DE102014206266A1 - Process for the production of electrical sheets or elements of soft magnetic alloys - Google Patents

Process for the production of electrical sheets or elements of soft magnetic alloys Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen oder Elementen aus anderen weichmagnetischen Legierungen für Elemente elektrischer Maschinen, bei dem Konturen von Elektroblechen mit einem zweidimensional auslenkbaren Laserstrahl oder Elektronenstrahl geschnitten werden. Dabei wird der Brennfleck des Laser- oder Elektronenstrahls entlang mindestens einer zu schneidenden Kontur mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegt und es erfolgt ein Werkstoffabtrag, indem bei einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit die zu schneidende(n) Kontur(en) mehrfach in Zyklen mit dem Brennfleck, bei konstant gehaltener Laser- oder Elektronenstrahlleistung und Energiedichte im Brennfleck, überfahren wird/werden. Innerhalb von Zeiträumen tz zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen an den jeweiligen Positionen der zu schneidenden Kontur(en) erfolgt kein Energie-/Wärmeeintrag. Dadurch erfolgt keine oder nur eine unwesentliche Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs des jeweiligen Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung im Bereich um die Schnittfuge(n). Allein oder zusätzlich kann nach Ausbildung des vollständig ausgebildeten Schnittes der zu schneidenden Kontur(en) am Elektroblech oder Elements einer weichmagnetischen Legierung eine zusätzliche Bestrahlung der Oberfläche des ausgeschnittenen Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung durchgeführt werden, bei der infolge des Energieeintrags im Bereich um die Schnittkanten mechanische Eigenspannungen im Werkstoff des Elektroblechs induziert werden, die zu einer reversiblen Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs in diesem Bereich der ausgebildeten Kontur(en) führen. Die weichmagnetischen Eigenschaften sollen zumindest annähernd denen des unbeeinflussten Werkstoffs des jeweiligen Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung entsprechen.The invention relates to a method for the production of electrical sheets or elements of other soft magnetic alloys for elements of electrical machines, are cut in the contours of electrical sheets with a two-dimensionally deflectable laser beam or electron beam. In this case, the focal spot of the laser or electron beam along at least one contour to be cut is moved at a feed rate and there is a material removal by at an increased feed speed, the contour (s) to be cut several times in cycles with the focal spot, held constant Laser or electron beam power and energy density in the focal spot, is / is driven over. Within periods tz between the successive irradiations at the respective positions of the contour (s) to be cut, no energy / heat input takes place. As a result, there is no or only an insignificant change in the soft magnetic properties of the material of the respective electrical sheet or element of a soft magnetic alloy in the area around the kerf (s). Alone or in addition, after the formation of the fully formed cut of the contour (s) to be cut on the electric sheet or element of soft magnetic alloy, additional irradiation of the surface of the cut sheet or soft magnetic alloy member may be performed, due to the energy input in the area around the cut edges mechanical stresses are induced in the material of the electrical sheet, which lead to a reversible change of the soft magnetic properties of the material in this region of the formed contour (s). The soft magnetic properties should correspond at least approximately to those of the uninfluenced material of the respective electric sheet or element of a soft magnetic alloy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen oder Elementen aus weichmagnetischen Legierungen (z. B. FeNi, FeCo), die für Bauteile oder Komponenten elektrischer Maschinen, insbesondere Rotoren oder Statoren von Elektromotoren oder Generatoren eingesetzt werden können.The invention relates to a method for the production of electrical sheets or elements of soft magnetic alloys (eg FeNi, FeCo) which can be used for components or components of electrical machines, in particular rotors or stators of electric motors or generators.

Die Stator- und Rotorbaugruppe einer elektrischen Maschine werden üblicherweise im Bereich der Prototypenanwendung bis hin zu mittleren Stückzahlen durch Laserstrahlschneiden bearbeitet. Lasergefertigte Motorenteile unterscheiden sich im Betrieb, vom magnetischen Standpunkt gesehen, von den im Rahmen der Großserienfertigung mit gestanzten Elementen hergestellten Motoren. Beide Fertigungsverfahren verursachen eine magnetische Schädigung, die zur Reduzierung des Wirkungsgrades der jeweiligen so hergestellten elektrischen Maschine führt. Zudem sind der konventionelle Laserschnitt sowie der mechanische Scherschnitt am Bauteil gratbehaftet. Es bedarf daher eines flexiblen und skalierbaren Prototypen- und Kleinserienfertigungsverfahrens, dass eine geringere magnetische Schädigung erzielt und eine gratfreie Konturgebung der Einzelbleche für Elemente einer Stator- und Rotorbaugruppe verursacht.The stator and rotor assembly of an electric machine are usually processed in the field of prototype application up to medium quantities by laser beam cutting. Laser-machined engine parts differ in operation, seen from the magnetic point of view, from the engines produced in the context of large-scale production with stamped elements. Both manufacturing methods cause magnetic damage, which leads to a reduction in the efficiency of the respective electrical machine thus produced. In addition, the conventional laser cut and the mechanical shear cut on the component are subject to burrs. It therefore requires a flexible and scalable prototype and small batch production process that achieves less magnetic damage and causes burr-free contouring of the individual sheets for elements of a stator and rotor assembly.

Im Grundprinzip besteht eine elektrische Maschine aus einem rotierenden Teil, dem Läufer oder Rotor, und aus einem feststehenden Teil, dem sogenannten Ständer oder Stator. Es erfolgt die Wandlung von beispielsweise elektrischer in kinetische Energie im Luftspalt zwischen Ständer und Läufer, die zur Verstärkung des magnetischen Flusses im Luftspalt aus überwiegend weichmagnetischem Werkstoff bestehen. Bei diesem Vorgang ändert sich jedoch aufgrund des magnetischen Wechselfeldes die magnetische Mikrostruktur, sprich die Weiss'schen Bezirke bzw. Domänen. Das Wechselfeld führt im weichmagnetischen Material zu verlustbehafteten Ummagnetisierungsprozessen. Dabei wird Energie in Wärme umgewandelt und dem beschriebenen Wandlungsprozess entzogen. Daraus resultiert ein verminderter Wirkungsgrad der Maschine. Zur Steigerung der Effizienz einer elektrischen Maschine werden Rotor und Stator aus dünnen, gefügten Einzelblechen hergestellt, die wiederum mit einer Isolationsschicht versehen sind. Neben der Dickenreduktion der Einzelbleche kann auch eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes über das Zulegieren bestimmter Elemente (Silizium, Nickel) von Vorteil sein, Allerdings führt beispielsweise ein hoher Siliziumanteil zur Versprödung des Werkstoffs, wodurch eine mechanische Bearbeitung extrem erschwert wird. Bei der konventionellen Fertigung der weichmagnetischen Werkstoffe mittels Stanzen werden aufgrund der Natur des Verfahrens Eigenspannungen im Werkstoffeingebracht, die die magnetischen Eigenschaften negativ beeinflussen können. Dies tritt explizit bei höherwertigerem bandförmigem Werkstoff auf, der äußerst empfindlich auf mechanische Bearbeitung reagiert. Es kommt letztendlich zur Reduzierung des Wirkungsgrades der elektrischen Maschine, die eine Erhöhung der Kühlleistung nach sich zieht.In the basic principle, an electric machine consists of a rotating part, the rotor or rotor, and of a fixed part, the so-called stator or stator. There is the conversion of, for example, electrical in kinetic energy in the air gap between the stator and rotor, which consist of predominantly soft magnetic material for amplifying the magnetic flux in the air gap. In this process, however, changes due to the alternating magnetic field, the magnetic microstructure, ie the Weissian districts or domains. The alternating field leads to lossy magnetization processes in the soft magnetic material. Energy is converted into heat and removed from the described process of change. This results in a reduced efficiency of the machine. To increase the efficiency of an electric machine rotor and stator are made of thin, joined individual sheets, which in turn are provided with an insulating layer. In addition to the reduction in thickness of the individual sheets, an increase in the electrical resistance via the alloying of certain elements (silicon, nickel) may also be advantageous. However, for example, a high silicon content leads to embrittlement of the material, which makes mechanical machining extremely difficult. In the conventional production of soft magnetic materials by punching due to the nature of the process inherent stresses in the material are introduced, which can adversely affect the magnetic properties. This occurs explicitly with higher quality strip-shaped material which is extremely sensitive to mechanical processing. It ultimately comes to reducing the efficiency of the electric machine, which entails an increase in cooling capacity.

