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Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Einführung in die Funktionswerkstoffe Kapitel 5b: weichmagnetische Werkstoffe Prof. Dr. F. Mücklich, Dipl.-Ing. C. Gachot.

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1 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Einführung in die Funktionswerkstoffe Kapitel 5b: weichmagnetische Werkstoffe Prof. Dr. F. Mücklich, Dipl.-Ing. C. Gachot

2 Funktionswerkstoffe II2 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe 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?

3 Funktionswerkstoffe II3 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Eigenschaften von Weichmagneten 1. Permeabilität: Wie viel magnetische Induktion wird in einem Material im äußeren Magnetfeld induziert? µ soll hoch sein 2. Koerzitivität: H C klein Unterscheidung zwischen Hard- und Weichmagneten weich: H C < 1000 A/m hart: H C > A/m 3. Sättigungsmagnetisierung: J s hoch 4. Hystereseverluste: Verluste klein 5. Elektrische Verluste: Verluste klein W tot = W h + W ec + W a W h – Hystereseverluste W ec – Wirbelstromverluste W a – anormale Verluste (durch Domänenwandverschiebungen)

4 Funktionswerkstoffe II4 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Typische Eigenschaften von Weichmagneten

5 Funktionswerkstoffe II5 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Wechselstromanwendungen für Weichmagnete Relais

6 Funktionswerkstoffe II6 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Wechselstromanwendungen für Weichmagnete Wie funktioniert eine Klingel?

7 Funktionswerkstoffe II7 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Wechselstromanwendungen für Weichmagnete Motoren/Generatoren Quelle: Brusa.biz Leistungsdaten eines Asynchronmotors

8 Funktionswerkstoffe II8 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Hochreines Eisen

9 Funktionswerkstoffe II9 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Fe-Co Alloys - Saturation Magnetization with Composition

10 Funktionswerkstoffe II10 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Permalloy - Fe-Ni-Legierung vielfältigste aller weich- magnetischen Werkstoffe höchste Permeabilität für Ni-Gehalte von 80%

11 Funktionswerkstoffe II11 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Permalloy - Fe-Ni-Legierung Sättigungsmagnetisierung ist am höchsten im Bereich von 50% Ni

12 Funktionswerkstoffe II12 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Elektrischer Widerstand ist am höchsten im Bereich von 30% Ni Permalloy - Fe-Ni-Legierung

13 Funktionswerkstoffe II13 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Fe and Low-Carbon Steels (Soft Iron)

14 Funktionswerkstoffe II14 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Fe-Si-Legierungen

15 Funktionswerkstoffe II15 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe 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

16 Funktionswerkstoffe II16 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Historische Entwicklung Wirbelstromverluste Kernverluste 350µm Si-Fe 60 Hz

17 Funktionswerkstoffe II17 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Fe-Si-Legierungen: magnetische und elektrische Eigenschaften

18 Funktionswerkstoffe II18 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Fe-Si – Einfluss Korngröße

19 Funktionswerkstoffe II19 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Fe-Al-Legierungen – maximale Permeabilität Zugabe von Al Nachteile: teurer als Si harte Al 2 O 3 –Partikel führen zu Abrasion in Stanzwerkzeugen Vorteile: fördert Kornwachstum höherer Widerstand weniger spröde Einsatz vor allem als weiteres Legierungselement in Fe-Si

20 Funktionswerkstoffe II20 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe 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

21 Funktionswerkstoffe II21 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Verluste bei 1,5T/50Hz gegen Orientierung 1 – Würfeltextur 2 – nicht orientiert 3 – Gosstextur Ummagnetisierungsverlust gegen Blechdicke (HGO=high permeability grain oriented ) Texturen in Transformatorblechen

22 Funktionswerkstoffe II22 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetische Eigenschaften unterschiedlicher Weichmagnete

23 Funktionswerkstoffe II23 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Amorphe Metalle (metallische Gläser) Zusammensetzung: (Fe, Ni, Co) 80 (Metalloid) 20 Metalloide: B, Si, C, P, Ge Video: Melt-Spinning

24 Funktionswerkstoffe II24 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Koerzitivfeldstärke - Zusammensetzung Vorteile: Koerzivität bis zu einer Größen- ordnung kleiner als bei Fe-Si Permeabilität eine Größenordnung größer geringe Verluste Nachteile: niedrige Sättigungsmagnetisierung H c gegen Zusammensetzung (Anteil der Übergangsmetalle)

25 Funktionswerkstoffe II25 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Amorphous Alloys - Low saturation magnetic induction - disadvantage

26 Funktionswerkstoffe II26 Lehrstuhl Funktionswerkstoffe Magnetic Properties of Amorphous Alloys


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