Nanokristalline Magnetmaterialien in der ... - MAGNETEC GmbH

High-Tech bei der Herstellung
MAGNETEC
MAGNET-TECHNOLOGIE
Beim Herstellprozess, dem sog. Rascherstarrungsverfahren, wird eine 50-200 kg umfassende
metallische Schmelze mit einer Temperatur von ungefähr 1.300°C durch eine speziell
geformte Keramik-Düse direkt auf ein schnell rotierendes, wassergekühltes Kupferrad
gegossen. Dabei wird das flüssige Metall innerhalb von einer Tausendstel Sekunde erstarrt.
So entsteht ein kontinuierliches, zunächst amorphes nur ca. 20 μm dünnes Metallband,
welches mit einer Geschwindigkeit von über 100 km/h aus der Schmelze extrahiert wird. Mit
anderen Worten wird diese Lieferform bereits in quasi einem einzigen Prozessschritt – ohne
kostspieliges Kalt – oder Warmwalzen - mit einer verhältnismäßig kompakten Anlage erzielt.
Anschließend werden die aus dem Bandmaterial hergestellten Ringbandkerne einer Glühung
unter Schutzgas in Anwesenheit von längs- und/oder quer zur Bandrichtung orientierten
Magnetfeldern unterzogen. Erst während dieser irreversiblen Wärmebehandlung formt sich die
ursprünglich amorphe Materialstruktur zu mikroskopischen Kristalliten mit typischen
Korngrößen um 10 nm – daher die Bezeichnung ‚nanokristallin’. Durch präzise kontrollierte
Variation der Wärmebehandlungsparameter (Temperatur, Zeit, Aufheiz- oder Abkühlrate)
können die geforderten Eigenschaften (z.B. Form der Hystereseschleife oder das
Permeabilitätsniveau) in weiten Bereichen variiert und gezielt eingestellt werden
Anwendervorteile und Einsatzgebiete
Das anfänglich noch relativ ungünstige Preis-Leistungsverhältnis des neuen Materials wird im
Vergleich zu etablierten kristallinen Legierungen oder Ferriten zunehmend wettbewerbsfähig.
Unabhängig von der Applikation ergeben sich dabei die folgenden Anwendervorteile bei der
Verwendung von nanokristallinen Magnetkernen bei der Auslegung von induktiven
Bauelementen:
• wesentlich kleinere Bauformen (Faktor 3 und mehr)
• deutlich geringeres Gewicht
• reduzierte Kupferverluste durch geringere Windungszahlen
• erweiterter Temperaturbereich von –25 ... + 120°C (Standard) / 180°C (Spezial)
• größere Reserven und stabilerer Betrieb, hohe Robustheit
•
Der aktuelle Trend in der Leistungselektronik geht in Richtung zu höheren Frequenzen und
kompakteren Bauformen bzw. höherer Leistungsdichte. Als Folge dieser Umstände stieg die
Zahl der realisierten Anwendungen der industriellen Leistungselektronik mit nanokristallinen
Kernen und damit der Bedarf in den letzten Jahren stetig an und wächst kontinuierlich weiter.
Unterschiedlichste Kerne, Transformatoren und Drosselspulen werden eingesetzt für:
• EMV-Filter für Frequenzumrichter und alle Arten von Schaltnetzteilen
• netzunabhängige Fehlerstromschutzschalter (Auslösetransformatoren für Schutzrelais)
• elektronische Energiezähler (potentialfreie Präzisionserfassung von Strom/Spannung)
• Stromversorgungen für die Kfz-Industrie (z.B. DC/DC Konverter im 42V Bordnetz)
• neuartige Systeme für die Kfz-Industrie (u.a. vollelektrische Lenkhilfen)
• elektrische Schweißstromquellen
• induktive Erwärmung
• Röntgengeneratoren für die Medizintechnik
• Solarwechselrichter
• Batterieladegeräte, Bordnetzumrichter und Triebköpfe für die Bahntechnik
• u.v.a.m.