Industriell wird das Laserstrahlschmelzschneiden bisher durch den Einsatz von CO2-Lasern und teilweise mit Festkörperlasern realisiert. Dieses Verfahren verursacht eine bestimmte magnetische Bauteilschädigung, die in ihrem Ausmaß ungefähr der Schädigung, die bei einer mechanischen Bearbeitung auftritt, entspricht. Die erreichbaren Schneidgeschwindigkeiten sind entsprechend gering, da insbesondere bei kleineren und komplexeren Stator- und Rotorkonturen die vorhandene Maschinendynamik begrenzend wirkt. Es ergeben sich Schneidgeschwindigkeiten von teilweise kleiner 10 m/min. Die sich ergebende Wechselwirkungszeit der Laserstrahlung mit dem zu bearbeitenden Werkstoff beschreibt im direkten Zusammenhang die thermisch bedingte, magnetische Werkstoffschädigung. Eine Reduzierung der beschriebenen Wechselwirkungszeit mittels theoretischer Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit führt zur ungünstigen Ausgestaltung der Schnittkante und gegebenenfalls der elektrischen Kontaktierung zweier übereinanderliegender Einzelbleche. Bei geringen Schneidgeschwindigkeiten unterhalb 20 m/min stellt sich eine schräge Schnittkante ein, wodurch sich der Grat des oberen Elektrobleches im abgetragenen Bereich der schrägen Schnittkante des unteren Elektrobleches befindet. Eine prozessintegrierte Kantennachbehandlung existiert bisher nicht, da der Grat sich auf der Unterseite befindet und nicht erreicht werden kann, ohne das Bauteil zusätzlich handzuhaben.Industrial laser cutting is currently realized by the use of CO 2 lasers and partly with solid-state lasers. This method causes a certain amount of magnetic component damage that approximates in magnitude to the damage that occurs during machining. The achievable cutting speeds are correspondingly low, since the existing machine dynamics have a limiting effect, especially with smaller and more complex stator and rotor contours. This results in cutting speeds of less than 10 m / min. The resulting interaction time of the laser radiation with the material to be processed directly describes the thermally induced, magnetic material damage. A reduction of the interaction time described by theoretically increasing the cutting speed leads to unfavorable design of the cutting edge and optionally the electrical contacting of two superimposed individual sheets. At low cutting speeds below 20 m / min, an oblique cut edge sets in, whereby the ridge of the upper electric sheet is in the removed area of the oblique cut edge of the lower electric sheet. A process-integrated edge aftertreatment does not yet exist because the burr is located on the bottom and can not be achieved without additionally handling the component.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die Herstellung von Elektroblechen oder anderen weichmagnetischen Legierungen durch eine berührungslose Strahlbearbeitung anzugeben, bei der unterschiedlichste Konturen flexibel und kostengünstig ausgebildet werden können und im Bereich um die Schnittkanten eine negative Beeinflussung der weichmagnetischen Eigenschaften des eingesetzten Werkstoffs zumindest weitestgehend vermieden wird.It is therefore an object of the invention to provide opportunities for the production of electrical steel sheets or other soft magnetic alloys by a non-contact beam processing, can be flexibly and inexpensively formed in the most diverse contours and in the area around the cutting edges a negative effect on the soft magnetic properties of the material used at least largely is avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 realisiert, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.According to the invention, this object is achieved by a method that realizes the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be achieved with features described in the subordinate claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen oder anderen Elementen aus einer weichmagnetischen Legierung elektrischer Maschinen, bei dem Konturen von Elektroblechen Elementen aus einer weichmagnetischen Legierung mit einem zweidimensional auslenkbaren Elektronen- oder Laserstrahl geschnitten werden, wird so vorgegangen, dass der Brennfleck des Laser- oder Elektronenstrahls entlang mindestens einer zu schneidenden Kontur mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird und dabei ein Werkstoffabtrag erfolgt. In the method according to the invention for the production of electrical sheets or other elements of a soft magnetic alloy of electrical machines, in which contours of electrical sheets are cut elements of a soft magnetic alloy with a two-dimensionally deflectable electron or laser beam, the procedure is such that the focal spot of the laser or Electron beam along at least one contour to be cut at a feed speed is moved while a material removal takes place.

Dabei werden in einer Alternative bei einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit die zu schneidende(n) Kontur(en) mehrfach in Zyklen mit dem Brennfleck, bei konstant gehaltener Laser- oder Elektronenstrahlleistung und Energiedichte im Brennfleck, überfahren. Innerhalb von Zeiträumen tz zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen an den jeweiligen Positionen der zu schneidenden Kontur(en) erfolgt dabei aber kein Energie-/Wärmeeintrag (Typ 1). Dadurch wird keine oder nur eine unwesentliche Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs im Bereich um die Schnittfuge(n) erreicht. Es ist dabei anzumerken, dass bei einem Zeitraum tz < 0,2 s (Typ 2) eine erhebliche und unerwünschte Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften erreicht wird.In this case, in an alternative at an increased feed speed, the contour (s) to be cut are run over several times in cycles with the focal spot, while the laser or electron beam power and energy density in the focal spot are kept constant. Within periods z t between successive irradiations at the respective positions of the contour to be cut (s) is carried out but no power / heat input (type 1). As a result, no or only an insignificant change in the soft magnetic properties of the material in the area around the kerf (s) is achieved. It should be noted that a considerable and undesirable change in the soft magnetic properties is achieved for a time period t z <0.2 s (type 2).

In einer zweiten Alternative, die allein oder zusätzlich durchgeführt wird oder durchgeführt werden kann, wird nach Ausbildung des vollständig ausgebildeten Schnittes der zu schneidenden Kontur(en) am Elektroblech oder Element aus einer weichmagnetischen Legierung eine zusätzliche Bestrahlung (Typ 3) der Oberfläche des ausgeschnittenen Elektroblechs oder Element aus einer weichmagnetischen Legierung durchgeführt, bei der infolge des Energieeintrags mechanische Eigenspannungen im Gefüge des Elektroblechs oder Element aus einer weichmagnetischen Legierung induziert werden, die zu einer reversiblen Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs in diesem Bereich der ausgebildeten Kontur(en) führen, die zumindest annähernd denen des unbeeinflussten Werkstoffs des jeweiligen Elektroblechs oder Element aus einer weichmagnetischen Legierung entsprechen. Die Ummagnetisierungsverlusteigenschaften sollten sich dabei um mindestens 10% gegenüber dem Schneiden des jeweiligen Werkstoffs ohne ausreichend große Zeiträume tz gemäß Typ 2 reduzieren.In a second alternative, which can be carried out alone or in addition, after forming the completely formed cut of the contour (s) to be cut on the electric sheet or element made of a soft magnetic alloy, an additional irradiation (type 3) of the surface of the cut out electric sheet is made or element made of a soft magnetic alloy, in which are induced as a result of the energy input mechanical stresses in the structure of the electric sheet or element of a soft magnetic alloy, which lead to a reversible change of the soft magnetic properties of the material in this region of the formed contour (s), the at least approximately correspond to those of the uninfluenced material of the respective electric sheet or element of a soft magnetic alloy. The re-magnetization loss properties should thereby be reduced by at least 10% compared to the cutting of the respective material without sufficiently long periods t z according to type 2.

Bei einer zyklischen Bestrahlung entlang der auszubildenden Kontur(en), ohne oder mit nur unwesentlicher Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs des Elektroblechs oder Element aus einer weichmagnetischen Legierung (Typ 1), sollten eine Vorschubgeschwindigkeit größer als 10 m/min, bevorzugt größer als 5 m/s mit der der Brennfleck entlang der zu schneidenden Kontur(en) bewegt wird, ein Zeitraum tz von mindestens 0,2 s und eine Anzahl von mehr als 10 Zyklen bezogen auf eine Blechdicke, in diesem Fall von 0,35 mm, eingehalten werden. Die Anzahl der erforderlichen Zyklen hängt dabei von der Vorschubgeschwindigkeit mit der der Brennfleck bewegt wird, von der Energiedichte im Brennfleck und von der Absorption der eingesetzten Strahlung im bestrahlten Werkstoff ab.In the case of a cyclic irradiation along the contour (s) to be formed, with no or only insignificant change in the soft magnetic properties of the material of the electric sheet or element of a soft magnetic alloy (type 1), a feed rate should be greater than 10 m / min, preferably greater than 5 m / s with which the focal spot is moved along the contour (s) to be cut, a time period t z of at least 0.2 s and a number of more than 10 cycles in relation to a sheet thickness, in this case 0.35 mm, be respected. The number of cycles required depends on the feed rate at which the focal spot is moved, on the energy density in the focal spot and on the absorption of the radiation used in the irradiated material.

Beim Schneiden mit kleinerer Vorschubgeschwindigkeit und ohne ausreichend große Zeiträume tz zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen an den jeweiligen Positionen, an denen keine thermische Relaxation auftritt gemäß Typ 2 kann eine zusätzliche Bestrahlung zur reversiblen Veränderung der vorab beim Schneiden hervorgerufenen Verschlechterung des Ummagnetisierungsverlustes führen. Gegebenenfalls kann der Brennfleck des Laserstrahls mit einer Pendelbewegung, die nicht parallel zum Vektor der ausgebildeten Schneidkante, sondern in einem Winkel zwischen 30° und 60° dazu ausgerichtet ist, bewegt werden. Dabei sollte diese zusätzliche Bestrahlung mit einer Laserleistung im Bereich zwischen 200 W und 500 W und/oder einer Vorschubgeschwindigkeit im Bereich 1 m/s bis 2 m/s durchgeführt werden. Eine solche Bestrahlung erfordert nicht unbedingt den kompletten Schnitt der zu schneidende(n) Kontur(en). Es ist vorstellbar, dass bis zu 20% der zu schneidenden Gesamtdicke des jeweiligen Elektroblechs oder Element aus einer weichmagnetischen Legierung (nachfolgend nur noch als Elektroblech bezeichnet) entlang der zu schneidende(n) Kontur(en) nicht abgetragen wird um die Form und Lage des Elektroblechs zu gewährleisten. Hierdurch wird der Einsatz von aufwendiger Spanntechnik vermieden. Der Abschluss des Trennvorganges, d. h. das verbleibende zu entfernende Schnittspaltvolumen kann im Anschluss an die Bestrahlung erfolgen in einem weiteren Zyklus oder mehreren abschließenden Zyklen.When cutting at a lower feed rate and without sufficiently large time periods t z between the successive exposures at the respective positions where thermal relaxation does not occur according to type 2, additional irradiation may result in the reversible change in the deterioration of the core loss caused in advance by the cutting. Optionally, the focal spot of the laser beam may be moved with a pendulum motion that is not aligned parallel to the vector of the formed cutting edge but at an angle between 30 ° and 60 ° thereto. In this case, this additional irradiation with a laser power in the range between 200 W and 500 W and / or a feed rate in the range 1 m / s to 2 m / s should be performed. Such irradiation does not necessarily require the complete cut of the contour (s) to be cut. It is conceivable that up to 20% of the total thickness of the respective electrical sheet or element made of a soft magnetic alloy (hereinafter referred to as electrical steel) to be cut along the contour (s) to be cut is not removed by the shape and position of the To ensure electrical sheet. As a result, the use of expensive clamping technology is avoided. The completion of the separation process, ie the remaining to be removed kerf volume can be done following the irradiation in a further cycle or more final cycles.

Es kann so vorgegangen werden, dass vor der Bestrahlung mit dem Laser- oder Elektronenstrahl der Schnitt der zu schneidende(n) Kontur(en) nicht vollständig ausgebildet wird und das vollständige Trennen des Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung erst in mindestens einem nachfolgenden Zyklus erreicht wird.The procedure may be such that the section of the contour (s) to be cut is not completely formed before the irradiation with the laser or electron beam and the complete separation of the electric sheet or element of a soft magnetic alloy is not achieved until at least one subsequent cycle becomes.

