Spulen, Wendeln, Rechteckleiter und Rundleiter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Aluminium enthaltenden Legierung auszubilden. Die Formgebung derartiger Bauteile aus Aluminium erfolgt vorteilhafterweise durch einen Gießprozess, bei dem eine Schmelze von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Aluminium enthaltenden Legierung in eine Kavität eines Formwerkzeug gegossen und dort erstarren gelassen wird, wobei die Form der Kavität die Form des herzustellenden Bauteils bestimmt. In the course of the introduction and spread of electromobility, the lightweight construction of electric motors is gaining in importance. For this purpose, it is necessary to form passive components such as coils, helices, rectangular conductors and round conductors made of aluminum or an aluminum alloy or an alloy containing aluminum. The shaping of such aluminum components is advantageously carried out by a casting process in which a melt of aluminum or an aluminum alloy or an alloy containing aluminum is poured into a cavity of a mold and allowed to solidify there, wherein the shape of the cavity determines the shape of the component to be produced.
Gießtechnisch hergestellte Spulen sind beispielsweise aus der DE 10 2010 020 897 A1 und der EP 2 688 183 A2 bekannt. DE 10 2015 1 13 858 A1 offenbart eine gießtechnisch hergestellte Spule. Ferner wird vorgeschlagen, eine elektrische Isolation auf die Spule aufzutragen, wenn diese im auseinandergezogenen Zustand ist. Die einzelnen Windungen der Spule werden dadurch elektrisch gegeneinander isoliert. Beispielsweise kann die Isolation auf die auseinandergezogene Spule durch ein Tauch- oder ein Sprühverfahren aufgetragen werden. Casting produced coils are known for example from DE 10 2010 020 897 A1 and EP 2 688 183 A2. DE 10 2015 1 13 858 A1 discloses a coil produced by casting. It is also proposed to apply an electrical insulation to the coil when it is in the extended state. The individual turns of the coil are thereby electrically isolated from each other. For example, the insulation may be applied to the extended coil by a dipping or spraying process.
DE 30 36 436 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Spritzgießlingen mit einem hinterschnittenen Bereich, wobei man ein geschmolzenes Metall in eine Spritzgussform einspritzt, deren Gießoberfläche mindestens einen verlorenen Sandkern aufweist, der einen hinterschnittenen Bereich an dem Spritzgießling bildet, wobei man min- destens einen Sandkern einsetzt, der aus etwa 0,25 bis 5 Gew.% (bezogen auf den Formsand) eines Bindemittels, das im Wesentlichen ein säurehärtbares Harz darstellt, etwa 20 bis 70 Gew.% (bezogen auf das Harz) eines Oxidationsmittels und im Übrigen aus Formsand besteht, und das eingespritzte Metall sich verfestigen lässt, den gebildeten Spritzgießling entformt und vom Sandkern befreit. Zur Herstellung der verlorenen Kerne werden Sand und ein säurehärtbares Harz gemischt. Gegebenenfalls wird ein Silan zugesetzt. Schließlich erfolgt die Zugabe des Oxidationsmittels. Das gesamte Gemisch kann dann in einen Kernkasten mit Luft eingeblasen oder von Hand eingebracht werden. Zur Härtung des Harzes wird Schwefeldioxid durch den Kernkasten geleitet. Die Funktion des Oxidationsmittels liegt in der Reaktion mit gasförmigem Schwefeldioxid unter Bildung von Schwe- feltrioxid bzw. Schwefelsäure, die ihrerseits das Harz härtet. Der Kern wird dann als eine feste Masse dem Kernkasten entnommen und beim Spritzgießen eingesetzt. DE 30 36 436 A1 discloses a process for the production of metallic injection moldings with an undercut region, wherein a molten metal is injected into an injection mold whose casting surface has at least one lost sand core which forms an undercut region on the injection molding, wherein at least a sand core comprising from about 0.25 to 5% by weight (based on the molding sand) of a binder, which is substantially an acid-curable resin, about 20 to 70 wt.% (Based on the resin) of an oxidizing agent and the rest consists of molding sand, and the injected metal can be solidified, demolded the formed Spritzgießling and freed from the sand core. Sand and an acid-hardening resin are mixed to make the lost cores. Optionally, a silane is added. Finally, the addition of the oxidizing agent takes place. The entire mixture can then be blown into a core box with air or introduced by hand. To harden the resin, sulfur dioxide is passed through the core box. The function of the oxidizing agent is to react with gaseous sulfur dioxide to form sulfur trioxide or sulfuric acid, which in turn hardens the resin. The core is then removed as a solid mass from the core box and used in injection molding.
DE 10 2007 020 586 A1 offenbart eine Schlichte zur Beschichtung von Gießformen, wobei die Schlichte eine Trägerflüssigkeit, einen pulverförmigen Feuerfeststoff und ein Reduktionsmittel umfasst. DE 15 46 196 B offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden aus Aluminium für Elektrolytkondensatoren, bei dem die Oberfläche der Elektrodenkörper zunächst durch chemische Mittel aufgerauht und anschließend nach Reinigung mit einer als Dielektrikum wirkenden Oxidschicht überzogen wird, wobei die Elektrodenkörper nach dem Aufrauhen, jedoch vor dem Überziehen mit der Oxidschicht zur Reinigung stromlos mit verdünnter, wässriger Phosphorsäurelösung behandelt werden. DE 10 2007 020 586 A1 discloses a size for coating casting molds, wherein the size comprises a carrier liquid, a pulverulent refractory material and a reducing agent. DE 15 46 196 B discloses a method for producing aluminum electrodes for electrolytic capacitors, in which the surface of the electrode body is first roughened by chemical means and then coated after cleaning with an acting as a dielectric oxide layer, the electrode body after roughening, but before the coating with the oxide layer for cleaning be treated without current with dilute, aqueous phosphoric acid solution.
DE 29 09 107 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus körnigem und/oder faserhaltigem Material mit Natriumsilikat oder Kaliumsilikat als Bindemittel, wobei bei Mischung des Materiales ein oberflächenaktiver Stoff zugesetzt wird. DE 37 28 993 A1 offenbart ein Verfahren zum Schützen von Aluminium und Aluminiumlegierungen mittels eines Schutzüberzuges, umfassend das Kontaktieren des gereinigten Aluminiums mit einer basischen wässrigen Lösung enthaltend ein Alkalimetallpermanganat und eine Verbindung ausgewählt aus Alkalimetallchloriden, Alkalimetalltetraboraten, Alka- limetallmetaboraten, Alkalimetallcarbonaten, Benzoesäure, Alkalimetallbenzoaten und Mischungen von Alkalimetallmeta- und -tetraboraten, wobei diese Lösung einen pH-Wert im Bereich zwischen 7 bis 12,5 aufweist, wobei ein Umwandlungsüberzug auf dem Aluminium ausgebildet wird, und wobei anschließend überschüssige Überzugslösung von dem Aluminium entfernt wird. DE 29 09 107 A1 discloses a method for the production of bodies of granular and / or fibrous material with sodium silicate or potassium silicate as a binder, wherein a surface-active substance is added when the material is mixed. DE 37 28 993 A1 discloses a method for protecting aluminum and aluminum alloys by means of a protective coating comprising contacting the cleaned aluminum with a basic aqueous solution containing an alkali metal permanganate and a compound selected from alkali metal chlorides, alkali metal tetraborates, alkali metal metaborates, alkali metal carbonates, benzoic acid, alkali metal benzoates and mixtures of alkali metal meta- and tetraborates, said solution having a pH in the range of from 7 to 12.5, wherein a conversion coating is formed on the aluminum, and then wherein excess coating solution is removed from the aluminum.
Passive elektrische Bauteile für den Einsatz in Elektromotoren müssen üblicherweise mit einer Isolierschicht versehen werden, die sowohl hohen elektrischen (hohe Durchschlagfestigkeit) als auch hohen mechanischen Anforderungen (geringer Abrieb, starke Haftung zum Grundkörper des Bauteils) genügt. Nach dem Stand der Technik kommen hierfür Isolationsnasslacke, Isolationspulverlacke, Anodisierschichten und plasmapolymere Be- schichtungen bzw. deren Kombinationen in Frage, die jeweils nach der Formgebung des Bauteils durch Gießen in einem oder mehreren nachgelagerten, zeit- und kostenaufwändi- gen Schritten (gegebenenfalls mit Vor- und Nachbehandlungen wie dem Härten im Fall von Lacken) appliziert werden müssen. Passive electrical components for use in electric motors usually have to be provided with an insulating layer that satisfies both high electrical (high dielectric strength) and high mechanical requirements (low abrasion, strong adhesion to the body of the component). According to the state of the art, suitable for this purpose are insulating wet paints, insulating powder paints, anodizing films and plasma polymer coatings or combinations thereof, which in each case after the molding of the component by casting in one or more downstream, time-consuming and costly steps (optionally with - And post-treatments such as curing in the case of paints) must be applied.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Herstellung eines passiven elektrischen Bauteils anzugeben, das an seiner Oberfläche eine Isolierschicht aufweist, wobei die Bildung der Isolierschicht in-situ während des Gießprozesses erfolgt, so dass der Aufwand für nachgelagerte Bearbeitungsschritte deutlich reduziert wird. The object of the present invention is therefore to provide a method for producing a passive electrical component having an insulating layer on its surface, wherein the formation of the insulating layer takes place in-situ during the casting process, so that the cost of downstream processing steps is significantly reduced ,
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines passiven elektrischen Bauteils, das an seiner Oberfläche eine Isolierschicht aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte This object is achieved by a method for producing a passive electrical component having an insulating layer on its surface. The method according to the invention comprises the steps
Bereitstellen eines Formwerkzeugs mit einer Kavität, welche eine formgebende Kammer umfasst, die der Form des herzustellenden Bauteils entspricht,  Providing a mold having a cavity which comprises a shaping chamber which corresponds to the shape of the component to be produced,
Beschichten der Wandfläche der formgebenden Kammer mit einem Oxidationsmit- tel, so dass eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht gebildet wird,  Coating the wall surface of the forming chamber with an oxidizing agent so that a layer containing the oxidizing agent is formed,
Gießen einer Schmelze von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Aluminium enthaltenden Legierung in die Kavität, Oxidieren des Aluminiums an der Grenzfläche zwischen der Schmelze und der das Oxidationsmittel enthaltende Schicht und Erstarrenlassen der Schmelze in der Ka- vität, so dass ein Rohling umfassend das passive elektrischen Bauteil gebildet wird,Pouring a melt of aluminum or an aluminum alloy or an aluminum-containing alloy into the cavity, Oxidizing the aluminum at the interface between the melt and the oxidant-containing layer and solidifying the melt in the cavity so as to form a blank comprising the passive electrical component,
Entnehmen des gebildeten Rohlings aus dem Formwerkzeug, Removing the formed blank from the mold,
- Herausarbeiten des passiven elektrischen Bauteils aus dem Rohling. - Working out of the passive electrical component from the blank.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhafterweise an der Oberfläche des durch Erstarren einer Schmelze von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Aluminium enthaltenden Legierung in der Kavität entstehenden Rohlings in-situ eine Aluminiumoxid enthaltende Isolierschicht ausgebildet durch Oxidation von Aluminium an der Grenzfläche zwischen der erstarrenden Schmelze und der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht an der Wandfläche der formgebenden Kammer der Kavität. Dabei wird an der Grenzfläche zwischen der erstarrenden Schmelze und der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht Aluminium durch das Oxidationsmittel oxidiert. Daher wird der erfindungsgemäße Gießprozess als„Reaktivgießen" bezeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren er- laubt es somit, das Ausbilden der Isolierschicht in die Formgebung durch Gießen zu integrieren, so dass nachgelagerte Schritte zur Ausbildung der Isolierschicht nicht erforderlich sind. Es ist erfindungsgemäß aber nicht ausgeschlossen, dass nach dem Reaktivgießpro- zess Schritte zur Nachbehandlung des aus dem Rohling herausgearbeiteten Bauteils durchgeführt werden. Unter einer Aluminiumlegierung wird erfindungsgemäß eine Legierung verstanden, deren Hauptbestandteil Aluminium ist, d.h. der Aluminiumanteil beträgt mindestens 50 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Legierung. Unter einer Aluminium enthaltenden Legierung wird erfindungsgemäß eine Legierung mit einem geringeren Aluminiumanteil verstanden. In the method according to the invention is advantageously on the surface of the resulting by solidification of a melt of aluminum or an aluminum alloy or an aluminum-containing alloy in the cavity blank in situ an alumina-containing insulating layer formed by oxidation of aluminum at the interface between the solidifying melt and the the oxidant-containing layer on the wall surface of the forming chamber of the cavity. In this case, aluminum is oxidized by the oxidizing agent at the interface between the solidifying melt and the layer containing the oxidizing agent. Thus, the casting process according to the invention is referred to as "reactive casting." The process according to the invention thus makes it possible to integrate the formation of the insulating layer into the molding by molding, so that subsequent steps for forming the insulating layer are not required According to the invention, an aluminum alloy is understood to mean an alloy whose main constituent is aluminum, ie the aluminum content is at least 50%, based on the total mass of the alloy Alloy containing aluminum is understood according to the invention an alloy with a lower aluminum content.
