DE2744333A1

DE2744333A1 - Magnetkern

Info

Publication number: DE2744333A1
Application number: DE19772744333
Authority: DE
Inventors: Horst Nelle; Heinrich Schnurbus; Wilhelm Dipl Ing Dr Rer N Wolf
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1977-10-01
Filing date: 1977-10-01
Publication date: 1979-04-05
Also published as: GB2005719A; FR2404903A1; US4274888A; SE7809878L; FR2404903B1; GB2005719B; JPS5458900A

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

in Essen

Magnetkern

Die Erfindung betrifft Magnetkerne aus Eisen-Nickel-Legierungen für Impulsanwendungen mit einem Induk— tionshub von mehr als 1 T und einer hohen Impulspermeabilität.

In der Elektrotechnik wird für unipolar betriebene Drosseln und Impulsübertrager bei der Übertragung von Rechteckinipulsen eine kurze Anstiegszeit bei geringer Dachschräge angestrebt. Ein großer Induktionshub ermöglicht die Übertragung eines großen Spannungsstoßes -fUdt. Durch die gleichzeitig hohe Impulspermeabili- -ät können bei geringer Primärwindungszahl Rechteckimpulse mit kleiner Dachschräge und steilen Impulsflanken übertragen werden. Bei unipolar betriebenen Drosseln ermöglicht ein großer Induktionshub die Verwendung geringer Kernquerschnitte und geringer Windungszahlen. Dadurch wird die für einige Halbleiterbauelemente erforderliche Strombegrenzung während des

SV 81/77

Vo/Ve - 3 -

30.9.1977

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Ein- und Ausschaltens erzielt.

Durch eine geeignete Glüh- und Magnetfeld-Behandlung bei Eisen-Nickel-Legierungen mit mehr als 50$ Nickel können Anfangspermeabilitäten von mehr als 50 000 eingestellt werden. Jedoch besitzen diese Werkstoffe wegen der sehr hohen Remanenz nur einen geringen Induktionshub. Andererseits ist es möglich, den Induktionshub durch einen Luftspalt im Magnetkreis beträchtlich zu erhöhen, womit aber gleichzeitig als weitere scherungsabhängige Größe die Permeabilität erniedrigt wird.

Erst durch die DT-PS 15 58 818 ist ein Werkstoff mit sowohl hohem Induktionshub als auch günstiger Anfangspermeabilität und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt geworden. Darin wird die Behandlung einer Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung, bestehend aus 61 bis 67# Nickel, 2 bis 4# Molybdän, Rest Eisen einschließlich geringer Oxidiations- und Verarbeitungszusätze vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet sein soll, daß ein 0.1 bis 0.003 mm dickes Band aus dieser Legierung oder ein daraus hergestellter Magnetkern nach einer 4 bis 6 stündigen Glühung bei 950 bis 1220⁰C einer 3 bis 5 stündigen Anlaßbehandlung bei 4-00 bis 500⁰C in einem Magnetfeld unterworfen wird, dessen FeIdlinien in dem behandelten Gut quer zu der späteren Richtung des magnetischen Flusses verlaufen.

Nachteilig wirken sich bei der Durchführung dieses Verfahrens der relativ hohe Nickelgehalt von 61 bis 67$ und die relativ lange Anlaßbehandlung von 3 bis

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Stunden bei 400 bis 500°C in einem Magnetfeld aus, da sie hohe Kosten verursachen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Magnetkerne zu schaffen, die kostengünstig herstellbar und wegen ihres großen Induktionshubes und ihrer großen Impulspermeabilität für Impulsanwendungen geeignet sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Magnetkern aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit einem Nickel-Gehalt von 49 bis 56 Gew.-$ besteht und daß er ca. 3 bis 6 Stunden unter Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1000⁰G geglüht, danach auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend auf eine Temperatur oberhalb des Curie-Punktes, vorzugsweise 650 bis 75O⁰C, erwärmt und dann in einem Magnetfeld abgekühlt worden ist, dessen Feldlinien quer zur späteren Richtung des magnetischen Flusses verlaufen..In einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgegenstandes kann der Magnetkern noch neben den bekannten, allgemein üblichen Zusätzen bis zu 4 Gew.-$ Molybdän enthalten. Weiterhin ist es möglich, nach der Kochtemperaturglühung oberhalb von 1000⁰C sofort auf eine Temperatur oberhalb des Curie-Punktes abzukühlen und danach die Magnetfeldbehandlung durchzuführen. Dadurch wird ein Arbeitsgang, nämlich die Abkühlung von mehr als 1000⁰C auf Raumtemperatur, eingespart. Vorteilhafterweise wird das Magnetfeld von einer stromdurchflossenen Spule erzeugt. Die Magnetfeldbehandlung kann zweckmäßigerweise außerhalb des Ofens in einer Luftspule vorgenommen werden, was größere Variationsmöglichkeiten der Abkühlgeschwindig— keit (dT/dt) ermöglicht. Durch Wahl eines geeigneten

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V?

Abkühlvorganges lassen sich die magnetischen Eigenschaften der Legierung hervorragend beeinflussen.

Die Erfindung sei anhand praktischer Beispiele näher erläutert. Die Magnetkerne, deren chemische Zusammen-Setzung in Gewichtsprozenten in Tabelle 1 angegeben ist, sind erschmolzen, in Blöcken abgegossen, warmgeschmiedet und auf eine Dicke von 4- mm warmgewalzt worden. Durch anschließendes Kaltwalzen mit Zwischenglühung wurden daraus Bänder von 0,03, 0,05 und 0,1 mm Dicke hergestellt. Daraus ließen sich Ringbandkerne mit einem Außendurchmesser von 20 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Höhe von 6 mm wickeln. Nach einer Glühung von 6 h bei 1220⁰C und anschließender Abkühlung auf Raumtemperatur sind die Kerne bei 65O⁰C angelassen und anschließend mit verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten in einem Magnetfeld, dessen Feldlinie axial zu dem Ringbandkern verliefen, abgekühlt worden. Die an den Ringbandkernen gemessenen Werte sind der Tabelle 2 zu entnehmen.