Beim Schneiden einer Kontur oder von Konturen in mehrfachen Zyklen mit ausreichend eingehaltenen großen Zeiträumen tz, kann ein Elektroblech oder Element einer weichmagnetischen Legierung erhalten werden, das bezogen auf den unbeeinflussten weichmagnetischen Werkstoff einen zusätzlichen Ummagnetisierungsverlust von kleiner 10%, bevorzugt kleiner 5% und besonders bevorzugt kleiner 3% aufweist.When cutting a contour or contours in multiple cycles with sufficiently long periods of time t z , an electric sheet or element of soft magnetic alloy can be obtained be, based on the uninfluenced soft magnetic material has an additional core loss of less than 10%, preferably less than 5% and more preferably less than 3%.

Durch die Bestrahlung kann eine Reduzierung des Ummagnetisierungsverlustes von bis zu 13% bezogen auf die Ummagnetisierungsverlusterhöhung, die durch einen Konturschnitt bei konventioneller Konturgebung mittels Laserschmelzschneiden oder mittels mechanischer Bearbeitung bedingt ist und dabei eine Reduzierung der relativen Permeabilität μr des bestrahlten Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung um bis zu 33% erreicht werden.By the irradiation, a reduction of the Ummagnetisierungsverlustes of up to 13% based on the Ummagnetisierungsverlusterhöhung, which is caused by a contour cut in conventional contouring by laser fusion cutting or by mechanical processing and thereby reducing the relative permeability μ r of the irradiated electric sheet or element of a soft magnetic alloy can be achieved by up to 33%.

Bei einer Bestrahlung mit dem Laser- oder Elektronenstrahl bei einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit, bei der die zu schneidende(n) Kontur(en) mehrfach in Zyklen mit dem Brennfleck, bei konstant gehaltener Leistung und Energiedichte im Brennfleck, zum Schneiden des jeweiligen Elektroblechs überfahren werden und innerhalb von Zeiträumen tz zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen an den jeweiligen Positionen der zu schneidenden Kontur(en) kein Energie-/Wärmeeintrag und somit thermische Relaxation erfolgt (Typ 1), sollte ein Werkstoffabtrag in einem Zyklus von maximal 5% der zu schneidenden Gesamtdicke des jeweiligen Elektroblechs erreicht werden.In the case of irradiation with the laser or electron beam at an increased feed rate at which the contour (s) to be cut are run over several times in cycles with the focal spot, with constant power and energy density in the focal spot, for cutting the respective electrical sheet, and within periods t z between the successive irradiations at the respective positions of the contour (s) to be cut no energy / heat input and thus thermal relaxation takes place (type 1), a material removal in a cycle should not exceed 5% of the total thickness of the material to be cut respective electrical sheet can be achieved.

Bei der Erfindung kann eine Weiterentwicklung des so genannten Laser-Remoteschneidens, bei dem ein Laserstrahl zweidimensional ausgelenkt und die Vorschubachsbewegungsrichtung und die Vorschubgeschwindigkeit des Brennflecks des Laserstrahls dementsprechend auf der Oberfläche eines zu schneidenden Elektroblechs als Werkstück beeinflusst wird, eingesetzt werden. Die Auslenkung des Laserstrahls erfolgt dabei mit einem oder mehreren verschwenkbaren reflektierenden Element(en) (Scannerspiegel). Es sollte bevorzugt ein Laserstrahl mit hoher Strahlgüte, der insbesondere von einem Faserlaser oder einem anderen Festkörperlaser emittiert wird, eingesetzt werden. Durch gezielte Auswahl der Brennweite des Objektivs sowie des Kollimators, mit der ein Laserstrahl auf die zu schneidende Oberfläche in fokussierter Form gerichtet wird, kann Einfluss auf den Wärme-/Energieeintrag in den Werkstoff genommen werden. Auch die Strahlform und der Querschnitt des Laserstrahls vor und auch nach dem Brennpunkt können Bedeutung haben, um möglichst gratfreie Schneidkanten zu erreichen. So kann eine Brennweite f im Bereich von 100 mm bis 500 mm, eine Kollimatorbrennweite fkoll im Bereich von 60 mm bis 250 mm und ein Arbeitsabstand z0 im Bereich von 150 mm bis 450 mm gewählt werden.In the invention, a further development of the so-called laser remote cutting, in which a laser beam is deflected two-dimensionally and the feed axis movement direction and the feed rate of the focal spot of the laser beam are accordingly influenced on the surface of an electric sheet to be cut as a workpiece, can be employed. The deflection of the laser beam is carried out with one or more pivotable reflective element (s) (scanner mirror). It should preferably a laser beam with high beam quality, which is emitted in particular by a fiber laser or other solid-state laser, are used. Targeted selection of the focal length of the objective and of the collimator, with which a laser beam is directed onto the surface to be cut in focused form, can influence the heat / energy input into the material. Also, the beam shape and the cross section of the laser beam before and after the focal point may have meaning to achieve the best possible burr-free cutting edges. Thus, a focal length f in the range of 100 mm to 500 mm, a collimator focal length f koll in the range of 60 mm to 250 mm and a working distance z 0 in the range of 150 mm to 450 mm can be selected.

Beim Einsatz eines solchen Laserstrahls kann aber an der Oberseite des jeweiligen Elektroblechs ein geringer Grat, ähnlich wie bei den konventionellen Verfahren an der Unterseite ausgebildet werden. Die Unterseite, also die Oberfläche, die nicht direkt vom auftreffenden Laserstrahl bestrahlt wird, kann ebenfalls weitestgehend gratfrei gehalten werden.When using such a laser beam, however, a small burr may be formed on the upper side of the respective electrical sheet, similar to the conventional method on the underside. The underside, ie the surface that is not directly irradiated by the incident laser beam, can also be kept largely burr-free.

Dabei kann eine gezielte vorteilhafte Beeinflussung durch die entsprechend gewählte bzw. angepasste Laserleistung, die Vorschubgeschwindigkeit, die erforderliche Zyklenzahl bis zum vollständigen Schneiden/Trennen und die Einhaltung der Zeiträume tz zwischen den Zyklen, innerhalb derer kein weiterer Energieeintrag erfolgt, da keine Bestrahlung mit dem Laserstrahl in einen Bereich der auszubildenden Schneidkante stattfindet, erreicht werden. Insbesondere durch die Einhaltung der Zeiträume tz kann eine Veränderung des Werkstoffs, der zu einer Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaften im Bereich der Schnittkanten führt, vermieden werden. Dabei spielt auch die jeweilige Vorschubgeschwindigkeit, mit der der Brennfleck entlang der auszuschneidenden Kontur auf der Oberfläche bewegt wird, eine wichtige Rolle. Die Vorschubgeschwindigkeit in Verbindung mit der Laserleistung sowie die Größe der Fläche des Brennflecks (Energiedichte) haben einen Einfluss auf den Energieeintrag und damit auch auf den Werkstoffabtrag. Bei der Erfindung ist aber auch ein wichtiger Aspekt, dass insbesondere der Energieeintrag gering gehalten werden soll. Dementsprechend kann und sollte bei geeigneter Leistung und geeigneter Vorschubgeschwindigkeit nur ein geringer Anteil an Werkstoff von der mit dem Laser oder Elektronenstrahl bestrahlten Oberfläche in einem Zyklus entfernt werden. Dies erfolgt zumindest mit einem Anteil durch Ablation. Es kann dabei nur ein kleinerer Anteil an Werkstoff aufgeschmolzen werden, als dies beim herkömmlichen Laserschneiden üblich ist. Demzufolge muss die zu schneidende Kontur mit dem Laser- oder Elektronenstrahl mehrfach abgefahren werden, bis ein vollständiger Schnitt von der Oberfläche bis zur Unterseite eines Elektroblechs ausgebildet ist. Die jeweils erforderliche Anzahl ist die Zyklenzahl. Dabei kann eine Optimierung der eingesetzten Leistung, Energiedichte im Brennfleck, der Vorschubgeschwindigkeit und der Zyklenzahl unter Berücksichtigung einer gewünschten Taktzeit für das Schneiden der jeweiligen Kontur und dem jeweils maximal zulässigen Energieeintrag in den Elektroblechwerkstoff vorgenommen werden.In this case, a targeted advantageous influence by the appropriately selected or adapted laser power, the feed rate, the required number of cycles to complete cutting / separating and compliance with the periods t z between the cycles, within which no further energy input takes place, since no irradiation with the Laser beam takes place in a region of the trainee cutting edge, can be achieved. In particular, by observing the time periods t z , a change in the material, which leads to a deterioration of the soft magnetic properties in the region of the cut edges, can be avoided. In this case, the respective feed rate, with which the focal spot is moved along the contour to be cut out on the surface, also plays an important role. The feed rate in connection with the laser power and the size of the area of the focal spot (energy density) have an influence on the energy input and thus on the material removal. In the invention, however, is also an important aspect that in particular the energy input should be kept low. Accordingly, with proper performance and feed rate, only a small amount of material can and should be removed from the laser or electron beam irradiated surface in one cycle. This is done at least with a share by ablation. It can be melted only a smaller proportion of material than is usual in conventional laser cutting. Consequently, the contour to be cut with the laser or electron beam must be traversed several times until a complete cut is formed from the surface to the bottom of an electric sheet. The required number is the number of cycles. In this case, an optimization of the power used, energy density in the focal spot, the feed rate and the number of cycles can be made taking into account a desired cycle time for cutting the respective contour and the maximum allowable energy input into the electrical steel material.

