lehrstuhl funktionswerkstoffe einführung in die funktionswerkstoffe kapitel 5b: weichmagnetische...

Lehrstuhl Funktionswerkstoffe

Einführung in die Funktionswerkstoffe

Kapitel 5b: weichmagnetische Werkstoffe

Prof. Dr. F. Mücklich, Dipl.-Ing. C. Gachot

Funktionswerkstoffe II2


Lernziele Kapitel 5b: weichmagnetische Werkstoffe

• Welche Eigenschaften zeichnen weichmagnetische Werkstoffe aus?• Von welchen Einflussfaktoren sind diese Eigenschaften prinzipiell

abhängig? Wie modifiziert man sie gezielt?• Was sind amorphe Metalle und wie stellt man sie her? Was sind Vor-

und Nachteile amorpher Weichmagnete?



Eigenschaften von Weichmagneten

1. Permeabilität: Wie viel magnetische Induktion wird in einem Material im äußeren Magnetfeld induziert?

µ soll hoch sein

2. Koerzitivität: HC klein Unterscheidung zwischen Hard- und Weichmagneten

• weich: HC < 1000 A/m• hart: HC > 10000 A/m

3. Sättigungsmagnetisierung: Js hoch

4. Hystereseverluste: Verluste klein

5. Elektrische Verluste: Verluste klein Wtot = Wh + Wec + Wa

Wh – Hystereseverluste Wec – Wirbelstromverluste Wa – anormale Verluste (durch

Domänenwandverschiebungen)



Typische Eigenschaften von Weichmagneten



Wechselstromanwendungen für Weichmagnete

Relais




Wie funktioniert eine Klingel?




Motoren/Generatoren

Quelle: Brusa.biz

Leistungsdaten eines Asynchronmotors



Hochreines Eisen



Fe-Co Alloys - Saturation Magnetization with Composition



Permalloy - Fe-Ni-Legierung

• vielfältigste aller weich- magnetischen Werkstoffe • höchste Permeabilität für Ni-Gehalte von 80%




Sättigungsmagnetisierung ist am höchsten im Bereich von 50% Ni



Elektrischer Widerstand ist am höchsten im Bereich von 30% Ni




Fe and Low-Carbon Steels (Soft Iron)



Fe-Si-Legierungen

Transformatorkerne für elektrische Generatoren

Wechselstrombetrieb bei 50 – 60 Hz Wirbelströme

Wirbelstromverluste müssen begrenzt werden Leitfähigkeitserniedrigung: Zugabe von 3% Si erhöht Widerstand um das Vierfache



Historische Entwicklung Wirbelstromverluste

Kernverluste350µm Si-Fe60 Hz



Fe-Si-Legierungen: magnetische und elektrische Eigenschaften



Fe-Si – Einfluss Korngröße



Fe-Al-Legierungen – maximale Permeabilität

Zugabe von Al

Nachteile:teurer als Siharte Al2O3 –Partikel führen zu Abrasion in Stanzwerkzeugen

Vorteile:fördert Kornwachstumhöherer Widerstandweniger spröde

Einsatz vor allem als weiteres Legierungselement in Fe-Si



Texturen in Transformatorblechen

Goss-Textur(Fe-Si-Legierungen)

Würfel-Textur(Fe-Ni-Legierungen)

Begrenzung von Verlusten durch Ummagnetisierung Texturierung

Magnetisierung in Vorzugsrichtung: durch Wandverschiebungen; Drehprozesse nicht erforderlich geringe Verluste



Verluste bei 1,5T/50Hz gegen Orientierung1 – Würfeltextur2 – nicht orientiert3 – Gosstextur

Ummagnetisierungsverlust gegen Blechdicke(HGO=high permeability grain oriented )

Texturen in Transformatorblechen



Magnetische Eigenschaften unterschiedlicher Weichmagnete



Amorphe Metalle (metallische Gläser)

Zusammensetzung:(Fe, Ni, Co)80(Metalloid)20

Metalloide: B, Si, C, P, Ge

Video: Melt-Spinning



Koerzitivfeldstärke - Zusammensetzung

Vorteile:

• Koerzivität bis zu einer Größen- ordnung kleiner als bei Fe-Si

• Permeabilität eine Größenordnung größer

• geringe Verluste

Nachteile:

• niedrige Sättigungsmagnetisierung

Hc gegen Zusammensetzung (Anteil der Übergangsmetalle)



Magnetic Properties of Amorphous Alloys

lehrstuhl funktionswerkstoffe einführung in die funktionswerkstoffe kapitel 5b: weichmagnetische...

Documents