Der Gießprozess erfolgt beispielswiese im Druckguss, Niederdruckguss oder Feinguss, entsprechende Technologien sind dem Fachmann bekannt. The casting process takes place, for example, in die-casting, low-pressure casting or precision casting, the corresponding technologies are known in the art.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Formwerkzeug verwendet mit einer Kavität, welche die Form des aus der erstarrten Schmelze gebildeten Rohlings bestimmt. Typischerweise umfasst eine solche Kavität einen oder mehrere Angusskanäle zum Einfüllen der Schmelze, einen oder mehrere Überlaufkanäle, und eine formgebende Kammer, wel- che der Form des herzustellenden Bauteils entspricht. Die formgebende Kammer des Formwerkzeugs weist beispielsweise die Form einer Spule, einer Wendel, eines Rechteckleiters oder eines Rundleiters auf. Besonders bevorzugt weist die formgebende Kammer des Formwerkzeugs die Form einer Spule auf. For the inventive method, a mold is used with a cavity which determines the shape of the blank formed from the solidified melt. Typically, such a cavity comprises one or more sprue channels for filling the melt, one or more overflow channels, and a shaping chamber, which corresponds to the shape of the component to be produced. The shaping chamber of the Forming tool has, for example, the shape of a coil, a helix, a rectangular conductor or a circular conductor. Particularly preferably, the forming chamber of the mold on the shape of a coil.
Derartige Formwerkzeuge und Verfahren zu ihrer Herstellung sind an sich dem Fachmann bekannt. Das Formwerkzeug ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einteiligen Formwerkzeugen und mehrteiligen Formwerkzeugen. Such molds and processes for their preparation are known in the art. The molding tool is selected from the group consisting of one-piece molding tools and multi-part molding tools.
Der nach dem Gießen aus dem Formwerkzeug entnommene Rohling weist eine Form auf, die über die Form des gewünschten passiven elektrischen Bauteils überstehendes Material aufweist, welches insbesondere im Bereich der Angusskanäle und der Überlaufkanäle der Kavität gebildet wird. Das Herausarbeiten des passiven elektrischen Bauteils aus dem Rohling umfasst das Entfernen von diesem (in Bezug auf die gewünschte Form des Bauteils) überstehendem Material, z.B. das Abschlagen überstehender Angüsse. The blank removed from the molding tool after casting has a shape which has material projecting beyond the shape of the desired passive electrical component, which material is formed in particular in the region of the sprue channels and the overflow channels of the cavity. The working out of the passive electrical component from the blank involves removal of this material (with respect to the desired shape of the component), e.g. the knocking off of overhanging sprues.
Um an der Oberfläche des herzustellenden passiven elektrischen Bauteils eine Isolierschicht auszubilden, muss zumindest die gesamte Wandfläche der formgebenden Kammer Kavität des Formwerkzeugs mit einer das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht bedeckt sein. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass die das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht sich auf weitere Bereiche der Wandfläche der Kavität des Formwerkzeugs erstreckt, z.B. die Wandflächen eines oder mehrerer Überlaufkanäle. Bevorzugt erstreckt die das Oxidationsmittel enthaltende Schicht sich nicht auf die Wandflächen der Angusskanäle, um eine Kontamination der Metallschmelze durch entstehende Oxide zu verhindern. In order to form an insulating layer on the surface of the passive electrical component to be produced, at least the entire wall surface of the shaping chamber cavity of the mold must be covered with a layer containing the oxidizing agent. However, it is not excluded that the layer containing the oxidant extends to further areas of the wall surface of the cavity of the mold, e.g. the wall surfaces of one or more overflow channels. Preferably, the oxidant-containing layer does not extend to the wall surfaces of the runner channels to prevent contamination of the molten metal by oxides formed.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Formwerkzeuge verwendet, deren Kavität eine Kammer aufweist, in die ein oder mehrere Kerne eingelegt sind, so dass eine formgebende Kammer gebildet wird, deren Wandfläche aus der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und der Oberfläche des in diese Kammer eingelegten Kerns oder der in diese Kammer eingelegten Kerne besteht. Das heißt, die Form des durch die Wandfläche der Kammer des Formwerkzeugs und die Oberflächen des in die Kammer eingelegten Kerns oder der in die Kammer eingelegten Kerne definierten, von der Schmelze auszufüllenden Hohlraums entspricht der Form des herzustellenden Bauteils. Die formgebende Kammer wird in dieser bevorzugten Ausfüh- rungsform durch das Einlegen eines oder mehrerer Kerne in eine dafür vorgesehene Kammer gebildet, die Bestandteil der Kavität des Formwerkzeugs ist, während vor dem Einlegen des oder der Kerne diese Kammer noch nicht der Form des herzustellenden Bauteils entspricht, also noch keine formgebende Kammer ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen des Formwerkzeugs folgende Schritte: In a preferred embodiment of the method according to the invention molds are used, the cavity has a chamber in which one or more cores are inserted, so that a forming chamber is formed, the wall surface of the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the in this chamber consists of inserted core or cores inserted in that chamber. That is, the shape of the cavity defined by the wall surface of the chamber of the mold and the surfaces of the core inserted into the chamber or the cores inserted into the chamber, to be filled by the melt corresponds to the shape of the component to be produced. The shaping chamber is formed in this preferred embodiment by inserting one or more cores in a designated chamber which is part of the cavity of the mold, while before inserting the core or this chamber does not yet correspond to the shape of the component to be produced So there is no shaping chamber yet. In this preferred embodiment of the method according to the invention, the provision of the molding tool comprises the following steps:
Bereitstellen eines Formwerkzeugs mit einer Kavität, die eine Kammer für die Aufnahme eines oder mehrerer Kerne aufweist, und Beschichten der Wandfläche dieser Kammer mit einem Oxidationsmittel, so dass an der Wandfläche der Kammer eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht gebildet wird,  Providing a mold with a cavity having a chamber for receiving one or more cores and coating the wall surface of said chamber with an oxidizing agent so as to form on the wall surface of the chamber an oxidant-containing layer,
Bereitstellen eines Kerns oder mehrerer Kerne und Beschichten der Oberfläche des Kerns oder der Kerne mit einem Oxidationsmittel, so dass an der Oberfläche des Kerns bzw. der Kerne eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht gebildet wird, Providing a core or cores and coating the surface of the core or cores with an oxidizing agent such that an oxidant-containing layer is formed on the surface of the core or cores,
Einlegen des beschichteten Kerns oder der beschichteten Kerne in die Kammer der Kavität des Formwerkzeugs, so dass eine formgebende Kammer gebildet wird, deren Wandfläche aus der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und der Oberfläche des in diese Kammer eingelegten Kerns oder der in diese Kammer eingelegten Kerne besteht und eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht aufweist. Inserting the coated core or coated cores into the chamber of the cavity of the molding tool so as to form a molding chamber whose wall surface is made up of the wall surface of the chamber of the mold cavity and the surface of the core inserted in said chamber or inserted therein Cores exists and having an oxidant-containing layer.
Das so bereitgestellte Formwerkzeug weist eine formgebende Kammer auf, deren Wandfläche aus der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und der Oberfläche des in diese Kammer eingelegten Kerns bzw. der in diese Kammer eingelegten Kerne besteht und eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht aufweist. The mold provided in this way has a shaping chamber whose wall surface consists of the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the core inserted into this chamber or of the cores inserted in this chamber and has a layer containing the oxidizing agent.
Derartige Kerne, z.B. in Form von Faltkernen, Salzkernen oder Einfallkernen, sowie ihre Herstellung und Verwendung sind dem Fachmann an sich bekannt. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Kerne Salzkerne. Beispielsweise wird ein zweiteiliges, d.h. aus zwei die Kavität umschließenden Schalen bestehendes Formwerkzeug mit einem in die formgebende Kammer der Kavität eingelegten Kern (Kern als Einleger) verwendet. Such cores, e.g. in the form of cores, cores or cores, as well as their preparation and use are known in the art. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the cores are salt cores. For example, a two-part, i. consisting of two surrounding the cavity shells existing mold with an inserted into the forming chamber of the cavity core (core as depositors).
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Schmelze von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Aluminium enthaltenden Legierung in die Kavität eines Formwerkzeugs gegossen, wobei die Wandfläche der formgebenden Kammer der Kavität des Formwerkzeugs eine Schicht aufweist, die ein Oxidationsmittel enthält, das in der Lage ist, während des Erstarrens der Schmelze an der Grenzfläche zwischen der erstarrenden Schmelze und der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht Aluminium zu Aluminiumoxid zu oxidieren, so dass die Oberfläche des aus der erstarrten Schmelze gebildeten Rohlings eine mindestens 1 μιη dicke Aluminiumoxid enthaltende Isolierschicht aufweist. Diese Isolierschicht wird dadurch gebildet, dass das Oxidationsmittel an der Grenzfläche zwischen der erstarrenden Schmelze und der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht Aluminium zu Aluminiumoxid zu oxidiert. Vorzugsweise hat das Oxidationsmittel ein Standardpotential höher als 1 V bevorzugt 1 ,2 V oder höher, besonders bevorzugt 1 ,5 V oder höher. Bevorzugt ist das Oxidationsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Permanganaten, Perboraten, Peroxycarbonsäu- ren, Percarbonaten, Peroxiden und Salze der Halogensauerstoffsäuren. In the method according to the invention, a melt of aluminum or an aluminum alloy or an alloy containing aluminum is poured into the cavity of a mold, wherein the wall surface of the molding chamber of the cavity of the mold has a layer containing an oxidizing agent which is capable during the Solidifying the melt at the interface between the solidifying melt and the oxidant-containing layer of aluminum to alumina to oxidize, so that the surface of the blank formed from the solidified melt Having an at least 1 μιη thick aluminum oxide-containing insulating layer. This insulating layer is formed by oxidizing the oxidizing agent to alumina at the interface between the solidifying melt and the oxidant-containing layer of aluminum. Preferably, the oxidizing agent has a standard potential higher than 1V, preferably 1.2V or higher, more preferably 1.5V or higher. The oxidizing agent is preferably selected from the group consisting of permanganates, perborates, peroxycarboxylic acids, percarbonates, peroxides and salts of halo-oxygen acids.