In der 2 ist eine typische B-H-Kennlinie für einen Statorzahn gezeigt. Anhand dieser Kennlinie kann ein Motorendesigner eine elektrische Maschine auslegen. Ein steiler exponentieller Anstieg ist dabei wünschenswert. Dieser kann bei einem Remoteschneidprozess mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 10 m/s, bei einer Leistung eines Lasers von 1000 W unter Einhaltung von Zeiträumen tz im Bereich 0,5 s bis 1 s zwischen zwei aufeinander folgenden Zyklen erreicht werden. Die Anzahl der Zyklen kann dabei bei einer Dicke des zu schneidenden Elektroblechs von 0,35 mm 20 Zyklen betragen. Die thermische Schädigung und Beeinträchtigung der weichmagnetischen Eigenschaften des Elektroblechwerkstoffs im Bereich der Schnittkanten kann dadurch sehr gering gehalten werden. Ohne die Einhaltung von Zeiträumen tz zwischen den Zyklen, also bei einer progressiven Bearbeitung mit einer geringeren Zyklenzahl von 10 mit kleinerer Vorschubgeschwindigkeit und/oder höherer Leistung kann ein B-H-Verhalten des so bearbeiteten Werkstoffs im Bereich der Schnittkanten, wie beim konventionellen Laserschneiden erreicht werden. Dementsprechend fallen auch die Ummagnetisierungsverlustkurven bei 400 Hz Magnetfeldfrequenz so aus, wie sie in 4 gezeigt sind.In the 2 a typical BH characteristic for a stator tooth is shown. Based on this characteristic, a motor designer can design an electrical machine. A steep exponential increase is included desirable. This can be achieved in a remote cutting process with a feed rate of 10 m / s, with a power of a laser of 1000 W while maintaining periods t z in the range 0.5 s to 1 s between two consecutive cycles. The number of cycles can be 20 cycles at a thickness of the electric sheet to be cut of 0.35 mm. The thermal damage and impairment of the soft magnetic properties of the electric sheet material in the region of the cut edges can be kept very low. Without observing time periods t z between cycles, that is to say with progressive processing with a lower number of cycles of 10 at a lower feed rate and / or higher power, a BH behavior of the material processed in this way can be achieved in the area of the cut edges, as in conventional laser cutting , Accordingly, the magnetic reversal loss curves at 400 Hz magnetic field frequency also fall as they do in 4 are shown.

Bei einer Verfahrensführung, bei der zwischen aufeinanderfolgenden Zyklen ausreichend große Zeiträume tz eingehalten worden sind, können durch den dadurch verringerten Wärmeeintrag in den Werkstoff des zu schneidenden Elektroblechs (Typ 1) ein ausgezeichnetes magnetisches Verlustverhalten auch im Schnittkantenbereich beibehalten werden, das dem des unbeeinflussten Elektroblechwerkstoffs entspricht oder diesem zumindest noch sehr nahe kommt. Die trotzdem auftretenden zusätzlichen Ummagnetisierungsverluste sollten kleiner 10%, bevorzugt kleiner 5% und besonders bevorzugt kleiner 3 gehalten sein, was auch auf eine Bearbeitung gemäß Typ 2 und Typ 3 zutreffen sollte.In a process, in which between successive cycles sufficiently large periods of time t z have been met, can be maintained by the resulting reduced heat input into the material of the electrical sheet to be cut (type 1) excellent magnetic loss behavior in the cut edge region, that of the non-influenced electrical steel material or at least very close to it. The additional re-magnetization losses which nevertheless occur should be kept less than 10%, preferably less than 5% and particularly preferably less than 3, which should also apply to a type 2 and type 3 machining.

Selbst weitere thermische Kantennachbehandlungsprozesse durch zusätzliche Bestrahlung, nach der Ausbildung der jeweiligen auszubildenden Schneidkontur mit vollständigem Schneiden, bei denen weitestgehend gratfreie Schneidkanten und/oder eine reversible Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs zumindest in die Nähe des ursprünglichen Zustands im Bereich um die Schnittkanten erreicht werden können, verschlechtern diese Eigenschaften nicht.Even further thermal edge aftertreatment processes by additional irradiation, after the formation of the respective cutting contour to be formed with complete cutting, in which largely burr-free cutting edges and / or a reversible change of the soft magnetic properties of the material can be achieved at least close to the original state in the area around the cut edges , do not worsen these properties.

In der 5 ist das magnetische Bauteilverhalten für einen ein-, zwei- und dreizyklischen Kantennachbehandlungsprozess dargestellt. Es erfolgte eine ablatierende Behandlung des während des Schneidens entstandenen Grats an der Schnittkante der bestrahlten Oberfläche, ohne eine Änderung der Energieverteilung im Brennfleck oder der Brennfleckfläche selbst vorzunehmen. Hierbei wurde eine Verschiebung des Brennfleckes um dessen Radius auf der/den zu schneidenden bzw. geschnittenen Kontur(en) realisiert und diese erneut in mehreren Zyklen bearbeitet. Die Vorschubgeschwindigkeit betrug 10 m/s, bei einer Leistung des Lasers von 1000 W unter Einhaltung derselben Zeiträume tz, wie beim Schneidprozess. Anhand der magnetischen Flussdichte-Magnetfeldstärke(B-H)-Kurve sowie der Ummagnetisierungsverlustkurve ist zu erkennen, dass der Grundwerkstoff durch diese Behandlung keine thermische Schädigung erfuhr. Denkbar ist ebenfalls, die Zeiträume tz zu reduzieren und dennoch unveränderte magnetische Eigenschaften zu erreichen.In the 5 is the magnetic component behavior for a one-, two- and three-cycle edge aftertreatment process shown. There was an ablating treatment of the ridge formed during cutting at the cutting edge of the irradiated surface, without making any change in the energy distribution in the focal spot or the focal spot itself. In this case, a displacement of the focal spot was around the radius realized on the / to be cut or cut contour (s) and this edited again in several cycles. The feed rate was 10 m / s, with a power of the laser of 1000 W while maintaining the same time periods t z as in the cutting process. It can be seen from the magnetic flux density magnetic field strength (BH) curve and the loss of magnetization loss curve that the base material did not undergo thermal damage as a result of this treatment. It is also conceivable to reduce the time periods t z and still achieve unchanged magnetic properties.

Im Anschluss an eine Verfahrensführung mit ausreichender Zyklenzahl und ausreichender Einhaltung von Zeiträumen tz kann auf eine nachträgliche Bestrahlung mit einem Laser- oder Elektronenstrahl verzichtet werden, wenn dadurch keine wesentliche nachteilige Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Elektroblechs im Schnittkantenbereich hervorgerufen worden ist. Bei einem konventionell durchgeführten Schneiden (z. B. mit einem CO2- oder Festkörperlaser) oder einer Bearbeitung, bei der trotz mehrfacher Bestrahlung mit mehreren Zyklen ein Energie- bzw. Wärmeeintrag erfolgt ist, der die weichmagnetischen Eigenschaften nachteilig im Schnittkantenbereich beeinträchtigt hat, können durch eine nachträgliche zusätzliche Bestrahlung mit einem Laserstrahl in dem beeinträchtigten Bereich Ummagnetisierungsverluste um ca. 13% rückgängig gemacht werden, wie dies im Diagramm vonSubsequent to a procedure with a sufficient number of cycles and sufficient maintenance of periods t z can be dispensed with a subsequent irradiation with a laser or electron beam, if this has caused no significant adverse change in the soft magnetic properties of the electric sheet in the cutting edge region. Conventional cutting (for example with a CO 2 or solid-state laser) or machining in which, despite repeated irradiation with several cycles, an energy or heat input has occurred which adversely affects the soft magnetic properties in the cutting edge region by a subsequent additional irradiation with a laser beam in the affected area reversal losses by about 13% are reversed, as shown in the diagram of

6 für den Typ 3 gezeigt ist. Eine zusätzliche Laserbestrahlung kann dabei durch eine Auslenkung des Brennflecks in Vorschubachsrichtungen, die nicht parallel zum Vektor der ausgebildeten Schneidkante, sondern bevorzugt in einem Winkel zwischen 30° und 60° dazu mit einer Pendelbewegung ausgerichtet sind, durchgeführt werden. Die Laserleistung kann dabei in einem Bereich zwischen 200 W und 500 W reduziert sein. Die Vorschubgeschwindigkeit kann dabei im Bereich 1 m/s bis 2 m/s gewählt werden, wobei die Vorschubgeschwindigkeit die Richtung ist, in der der Brennfleck bewegt wird. 6 for the type 3 is shown. An additional laser irradiation can be performed by a deflection of the focal spot in Vorschubachsrichtungen that are not aligned parallel to the vector of the formed cutting edge, but preferably at an angle between 30 ° and 60 ° thereto with a pendulum motion performed. The laser power can be reduced in a range between 200 W and 500 W. The feed rate can be selected in the range 1 m / s to 2 m / s, wherein the feed rate is the direction in which the focal spot is moved.

Durch eine solche zusätzliche Bestrahlung/Wärmebehandlung kann eine Verringerung der relativen Permeabilität μr (ΔB/ΔH) im Bereich bis H = 4000 A/m erreicht werden. Dieser Sachverhalt ist mit dem in 7 gezeigten Diagramm verdeutlicht. Daraus folgt, dass ohne zusätzliche Bestrahlung/Wärmebehandlung leicht erhöhte Magnetfelder H erforderlich sind, um eine bestimmte magnetische Flussdichte B zu erreichen. Dabei werden jedoch letztendlich auch die dynamischen Verluste reduziert.By means of such additional irradiation / heat treatment, a reduction of the relative permeability μ r (ΔB / ΔH) in the range up to H = 4000 A / m can be achieved. This fact is with the in 7 shown diagram illustrates. It follows that slightly increased magnetic fields H are required to achieve a certain magnetic flux density B without additional irradiation / heat treatment. At the same time, however, the dynamic losses are ultimately reduced.

