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

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 u_ind ~ dФ/dt = d(B*A)/dt
Diese induzierte Spannung u_ind hat Wirbelströme i_Wirbel zur Folge.
Die Stärke der Wirbelströme i_Wirbel hängt wegen i_Wirbel ~ u_ind /R

von der induzierten Spannung u_ind ~ d(B(t)A)/dt ~ d(µH(t)*A)/dt
vom spezifischen elektrischen Widerstand ρ der Kurzschlussstrombahnen

ab.

Die Wirbelströme werden von einem Feld H_Wirbel ~ i_Wirbel umwirbelt, welches dem äußeren Feld H_außen ~ i_Feld entgegen gerichtet ist.
Wegen der Überlagerung

des äußeren Feldes Haußen ~ i_Feld und
des Feldes H_Wirbel ~ i_Wirbel ~ u_ind

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 P_Ummagn = c_Hyst*f*B² + c_Wirbel*f²*B²
und damit P/f = c_Hyst*B² + c_Wirbel*f*B²

Trägt man die frequenzbezogenen Verluste P/f = c_Hyst*B² + c_Wirbel*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.

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 P_Wirbel/f mit der Frequenz geringer ist
als bei den nicht verformten.

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.:

-eine deutlich flachere B(H)-Magnetisierungskennlinie
– einen höheren Feldstärkebedarf (~ Durchflutung) – – für eine bestimmte Flussdichte B(H)
höhere statische Hystereseverluste P_Hyst(B)

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