Vorzugsweise erfolgt das Beschichten mit dem Oxidationsmittel dadurch, dass die zu be- schichtende Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und - falls zur Bildung der formgebenden Kammer Kerne benötigt werden - die Oberfläche der Kerne mit einer Lösung des Oxidationsmittels in einem Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird und anschließend durch Trocknen das Lösungsmittel entfernt wird, so dass an der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und gegebenenfalls an der Oberfläche der Kerne eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht gebildet wird. Coating with the oxidizing agent is preferably carried out by contacting the wall surface of the chamber to be coated with the cavity of the mold and, if cores are required to form the shaping chamber, contacting the surface of the cores with a solution of the oxidizing agent in a solvent and then the solvent is removed by drying so that a layer containing the oxidizing agent is formed on the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and optionally on the surface of the cores.
Bevorzugte Lösungsmittel für das Oxidationsmittel sind Wasser, Salzschmelzen sowie Lösungen von Kronenethern in organischen Lösungsmitteln wie Alkoholen und Aromaten, z.B. Toluol. Die Konzentration des Oxidationsmittels in der Lösung beträgt bevorzugt 1 % bis 40 % seiner Sättigungskonzentration bei der Einsatztemperatur der Lösung, weiter be- vorzugt 5 % bis 30 % seiner Sättigungskonzentration, besonders bevorzugt 7,5 % bis 20 % seiner Sättigungskonzentration, ganz besonders bevorzugt 10 % seiner Sättigungskonzentration, jeweils bei der Einsatztemperatur der Lösung. Preferred solvents for the oxidizing agent are water, molten salts and solutions of crown ethers in organic solvents such as alcohols and aromatics, e.g. Toluene. The concentration of the oxidizing agent in the solution is preferably from 1% to 40% of its saturation concentration at the use temperature of the solution, more preferably from 5% to 30% of its saturation concentration, more preferably from 7.5% to 20% of its saturation concentration, most preferably 10% % of its saturation concentration, in each case at the operating temperature of the solution.
Bei der Verwendung von Salzkernen muss der Fachmann darauf achten, dass die Kerne nicht durch das Lösungsmittel an- oder aufgelöst werden, wenn die Oberfläche der Kerne mit der Lösung des Oxidationsmittels in Kontakt gebracht wird. Dazu wird entweder für die Lösung des Oxidationsmittels ein Lösungsmittel ausgewählt, in dem die Salze, aus denen der Salzkern gebildet ist, nur wenig löslich sind (wie z.B. die oben erwähnten Lösungen von Kronenethern in Toluol), und/oder die Verfahrensparameter werden so gestaltet, dass beim Inkontaktbringen mit der Lösung des Oxidationsmittels weniger Material vom Salz- kern abgelöst wird als Oxidationsmittel aufgetragen wird. Dies lässt sich erreichen durch eine geringe Temperatur der Lösung, eine kurze Kontaktzeit zwischen Salzkern und Lösung und schnelle Trocknung der mit der Lösung beschichteten Salzkerne. Der Lösung des Oxidationsmittels können ein oder mehrere weitere Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tensiden, Formtrennmitteln, elektrisch nicht leitfähigen Partikeln, Pigmenten und Metallsalzen zugesetzt sein. When using salt cores, the skilled person must take care that the cores are not dissolved or dissolved by the solvent when the surface of the cores is brought into contact with the solution of the oxidizing agent. For this purpose, a solvent is selected either for the solution of the oxidizing agent, in which the salts from which the salt core is formed, are only slightly soluble (such as the above-mentioned solutions of crown ethers in toluene), and / or the process parameters are designed so that when contacted with the solution of the oxidizing agent less material is removed from the salt core is applied as an oxidizing agent. This can be achieved by a low temperature of the solution, a short contact time between salt core and solution and rapid drying of the salt cores coated with the solution. One or more further constituents selected from the group consisting of surfactants, mold release agents, electrically non-conductive particles, pigments and metal salts may be added to the solution of the oxidizing agent.
Tenside dienen zur Unterstützung der Benetzung der Wandfläche der Kavität bzw. der Oberfläche der Kerne. Geeignete Tenside sind dem Fachmann bekannt. Formtrennmittel erleichtern das Entformen, d .h. das Entnehmen des gebildeten Rohlings aus dem Formwerkzeug. Geeignete Formtrennmittel, z.B. Silikonöle und Silikonelastomere, sind dem Fachmann bekannt. Surfactants serve to support the wetting of the wall surface of the cavity or the surface of the cores. Suitable surfactants are known to the person skilled in the art. Mold release agents facilitate demolding, ie. the removal of the formed blank from the mold. Suitable mold release agents, e.g. Silicone oils and silicone elastomers are known to those skilled in the art.
Wenn der Lösung des Oxidationsmittels ein oder mehrere weitere Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tensiden, Formtrennmitteln, elektrisch nicht leitfähigen Partikeln, Pigmenten und Metallsalzen zugesetzt sind, so entsteht nach dem Trocknen eine Schicht, die ein Gemisch aus dem Oxidationsmittel und diesen weiteren Bestandteilen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tensiden, Formtrennmitteln, Partikeln, Pigmenten und Metallsalzen enthält. Wenn der Lösung des Oxidationsmittels ein oder mehrere Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus elektrisch nicht leitfähigen Partikeln, Pigmenten und Metallsalzen zugesetzt sind , wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren an der Oberfläche des Grundkörpers eine Isolierschicht gebildet, die neben Aluminiumoxid diese weiteren Bestandteile enthält. So können durch das erfindungsgemäße Verfahren neben den dielektrischen Ei- genschaften der Isolierschicht vorteilhafterweise auch weitere Eigenschaften, z.B. die Farbgebung der Isolierschicht, beeinflusst werden. If one or more further constituents selected from the group consisting of surfactants, mold release agents, electrically non-conductive particles, pigments and metal salts are added to the solution of the oxidizing agent, a layer is produced after drying which selects a mixture of the oxidizing agent and these further constituents from the group consisting of surfactants, mold release agents, particles, pigments and metal salts. If one or more constituents selected from the group consisting of electrically nonconductive particles, pigments and metal salts are added to the solution of the oxidizing agent, an insulating layer is formed in the process according to the invention on the surface of the main body, which contains these other constituents in addition to aluminum oxide. Thus, in addition to the dielectric properties of the insulating layer, the method according to the invention can advantageously also provide further properties, e.g. the color of the insulating layer to be influenced.
Bevorzugte elektrisch nicht leitfähige Partikel sind u.a. PTFE-Partikel, Glimmer und Ben- tonite. Bevorzugte Pigmente sind anorganische Farbpigmente, u .a. Eisenoxid-, Zirkonsili- kat-, Bismut-, Chromatpigmente und Braunstein. Entsprechende Pigmente sind dem Fach- mann bekannt. Bevorzugte Metallsalze sind farbgebende Metallsalze. Entsprechende Metallsalze, z.B. Cr(ll l)-Salze, Bismutvanadat, ZrSi04, Cd-Salze und Mn-Salze sind dem Fachmann bekannt. Preferred electrically non-conductive particles are i.a. PTFE particles, mica and benetonites. Preferred pigments are inorganic color pigments, among others. Iron oxide, zirconium silicate, bismuth, chromate pigments and manganese dioxide. Corresponding pigments are known to the person skilled in the art. Preferred metal salts are coloring metal salts. Corresponding metal salts, e.g. Cr (II) salts, bismuth vanadate, ZrSiO 4, Cd salts and Mn salts are known to the person skilled in the art.
Durch in die Isolierschicht eingelagerte farbgebende Metallsalze bzw. Pigmente wird der Isolierschicht eine Färbung oder Schattierung verliehen. Diese kann zur Charakterisierung der Schichtdicke der Isolierschicht, als Qualitätssicherungsmaßnahme oder zur Bauteil- kennzeichnung (z.B. als Hinweis, dass eine Isolierschicht vorhanden ist, oder für die Zuordnung zu einer bestimmten Charge oder zu einem bestimmten Bauteiltyp oder zu einem bestimmten Kunden) genutzt werden. By incorporated in the insulating layer coloring metal salts or pigments, the insulating layer is given a coloring or shading. This can be used to characterize the layer thickness of the insulating layer, as a quality assurance measure or as component marking (eg as an indication that an insulating layer is present or for allocation to a particular batch or to a specific type of component or to a particular customer).
Wenn eine ein Trennmittel enthaltende Lösung des Oxidationsmittels verwendet wird, ist es sinnvoll, auch die Wandflächen der Überlaufkanäle des Formwerkzeugs mit dieser Lösung in Kontakt zu bringen, um das Entformen zu erleichtern. Die Wandflächen der Angusskanäle des Formwerkzeugs werden vorzugsweise nicht mit der Lösung des Oxidationsmittels in Kontakt gebracht, um eine Kontamination der Metallschmelze durch entstehende Oxide zu verhindern. Zur Erleichterung des Entformens werden die Wandflächen der Angusskanäle des Formwerkzeugs vorzugsweise mit einem Formtrennmittel beschichtet. If a release agent-containing solution of the oxidizing agent is used, it makes sense to also contact the wall surfaces of the overflow passages of the mold with this solution to facilitate demolding. The wall surfaces of the runners of the mold are preferably not brought into contact with the solution of the oxidizing agent in order to prevent contamination of the molten metal by oxides formed. To facilitate demoulding, the wall surfaces of the sprues of the mold are preferably coated with a mold release agent.
Für das Beschichten der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und - falls zur Bildung der formgebenden Kammer Kerne benötigt werden - der Oberfläche der Kerne mit dem Oxidationsmittel stehen verschiedene dem Fachmann bekannte Techniken zur Verfügung, beispielsweise For the coating of the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and - if needed to form the forming chamber cores - the surface of the cores with the oxidizing agent, various techniques known in the art are available, for example
das Formwerkzeug wird bzw. die Kerne werden in eine Lösung des Oxidationsmittels getaucht,  the mold is or the cores are immersed in a solution of the oxidizing agent,
die Kavität des Formwerkzeugs wird bzw. die Kerne werden mit einer Lösung des Oxidationsmittels geflutet oder gespült,  the cavity of the mold is or the cores are flooded or rinsed with a solution of the oxidizing agent,
die Wandfläche der Kavität des Formwerkzeugs bzw. die Oberfläche der Kerne wird mit einer Lösung des Oxidationsmittels imprägniert,  the wall surface of the cavity of the mold or the surface of the cores is impregnated with a solution of the oxidizing agent,
die Wandfläche der Kavität des Formwerkzeugs bzw. die Oberfläche der Kerne wird mit einem Aerosol einer Lösung des Oxidationsmittels in Kontakt gebracht.  the wall surface of the cavity of the mold or the surface of the cores is brought into contact with an aerosol of a solution of the oxidizing agent.
Für das Beschichten der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und der Oberfläche der zugehörigen Kerne mit dem Oxidationsmittel können die gleichen oder verschiedene Techniken verwendet werden. Bevorzugt werden die Kerne vor dem Einlegen in die Kammer der Kavität des Formwerkzeugs mit dem Oxidationsmittel beschichtet, da nach dem Einlegen der Kerne in die Kammer der Kavität des Formwerkzeugs die Oberfläche der Kerne oft nur schwer zugänglich ist. Es ist jedoch erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen, dass die Kerne erst in die Kammer der Kavität des Formwerkzeugs eingelegt werden, und dann die Oberfläche der Kerne gemeinsam mit der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs mit dem Oxidationsmittel beschichtet wird. Der Fachmann wird je nach Aufbau des Formwerkzeugs und der Kerne die passende Vorgehensweise auswählen. For coating the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the associated cores with the oxidizing agent, the same or different techniques may be used. Preferably, the cores are coated with the oxidizing agent prior to insertion into the chamber of the cavity of the mold, because after inserting the cores into the chamber of the cavity of the mold, the surface of the cores is often difficult to access. However, it is not excluded according to the invention that the cores are first inserted into the chamber of the cavity of the mold, and then the surface of the cores is coated together with the wall surface of the chamber of the cavity of the mold with the oxidizing agent. The expert will choose the appropriate procedure depending on the design of the mold and the cores.