Der Mechanismus lässt sich wie folgt beschreiben: Der infolge der eingesetzten Strahlung induzierte Energieeintrag führt zur lokalen Aufschmelzung und Wiedererstarrung des Bestrahlten Bereiches mit einer in die Tiefe des Elektroblechs reichende Wärmeeinflusszone von ca. 100 μm, die sich radial von der bestrahlten Oberfläche ausbreitet. Die laserinduzierte thermische Ausdehnung des bestrahlten Bereiches verursacht eine tropfenförmige Auswölbung des viskosen Werkstoffes aufgrund vorherrschender Oberflächenspannungen. Ab Abkühlvorgang zieht sich dieser Werkstoff zusammen und hinterlässt einen entsprechenden Graben mit der verbleibenden beschriebenen tropfenförmigen Aufwölbung. Dieser Graben kann unter Berücksichtigung der Verfahrensführung und -parameter eine Tiefe von bis zu 15% der Dicke des jeweiligen Elektroblechs sowie eine Breite entsprechend dem Aspektverhältnis von Grabenbreite zu Grabentiefe von mindestens 1,5 jedoch maximal 2,5 aufweisen. Die Wärmeeinflusszone kann sich demnach auf eine kumulierte Tiefe von bis zu 35% der Dicke des jeweiligen Elektroblechs beschränken, wobei maximal 15% des Dickenanteils sich auf den Bereich des Grabens beziehen. Da eine Längenausdehnung in Richtung des Inneren des Elektroblechs unterdrückt wird, verbleiben nach der thermischen Relaxation Restspannungen, als Zug- und/oder Druckspannungen im Werkstoff, die den Eigenspannungszustand ändern. Je nach verfahrensstrategischer Ausgestaltung der Position des bestrahlten Bereiches, der Tiefe und Breite der erzielten Wärmeeinflusszone unterhalb dieses Bereiches sowie der Form des Grabens oberhalb der Wärmeeinflusszone kann Einfluss auf die mechanischen Restspannungen im Werkstoff genommen werden. Es ist allgemein bekannt, dass von außen auf ein ferromagnetisches Bauteil aufgebrachte Kräfte die mikromagnetische Struktur im inneren über Domain-Wall-Pinning oder inverse magnetostriktive Effekte (Villari-Effekt) beeinflussen können. Verbleibende Zugspannungen im Werkstoff entlang der Magnetisierungsrichtung reduzieren ab einer bestimmten Größenordnung die Koerzitivfeldstärke, die die Mindestmagnetfeldstärke beschreibt, mit der eine Änderung der Magnetisierung erzielt werden kann. Dieser Parameter nimmt enormen Einfluss auf die Breite der Hysteresekurve, deren Integral den Ummagnetisierungsverlust pro Zyklus beschreibt. Ein weiterer magnetischer Parameter, der über eingebrachte Restspannungen beeinflusst wird, ist die Remanenzflussdichte. Sie beschreibt die Restmagnetisierung im Bauteil bei Abschaltung des äußeren Magnetfeldes. Über einen gezielter laserinduzierten Spannungseintrag im Werkstoff können unter gewissen Voraussetzungen Magnetisierungsvorgänge unterstützt oder behindert werden. Im Fall der Ausbildung der Schneidkontur mit dem Laserremoteschnitt Typ 2 mit zusätzlicher Bestrahlung (Typ 3) kann der veränderte Eigenspannungszustand im Werkstoff zu einer geringfügigen Reduzierung der Magnetisierung (relative Permeabilität) führen. Es besteht ein Zusammenhang mit dem anisotropen magnetoresistiven Effekt. Da durch eine lokal gerichtete Erhöhung des elektrischen Widerstandes Wirbelströme reduziert werden können, die wiederum zu einem geringeren Ummagnetisierungsverlust speziell bei hohen Feldfrequenzen führen. The mechanism can be described as follows: The energy input induced as a result of the radiation used leads to local melting and re-solidification of the irradiated area with a heat-influencing zone of approximately 100 μm extending into the depth of the electrical sheet, which propagates radially from the irradiated surface. The laser-induced thermal expansion of the irradiated area causes a drop-shaped bulge of the viscous material due to prevailing surface tensions. From cooling down, this material contracts and leaves a corresponding trench with the remaining described drop-shaped bulge. Taking account of the process control and parameters, this trench can have a depth of up to 15% of the thickness of the respective electrical steel sheet and a width corresponding to the aspect ratio of trench width to trench depth of at least 1.5 but not more than 2.5. The heat-affected zone can therefore be limited to a cumulative depth of up to 35% of the thickness of the respective electrical sheet, with a maximum of 15% of the thickness proportion relating to the region of the trench. Since a longitudinal expansion in the direction of the interior of the electrical steel sheet is suppressed, residual stresses remain after the thermal relaxation, as tensile and / or compressive stresses in the material which change the residual stress state. Depending on the procedural design of the position of the irradiated area, the depth and width of the achieved heat affected zone below this area and the shape of the trench above the heat affected zone influence on the mechanical residual stresses in the material can be taken. It is well known that forces applied externally to a ferromagnetic component can affect the micromagnetic structure in the interior via domain wall pinning or inverse magnetostrictive effects (Villari effect). Remaining tensile stresses in the material along the direction of magnetization reduce the coercive force, which describes the minimum magnetic field strength with which a change in the magnetization can be achieved, beyond a certain order of magnitude. This parameter has an enormous influence on the width of the hysteresis curve, the integral of which describes the loss of magnetization loss per cycle. Another magnetic parameter that is influenced by residual stresses is the remanent flux density. It describes the residual magnetization in the component when the external magnetic field is switched off. By means of a specific laser-induced voltage input in the material, magnetization processes can be supported or impeded under certain conditions. In the case of the formation of the cutting contour with the laser remainder cut type 2 with additional irradiation (type 3), the changed residual stress state in the material can lead to a slight reduction of the magnetization (relative permeability). There is a connection with the anisotropic magnetoresistive effect. As a locally directed increase in electrical resistance eddy currents can be reduced, which in turn lead to a lower loss of magnetization, especially at high field frequencies.

Die Erfindung ist ein flexibles, skalierbares Verfahren und dessen systemische Ausgestaltung zur Fertigung von Elektroblechen für hocheffiziente elektrische Maschinen. Es ist kostengünstiger im Betrieb und hinsichtlich des Investitionsaufwandes gegenüber dem konventionellen Laserstrahlschmelzschneiden. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, eine gratfreie Behandlung (ohne zusätzliche Bauteilhandhabung) durchzuführen und über die Ausgestaltung des Schneidregimes den Energie-/Wärmeeintrag im Werkstoff und folglich die magnetische Schädigung zu minimieren oder gezielt einzustellen. Steht die erforderliche Fertigungszeit im Vordergrund, kann die Vorschubgeschwindigkeit gegenüber den konventionellen Verfahren um den Faktor 10 erhöht werden. Eine ggf. damit verbundene magnetische Beeinträchtigung des Werkstoffs im Bereich der Schnittkanten kann durch einen zusätzlichen Laseroberflächenbehandlungsprozess wieder verringert werden.The invention is a flexible, scalable method and its systemic design for the production of electrical steel sheets for highly efficient electrical machines. It is cheaper to operate and in terms of capital expenditure compared to conventional laser beam fusion cutting. The method offers the possibility to perform a burr-free treatment (without additional component handling) and to minimize or specifically adjust the energy / heat input in the material and consequently the magnetic damage via the configuration of the cutting regime. If the required production time is of prime importance, the feed rate can be increased by a factor of 10 compared with conventional methods. An optionally associated magnetic impairment of the material in the region of the cut edges can be reduced again by an additional laser surface treatment process.

Das Verfahren verzichtet auf die Verwendung von Werkzeugen, die einem Verschleiß unterzogenen sind. Der benötigte Investitionsaufwand ist gering. Mit dem Verfahren lassen sich hocheffiziente elektrische Maschinen mit den erfindungsgemäß hergestellten Elektroblechen fertigen. Die Elektrobleche können zu Elementen einer elektrischen Maschine in Stapelform montiert und gefügt werden. Die weitestgehende Vermeidung eines Grats begünstigt einen hohen Stapelfaktor sowie daraus resultierend Elektroblechpakete mit einer hohen Packungsdichte und einem folglich hohen Anteil an magnetischen Materialvolumen bezogen auf des Gesamtvolumen des Elektroblechpakets. Die magnetische Bauteilschädigung ist im Vergleich gegenüber den konventionellen Fertigungsverfahren bei gleicher Stückzahl sehr gering ausgeprägt. Andernfalls ist eine Steigerung der Stückzahl gefertigter Elektrobleche durch eine progressive Ausgestaltung des Schneidregimes möglich, wodurch die gleiche oder eine annähernd gleiche magnetische Werkstoffbeeinträchtigung, wie bei den konventionellen Verfahren auftritt. Zwischen diesen beiden Extrema kann der Prozess variabel eingestellt werden. Bei einer enormen thermischen Werkstoffschädigung, wie sie gewöhnlich bei dem konventionellen Laserschnitt oder einer progressiven Ausgestaltung des Remoteschneidregimes auftritt, kann der Ummagnetisierungsverlust durch einen zusätzlichen Laserbehandlungsschritt (Typ 3) um ca. 13% reduziert werden. Damit kann ggf. eine zusätzliche Laserbestrahlung auch unterstützend zu den konventionellen Verfahren (z. B. in Stanzpressenlinien) eingesetzt werden.The method dispenses with the use of tools that have been subject to wear. The investment required is low. With the method, highly efficient electrical machines can be produced with the electrical sheets produced according to the invention. The electrical sheets can be assembled and joined into elements of an electric machine in a stacked form. Avoiding a burr as much as possible promotes a high stacking factor and, as a result, electrical steel packages with a high packing density and consequently a high proportion of magnetic material volume relative to the total volume of the electrical steel stack. The magnetic component damage is very low in comparison with the conventional manufacturing processes with the same number of items. Otherwise, an increase in the number of manufactured electrical sheets is possible by a progressive design of the cutting regime, whereby the same or an approximately same magnetic material degradation occurs, as in the conventional method. Between these two extremes, the process can be variably adjusted. In the case of enormous thermal material damage, which usually occurs in conventional laser cutting or a progressive design of the remote cutting regime, the loss of magnetization can be reduced by about 13% by means of an additional laser treatment step (type 3). Thus, if necessary, an additional laser irradiation can also be used in support of conventional methods (eg in punch press lines).

