DE1758787B2 - Weichmagnetisches eisenblech und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Das beim Bau von Generatoren, Motoren oder Transformatoren verwendete Eisenblech muß in hohem Maße magnetisch weich sein, um die bei der ständigen Ummagnetisierung entstehenden Hysterese- und Wir belstromverluste möglichst klein zu halten. Vielfach wird daher für diesen Zweck siliziertes Eisenblech mit einem Siliziumgehalt von 1 bis 4% verwendet. Mit Silizium legiertes Eisenblech weist geringere Verluste durch Hysterese und Wirbelströme auf als unlegierte!» Blech. Nach der klassischen Wirbelstromtheorie ist die Induktionsverteilung in einem (unendlich großen) Eisenblech nicht homogen: Die Induktion B ist an den Blechwänden am größten und in der Blechmitte am kleinsten. Die Wirbelstromdichte g hat an den Blechwänden ebenfalls die größten Werte, in der Blechmitte ist sie Null. Für die Wirbelstromverluste pro Masseneinheit erhält man bei niederfrequenter Magnetisierung

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Darin ist ω die Kreisfrequenz, k die spezifische elektrische Leitfähigkeit, c/die Blechdicke und +ß_mder Scheitelwert der Induktion, gemittelt über die Blechdikke. Man erkennt, daß v_w um so kleiner wird, je geringer die elektrische Leitfähigkeit k ist. Die Hystereseverluste werden bekanntlich kleiner mit enger werdender Hystereseschleife; diese Schleifen zeigen silizierte Bleche mit hohen Permeabilitäten μ. Die hohen μ-Werte und kleinen it-Werte der silizierten Bleche bedingen deren geringe Hysterese- und Wirbelstromverluste und damit deren Bedeutung in der Elektrotechnik.

Es ist bekannt, zur Verminderung von Wirbelstromverlusten bei magnetisch weichen Werkstoffen, z.B. Transformatorenblechen, Isolierschichten aus Siliziumdioxid, die beispielsweise elektrophoretisch abgeschieden sind, zu verwenden (DT-AS 10 78 196).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weichmagnetisches Eisenblech, z.B. Trafoblech oder Dynamoblech, das zur Verringerung von Hysterese- und Wirbelstromverlusten beidseitig mit siliziumhaltigen Überzügen versehen ist, zu schaffen, das nicht nur einfacher als die bisherigen siliziumhaltigen Eisenbleche herzustellen ist, sondern auch noch bessere Eigenschaften hinsichtlich der Verluste hat

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß das Eisenblech ein Verbundmetall aus gewöhnlichem unlegiertem Eisenblech und siliziumhaltigen Eisenüberzügen ist die in Dispersion zwischen 1 und 5 Gew.-% Siliziumpulver mit einer Korngröße zwischen 0,1 und 1 μπι enthalten.

Die siliziumhaltigen Dispersionsüberzüge können sowohl reines Siliziumpulver als auch ein aus einer Fe-Si-Legierung bestehendes Pulver enthalten. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Dicke jedes Disperionsüberzuges etwa zwischen 10 und 30% der Gesamtblechdicke zu wählen. Dieses auf beiden Seiten mit einem Dispersionsüberzug versehene Blech ist vorzüglich als sogenanntes Trafoblech bzw. Dynamoblech beim Bau von Generatoren, Motoren und Transformatoren geeignet.

Ein ausgezeichnetes Verfahren zur Herstellung von weichmagnetischem Eisenblech nach der Erfindung besteht darin, daß siliziumhaltiges Pulver mit einer Korngröße zwischen etwa 0,1 und 1 μπι in einem galvanischen Eisenbad aufgeschlämmt sowie durch Badbewegung in der Schwebe gehalten wird und zusammen mit Eisen in einem Dispersionsüberzug auf gewöhnlichem unlegiertem Eisenblech galvanisch abgeschieden wird.

Die innerhalb des Blechs vorhandene Induktions- und Wirbelstromverteilung wird an Hand der schematichen Zeichnung erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Eisenblech mit schematischer Darstellung der Induktion und der Wirbelstromdichte,

F i g. 2 den Funktionsverlauf der Induktion und der Wirbelstromdichte über die Blechdicke,

F i g. 3 den Funktionsverlauf nach F i g. 2 für ein Eisenblech mit beidseitigen siliziumhaltigen Dispersionsüberzügen.

In F i g. 1 sind rein qualitativ die Induktion B und die Wirbelstromdichte g als Pfeile bzw. Pfeilspitzen oder -enden für den Fall eines Blechs 1 der Dicke d, dessen Ausdehnung in der Ordinatenrichtung und senkrecht zur Zeichenebene als unendlich angenommen ist, eingetragen. F i g. 2 zeigt schematisch den Funktionsverlauf von Bund güber die Blechdicke d. Es ist deutlich zu sehen, daß beide Werte an den Blechwänden 2 und 3 am größten sind. In der Blechmitte 4 ist beispielsweise

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60 In F i g. 3 ist ein Schnitt durch ein Eisenblech schematisch gezeichnet, welches auf beiden Seiten mit einem siliziumhaltigen Dispersionsüberzug versehen ist. Es sei angenommen, daß ein gewöhnliches Eisenblech 5, z. B. Schwarzblech, mit der Permeabilität μ und der elektrischen Leitfähigkeit k auf beiden Seiten silizierte Schichten 6 der Dicke d'12 trägt, deren Leitfähigkeit

k' < k ist und deren relative Permeabilität μ' > μ ist Die Randbedingungen für die magnetische und elektrische Feldstärke bedingen in den Randschichten 6 einen Sprung der Induktion B nach oben und einen Sprung der Wirbelstromdichte g zu kleineren W trten. Man erkennt in Fig.3, daß gerade die Blechteile 6, die die hohe Induktion B tragen, eine kleine Wirbelstromdichte g führen und damit nur geringe Wirbelstromverluste zeigen.