Vorteilhafterweise weist das Formwerkzeug beim Inkontaktbringen mit der Lösung des Oxidationsmittels eine Restwärme aus dem vorherigen Gießzyklus auf, die zum Trocknen, d.h. zum Verdampfen oder Verdunsten des Lösungsmittels genutzt werden kann. Vorzugsweise weist das Formwerkzeug beim Inkontaktbringen mit der Lösung des Oxidationsmittels eine Temperatur im Bereich von 120 °C bis 200 °C auf. Höhere Temperaturen sind häufig ungeeignet, da sie eine vorzeitige Zersetzung des Oxidationsmittels bewirken können. Im Fall von wässrigen Lösungen des Oxidationsmittels wird durch das Trocknen sowie die hohen Temperaturen beim Gießprozess eine Dehydratisierung erreicht, so dass die Bildung von Böhmit (Aluminiumoxidhydroxid) gegenüber Aluminiumoxid begrenzt wird. Die Bildung von Aluminiumoxid ist gegenüber Böhmit bevorzugt, da Aluminiumoxid bessere Isolationseigenschaften aufweist. Nach dem Trocknen weist die Wandfläche der formgebenden Kammer, d.h. die Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und die Oberfläche der Kerne (wenn das Formwerkzeug Kerne umfasst) eine geschlossene Schicht auf, welche das Oxidationsmit- tel enthält. Die das Oxidationsmittel enthaltende Schicht an der Wandfläche der formgebenden Kammer der Kavität des Formwerkzeugs weist nach dem Trocknen eine Dicke von 1 μιη oder mehr, bevorzugt im Bereich von 2 μιη bis 50 μιη, besonders bevorzugt im Bereich von 5 μιη bis 20 μιη auf. Die Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht wird mittels der Wirbelstrommethode nach DIN EN ISO 2360, beispielsweise mittels eines Leptoskops der Firma Karl Deutsch Prüf- und Messgerätebau GmbH + Co KG, Wuppertal (Deutschland), zerstörungsfrei bestimmt. Die Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht stellt der Fachmann über die Konzentration des Oxidationsmittels in der zum Beschichten verwendeten Lösung und/oder durch die Auftragsmenge der Lösung beim Beschichten ein. Advantageously, the mold, when brought into contact with the solution of the oxidizing agent, has a residual heat from the previous casting cycle, which is sufficient for drying, i. can be used to evaporate or evaporate the solvent. Preferably, the mold has a temperature in the range of 120 ° C to 200 ° C when brought into contact with the solution of the oxidizing agent. Higher temperatures are often unsuitable as they can cause premature decomposition of the oxidizing agent. In the case of aqueous solutions of the oxidizing agent, dehydration is achieved by the drying as well as the high temperatures during the casting process, so that the formation of boehmite (aluminum oxide hydroxide) is limited to aluminum oxide. The formation of alumina is preferred over boehmite because alumina has better insulating properties. After drying, the wall surface of the forming chamber, i. the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the cores (if the mold comprises cores) a closed layer containing the oxidizing agent. The layer containing the oxidizing agent on the wall surface of the forming chamber of the cavity of the molding tool has a thickness of 1 μιη or more after drying, preferably in the range of 2 μιη to 50 μιη, particularly preferably in the range of 5 μιη to 20 μιη. The thickness of the layer containing the oxidizing agent is determined nondestructively by means of the eddy current method according to DIN EN ISO 2360, for example by means of a leptoscope from Karl Deutsch Prüf- und Messgerätebau GmbH + Co. KG, Wuppertal (Germany). The thickness of the layer containing the oxidizing agent is set by the person skilled in the art about the concentration of the oxidizing agent in the solution used for coating and / or the application amount of the solution during coating.
Beim Tauchen in eine Lösung des Oxidationsmittels hängt die Auftragsmenge der Lösung des Oxidationsmittels von der Geschwindigkeit beim Herausnehmen des Formwerkzeugs bzw. der Kerne aus der Lösung, sowie von der Temperatur und Viskosität der Lösung ab. Bei der Beschichtung mit einem Aerosol einer Lösung des Oxidationsmittels entscheiden die aufgetragene Menge an Aerosol (Sprühdauer) und die Konzentration der Lösung über die Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht. Verfahren und Werkzeuge (Zerstäuber) für die Herstellung eines Aerosols sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt wei- sen die Tröpfchen des Aerosols Tropfendurchmesser im Bereich von 0, 1 μιη und 1 mm auf, bevorzugt im Bereich von 1 μιη bis 300 μιη, besonders bevorzugt im Bereich von 5 μιη bis 50 μιη. When immersed in a solution of the oxidizing agent, the application rate of the solution of the oxidizing agent depends on the rate at which the mold or cores are removed from the solution and the temperature and viscosity of the solution. When coating with an aerosol of a solution of the oxidizing agent, the applied amount of aerosol (duration of spraying) and the concentration of the solution determine the thickness of the layer containing the oxidizing agent. Methods and tools (atomizers) for the production of an aerosol are known in the art. Preferably, the droplets of the aerosol have droplet diameters in the range of 0.1 μm and 1 mm, preferably in the range from 1 μm to 300 μm, particularly preferably in the range from 5 μm to 50 μm.
Die Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht an der Wandfläche der formgebenden Kammer (d.h. an der Wandfläche der Kavität des Formwerkzeugs und an den Oberflächen der eingelegten Kerne, wenn das Formwerkzeug Kerne umfasst) bestimmt die Dicke der Isolierschicht an der Oberfläche des in der formgebenden Kammer gebildeten Rohlings. Je dicker die das Oxidationsmittel enthaltende Schicht, desto dicker ist die an der Oberfläche des in der formgebenden Kammer gebildeten Rohlings erzeugte Isolierschicht. Die Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht kann über die Wandflä- che der formgebenden Kammer (d.h. über die Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und die Oberflächen der in diese eingelegten Kerne, wenn das Formwerkzeug Kerne umfasst) variieren, um die Dicke der gebildeten Isolierschicht über die Bauteiloberfläche zu variieren. The thickness of the oxidant-containing layer on the wall surface of the forming chamber (ie, on the wall surface of the cavity of the mold and on the surfaces of the inserted cores when the mold comprises cores) determines the thickness of the insulating layer on the surface of the mold chamber blank. The thicker the oxidant-containing layer, the thicker the insulating layer formed on the surface of the blank formed in the forming chamber. The thickness of the oxidant-containing layer may vary across the wall surface of the forming chamber (ie, over the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surfaces of the cores inserted therein when the mold comprises cores) by the thickness of the formed insulating layer to vary over the component surface.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens variiert die Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht über die Wandfläche der formgebenden Kammer, so dass Bereiche mit verschiedener Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht ausgebildet werden, wobei z.B. in einem oder mehreren Bereichen der Wandfläche der formgebenden Kammer die das Oxidationsmittel enthaltende Schicht dicker ist als in einem oder mehreren anderen Bereichen der Wandfläche der formgebenden Kammer. Auf diese Weise kann eine Isolierschicht erzeugt werden, deren Dicke über die Bauteiloberfläche variiert, so dass Bereiche mit verschieden dicker Isolierschicht ausgebildet werden, wobei z.B. in einem oder mehreren Bereichen der Bauteiloberfläche die Isolierschicht dicker ist als in einem oder mehreren anderen Bereichen der Bauteiloberfläche. In a preferred variant of the method according to the invention, the thickness of the layer containing the oxidizing agent varies over the wall surface of the forming chamber so that regions of different thickness of the layer containing the oxidizing agent are formed, e.g. in one or more areas of the wall surface of the forming chamber, the oxidant-containing layer is thicker than in one or more other areas of the wall surface of the forming chamber. In this way, an insulating layer can be formed whose thickness varies across the device surface, so that regions with different thicknesses of insulating layer are formed, e.g. in one or more regions of the component surface, the insulating layer is thicker than in one or more other regions of the component surface.
Um das Entformen, d.h. das Entnehmen des gebildeten Bauteils aus dem Formwerkzeug, zu erleichtern, ist es bevorzugt, die Wandfläche der Kavität des Formwerkzeugs (einschließlich der Anguss- und Überlaufkanäle) und gegebenenfalls die Oberflächen der Kerne mit einem Formtrennmittel zu beschichten, bevor die Wandfläche der formgebenden Kammer mit dem Oxidationsmittel beschichtet wird. Geeignete Formtrennmittel sind dem Fachmann bekannt. Falls erforderlich, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Entnehmen des gebildeten Rohlings aus dem Formwerkzeug und Herausarbeiten des passiven elektrischen Bauteils aus dem Rohling einen oder mehrere weitere Schritte, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus To facilitate demoulding, ie removal of the formed component from the mold, it is preferable to coat the wall surface of the cavity of the mold (including the sprue and overflow channels) and optionally the surfaces of the cores with a mold release agent before the wall surface the forming chamber is coated with the oxidizing agent. Suitable mold release agents are known to the person skilled in the art. If necessary, the inventive method comprises, after removing the formed blank from the mold and working out of the passive electrical component from the blank one or more further steps selected from the group consisting of
- Auftragen eines Isolationsnasslackes, eines Isolationspulverlackes und/oder einer Vergussmasse auf die Isolierschicht - Applying an insulating wet paint, an insulating powder coating and / or a potting compound on the insulating layer
Einhüllen in Isolationspapier, in Isolationsfolie und/oder in einen Schrumpfschlauch Wrapping in insulating paper, in insulating foil and / or in a shrink tube
Abscheiden einer plasmapolymeren Schicht auf der Isolierschicht Depositing a plasma polymer layer on the insulating layer
Tempern des Bauteils bei einer Temperatur im Bereich von > 50 °C bis 250 °C, be- vorzugt von 100 °C bis 200 °C, besonders bevorzugt 130 °C bis 160 °C.  Annealing of the component at a temperature in the range of> 50 ° C to 250 ° C, preferably from 100 ° C to 200 ° C, more preferably 130 ° C to 160 ° C.
Durch die drei erstgenannten Schritte wird auf der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Isolierschicht eine weitere Isolierschicht erzeugt, so dass die Durchschlagfestigkeit des Bauteils weiter erhöht wird. Durch Tempern des Bauteils wird in der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Isolierschicht vorhandenes Böhmit in Alumini- umoxid umgewandelt, so dass in der Isolierschicht der Anteil von Aluminiumoxid noch weiter erhöht und der Anteil von Böhmit noch weiter verringert wird. By the first three steps, a further insulating layer is produced on the insulating layer produced by the method according to the invention, so that the dielectric strength of the component is further increased. By annealing the component, boehmite present in the insulating layer produced by the method according to the invention is converted into aluminum oxide, so that the proportion of aluminum oxide in the insulating layer is further increased and the proportion of boehmite is reduced even further.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein passives elektrisches Bauteil hergestellt und/oder herstellbar durch das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren. The subject matter of the present invention is also a passive electrical component produced and / or producible by the method according to the invention described above.
Ein erfindungsgemäß hergestelltes bzw. herstellbares passives elektrisches Bauteil um- fasst An inventively produced or producible passive electrical component comprises
einen Grundkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Aluminium enthaltenden Legierung  a basic body made of aluminum or an aluminum alloy or an aluminum-containing alloy
eine Isolierschicht an der Oberfläche des Grundkörpers,  an insulating layer on the surface of the base body,
wobei in dieser Isolierschicht das Massenverhältnis von Aluminiumoxid zu Böhmit größer ist als 5,  wherein in this insulating layer the mass ratio of alumina to boehmite is greater than 5,
wobei diese Isolierschicht eine Dicke von 1 μιη oder mehr aufweist.  wherein this insulating layer has a thickness of 1 μιη or more.