Eine zusätzliche Bestrahlung kann mit demselben Laser, der auch für das Schneiden eingesetzt werden kann, durchgeführt werden. Es kann lediglich eine Reduzierung der Energiedichte im Brennfleck, ggf. mit reduzierter Laserleistung erforderlich sein. Die Energiedichte kann ebenfalls durch eine einfache entsprechende Defokussierung des Brennfleckes erreicht werden. An additional irradiation can be carried out with the same laser, which can also be used for cutting. It may only be necessary to reduce the energy density in the focal spot, possibly with reduced laser power. The energy density can also be achieved by a simple corresponding defocusing of the focal spot.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail by way of examples. Showing:

1 in schematischen Darstellungen die Ausbildung eines Schnittes in mehreren Zyklen durch eine ablatierende Laserbestrahlung; 1 in schematic representations the formation of a cut in several cycles by an ablatierende laser irradiation;

2 einen Vergleich der erzielten magnetischen Flussdichte B in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke H; 2 a comparison of the obtained magnetic flux density B as a function of the magnetic field strength H;

3 einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B; 3 a comparison of the Ummagnetisierungsverlustes depending on the obtained magnetic flux density B;

4 einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B; 4 a comparison of the Ummagnetisierungsverlustes depending on the obtained magnetic flux density B;

5 einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B; 5 a comparison of the Ummagnetisierungsverlustes depending on the obtained magnetic flux density B;

6 einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B; 6 a comparison of the Ummagnetisierungsverlustes depending on the obtained magnetic flux density B;

7 einen Vergleich der erzielten magnetischen Flussdichte B in Abhängigkeit der verwendeten magnetischen Feldstärke H; 7 a comparison of the obtained magnetic flux density B as a function of the applied magnetic field strength H;

8 einen Vergleich der erzielten Koerzitivfeldstärke Hc in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte B und 8th a comparison of the obtained coercive force H c as a function of the magnetic flux density B and

9 einen Vergleich der erzielten Remanenzflussdichte Br in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte B. 9 a comparison of the achieved remanent flux density B r as a function of the magnetic flux density B.

Die 1 zeigt schematischen Darstellungen die Ausbildung eines Schnittes in mehreren Zyklen durch eine ablatierende Laserbestrahlung mit einer Energiedichteverteilung des Brennflecks 2, die eine lokale Phasenumwandlung des bestrahlten Bereichs 3 mit sich daraufhin ausbildender Wärmeeinflusszone 4 in einem Elektroblech 5 erzeugt. Erfährt der aufgeschmolzene Bereich eine andauernde Laserbestrahlung, bildet sich teilweise eine Dampfkavität 6 aus, die aus flüssigen und gasförmigen Bestandteilen besteht, und treibt das restliche aufgeschmolzene Material aus. Verfahrensbedingt kommt es bei der Bearbeitung in mehreren Zyklen zur Gratbildung an der Schnittkannte der bestrahlten Oberseite 7 an den Rändern des erzeugten Schnittspalts 8. Mit einer sich anschließende Kantennachbehandlung mittels Verschiebung des Brennfleckes um 75% des Brennfleckmittelpunkts senkrecht zur Bearbeitungsrichtung kann dieser Grat ablatiert und eine günstige Kantenform 10 erhalten werden. Eine mögliche zusätzliche Bestrahlung zur Verbesserung oder Wiederherstellung der magnetischen Eigenschaften kann mit einer veränderten Energiedichteverteilung im Brennfleck realisiert werden 11. Im Bereich der bestrahlten Oberfläche kommt es erneut zur Phasenumwandlung mit einer geringfügigen Ablation. Im Anschluss an die Bestrahlung erstarrt dieser Bereich, wodurch sich ein Graben mit tropfenförmiger Aufwölbung im Grabeninnerem 12 ausbildet, die in ihrer Höhe kleiner als die Grabentiefe ist. Andere Ausformungen sind je nach Werkstoffgüte (Textur, Gefügestuktur, Werkstoffdicke, chemische Zusammensetzung) ebenfalls möglich; So kann nach der Bestrahlung mit einem Grundmode-Festkörperlaser ein Graben mit einer Grabenbreite von ca. 85 µm, einer Grabentiefe von ca. 45 µm (ca. 13% der Bauteildicke) mit einer Wärmeeinflusszone unterhalb des bestrahlten Bereichs zusätzlich von ca. 45 µm erreicht werden.The 1 shows schematic representations of the formation of a cut in several cycles by an ablatierende laser irradiation with an energy density distribution of the focal spot 2 , which is a local phase transformation of the irradiated area 3 with thereupon forming heat-affected zone 4 in an electric sheet 5 generated. If the molten area experiences a continuous laser irradiation, a vapor cavity partially forms 6 consisting of liquid and gaseous components, and drives out the remaining molten material. Due to the process, during machining in several cycles burr formation occurs at the cut edge of the irradiated upper side 7 at the edges of the generated cutting gap 8th , With a subsequent edge treatment by moving the focal spot by 75% of the focal point center perpendicular to the machining direction of this burr ablated and a favorable edge shape 10 to be obtained. A possible additional irradiation to improve or restore the magnetic properties can be realized with an altered energy density distribution in the focal spot 11. In the area of the irradiated surface, phase transformation occurs again with a slight ablation. Following irradiation, this area solidifies, creating a trench with a drop-shaped bulge in the trench interior 12 which is smaller in height than the trench depth. Other formations are also possible depending on the material quality (texture, structure, material thickness, chemical composition); Thus, after irradiation with a fundamental mode solid-state laser, a trench having a trench width of approximately 85 μm, a trench depth of approximately 45 μm (approximately 13% of the component thickness) with a heat-affected zone below the irradiated area can additionally reach approximately 45 μm become.

2 zeigt einen Vergleich der erzielten magnetischen Flussdichte B in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke H, die für die Messung verschiedener Epsteinstreifenproben der Breite 10 mm bei einer Magnetfeldfrequenz von 50 Hz, eingesetzt worden ist. Im Diagramm sind ein schädigungsarmer Remoteprozess Typ 1 mit hoher Zyklenzahl, ein progressiv ausgestalteter Remoteprozess Typ 2 mit geringerer Zyklenzahl sowie zum Vergleich ein Schlagscheren Schnitt und ein Multimode-Festkörperlaserschnitt, ausgeführt im Schmelzschnitt unter Verwendung von Stickstoff zum Schmelzaustrieb, dargestellt. Der Remoteprozess Typ 1 erzeugt einen Schnitt, der eine Probe mit sehr gutem Magnetisierungsverhalten hervorbringt, d. h. zur Erzielung einer definierten Magnetflussdichte B von beispielsweise 1,4 T wird die geringste Feldstärke H benötigt. Danach folgt der Multimode-Festkörperlaserschnitt, der Remoteschnitt Typ 2 und der mechanische Schnitt.; 2 shows a comparison of the obtained magnetic flux density B as a function of the magnetic field strength H, which has been used for the measurement of different Epsteinstreifenproben the width of 10 mm at a magnetic field frequency of 50 Hz. Shown in the diagram are a high cycle rate, low-cycle, low-cycle, remote process type 1, a lower-cycle number 2 progressive-scale process, and a shearing cut and a multimode solid-state laser cut performed using melt-blowing nitrogen. The remote process type 1 produces a section that produces a sample with very good magnetization behavior, ie Achieving a defined magnetic flux density B of 1.4 T, for example, the lowest field strength H is needed. This is followed by the multimode solid-state laser cut, the remote cut type 2 and the mechanical section .;

In 3 ist ein Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B für die Messung verschiedener Epsteinstreifenproben der Breite 10 mm bei einer Magnetfeldfrequenz von 50 Hz dargestellt. Der Remoteschnitt Typ 1 erzielt den geringsten Ummagnetisierungsverlust. Danach folgen der mechanische Schnitt, der Remoteschnitt Typ 2 und der Multimode-Festkörperlaserschnitt. Eine Typ 1-Behandlung erzielt bei einer Flussdichte von 1,8 T bei 50 Hz Feldfrequenz zusätzlich einen ca. 13% höheren Ummagnetisierungsverlust gegenüber einer unbeschädigten Probe (schlussgeglüht oder mittels Ultrakurzpulslaser aus dem Blech getrennt). Eine Typ 2-Behandlung ohne ausreichende Zwischenzeiten tz erzielt zusätzlich einen ca. 45% höheren Ummagnetisierungsverlust gegenüber der unbeschädigten Probe. Eine Typ 3 Behandlung (d. h. Typ 2 plus die Bestrahlung der Oberfläche) erzielt einen ca. 32% höheren Ummagnetisierungsverlust gegenüber der unbeschädigten Probe, d. h. eine Verbesserung gegenüber Typ 2 um 13%.In 3 a comparison of the magnetic reversal loss as a function of the obtained magnetic flux density B for the measurement of different Epsteinstreifenproben the width of 10 mm at a magnetic field frequency of 50 Hz is shown. The remote cut type 1 achieves the lowest remagnetization loss. This is followed by the mechanical section, the remote section type 2 and the multimode solid-state laser section. At a flux density of 1.8 T at 50 Hz field frequency, a Type 1 treatment additionally achieves an approx. 13% higher core loss compared to an undamaged sample (final annealed or separated from the sheet by means of an ultrashort pulse laser). A type 2 treatment without sufficient intermediate times t z additionally achieves an approximately 45% higher loss of magnetization compared to the undamaged sample. Type 3 treatment (ie Type 2 plus surface irradiation) achieves approximately 32% greater core loss compared to the undamaged sample, ie an improvement of 13% over Type 2.

Die 4 verdeutlicht einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B für die Messung verschiedener Epsteinstreifenproben der Breite 10 mm bei einer Magnetfeldfrequenz von 400 Hz. Der Remoteschnitt Typ 1 erzielt ebenfalls den geringsten Ummagnetisierungsverlust. Gegenüber den 50 Hz Messungen folgen im Anschluss der Remoteschnitt Typ 2, der mechanische Schnitt und der Multimode-Festkörperlaserschnitt.The 4 illustrates a comparison of the magnetic reversal loss depending on the obtained magnetic flux density B for the measurement of different Epsteinstreifenproben the width of 10 mm at a magnetic field frequency of 400 Hz. The remote cut type 1 also achieves the lowest Ummagnetisierungsverlust. Compared to the 50 Hz measurements, the following is followed by the remote cut type 2, the mechanical cut and the multimode solid-state laser cut.

