Einfluss einer Biegeverformung auf die magnetischen Eigenschaften von Elektroband

Es wurde untersucht, wie die magnetischen Eigenschaften beim Richten des Elektrobands durch Rollen-Richt-Einheiten im Einlaufteil von Schneid- und Stanzanlagen beeinflusst werden.
In diesen Rollen-Richt-Einheiten wird das Band i. allg. mehrfach mit wechselnder Richtung und abnehmender Tauchtiefe der Rollen gebogen (= plastisch verformt).
Im gerichteten Band bleiben innere Spannungen zurück, die zu

  • einer flacheren B(H)-Magnetisierungskennlinie
  • einem höheren Feldstärkebedarf (~ Durchflutung) für eine bestimmte Flussdichte B(H)
  • höheren statischen Hystereseverlusten P(B)Hyst

führen.
Über die Beeinflussung der Wirbelstromverluste P(B)Wirbel wird im Folgenden ausführlicher berichtet.

Grundlagen der Untersuchungen

Die magnetischen Eigenschaften einer ferromagnetischen Probe werden durch quasistatische Messungen im magnetischen Gleichfeld bestimmt.
Charakteristisch für quasistatische Magnetisierungen sind sehr kleine konstante Induktionsänderungen (ΔB/Δt) = (ΔB/ΔH)* (ΔH/Δt) = const.
Die in einem Gleichfeld bestimmten

  • B(H)-Magnetisierungskennlinien
  • Hystereseverluste P(B)Hyst

sind gefügeabhängig (Korngröße, Reinheit, Legierungsgehalt, Spannungen).

Im Wechselfeld wird durch den zeitlich veränderlichen Fluss Ф(t) in der Querschnittsebene A der Probe senkrecht zur Feldrichtung eine Spannung induziert    uind ~ dФ/dt = d(B*A)/dt
Diese induzierte Spannung  uind  hat Wirbelströme  iWirbel  zur Folge.
Die Stärke der Wirbelströme  iWirbel  hängt wegen   iWirbel ~ uind /R

  • von der induzierten Spannung  uind ~  d(B(t)*A)/dt ~ d(µ*H(t)*A)/dt
  • vom spezifischen elektrischen Widerstand  ρ  der Kurzschlussstrombahnen

ab.

Die Wirbelströme werden von einem Feld  HWirbel ~ iWirbel  umwirbelt, welches dem äußeren Feld  Haußen ~ iFeld  entgegen gerichtet ist.
Wegen der Überlagerung

  • des äußeren Feldes    Haußen ~ iFeld und
  • des Feldes  HWirbel ~ iWirbel ~ uind

der Wirbelströme
ergeben sich magnetische Eigenschaftswerte, die von den im Gleichfeld gemessenen abweichen.


Darstellung der Veränderung der Ummagnetisierungsverluste

Untersucht wurde die Frequenzabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften B(H) und P(B) unterschiedlicher Elektrobänder

  • nach dem Glühen im Auslieferungszustand
  • nach anschließendem Rollenrichten (mit geringem Zug)

Im Folgenden werden speziell die Veränderungen der Ummagnetisierungsverluste dargestellt und beschrieben (= Summe der Hysterese- und Wirbelstromverluste).
Die Hystereseverluste haben ihre Ursachen in irreversiblen Größen- und Richtungsänderungen der
magnetischen Elementarbereiche, die Wirbelstromverluste in Kurzschlussstrombahnen im Materialinnern.

Zur Beschreibung der Ummagnetisierungsverluste und ihrer Hysterese- und Wirbelstrom-Anteile gibt es analytische Ausdrücke u. a. von STEINMETZ, JORDAN, BERTOTTI.
Nach JORDAN gilt        PUmmagn = cHyst*f*B² + cWirbel*f²*B²
und damit         P/f = cHyst*B² + cWirbel*f*B²
Trägt man die frequenzbezogenen Verluste  P/f = cHyst*B² + cWirbel*f*B²  über f auf, erhält man
 → den Anstieg der Wirbelstromverluste (P/f)Wirbel bei dem gewählten Wert B
 → die Größe der Hystereseanteile (P/f)Hysterese als Schnitt der (P/f)-Funktion mit der f-Achse

In den folgenden Diagrammen werden
 → die Ummagnetisierungsverluste PUmmagn über B (Parameter Frequenz f)
 → die frequenzbezogenen Verluste  P/f  über f (Parameter Flussdichte B).
eines (ausgewählten) Elektrobands der Dicke d = 0,50mm dargestellt.

Man erkennt, dass die Verluste nach der Biegeverformung
 → bei Ummagnetisierungsfrequenzen  f ≤ 200Hz     höher sind
 → bei Ummagnetisierungsfrequenzen  f > 200Hz     geringer sind
als im geglühten Zustand.

Einfluss Biegeverformung P(f)

Für die Zahlenwerte der Verluste P1,5/f [W/kg] gilt im direkten Vergleich der Proben:

 50Hz  100Hz   200Hz 400Hz  600Hz 800Hz 1.000Hz
geglüht 6,257 15,0 39,7 121,3 247,9 417,5 630,7
biegegerichtet 15,8 39,0 111,4 221,5 367,2 548,3

 

Im nächsten Diagramm erkennt man, dass bei den verformten Proben
 → die Hystereseverluste höher sind (Extrapolation auf f = 0)
 → der Anstieg der bezogenen Wirbelstromverluste  PWirbel/f  mit der Frequenz geringer ist
als bei den nicht verformten.

Einfluss Biegeverformung P(f)/f 

Wegen dieses gegensinnigen Verhaltens übertrifft
 → die Abnahme der Wirbelstromverlustanteile
oberhalb einer bestimmten Frequenz
 → die Erhöhung der Hystereseverlustanteile

Die untersuchten Eigenschaftsänderungen hängen von einer Vielzahl Parameter ab (u. a. Materialzusammensetzung, Geometrie/ Dicke der Proben, Art/Stärke der Verformung). 



Es wurde der Einfluss des Rollenrichtens auf die magnetischen Eigenschaften von Elektroband untersucht.

Beim Rollenrichten wird das Band mehrfach mit wechselnder Richtung und abnehmender Tauchtiefe der Rollen gebogen (plastisch verformt), so dass es danach z. B. ohne Krümmung in Stanz- oder Schneidlinien einläuft.

Das gerichtete Band hat i. allg.

als vor dem Richten.
Auch die Wirbelstromverluste PWirbel(B) werden stark beeinflusst.