Ein erfindungsgemäßes passives elektrisches Bauteil umfasst einen Grundkörper aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Aluminium enthaltenden Legierung und eine Isolierschicht an der Oberfläche des Grundkörpers. Das bedeutet, dass das Bauteil einen Grundkörper aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Aluminium enthaltenden Legierung sowie eine Isolierschicht an der Oberfläche des Grundkörpers aufweist. Diese Isolierschicht enthält Aluminiumoxid sowie gegebenenfalls einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Böhmit und weiteren Aluminiumverbindungen. In der besagten Isolierschicht ist das Massenverhältnis von Alumini- umoxid zu Böhmit größer als 5. Die hier definierte Bedingung hinsichtlich des Massenverhältnisses von Aluminiumoxid zu Böhmit ist erfindungsgemäß in einem sich von der Bauteiloberfläche ins Innere des Bauteils erstreckenden Bereich von mindestens 1 μιη Dicke (gemessen senkrecht zur Bauteiloberfläche) erfüllt. Bevorzugt ist das Massenverhältnis der Anteile von Aluminiumoxid und Böhmit in der Isolierschicht größer als 6, weiter bevorzugt größer als 7, besonders bevorzugt > 10. A passive electrical component according to the invention comprises a base body made of aluminum or of an aluminum alloy or of an aluminum-containing alloy and an insulating layer on the surface of the base body. This means that the component has a basic body made of aluminum or an aluminum alloy or of having an aluminum-containing alloy and an insulating layer on the surface of the base body. This insulating layer contains alumina and optionally one or more components from the group consisting of boehmite and other aluminum compounds. In the said insulating layer, the mass ratio of aluminum oxide to boehmite is greater than 5. The condition defined here with regard to the mass ratio of aluminum oxide to boehmite is according to the invention in a region extending from the component surface to the interior of the component of at least 1 μm thickness (measured perpendicularly) to the component surface). Preferably, the mass ratio of the proportions of aluminum oxide and boehmite in the insulating layer is greater than 6, more preferably greater than 7, particularly preferably> 10.
Erfindungsgemäß ist es nicht ausgeschlossen, dass auch in einem weiter von der Bauteiloberfläche entfernten Bereich (also unterhalb der oben definierten Isolierschicht) noch Aluminiumoxid vorliegt. According to the invention, it is not excluded that aluminum oxide is also present in a region further away from the component surface (that is to say below the insulating layer defined above).
Mindestens 90 % der Oberfläche des erfindungsgemäßen passiven elektrischen Bauteils sind von der oben definierten Isolierschicht bedeckt, bevorzugt mindestens 95 % der Oberfläche des erfindungsgemäßen passiven elektrischen Bauteils, besonders bevorzugt mindestens 99 % der Oberfläche des erfindungsgemäßen passiven elektrischen Bauteils. At least 90% of the surface of the passive electrical component according to the invention are covered by the above-defined insulating layer, preferably at least 95% of the surface of the passive electrical component according to the invention, more preferably at least 99% of the surface of the passive electrical component according to the invention.
Wenn beim Herausarbeiten des passiven elektrischen Bauteils aus dem Rohling überstehendes Material (typischerweise im Bereich des Angusses und des Überlaufs) entfernt wird, werden dadurch am Bauteil Oberflächenbereiche freigelegt, die keine Isolierschicht (wie oben definiert) aufweisen. Durch Kontakt mit Luftsauerstoff kann sich auf der freigelegten Aluminiumoberfläche spontan eine Aluminiumoxidschicht bilden, die jedoch wesentlich dünner ist als die erfindungsgemäß erzeugte Isolierschicht. If, when the passive electrical component is removed from the blank, excess material (typically in the area of the gate and the overflow) is removed, surface areas are thereby exposed on the component which do not have an insulating layer (as defined above). By contact with atmospheric oxygen, an aluminum oxide layer can spontaneously form on the exposed aluminum surface, but this layer is substantially thinner than the insulating layer produced according to the invention.
Bevorzugt werden im Formwerkzeug die Anguss- und Überlaufkanäle so positioniert, dass die beim Abtrennen des überstehendes Materials aus den Anguss- und Überlaufkanälen vom Rohling freigelegten Oberflächen des passiven elektrischen Bauteils solchen Oberflächenbereichen entsprechen, an denen eine Isolierschicht nicht gewünscht ist, wie z.B. an den zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils vorgesehenen Stellen. Preferably, in the mold, the sprue and overflow channels are positioned so that the surfaces of the passive electrical component exposed upon removal of the supernatant from the sprue and overflow channels from the blank correspond to surface areas where an insulating layer is not desired, such as e.g. at the intended for electrical contacting of the component bodies.
Das Massenverhältnis der Anteile von Aluminiumoxid und Böhmit in der Isolierschicht wird bestimmt mittels Röntgenbeugung (XRD) mit einem Einfallswinkel von 70 ° bezogen zur Flächennormalen. Das erhaltene Beugungsmuster wird durch die Beugungsmuster der verschiedenen Modifikationen des Aluminiumoxids, des Böhmits und Aluminiums, ggf. weiterer Kristallmodifikationen von Nichtaluminiumoxiden (z.B. Braunstein) durch eine Best- Fit-Routine angepasst und daraus das Massenverhältnis Aluminiumoxid zu Böhmit bestimmt. The mass ratio of the proportions of aluminum oxide and boehmite in the insulating layer is determined by means of X-ray diffraction (XRD) with an incident angle of 70 ° relative to the surface normal. The diffraction pattern obtained is determined by the diffraction pattern of adapted to various modifications of the aluminum oxide, of boehmite and aluminum, optionally further crystal modifications of non-aluminum oxides (eg, manganese dioxide) by a best-fit routine and determines the mass ratio of alumina to boehmite.
Neben Aluminiumoxid und ggf. Böhmit, und weiteren Aluminiumverbindungen kann die Isolierschicht durch Reduktion des Oxidationsmittels gebildete Reaktionsprodukte enthalten, z.B. im Falle von Kaliumpermanganat als Reduktionsmittel Verbindungen des Mangans (in einer niedrigeren Oxidationsstufe als im Kaliumpermanganat) und Verbindungen des Kaliums. Außerdem kann die Isolierschicht Verbindungen im Trennmittel enthaltener Elemente enthalten wie z.B. Verbindungen des Kohlenstoffs. Im Fall der Verwendung von Salzkernen kann die Isolierschicht auch Verbindungen von Elementen der Salze des Salzkerns enthalten wie z.B. Verbindungen von Natrium, Kalium, Magnesium und Chlor im Fall von Salzkernen aus Mischungen von Chloriden des Natriums, des Kaliums und des Magnesiums. In addition to aluminum oxide and possibly boehmite, and other aluminum compounds, the insulating layer may contain reaction products formed by reduction of the oxidizing agent, e.g. in the case of potassium permanganate as reducing agent, compounds of manganese (in a lower oxidation state than in potassium permanganate) and compounds of potassium. In addition, the insulating layer may contain compounds contained in the release agent, e.g. Compounds of carbon. In the case of using salt cores, the insulating layer may also contain compounds of elements of the salts of the salt core, e.g. Compounds of sodium, potassium, magnesium and chlorine in the case of salt cores from mixtures of sodium, potassium and magnesium chlorides.
Die Isolierschicht kann neben Aluminiumoxid (und ggf. Böhmit, weiteren Aluminiumverbindungen und durch Reduktion des Oxidationsmittels gebildete Reaktionsprodukte) einen oder mehrere der folgenden Bestandteile enthalten: In addition to aluminum oxide (and optionally boehmite, further aluminum compounds and reaction products formed by reduction of the oxidizing agent), the insulating layer may contain one or more of the following constituents:
Pigmente  pigments
Metallsalze  metal salts
elektrisch nicht leitfähige Partikel.  electrically non-conductive particles.
Wenn vorhanden, sind die genannten Bestandteile in die Aluminiumoxid enthaltende Isolierschicht eingelagert. Bevorzugte elektrisch nicht leitfähige Partikel sind u.a. PTFE- Partikel, Glimmer und Bentonite. Bevorzugte Pigmente sind anorganische Farbpigmente, u.a. Eisenoxid-, Zirkonsilikat-, Bismut-, Chromatpigmente und Braunstein. Entsprechende Pigmente sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugte Metallsalze sind farbgebende Metallsalze. Entsprechende Metallsalze, z.B. Cr(lll)-Salze, Bismutvanadat, ZrSi04, Cd-Salze und Mn-Salze sind dem Fachmann bekannt. If present, said components are incorporated in the alumina insulating layer. Preferred electrically non-conductive particles are i.a. PTFE particles, mica and bentonite. Preferred pigments are inorganic color pigments, i.a. Iron oxide, zirconium silicate, bismuth, chromate pigments and manganese dioxide. Corresponding pigments are known to the person skilled in the art. Preferred metal salts are coloring metal salts. Corresponding metal salts, e.g. Cr (III) salts, bismuth vanadate, ZrSiO 4, Cd salts and Mn salts are known to those skilled in the art.
Durch in die Isolierschicht eingelagerte farbgebende Metallsalze bzw. Pigmente wird der Isolierschicht eine Färbung oder Schattierung verliehen. Diese kann zur Charakterisierung der Schichtdicke der Isolierschicht, als Qualitätssicherungsmaßnahme oder zur Bauteilkennzeichnung (z.B. als Hinweis, dass eine Isolierschicht vorhanden ist, oder für die Zuordnung zu einer bestimmten Charge oder zu einem bestimmten Typ von Bauteilen oder zu einem bestimmten Kunden) genutzt werden. In die Isolierschicht eingelagerte elektrisch nicht leitfähige Partikel verstärken die isolierende Wirkung. By incorporated in the insulating layer coloring metal salts or pigments, the insulating layer is given a coloring or shading. This can be used to characterize the layer thickness of the insulating layer, as a quality assurance measure or for component identification (eg as an indication that an insulating layer is present, or for assignment to a particular batch or type of components or to a specific customer). In the insulating layer embedded electrically non-conductive particles enhance the insulating effect.
Die Elementarzusammensetzung der Isolierschicht, und somit der Gehalt an Aluminium und Sauerstoff, ist bestimmbar mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie EDX wobei der Fachmann die Beschleunigungsspannung so wählt, dass die Informationstiefe so groß ist wie die Mindestdicke (1 μιη) der Isolierschicht ist. The elemental composition of the insulating layer, and thus the content of aluminum and oxygen, can be determined by means of energy-dispersive X-ray spectroscopy EDX, wherein the expert selects the acceleration voltage so that the information depth is as large as the minimum thickness (1 μιη) of the insulating layer.
Wahlweise kann auch Röntgenphotoelektronenspektroskopie verwendet werden. Um dabei die Elementzusammensetzung in tieferen Lagen (> 10 nm) erfassen zu können, bedient sich der Fachmann der Tiefenprofilierung (Sputtern). Bei der Bestimmung der Elementzusammensetzung berücksichtigt der Fachmann ggf. auftretendes präferenzielles Sputtern. Optionally, X-ray photoelectron spectroscopy can also be used. In order to be able to record the element composition in lower layers (> 10 nm), the skilled person uses depth profiling (sputtering). When determining the elemental composition, the person skilled in the art will take into account any preferential sputtering which may occur.
Wenn durch verschiedene Methoden voneinander abweichende Elementarzusammensetzungen ermittelt werden, ist der durch EDX ermittelte Wert maßgeblich. If different elemental compositions are determined by different methods, the value determined by EDX is decisive.
Die Dicke der Isolierschicht wird mittels der Wirbelstrommethode nach DIN EN ISO 2360, beispielsweise mittels eines Leptoskops der Firma Karl Deutsch Prüf- und Messgerätebau GmbH + Co KG, Wuppertal (Deutschland), zerstörungsfrei bestimmt. The thickness of the insulating layer is determined non-destructively by means of the eddy current method according to DIN EN ISO 2360, for example by means of a leptoscope from Karl Deutsch Prüf- und Messgerätebau GmbH + Co. KG, Wuppertal (Germany).