5 bietet einen Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B für die Messung von drei Epsteinstreifenproben der Breite 10 mm, gemessen bei einer Magnetfeldfrequenz von 50 Hz vor sowie nach der Kantennachbehandlung zur Gratreduzierung, bei der ein Überfahren der zu schneidenden Kontur mit dem Brennfleck bei verschiedener Zyklenzahl. Die günstigen Ummagnetisierungsverlusteigenschaften des Remoteschnitts Typ 1 werden selbst durch eine dreizyklische Kantennachbehandlung nicht beeinträchtigt. Selbiges trifft auch für die B-H-Kennlinie zu;
Ein Vergleich des Ummagnetisierungsverlustes in Abhängigkeit der erzielten magnetischen Flussdichte B für die Messung von einer Epsteinstreifenprobe der Breite 10 mm, die mittels des progressiven Remoteschnitts Typ 2 ohne Einhaltung ausreichender Zeiträumen tz zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen hergestellt und gemessen bei einer Magnetfeldfrequenz von 50 Hz wurde, geht aus 6 hervor. Anschließend erfolgte die zusätzliche Bestrahlung (Typ 3) der Oberfläche des ausgeschnittenen Elektroblechs zur magnetischen Eigenschaftsverbesserung und die erneute magnetische Probenmessung nach gleichem Ablauf. Mittels der zusätzlichen Bestrahlung könnte eine Verbesserung des Ummagnetisierungsverlustes von bis zu 13% bezogen auf den Remoteschnitt Typ 2 ohne Oberflächenbehandlung erzielt werden. 5 provides a comparison of the core loss as a function of the obtained magnetic flux density B for the measurement of three Epsteinstreifenproben the width of 10 mm, measured at a magnetic field frequency of 50 Hz before and after the edge after treatment for burr reduction, in the overcoming of the contour to be cut with the focal spot different number of cycles. The favorable remagnetization loss properties of the remote cut type 1 are not impaired even by a three-cycle edge aftertreatment. The same applies to the BH characteristic;
A comparison of the core loss as a function of the obtained magnetic flux density B for the measurement of a Epsteinstreifenprobe the width of 10 mm, which was produced by means of the progressive remote cut type 2 without maintaining sufficient periods t z between the successive irradiations and measured at a magnetic field frequency of 50 Hz, comes from 6 out. Subsequently, the additional irradiation (type 3) of the surface of the cut-out electric sheet for magnetic property improvement and the renewed magnetic sample measurement after the same procedure. By means of the additional irradiation an improvement of the magnetization loss of up to 13% relative to the remote cut type 2 without surface treatment could be achieved.

7 zeigt einen Vergleich der erzielten magnetischen Flussdichte B in Abhängigkeit der verwendeten magnetischen Feldstärke H, für die Messung derselben Epsteinstreifenproben aus 6, bei denselben Messbedingungen. Die zusätzliche Bestrahlung (Typ 3) der Oberfläche führt zu einer Reduzierung der relativen Permeabilität. Demnach werden nach einer solchen Behandlung leicht höhere Magnetfelder H benötigt um eine definierte magnetische Flussdichte B gegenüber dem rein geschnittenen Zustand (Typ 2) ohne Oberflächenbehandlung zu erreichen. 7 shows a comparison of the obtained magnetic flux density B as a function of the applied magnetic field strength H, for the measurement of the same Epsteinstreifenproben 6 , at the same measuring conditions. The additional irradiation (type 3) of the surface leads to a reduction of the relative permeability. Accordingly, slightly higher magnetic fields H are required after such a treatment in order to achieve a defined magnetic flux density B compared to the purely cut state (type 2) without surface treatment.

8 ist ein Vergleich der erzielten Koerzitivfeldstärke Hc in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte B für die Messung derselben Epsteinstreifenproben aus 6 bei den selben Messbedingungen. Die zusätzliche Bestrahlung (Typ 3) der Oberfläche führt zu einer Reduzierung der Koerzitivfeldstärke, wodurch ein Betrieb bei hohen Magnetfeldfrequenzen mit geringerem Ummagnetisierungsverlust ausfällt. 8th is a comparison of the obtained coercive force H c as a function of the magnetic flux density B for the measurement of the same Epsteinstreifenproben from 6 at the same measuring conditions. The additional irradiation (type 3) of the surface leads to a reduction of the coercive field strength, whereby an operation at high magnetic field frequencies with a lower loss of magnetization loss fails.

9 verdeutlicht einen Vergleich der erzielten Remanenzflussdichte Br in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte B für die Messung derselben Epsteinstreifenproben aus 6 bei den selben Messbedingungen. Die zusätzliche Bestrahlung (Typ 3) der Oberfläche führt ebenfalls zu einer Reduzierung der Remanenz. 9 illustrates a comparison of the achieved remanence flux density B r as a function of the magnetic flux density B for the measurement of the same Epsteinstreifenproben from 6 at the same measuring conditions. The additional irradiation (type 3) of the surface also leads to a reduction of the remanence.

Bei einem Beispiel 1 ist, wie folgt vorgegangen worden:
Aus einem Elektroblech mit der Materialdicke von 0,35 mm wurden verschiedene Epsteinstreifen der Breite 5 mm und der Länge 250 mm unter Anwendung des Laserremoteschneidprozesses bei unterschiedlicher Ausgestaltung der Prozessparameter entnommen und in einem kommerziell verfügbaren Elektroblechmessgerät zur Bestimmung magnetischer Eigenschaften von Elektroblechen und anderen weichmagnetischen Werkstoffen analysiert. Im Vergleich zur mechanisch getrennten Probe erzielte der Remoteschnitt sehr gute magnetische Eigenschaften in der Probe. Im Anschluss an den Schnitt erfolgte für jede Probe eine Kantennachbehandlung in drei Zyklen zur Erzielung einer gratfreien Schnittkante unter Verwendung des Prozessparametersatzes Nr. 5, der in Tabelle 1 dargestellt ist, mit einer Brennfleckverschiebung senkrecht zur Schneidrichtung um 0,045 mm bezogen zur Brennfleckposition beim Schneiden. Eine Übersicht der gemessenen magnetischen Parameter ist in Tabelle 2 angegeben. Da der Parametersatz Nr. 6 eine merkliche thermische Schädigung der Schnittkante verursachte, erkennbar an dem magnetischen Verhalten, wurde für diese Probe eine Oberflächennachbehandlung realisiert (Nr. 6N in Tabelle 1). Als Behandlungsstrategie erfolgte eine Bestrahlung entlang von Linien mit einen Abstand b = 2 mm senkrecht zur Schneidrichtung zum Einsatz. Zum Einsatz kam ein Grundmode-Festkörperlaser (Faserdurchmesser: 14 µm) mit einer Maximalleistung von 2000 W sowie ein Scannersystem mit einem entsprechenden Objektiv (Objektivbrennweite: 163 mm, Kollimatorbrennweite: 85 mm). Bei dieser Ausgestaltung des Schneidprozesses und der erforderlichen Oberflächenbehandlung ist die erzielte Änderung des inneren Spannungszustandes erkennbar an einer leichten Durchbiegung der Streifenproben. Dieses Behandlungsszenario wurde daraufhin auf einen Elektromotor, im Speziellen auf die Statoreinzelblechkontur überführt und im Bereich des Statorzahnes angewendet. Bei Statorzahnbreiten unterhalb von 10 mm kommt es bei der konventionellen Fertigung elektrischer Maschinen, , diwie bereits beschrieben, verfahrensbedingt zur magnetischen Schädigunge sich besonders im Ummagnetisierungsverlust widerspiegelt, da im Zahn aufgrund der Drehmomentenanforderung der elektrischen Maschine hohe Flussdichten vorherrschen. Tabelle 1: Übersicht der entnommenen Proben und der verwendeten Prozessparameter für den Laserremoteschnitt Nr. Leistung P Geschwindigkeit V Zyklenzahl n Fokusabstand z Pausenzeit tz 1 2000 W 10 m/s 10 0 1 s 2 2000 W 10 m/s 10 0 0,03 s 3 1500 W 10 m/s 12 0 1 s 4 1500 W 10 m/s 12 0 0,03 s 5 1000 W 10 m/s 20 0 1 6 1000 W 10 m/s 20 0 0,03 s 6N 200 W 1,7 m/s 1 0 0 s 7 spannungsarmgeglühte Referenzprobe 8 mechanisch geschnittene Referenzprobe Tabelle 2 Übersicht der magnetischen Parameter entnommenen Proben, flussdichtegesteuert gemessenen bei 1,5 T und 50 Hz Nr. Magnetfeldbedarf bei 1,5 T H Ummagnetisierungsverlust bei 1,5 T P Koerzitivfeldstärke bei 1,5 T Hc Remanenz bei 1,5 T Br 1 1210 A/m 2,82 W/kg 75 A/m 0,67 T 2 1217 A/m 3,34 W/kg 107 A/m 0,36 T 3 982 A/m 2,83 W/kg 83 A/m 0,57 T 4 1128 A/m 3,25 W/kg 104 A/m 0,37 T 5 983 A/m 2,56 W/kg 64 A/m 0,84 T 6 1537 A/m 3,43 W/kg 90 A/m 0,43 T 6N 2258 A/m 3,25 W/kg 81 A/m 0,41 T 7 492 A/m 2,18 W/kg 51 A/m 1,37 T 8 2044 A/m 3,27 W/kg 70 A/m 0,79 T In Example 1, the procedure is as follows:
From an electric sheet having the material thickness of 0.35 mm, various Epstein stripes of 5 mm in width and 250 mm in length were taken using the laser remilling process with different process parameters and analyzed in a commercially available electric sheet measuring apparatus for determining magnetic properties of electric sheets and other soft magnetic materials , Compared to the mechanically separated sample, the remote cut achieved very good magnetic properties in the sample. Following the cut, each sample was subjected to an edge aftertreatment in three cycles to achieve a burr-free cut edge using process parameter set # 5 shown in Table 1 with a focal spot offset perpendicular to the cutting direction of 0.045 mm with respect to the focal spot position during cutting. An overview of the measured magnetic parameters is given in Table 2. Since the parameter set No. 6 caused marked thermal damage to the cut edge, recognizable by the magnetic behavior, a surface aftertreatment was realized for this sample (No. 6N in Table 1). As a treatment strategy, irradiation was carried out along lines with a distance b = 2 mm perpendicular to the cutting direction for use. A fundamental mode solid-state laser (fiber diameter: 14 μm) with a maximum output of 2000 W and a scanner system with a corresponding objective (lens focal length: 163 mm, collimator focal length: 85 mm) were used. In this embodiment of the cutting process and the required surface treatment, the achieved change in the internal stress state is evident from a slight deflection of the strip samples. This treatment scenario was then transferred to an electric motor, in particular to the Statoreinzelblechkontur and applied in the area of the stator tooth. In the case of stator tooth widths of less than 10 mm, in the conventional production of electrical machines, as described above, due to the method of magnetic damage, this is reflected in particular in the loss of magnetization, since high flux densities prevail in the tooth due to the torque requirement of the electrical machine. Table 1: Overview of the samples taken and the process parameters used for the laser remotecute No. Power P Speed V Number of cycles n Focus distance z Break time t z 1 2000 W 10 m / s 10 0 1 s 2 2000 W 10 m / s 10 0 0.03 s 3 1500 W 10 m / s 12 0 1 s 4 1500 W 10 m / s 12 0 0.03 s 5 1000W 10 m / s 20 0 1 6 1000W 10 m / s 20 0 0.03 s 6N 200 W 1.7 m / s 1 0 0 s 7 low stress annealed reference sample 8th mechanically cut reference sample Table 2 Overview of samples taken from magnetic parameters, measured at 1.5 T and 50 Hz, as measured by flux density No. Magnetic field requirement at 1.5 TH Magnetic loss at 1.5 TP Coercive force at 1.5 TH c Remanence at 1.5 TB r 1 1210 A / m 2.82 W / kg 75 A / m 0.67 T 2 1217 A / m 3.34 W / kg 107 A / m 0.36 T 3 982 A / m 2.83 W / kg 83 A / m 0.57 T 4 1128 A / m 3.25 W / kg 104 A / m 0.37 T 5 983 A / m 2.56 W / kg 64 A / m 0.84T 6 1537 A / m 3.43 W / kg 90 A / m 0.43 T 6N 2258 A / m 3.25 W / kg 81 A / m 0.41 T 7 492 A / m 2.18 W / kg 51 A / m 1.37 T 8th 2044 A / m 3.27 W / kg 70 A / m 0.79 T