Darin sind die Magnetkerne durch den Induktionshub ab, die Anfangspermeabilität und die Impulspermeabilität charakterisiert. Der Induktionshub δ Β ist die Differenz aus statisch gemessener Induktion bei 12,5 A/cm und der Remanenzinduktion. Die Anfangspermeabilität wird bei einer Frequenz von 50 Hz und einer Aussteuerung von 4 mA/cm bestimmt, während die Impulspermeabilität au bei einer Folge von unipolaren Rechteckimpulsen gemessen wird. Dabei ist die Folgefrequenz der Impulse so gewählt, daß zu Beginn eines neuen Impulses der Kern die Remanenzinduktion besitzt. Der Induktionshub ΔΒ wird durch Integration des SpannungsimpulsesyUdt, die magnetische Feldstärke

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4 H aus dem Magnetisierungsstrom ermittelt, wodurch sich die Impulspermea"bilität /U₁- nach

«ι ^{Λ B}

A ⁼ —

Δ H

ergibt.

Tabelle	1 :	35 50	Mo	Mn	Si	6 3	Pe
			<0,01 0,01	0,36 0,40	0,1 0,1		Rest Rest
A B	Ni
54, 54,

G 54,85 1,05 0,36 0,13 Rest

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Tabelle 2:

Beispiel Legierung Bandstärke Abkühlgeschw.ÄB

(mm) 500°- 400⁰C (T)

(°C/min)

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r 4

Magnetfeld

1	A	0,05	50	0,50	11160	nein
2	A	0,03	50	1,41	1730	ja
3	' A	0,05	50	1,43	2210	ja
4	A	0,10	50	1,44	2740	ja
5	A	0,05	100	1,38	3580	ja
6	A	0,05	15	1,43	2230	ja
7	C	0,05	50	1,39	2170	ja
8	B	0,05	50	1,43	2370	ja

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, ist der Einfluß der Hagnetfeldabkühlung entscheidend für die Größe des Induktionshubes: Bei Abkühlung ohne Magnetfeld ist der Induktionshub bei höherer Anfangspermeabilität deutlich geringer als bei Abkühlung im Magnetfeld. Ein Vergleich der Beispiele 2 bis 8 zeigt deutlich, daß auch bei Magnetkernen aus dünnen Bändern hohe Induktionshübe eingestellt werden können.

Überraschenderweise zeigt ein Vergleich der nach dem in der DT-PS 15 58 818 geschilderten Verfahren hergestellten Ringkerne, daß Magnetkerne, die kein Molybdän und darüber hinaus noch einen geringeren Nickelgehalt enthalten, durch Anwendung der in Anspruch 1 dieser Anmeldung geschilderten Maßnahmen weitaus höhere Induktionshübe bei günstiger Impulspermeabilität besitzen. So ergeben sich für die nach Beispiel 3 gefertigten Magnetkerne bei einem Induktionshub von 1 T und einer Impulsdauer von 50 /us eine Impulspermeabilität von mehr als 5000, bei einer Impulsdauer von 20 /us eine Inipulspermeabilität von über 4000. Setzt man der Legierung, wie in Beispiel 7 geschehen, Molybdän zu, so erhöht sich

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die maximale Impulspermeabilität bei 50 /us Impulsdauer auf über 8000, bei einer Impulsdauer von 20 /us auf mehr als 6000. Durch Veringerung der 3andstärke läßt sich eine weitere beträchtliche Steigerung der Impulspermeabilität erreichen. Eine Erhöhung der Abkühl geschwind!gkeit bewirkt eine Verbesserung der Impulspermeabilität bei nur geringer Veränderung des Induktionshubes.

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Claims

Ansprüche 2 7 A A 3 3 3

1. Magnetkern aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit Verarbeitungs- und Desoxidationszusätzen wie Silicium und Mangan für Impulsanwendungen mit einem Induktionshub von mehr als 1 T bei gleichzeitig hoher Impulspermeabilität, dadurch gekennzeichnet, daß die 49 bis 56 Gew.-/6 Nickel enthaltende Legierung nach dem Erschmelzen zu dünnen Bändern von maximal 0,1 mm Dicke gewalzt, in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1000⁰C für die Dauer von 3 bis 6 h geglüht, danach auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend auf eine Temperatur oberhalb der Curie-Temperatur erhitzt und anschließend in einem Magnetfeld, dessen Feldlinien quer zur späteren Richtung des magnetischen Flusses verlaufen, abgekühlt worden ist.

2. Magnetkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach der Hochtemperaturglühung und der anschließenden Abkühlung auf Raumtemperatur auf 650 bis 75O⁰C erhitzt wird.

3. Magnetkern nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung bis zu 4 Gew.-fo Molybdän enthält.

4. Magnetkern nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung auf eine Temperatur oberhalb des Curie-Punktes unmittelbar nach dessen Hochtemperaturglühung vorgenommen und die sich anschließende Hagnetfeldbehandlung durchgeführt worden ist.

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~*3 q 1Q77

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ORIGINAL INSPECTED

5. Magnetkern nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldbehandlung mit Hilfe einer stromdurchflossenen Spule erfolgt ist.

6. Magnetkern nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldbehandlung außerhalb des Ofens in einer Luftspule erfolgt ist.

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