Alternativ kann die Dicke der an der Oberfläche des Bauteils gebildeten Isolierschicht an einer Kryo-Bruchfläche mittels Rasterelektronenmikroskopie bestimmt werden. Alternatively, the thickness of the insulating layer formed on the surface of the component at a cryogenic fracture surface can be determined by scanning electron microscopy.
Das erfindungsgemäße passive elektrische Bauteil ist beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Spulen, Wendeln, Rechteckleitern und Rundleitern. Ein erfindungsgemäßes passives elektrisches Bauteil kann ein oder mehrere Formelemente aus der Gruppe bestehend aus Hinterschnitten, Bohrungen und Kanälen aufweisen. Besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße passive elektrische Bauteil eine Spule. The passive electrical component according to the invention is for example selected from the group consisting of coils, helices, rectangular conductors and round conductors. A passive electrical component according to the invention may have one or more form elements from the group consisting of undercuts, bores and channels. Particularly preferably, the passive electrical component according to the invention is a coil.
Bevorzugt weist die Isolierschicht eine Dicke im Bereich von 10 μιη bis 100 μιη auf. Innerhalb dieser Dicke ist das Massenverhältnis von Aluminiumoxid zu Böhmit größer als 5, bevorzugt größer als 6, weiter bevorzugt größer als 7, besonders bevorzugt > 10. Preferably, the insulating layer has a thickness in the range of 10 μιη to 100 μιη. Within this thickness, the mass ratio of aluminum oxide to boehmite is greater than 5, preferably greater than 6, more preferably greater than 7, particularly preferably> 10.
Bevorzugt weist die Isolierschicht eine Durchschlagfestigkeit von 40 V/μιη oder mehr auf, gemessen nach DIN EN 60243-1 und DIN EN 60243-2 für einen Strom von bis zu maximal 3 mA. Besonders bevorzugt hat die Isolierschicht eine Dicke von 10 [im oder mehr, und ist durchschlagfest gegenüber einer Spannung von 400 V oder mehr, besonders bevorzugt 2500 V oder mehr. Preferably, the insulating layer has a dielectric strength of 40 V / μιη or more, measured according to DIN EN 60243-1 and DIN EN 60243-2 for a current of up to 3 mA maximum. More preferably, the insulating layer has a thickness of 10 [in or more, and is resistant to breakdown of a voltage of 400 V or more, more preferably 2500 V or more.
Die Isolierschicht verbessert auch die Korrosionsstabilität und die Alterungsbeständigkeit des passiven elektrischen Bauteils. The insulating layer also improves the corrosion resistance and aging resistance of the passive electrical component.
Bevorzugt sind erfindungsgemäße passive elektrische Bauteile, bei denen die Durchschlagfestigkeit der Isolierschicht nach 1000 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von -80 °C bis 300°C um weniger als 20 % abfällt. Preference is given to passive electrical components according to the invention, in which the dielectric strength of the insulating layer drops by less than 20% after 1000 hours at a temperature in the range from -80.degree. C. to 300.degree.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst ein erfindungsgemäßes passives elektrisches Bauteil eine auf der Oberfläche der Isolierschicht angeordnete weitere Schicht enthaltend ein oder mehrere Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Isolationslackschichten, Plasmapolymeren, Isolationspapieren, Isolationsfolien, Schrumpfschläuchen und Vergussmassen. Materialien und Verfahren für die Herstellung derartiger Schichten sind dem Fachmann bekannt. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Formwerkzeug zum Herstellen eines passiven elektrischen Bauteils durch Gießen einer Schmelze von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Aluminium enthaltenden Legierung, wobei das Formwerkzeug eine Kavität aufweist, welche eine formgebende Kammer umfasst, die der Form des herzustellenden Bauteils entspricht, und die Wandfläche der formgebenden Kammer eine Schicht enthaltend ein Oxidationsmittel oder bestehend aus einem Oxidationsmittel aufweist. In certain embodiments, a passive electrical component according to the invention comprises a further layer arranged on the surface of the insulating layer containing one or more materials selected from the group consisting of insulating lacquer layers, plasma polymers, insulating papers, insulating films, heat-shrinkable tubing and casting compounds. Materials and methods for making such layers are known to those skilled in the art. Another object of the present invention is a mold for producing a passive electrical component by casting a melt of aluminum or an aluminum alloy or an aluminum-containing alloy, wherein the mold has a cavity comprising a forming chamber, which corresponds to the shape of the component to be produced and the wall surface of the forming chamber comprises a layer containing an oxidizing agent or consisting of an oxidizing agent.
Das erfindungsgemäße Formwerkzeug weist eine Kavität auf, die beim Gießprozess mit einer Schmelze von Aluminium oder einer Legierung gefüllt wird und die die Form des aus der erstarrten Schmelze gebildeten Rohlings bestimmt. Der in dem Formwerkzeug gebil- dete Rohling umfasst das herzustellende passive elektrische Bauteil. Typischerweise umfasst die Kavität des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs einen oder mehrere Angusskanäle zum Einfüllen der Schmelze, einen oder mehrere Überlaufkanäle, und eine formgebende Kammer, welche der Form des herzustellenden Bauteils entspricht. Die formgebende Kammer des Formwerkzeugs weist beispielsweise die Form einer Spule, einer Wen- del, eines Rechteckleiters oder eines Rundleiters auf. Derartige Formwerkzeuge und Verfahren zu ihrer Herstellung sind an sich dem Fachmann bekannt. Das Formwerkzeug ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einteiligen Formwerkzeugen und mehrteiligen Formwerkzeugen. The molding tool according to the invention has a cavity which is filled with a melt of aluminum or an alloy in the casting process and which determines the shape of the blank formed from the solidified melt. The blank formed in the molding tool comprises the passive electrical component to be produced. Typically, the cavity of the mold according to the invention comprises one or more sprue channels for filling the melt, one or more overflow channels, and a shaping chamber, which corresponds to the shape of the component to be produced. The shaping chamber of the molding tool has, for example, the shape of a coil, a helix, a rectangular conductor or a circular conductor. Such molds and processes for their preparation are known in the art. The molding tool is selected from the group consisting of one-piece molding tools and multi-part molding tools.
Bevorzugt werden im Formwerkzeug die Anguss- und Überlaufkanäle so positioniert, dass die Oberflächen des passiven elektrischen Bauteils, die beim Abtrennen des überstehendes Materials aus den Anguss- und Überlaufkanälen vom Rohling freigelegt werden, solchen Oberflächenbereichen entsprechen, an denen eine Isolierschicht nicht gewünscht ist, wie z.B. an den zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils vorgesehenen Stellen. Preferably, in the mold, the sprue and overflow channels are positioned so that the surfaces of the passive electrical component that are exposed from the runner and overflow channels when separating the supernatant material correspond to surface areas where an insulating layer is not desired, such as eg at the intended for electrical contacting of the component bodies.
Zumindest die gesamte Wandfläche der formgebenden Kammer Kavität des Formwerk- zeugs ist mit einer das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht bedeckt. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass die das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht sich auf weitere Bereiche der Wandfläche der Kavität des Formwerkzeugs erstreckt, z.B. auf die Wandflächen eines oder mehrerer Überlaufkanäle. Bevorzugt erstreckt die das Oxidationsmittel enthaltende Schicht sich nicht auf die Wandflächen der Angusskanäle, um eine Kontamination der Metallschmelze durch entstehende Oxide zu verhindern. At least the entire wall surface of the forming chamber cavity of the mold is covered with a layer containing the oxidizing agent. However, it is not excluded that the layer containing the oxidant extends to further areas of the wall surface of the cavity of the mold, e.g. on the wall surfaces of one or more overflow channels. Preferably, the oxidant-containing layer does not extend to the wall surfaces of the runner channels to prevent contamination of the molten metal by oxides formed.
Die das Oxidationsmittel enthaltende Schicht kann weitere Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tensiden, Formtrennmitteln, elektrisch nicht leitfähigen Partikeln, Pigmenten und Metallsalzen enthalten. The oxidant-containing layer may contain further constituents selected from the group consisting of surfactants, mold release agents, electrically non-conductive particles, pigments and metal salts.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs weist die Kavität eine Kammer auf, in die ein oder mehrere Kerne eingelegt sind, so dass eine formgebende Kammer gebildet wird, deren Wandfläche aus der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und der Oberfläche des in diese Kammer eingelegten Kerns oder der in diese Kammer eingelegten Kerne besteht. Das heißt, die Form des durch die Wandfläche der Kammer des Formwerkzeugs und die Oberfläche des in die Kammer eingelegten Kerns oder der in die Kammer eingelegten Kerne definierten, von der Schmelze auszufüllenden Hohlraums entspricht der Form des herzustellenden Bauteils. Die formgebende Kammer wird in dieser bevorzugten Ausführungsform durch das Einlegen eines oder mehrerer Kerne in eine dafür vorgesehene Kammer gebildet, die Bestandteil der Kavität des Formwerkzeugs ist, während vor dem Einlegen des oder der Kerne diese Kammer noch nicht der Form des herzustellenden Bauteils entspricht, also noch keine formgebende Kammer ist. Dieses bevorzugte erfindungsgemäße Formwerkzeug weist eine formgebende Kammer auf, deren Wandfläche aus der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und der Oberfläche des in diese Kammer eingelegten Kerns bzw. der in diese Kammer eingelegten Kerne besteht und eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht aufweist. Vorzugsweise hat das Oxidationsmittel ein Standardpotential höher als 1 V, bevorzugt 1 ,2 V oder höher, besonders bevorzugt 1 ,5 V oder höher. Bevorzugt ist das Oxidationsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Permanganaten, Perboraten, Peroxycarbon- säuren, Percarbonaten, Peroxiden und Salze der Halogensauerstoffsäuren. In a preferred embodiment of the mold according to the invention, the cavity has a chamber in which one or more cores are inserted, so that a shaping chamber is formed whose wall surface from the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the inserted into this chamber Kerns or inserted into this chamber cores consists. That is, the shape of the cavity defined by the wall surface of the chamber of the mold and the surface of the core inserted into the chamber or the cores inserted into the chamber, to be filled by the melt corresponds to the shape of the component to be produced. The forming chamber is formed in this preferred embodiment by inserting one or more cores in a dedicated chamber which is part of the cavity of the mold, while before inserting the core or this chamber does not yet correspond to the shape of the component to be produced, ie is not yet a shaping chamber. This preferred mold according to the invention has a shaping chamber whose wall surface consists of the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surface of the core inserted into this chamber or the cores inserted in this chamber and has a layer containing the oxidizing agent. Preferably, the oxidizing agent has a standard potential higher than 1 V, preferably 1.2 V or higher, more preferably 1.5 V or higher. The oxidizing agent is preferably selected from the group consisting of permanganates, perborates, peroxycarboxylic acids, percarbonates, peroxides and salts of halo-oxygen acids.
Die Wandfläche der formgebenden Kammer des Formwerkzeugs (d.h. die Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und die Oberflächen der Kerne, wenn das Formwerkzeug Kerne umfasst) weist eine geschlossene Schicht, auf weiche das Oxidationsmittel enthält. Die das Oxidationsmittel enthaltende Schicht an der Wandfläche der formgebenden Kammer der Kavität des Formwerkzeugs weist eine Dicke von 1 μιη oder mehr, bevorzugt im Bereich von 2 μιη bis 50 μιη, besonders bevorzugt im Bereich von 5 μιη bis 20 μιη auf. Die Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht wird mittels der Wirbelstrommethode nach DIN EN ISO 2360, beispielsweise mittels eines Leptoskops der Firma Karl Deutsch Prüf- und Messgerätebau GmbH + Co KG, Wuppertal (Deutschland), zerstörungsfrei bestimmt. The wall surface of the forming chamber of the mold (i.e., the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surfaces of the cores if the mold comprises cores) has a closed layer on which the oxidizing agent is contained. The layer containing the oxidizing agent on the wall surface of the shaping chamber of the cavity of the molding tool has a thickness of 1 μm or more, preferably in the range of 2 μm to 50 μm, particularly preferably in the range of 5 μm to 20 μm. The thickness of the layer containing the oxidizing agent is determined nondestructively by means of the eddy current method according to DIN EN ISO 2360, for example by means of a leptoscope from Karl Deutsch Prüf- und Messgerätebau GmbH + Co. KG, Wuppertal (Germany).