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen oder Elementen aus anderen weichmagnetischen Legierungen für Elemente elektrischer Maschinen, bei dem Konturen von Elektroblechen mit einem zweidimensional auslenkbaren Laserstrahl oder Elektronenstrahl geschnitten werden, wobei der Brennfleck des Laser- oder Elektronenstrahls entlang mindestens einer zu schneidenden Kontur mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird und dabei ein Werkstoffabtrag erfolgt, indem bei einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit die zu schneidende(n) Kontur(en) mehrfach in Zyklen mit dem Brennfleck, bei konstant gehaltener Laser- oder Elektronenstrahlleistung und Energiedichte im Brennfleck, überfahren wird/werden und innerhalb von Zeiträumen tz zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen an den jeweiligen Positionen der zu schneidenden Kontur(en) kein Energie-/Wärmeeintrag erfolgt und dadurch keine oder nur eine unwesentliche Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs des jeweiligen Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung im Bereich um die Schnittfuge(n) erfolgt; und/oder dass nach Ausbildung des vollständig ausgebildeten Schnittes der zu schneidenden Kontur(en) am Elektroblech oder Elements einer weichmagnetischen Legierung eine zusätzliche Bestrahlung der Oberfläche des ausgeschnittenen Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung durchgeführt wird, bei der infolge des Energieeintrags im Bereich um die Schnittkanten mechanische Eigenspannungen im Werkstoff des Elektroblechs induziert werden, die zu einer reversiblen Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs in diesem Bereich der ausgebildeten Kontur(en) führen, die zumindest annähernd denen des unbeeinflussten Werkstoffs des jeweiligen Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung entsprechen.Process for the production of electric sheets or elements of other soft magnetic alloys for electric machine elements, in which contours of electric sheets are cut with a two-dimensionally deflectable laser beam or electron beam, wherein the focal spot of the laser or Electron beam along at least one contour to be cut is moved at a feed rate and thereby carried a material removal by at an increased feed speed to be cut contour (s) several times in cycles with the focal spot, with held constant laser or electron beam power and energy density in the Focal point, is run over / be and within periods t z between the successive irradiations at the respective positions of the contour (s) to be cut no energy / heat input and thus no or only an insignificant change in the soft magnetic properties of the material of the respective electric sheet or Elements of a soft magnetic alloy in the area around the kerf (s) takes place; and / or that after the formation of the completely formed cut of the contour (s) to be cut on the electric sheet or element of a soft magnetic alloy, an additional irradiation of the surface of the cut out electric sheet or soft magnetic alloy element is carried out, due to the energy input in the area around the cut edges mechanical stresses are induced in the material of the electric sheet, which lead to a reversible change of the soft magnetic properties of the material in this region of the formed contour (s), which at least approximately correspond to those of the uninfluenced material of the respective electric sheet or element of a soft magnetic alloy. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zyklischen Bestrahlung entlang der auszubildenden Kontur(en), ohne oder mit nur unwesentlicher Veränderung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs des Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung, eine Vorschubgeschwindigkeit größer als 10 m/min mit der der Brennfleck entlang der zu schneidenden Kontur(en) bewegt wird, ein Zeitraum tz von mindestens 0,5 s und eine Anzahl von mehr als 10 Zyklen eingehalten werden.A method according to claim 1, characterized in that at a cyclic irradiation along the trainees contour (s), with or without only insignificant change in the soft magnetic properties of the material of the electric sheet or element of a soft magnetic alloy, a feed rate greater than 10 m / min with the the focal spot is moved along the contour (s) to be cut, a period t z of at least 0.5 s and a number of more than 10 cycles are maintained. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Bestrahlung mit einer Pendelbewegung die nicht parallel zum Vektor der ausgebildeten Schneidkante, sondern in einem Winkel zwischen 30° und 60° dazu ausgerichtet ist, mit einer Laserleistung im Bereich zwischen 300 W und 500 W und/oder einer Vorschubgeschwindigkeit im Bereich 1 m/s bis 2 m/s durchgeführt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that an additional irradiation with a pendulum motion which is not aligned parallel to the vector of the formed cutting edge, but at an angle between 30 ° and 60 ° thereto, with a laser power in the range between 300 W and 500 W and / or a feed rate in the range 1 m / s to 2 m / s is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bestrahlung mit dem Laser- oder Elektronenstrahl bei einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit, bei der die zu schneidende(n) Kontur(en) mehrfach in Zyklen mit dem Brennfleck, bei konstant gehaltener Laser- oder Elektronenstrahlleistung und Energiedichte im Brennfleck, überfahren werden und innerhalb von Zeiträumen tz zwischen den aufeinanderfolgenden Bestrahlungen an den jeweiligen Positionen der zu schneidenden Kontur(en) kein Energie-/Wärmeeintrag erfolgt, ein Werkstoffabtrag in einem Zyklus von maximal 5% der zu schneidenden Gesamtdicke des jeweiligen Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung erreicht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when irradiated with the laser or electron beam at an increased feed rate at which the contour (s) to be cut multiple times in cycles with the focal spot, with held constant laser or Electron beam power and energy density in the focal spot to be run over and no energy / heat input takes place within periods t z between the successive irradiations at the respective positions of the contour (s) to be cut, a material removal in a cycle of not more than 5% of the total thickness of the respective electric sheet or element of a soft magnetic alloy is achieved. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Bestrahlung mit dem Laser- oder Elektronenstrahl der Schnitt der zu schneidende(n) Kontur(en) nicht vollständig ausgebildet wird und das vollständige Trennen des Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung in mindestens einem nachfolgenden Zyklus erreicht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that before the irradiation with the laser or electron beam, the cut of the contour (s) to be cut is not completely formed and the complete separation of the electric sheet or element of a soft magnetic alloy in at least one subsequent cycle is reached. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schneiden einer Kontur oder von Konturen in mehrfachen Zyklen mit ausreichend eingehaltenen großen Zeiträumen tz, ein Elektroblech oder Element einer weichmagnetischen Legierung erhalten wird, das bezogen auf den unbeeinflussten weichmagnetischen Werkstoff einen zusätzlichen Ummagnetisierungsverlust von kleiner 10%, bevorzugt kleiner 5% und besonders bevorzugt kleiner 3% aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when cutting a contour or contours in multiple cycles with sufficiently observed large periods t z , an electrical sheet or element of a soft magnetic alloy is obtained, based on the uninfluenced soft magnetic material an additional loss of magnetic reversal less than 10%, preferably less than 5%, and more preferably less than 3%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Laserbestrahlung ein Graben einer Grabentiefe von bis zu 15% der Dicke eines Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung mit einer Wärmeeinflusszone unterhalb des bestrahlten Bereichs zusätzlich zur Grabentiefe von bis zu 20% der Bauteildicke sowie mit einer Grabenbreite entsprechend einem Aspektverhältnis von Grabenbreite zu Grabentiefe von mindestens 1,5 und maximal 2,5 ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that by the laser irradiation digging a trench depth of up to 15% of the thickness of an electric sheet or element of a soft magnetic alloy with a heat affected zone below the irradiated area in addition to the trench depth of up to 20% of the component thickness and is formed with a trench width corresponding to an aspect ratio of trench width to trench depth of at least 1.5 and at most 2.5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bestrahlung eine Reduzierung des Ummagnetisierungsverlustes von bis zu 13% bezogen auf die Ummagnetisierungsverlusterhöhung, die durch einen Konturschnitt bei konventioneller Konturgebung mittels Laserschmelzschneiden oder mittels mechanischer Bearbeitung bedingt ist und dabei eine Reduzierung der relativen Permeabilität μr des bestrahlten Elektroblechs oder Elements einer weichmagnetischen Legierung bis zu 33% erreicht werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that by the irradiation, a reduction of the Ummagnetisierungsverlustes of up to 13% based on the Ummagnetisierungsverlöpferhöhung, which is caused by a contour cut in conventional contouring by laser fusion cutting or by mechanical machining and thereby reducing the relative Permeability μ r of the irradiated electric sheet or element of a soft magnetic alloy can be achieved up to 33%.
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