Die genaue Rechnung ergibt folgendes: wenn z. B. die beidseitigen silizierten Randschichten nur 20% der elektrischen Leitfähigkeit des gewöhnlichen Eisenblechs haben, also k' = 0,2 k und wenn die relative Permeabilität der silizierten Schicht um den Faktor 3 gewachsen ist, also μ' = 3 μ, so sinken die Wirbelstrom-Verluste auf ein Drittel der Werte des gewöhnlichen Eisenblechs, wenn die Dicken der beiden silizierten Schichten zusammen 20% der gesamten Blechdicke betragen. Bei der Blechdicke 0,5 mm würde dies als silizierte Schichten von 50 μπι auf beiden Seiten bedingen.

Wegen dieser vorteilhaften Wirkung der silizierten Randschichten kann daher bei einem Verbundmetall, das beidseitig mit einem siliziumhaltigen Eisenüberzug (Dispersionsüberzug) versehen ist, an Stelle von herkömmlichem siliziertem Eisenblech unlegiertes Eisenblech verwendet werden.

Da es nicht möglich ist, Silizium wie ein Metall aus einer echten Lösung abzuscheiden, wird bei dem Verfahren gemäß Anspruch 4 das Silizium in Form feinster Teilchen zusammen mit Eisen in Form eines Dispersionsüberzuges galvanisch abgeschieden. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, Siliziumpulver mit sehr geringer Korngröße (0,1 bis 1 μηι) in einem galvanischen Eisenbad aufzuschlämmen und durch Badbewegung in Schwebe zu halten derart, daß bei der galvanischen Abscheidung von Eisen Siliziumteilchen gleichmäßig in den Eisenüberzug eingebaut werden. Auf diese Weise können Eisenüberzüge mit einem Siliziumgehalt bis etwa 5% hergestellt werden.

Wird unlegiertes Eisenblech, z. B. das billige Schwarzblech, beidseitig mit einem hinreichend, z. B. 25-100μηι dicken siliziumhaltigen F.isenüberzug versehen, dann erhält man ein Verbundmaterial mit hochwertigen magnetischen Eigenschaften, das an Stelle des verhältnismäßig teuren silizierten Blejhs beim Bau elektrischer Maschinen verwendet werden kann.

Das Verfahren wird durch folgende Beispiele noch näher erläutert:

Beispiel 1

Unlegiertes Eisenblech (Schwarzblech) wurde in einem Eisenbad folgender Zusammensetzung galvanisch behandelt

Eisen(H)-chlorid 300 g/l

Mangan(II)-chlorid 5 g/l
Siliziumpulver

(Korngröße 0,1 bis 1 μίτι) 20 g/l

pH-Wert 1,5 bis 2

Temperatur 90°

Stromdichte 2 A/dm²

Badbewegung durch mechanisches Rühren oder Umpumpen.

Aus diesem Bad wurden Eisenüberzüge mit einer Dicke von 20 bis 100 μπι abgeschieden. Diese Überzüge hatten einen Siliziumgehalt von ca. 2 Gew.-%.

Beispiel 2

Unlegiertes Eisenblech wurde in einem Eisenbad folgender Zusammensetzung galvanisch behandelt.

Eisen(I I)-fluoroboratlösung,	226 g/l
42%ig	10 g/l
Natriumchlorid
Siliziumpulver	100 g/l
(Korngröße 0,1 bis 1 μηι)	Ibis 3
pH-Wert	60° C
Temperatur	2 A/dm2
Stromdichte

Badbewegung durch mechanisches Rühren oder Umpumpen.

Aus diesem Bad wurden Eisenüberzüge mit einer Dicke von 20 bis 50 μπι abgeschieden. Diese Überzüge hatten einen Siliziumgehalt von ca. 4 Gew.-%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ,-ς 1, Weichmagnetisches Eisenblech, das zur Verrinf erung von Hysterese- und Wirbelstromverlusten ; »beidseitig mit siliziumhaltigen Überzügen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Verbundmetall aus gewöhnlichem unlegiertem Eisenblech und siliziumhaltigen Eisenüberzügen ist, die in Dispersion zwischen etwa 1 und 5Gew.-% ic Siliziumpulver mit einer Korngröße zwischen etwa ©,1 und Ιμπι enthaltea
2. 2. Eisenblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsüberzüge an Stelle von reinem Si-Pulver aus einer Fe-Si-Legierung bestehendes Pulver enthalten.
3. 3. Eisenblech nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jedes Dispersionsüberzuges etwa zwischen 10 und 30% der gesamten Blechdicke beträgt
4. 4. Verfahren zur Herstellung von weichmagnetischem Eisenblech nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß siliziumhaltiges Pulver mit einer Korngröße zwischen etwa 0,1 und 1 μηι in einem galvanischen Eisenbad aufgeschlämmt sowie durch Badbewegung in der Schwebe gehalten wird und zusammen mit Eisen in einem Dispersionsüberzug auf gewöhnlichem unlegiertem Eisenblech galvanisch abgeschieden wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn· zeichnet, daß reines Siliziumpulver verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer Fe-Si-Legierung bestehendes Pulver verwendet wird.

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