Je dicker die das Oxidationsmittel enthaltende Schicht, desto dicker ist die an der Oberflä- che des in der formgebenden Kammer gebildeten Bauteils erzeugte Isolierschicht. Die Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht kann über die Wandfläche der formgebenden Kammer (d.h. über die Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und die Oberflächen der in diese eingelegten Kerne, wenn das Formwerkzeug Kerne umfasst vorhanden) variieren, um die Dicke der gebildeten Isolierschicht über die Bauteilober- fläche zu variieren. The thicker the layer containing the oxidizing agent, the thicker the insulating layer produced on the surface of the component formed in the shaping chamber. The thickness of the oxidant-containing layer may vary over the wall surface of the forming chamber (ie, over the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and the surfaces of the cores inserted therein when the mold includes cores) over the thickness of the formed insulating layer to vary the component surface.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs variiert die Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht über die Wandfläche der formgebenden Kammer, so dass Bereiche mit verschiedener Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht ausgebildet werden, wobei z.B. in einem oder mehreren Bereichen der Wandfläche der formgebenden Kammer die das Oxidationsmittel enthaltende Schicht dicker ist als in einem oder mehreren anderen Bereichen der Wandfläche der formgebenden Kammer. Auf diese Weise kann eine Isolierschicht erzeugt werden, deren Dicke über die Bauteiloberfläche variiert, so dass Bereiche mit verschieden dicker Isolierschicht ausgebildet werden, wobei z.B. in einem oder mehreren Bereichen der Bauteiloberfläche die Isolierschicht dicker ist als in einem oder mehreren anderen Bereichen der Bauteiloberfläche. In a preferred variant of the mold according to the invention, the thickness of the oxidant-containing layer varies over the wall surface of the forming chamber, so that regions of different thickness of the oxidant-containing layer are formed, wherein, for example, in one or more areas of the wall surface of the forming chamber Oxidant-containing layer is thicker than in one or more other areas of the wall surface of the forming chamber. In this way, an insulating layer can be produced, the thickness of which varies over the surface of the component, so that regions with different thicknesses of insulating layer are formed, wherein, for example, in one or more areas of the component surface, the insulating layer is thicker than in one or more other areas of the component surface.
Um das Entformen, d.h. das Entnehmen des gebildeten Rohlings aus dem Formwerkzeug, zu erleichtern, ist es bevorzugt, dass zwischen der Wandfläche der Kavität des Formwerkzeugs und der ein Oxidationsmittel enthaltenden Beschichtung eine ein Formtrennmittel enthaltende Schicht angeordnet ist. Geeignete Formtrennmittel sind dem Fachmann bekannt. In order to avoid demolding, i. For example, in order to facilitate removal of the formed blank from the mold, it is preferred that a mold release agent-containing layer is disposed between the wall surface of the cavity of the mold and the coating containing an oxidizing agent. Suitable mold release agents are known to the person skilled in the art.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. Beispiel 1 : The invention will be explained in more detail by way of examples. Example 1 :
Bereitgestellt wird ein für den Druckguss von Aluminium geeignetes Formwerkzeug aus Werkzeugstahl 1.2343, der sich durch hohe Warmfestigkeit und Thermoschockbeständig- keit auszeichnet. Das Formwerkzeug weist eine Kavität mit einem Anguss, einem Überlauf und einer quaderförmigen formgebenden Kammer auf. Die formgebende Kammer entspricht dem Negativ des zu gießenden Bauteils in Form eines quaderförmigen Rechteckleiters mit den Dimensionen 10 mm x 1 mm x 200 mm. Das Formwerkzeug ist zweiteilig, d.h. es besteht aus zwei Hälften, die die Kavität umschließen. A die-casting tool made of tool steel 1.2343, which is characterized by high heat resistance and thermal shock resistance, is provided. The mold has a cavity with a sprue, an overflow and a cuboid forming chamber. The shaping chamber corresponds to the negative of the component to be cast in the form of a cuboid rectangular conductor with the dimensions 10 mm x 1 mm x 200 mm. The mold is in two parts, i. It consists of two halves surrounding the cavity.
Es wird eine 0,1 molare Lösung des Oxidationsmittels KMn04 in Wasser hergestellt. Diese Lösung wird mit einem kommerziell erhältlichen Trennmittel im Verhältnis 60:1 gemischt. A 0.1 molar solution of the oxidizing agent KMnO4 in water is prepared. This solution is mixed with a commercially available release agent in the ratio 60: 1.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Rohlings die folgenden Schritte: In this embodiment, the method for producing a blank comprises the following steps:
a) Öffnen des Formwerkzeuges und Entnehmen des im vorrangegangenen Gießzyklus hergestellten Rohlings a) opening the mold and removing the blank produced in the previous casting cycle
b) Reinigen der Kavität des Formwerkzeugs mit Druckluft b) cleaning the cavity of the mold with compressed air
c) Einsprühen der oben beschriebenen Lösung enthaltend KMn04 als Oxidationsmittel und ein Trennmittel in die Kavität des Formwerkzeugs mittels einer Sprühpistole (analog der typischen Vorgehensweise beim Auftragen eines Trennmittels) und Trocknen, wobei eine 30 μιη bis 50 μιη dicke Schicht aus einem Gemisch aus KMn04 und Trennmittel entsteht c) spraying the solution described above containing KMnO 4 as oxidizing agent and a release agent in the cavity of the mold by means of a spray gun (analogous to the typical procedure when applying a release agent) and drying, with a 30 μιη to 50 μιη thick layer of a mixture of KMn04 and Release agent is created
d) Schließen des Formwerkzeugs e) Gießvorgang im Druckguss mit anschließendem Erstarrenlassen der Schmelze in der Kavität und Oxidieren des Aluminiums an der Wandfläche der Kavität durch das Oxidationsmittel, d) closing the mold e) casting in die-cast with subsequent solidification of the melt in the cavity and oxidation of the aluminum on the wall surface of the cavity by the oxidizing agent,
f) Öffnen des Formwerkzeugs und Entnehmen des hergestellten Rohlings f) opening the mold and removing the blank produced
Zum Druckguss wurde eine Anlage der Firma Frech mit 250 t Schließkraft verwendet. Die Schmelze in der Vorkammer ist auf 760 °C geheizt und besteht aus Rotorenaluminium (AI- Gehalt 99,7 %). For die casting, a Frech plant with 250 t clamping force was used. The melt in the antechamber is heated to 760 ° C and consists of rotor aluminum (Al content 99.7%).
Der Gießvorgang e) unterteilt sich in 3 Phasen: The casting process e) is divided into 3 phases:
1. Langsames Verfahren des Kolbens zur Füllung der Füllkammer bis zum Anguss 1. Slow movement of the piston to fill the filling chamber to the sprue
2. Einspritzen der Schmelze mit einer Kolbengeschwindigkeit 5m/s bis zur Füllung der Kavität 2. Inject the melt at a piston speed of 5 m / s until the cavity is filled
3. 4 Sekunden lang Nachdrücken bei 180 MPa (1800 bar)  3. Press for 4 seconds at 180 MPa (1800 bar)
Nach dem Öffnen des Werkzeugs hat der Rohling eine Durchschnittstemperatur von 450 °C. Die Werkzeugtemperatur wird bei 150 °C gehalten durch Temperierung mittels eines Heiz-Kühlgeräts. Nach dem Entnehmen aus dem Werkzeug wird der Rohling in deionisiertes Wasser getaucht, um Verunreinigungen in Form von Kaliumsalzen zu entfernen. After opening the tool, the blank has an average temperature of 450 ° C. The mold temperature is maintained at 150 ° C by tempering by means of a heating-cooling device. After removal from the tool, the blank is dipped in deionized water to remove impurities in the form of potassium salts.
Der Rohling weist eine geschlossene Isolierschicht auf, deren Dicke in Abhängigkeit von der Dicke der in Schritt c) erzeugten Schicht aus einem Gemisch aus KMnÖ4 und Trennmittel variiert. Die Isolierschicht enthält Aluminiumoxid und Oxide des Mangans. Minimale Schichtdicken der Isolierschicht von 2 μιη wurden im Bereich des Angusses gefunden, maximale Schichtdicken der Isolierschicht von 50 μιη in Bereichen, die 200 mm vom Anguss entfernt sind. Die Dicke der Isolierschicht wurde bestimmt mittels eines Leptoskop 2050 mit gerader Mikrosonde für NFe-Substrate (Nichteisenmetall-Substrate). The blank has a closed insulating layer whose thickness varies depending on the thickness of the layer produced in step c) from a mixture of KMnÖ4 and release agent. The insulating layer contains alumina and oxides of manganese. Minimal layer thicknesses of the insulating layer of 2 μm were found in the area of the gate, maximum layer thicknesses of the insulating layer of 50 μm in areas located 200 mm from the gate. The thickness of the insulating layer was determined by means of a Leptoscope 2050 with a straight microprobe for NFe substrates (non-ferrous metal substrates).
Die mittels EDX bestimmte Elementzusammensetzung der Isolierschicht im Bereich einer Dicke von 1 μιη ist wie folgt: AI (25 at%), O (53 at%), Mn (12 at%), C (9 at%) sowie Spuren von K (aus dem als Oxidationsmittel verwendeten KMnÖ4). Das Massenverhältnis von Aluminiumoxid zu Böhmit wurde mittels Röntgenbeugung (XRD) unter Verwendung eines Einfallswinkels von 70 ° bezogen zur Flächennormalen zu 15 ± 3 bestimmt. Der Durchschlag gemessen nach DIN EN 60243-1 und DIN EN 60243-2 bei einem maximalen Stromfluss von 3 mA erfolgte im Bereich des Angusses bei einer Spannung von 92 V ± 9V, in Bereichen, die 200 mm vom Anguss entfernt sind, bei einer Spannung von 1600 V ± 150 V. The elemental composition of the insulating layer in the region of a thickness of 1 μm determined by means of EDX is as follows: Al (25 at%), O (53 at%), Mn (12 at%), C (9 at%) and traces of K ( from the used as oxidizing agent KMnÖ4). The mass ratio of alumina to boehmite was determined by X-ray diffraction (XRD) using an angle of incidence of 70 ° with respect to the surface normal to 15 ± 3. The breakdown measured according to DIN EN 60243-1 and DIN EN 60243-2 at a maximum current flow of 3 mA occurred in the region of the gate at a voltage of 92 V ± 9 V, in areas which are 200 mm from the gate, at a voltage of 1600 V ± 150 V.
Beispiel 2: Example 2:
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen passiven elektrischen Bauteils erfolgte im We- sentlichen analog Beispiel 1 , abgesehen von den folgenden Unterschieden: The production of a passive electrical component according to the invention was carried out essentially analogously to Example 1, apart from the following differences:
Die Kavität des Formwerkzeugs weist eine formgebende Kammer mit den Dimensionen 20 mm x 160 mm x 50 mm auf. The cavity of the mold has a shaping chamber with the dimensions 20 mm x 160 mm x 50 mm.
In die Kammer der Kavität wird ein quaderförmiger Salzkern eingelegt, dessen äußere Dimensionen den Dimensionen der Kavität entsprechen. In die Wandflächen (außer Grund- und Deckfläche) des quaderförmigen Salzkerns ist eine sich wendeiförmig (spiralförmig) erstreckende Vertiefung von 5 mm Tiefe und 1 mm Breite eingearbeitet, die an ihrem Boden verrundet ist (Radius 0,3 mm). Der Salzkern besteht aus einer Mischung aus 65 Gew.- % Na2C03 und 35 Gew.-% KCl. In the chamber of the cavity, a cuboid salt core is inserted whose outer dimensions correspond to the dimensions of the cavity. In the wall surfaces (except the base and top surface) of the parallelepipedic salt core, a spiral-shaped (5 mm) depth and 1 mm wide indentation is incorporated, which is rounded at its bottom (radius 0.3 mm). The salt core consists of a mixture of 65% by weight of Na 2 C0 3 and 35% by weight of KCl.
Der Salzkern wird in eine 0,1 mol/l Lösung von KMnC in Wasser (Temperatur 15 °C) ge- taucht und sofort getrocknet. Dabei wird der Salzkern gleichmäßig entlang der Hauptachse (160 mm) gedreht, bis die Oberfläche trocken ist. Der Salzkern wird für eine Stunde bei 100 °C im Trockenofen getrocknet. The salt core is immersed in a 0.1 mol / l solution of KMnC in water (temperature 15 ° C.) and dried immediately. The salt core is rotated evenly along the main axis (160 mm) until the surface is dry. The salt core is dried for one hour at 100 ° C in a drying oven.
Die Kavität wird analog Beispiel 1 gereinigt und mit der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung enthaltend KMn04 als Oxidationsmittel und ein Trennmittel eingesprüht, nach deren Trock- nen eine 30 μιη bis 50 μιη dicke Schicht aus einem Gemisch aus KMn04 und Trennmittel entsteht. The cavity is cleaned analogously to Example 1 and sprayed with the solution described in Example 1 containing KMnO 4 as the oxidizing agent and a release agent, after drying a 30 μιη to 50 μιη thick layer of a mixture of KMn04 and release agent is formed.
Der Salzkern wird in die Kavität eingelegt und der Druckgussprozess analog Beispiel 1 durchgeführt. The salt core is inserted into the cavity and the die casting process is carried out analogously to Example 1.
Nach Entnahme aus dem Formwerkzeug wird der Salzkern durch Auflösen in Wasser ent- fernt, so dass ein Rohling umfassend ein Bauteil in Form einer Spule mit einer Isolierschicht an der Oberfläche zurückbleibt. Diese wurde mit deionisiertem Wasser gespült. Die Schichtdicke der Isolierschicht im Spuleninneren betrug mindestens 4 μιη. Die Dicke der Isolierschicht wurde bestimmt mittels eines Leptoskop 2050 mit gerader Mikrosonde für NFe-Substrate (Nichteisenmetall-Substrate). Die mittels EDX bestimmte Elementzusammensetzung der Isolierschicht im Bereich einer Dicke von 1 μιη ist wie folgt: AI (31 at%), O (53 at%), Mn (12 at%), C (2 at%) und Spuren von K, Na und Cl. Das Massenverhältnis von Aluminiumoxid zu Böhmit wurde mittels Rönt- genbeugung (XRD) unter Verwendung eines Einfallswinkels von 70 ° bezogen zur Flä- chennormalen zu 10 ± 2 bestimmt. Der Durchschlag gemessen nach DIN EN 60243-1 und DIN EN 60243-2 bei einem maximalen Stromfluss von 3 mA erfolgte im Bereich des Spuleninneren bei einer Spannung von 170V ± 12V. After removal from the mold, the salt core is removed by dissolving in water, so that a blank comprising a component in the form of a coil with an insulating layer remains on the surface. This was rinsed with deionized water. The layer thickness of the insulating layer in the coil interior was at least 4 μιη. The thickness of the insulating layer was determined by means of a Leptoscope 2050 with a straight microprobe for NFe substrates (non-ferrous metal substrates). The elemental composition of the insulating layer in the region of a thickness of 1 μm determined by means of EDX is as follows: Al (31 at%), O (53 at%), Mn (12 at%), C (2 at%) and traces of K, Na and Cl. The mass ratio of alumina to boehmite was determined by X-ray diffraction (XRD) using an incidence angle of 70 ° with respect to the surface normal to 10 ± 2. The breakdown measured in accordance with DIN EN 60243-1 and DIN EN 60243-2 with a maximum current flow of 3 mA was in the region of the coil interior at a voltage of 170V ± 12V.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines passiven elektrischen Bauteils, umfassend die Schritte A method of making a passive electrical component, comprising the steps
Bereitstellen eines Formwerkzeugs mit einer Kavität, welche eine formgebende Kammer umfasst, die der Form des herzustellenden Bauteils entspricht,  Providing a mold having a cavity which comprises a shaping chamber which corresponds to the shape of the component to be produced,
Beschichten der Wandfläche der formgebenden Kammer mit einem Oxidationsmittel, so dass eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht gebildet wird,  Coating the wall surface of the forming chamber with an oxidizing agent to form a layer containing the oxidizing agent,
Gießen einer Schmelze von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Aluminium enthaltenden Legierung in die Kavität,  Pouring a melt of aluminum or an aluminum alloy or an aluminum-containing alloy into the cavity,
Oxidieren des Aluminiums an der Grenzfläche zwischen der Schmelze und der das Oxidationsmittel enthaltende Schicht und Erstarrenlassen der Schmelze in der Kavität, so dass ein Rohling umfassend das passive elektrischen Bauteil gebildet wird,  Oxidizing the aluminum at the interface between the melt and the oxidant-containing layer and solidifying the melt in the cavity to form a blank comprising the passive electrical component,
Entnehmen des gebildeten Rohlings aus dem Formwerkzeug, Herausarbeiten des passiven elektrischen Bauteils aus dem Rohling.  Removing the formed blank from the mold, working out of the passive electrical component from the blank.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Bereitstellen des Formwerkzeugs folgende Schritte umfasst: 2. The method of claim 1, wherein providing the mold comprises the steps of:
Bereitstellen eines Formwerkzeugs mit einer Kavität, die eine Kammer für die Aufnahme eines oder mehrerer Kerne aufweist, und Beschichten der Wandfläche dieser Kammer mit einem Oxidationsmittel, so dass an der Wandfläche der Kammer eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht gebildet wird, Providing a mold with a cavity having a chamber for receiving one or more cores and coating the wall surface of said chamber with an oxidizing agent so as to form on the wall surface of the chamber an oxidant-containing layer,
Bereitstellen eines oder mehrerer Kerne und Beschichten der Oberfläche des oder der Kerne mit einem Oxidationsmittel, so dass an der Oberfläche des bzw. der Kerne eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht gebildet wird,Providing one or more cores and coating the surface of the cores or cores with an oxidizing agent such that an oxidant-containing layer is formed on the surface of the cores,
Einlegen des oder der beschichteten Kerne in die Kammer der Kavität des Formwerkzeugs, so dass eine formgebende Kammer gebildet wird, deren Wandfläche aus der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und der Oberfläche der in diese Kammer eingelegten Kerne besteht und eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht aufweist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die formgebende Kammer des Formwerkzeugs die Form einer Spule, einer Wendel, eines Rechteckleiters oder eines Rundleiters aufweist. Inserting the coated core (s) into the cavity cavity of the mold so as to form a shaping chamber having a wall surface made up of the wall surface of the cavity cavity of the mold and the surface of the cores inserted into said cavity and having a layer containing the oxidizing agent , The method of claim 1 or 2, wherein the forming chamber of the mold has the form of a coil, a helix, a rectangular conductor or a circular conductor.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Permanganaten, Perboraten, Per- oxycarbonsäuren, Percarbonaten, Peroxiden und Salze der Halogensauerstoffsäuren. Method according to one of the preceding claims, wherein the oxidizing agent is selected from the group consisting of permanganates, perborates, peroxycarboxylic acids, percarbonates, peroxides and salts of halo-oxygen acids.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Beschichten mit dem Oxidationsmittel die zu beschichtende Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und gegebenenfalls die Oberfläche der Kerne mit einer Lösung des Oxidationsmittels in einem Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird, und anschließend durch Trocknen das Lösungsmittel entfernt wird, so dass an der Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und gegebenenfalls an der Oberfläche der Kerne eine das Oxidationsmittel enthaltende Schicht gebildet wird. Method according to one of the preceding claims, wherein for coating with the oxidizing agent, the wall surface of the chamber of the cavity of the mold to be coated and optionally the surface of the cores is brought into contact with a solution of the oxidizing agent in a solvent, and then the solvent is removed by drying in that a layer containing the oxidizing agent is formed on the wall surface of the chamber of the cavity of the molding tool and optionally on the surface of the cores.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Formwerkzeug beim Inkontaktbringen mit der Lösung des Oxidationsmittels eine Temperatur im Bereich von 120 °C bis 200 °C aufweist. The method of claim 5, wherein the mold has a temperature in the range of 120 ° C to 200 ° C when brought into contact with the solution of the oxidizing agent.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei der Lösung des Oxidationsmittels ein oder mehrere weitere Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tensiden und Formtrennmitteln zugesetzt sind. Method according to one of claims 5 and 6, wherein the solution of the oxidizing agent, one or more further ingredients selected from the group consisting of surfactants and mold release agents are added.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Trocknen die das Oxidationsmittel enthaltende Schicht an der Wandfläche der formgebenden Kammer eine Dicke von 1 μιη oder mehr, bevorzugt im Bereich von 2 μιη bis 50 μιη aufweist. Method according to one of the preceding claims, wherein after drying, the layer containing the oxidizing agent on the wall surface of the forming chamber has a thickness of 1 μιη or more, preferably in the range of 2 μιη to 50 μιη.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der das Oxidationsmittel enthaltenden Schicht über die Wandfläche der formgebenden Kammer variiert. A method according to any one of the preceding claims, wherein the thickness of the layer containing the oxidizer varies across the wall surface of the forming chamber.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandfläche der Kammer der Kavität des Formwerkzeugs und gegebenenfalls die Oberfläche der Kerne vor dem Beschichten mit dem Oxidationsmittel mit einem Formtrennmittel beschichtet werden. Method according to one of the preceding claims, wherein the wall surface of the chamber of the cavity of the mold and optionally the surface of the Cores are coated with a mold release agent before coating with the oxidizing agent.
1 1. Passives elektrisches Bauteil 1 1. Passive electrical component
umfassend  full
einen Grundkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Aluminium enthaltenden Legierung  a basic body made of aluminum or an aluminum alloy or an aluminum-containing alloy
eine Isolierschicht an der Oberfläche des Grundkörpers,  an insulating layer on the surface of the base body,
wobei in dieser Isolierschicht das Massenverhältnis von Aluminiumoxid zu Böhmit größer ist als 5,  wherein in this insulating layer the mass ratio of alumina to boehmite is greater than 5,
wobei diese Isolierschicht eine Dicke von 1 μιη oder mehr aufweist und/oder  wherein said insulating layer has a thickness of 1 μιη or more and / or
herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.  preparable by a method according to one of claims 1 to 10.
12. Passives elektrisches Bauteil nach Anspruch 1 1 , wobei das passive elektrische Bauteil ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Spulen, Wendeln, Rechteckleitern und Rundleitern. 12. Passive electrical component according to claim 1 1, wherein the passive electrical component is selected from the group consisting of coils, helices, rectangular conductors and round conductors.
13. Passives elektrisches Bauteil nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei das passive elektrische Bauteil ein oder mehrere Formelemente aus der Gruppe bestehend aus Hinterschnitten, Bohrungen und Kanälen aufweist. 13. Passive electrical component according to claim 1 1 or 12, wherein the passive electrical component comprises one or more mold elements from the group consisting of undercuts, bores and channels.
14. Passives elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei die Isolierschicht eine Durchschlagfestigkeit von 40 V/μιη oder mehr aufweist, gemessen nach DIN EN 60243-1 und DIN EN 60243-2 bis zu einem maximalen Stromfluss von 3 mA 14. Passive electrical component according to one of claims 1 1 to 13, wherein the insulating layer has a dielectric strength of 40 V / μιη or more, measured according to DIN EN 60243-1 and DIN EN 60243-2 up to a maximum current flow of 3 mA
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