HAMMER, Thomas (Am Holzacker 57, Schwabach, 91126, DE)
HEINRICHSDORFF, Frank (Keplerstr. 12a, Mahlow, 15831, DE)
JENSEN, Jens Dahl (Kirschenallee 7, Berlin, 14050, DE)
LÜTHEN, Volkmar (Neue Strasse 1, Berlin, 14163, DE)
STIER, Oliver (Zimmermannstraße 29, Berlin, 12163, DE)
KRÜGER, Ursus (Krampnitzer Weg 11, Berlin, 14089, DE)
WINKLER, Gabriele (Hakenfelder Str. 8 B, Berlin, 13587, DE)
HAMMER, Thomas (Am Holzacker 57, Schwabach, 91126, DE)
HEINRICHSDORFF, Frank (Keplerstr. 12a, Mahlow, 15831, DE)
JENSEN, Jens Dahl (Kirschenallee 7, Berlin, 14050, DE)
LÜTHEN, Volkmar (Neue Strasse 1, Berlin, 14163, DE)
STIER, Oliver (Zimmermannstraße 29, Berlin, 12163, DE)
KRÜGER, Ursus (Krampnitzer Weg 11, Berlin, 14089, DE)
| Patentansprüche 1. Transformatorkern, aufweisend weichmagnetische Schichten (22) eines elektrisch leitfähigen Kernmaterials mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur, die durch Trennschichten (19) eines elektrisch isolierenden Materials voneinander getrennt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mehrere der besagten weichmagnetischen Schichten (22) zumin- dest mit den zwischen ihnen liegenden Trennschichten (19) einen monolithischen Verbund bilden. 2. Transformatorkern nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dieser vollständig aus einem einzigen Verbund weichmagneti¬ scher Schichten (22) und Trennschichten (19) besteht. 3. Transformatorkern nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dieser aus einem Blechpaket besteht, wobei die Transformator¬ bleche jeweils vollständig aus einem monolithischen Verbund weichmagnetischer Schichten (22) und Trennschichten (19) besteht . 4. Transformatorblech, aufweisend eine weichmagnetische Schicht (22) eines elektrisch leitfähigen Kernmaterials mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur, die mit einer Trennschicht (19) eines elektrisch isolierenden Ma¬ terials beschichtet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mehrere der besagten weichmagnetischen Schichten (22) zumindest mit den zwischen ihnen liegenden Trennschichten (19) einen monolithischen Verbund bilden. 5. Transformatorkern oder Transformatorblech nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die weichmagnetischen Schichten (22) eine Dicke von 2 bis 100 ym aufweisen. 6. Transformatorkern oder Transformatorblech nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Trennschichten (19) eine Dicke von 0,1 bis 5 ym aufwei¬ sen . 7. Transformatorblech nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dieses eine Dicke zwischen 0,2 und 0,6 mm aufweist. 8. Transformatorblech oder Transformatorkern nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Trennschichten (19) und/oder die zwischen den Trennschichten (19) und den weichmagnetischen Schichten (22) liegenden Startschichten (21) für eine elektrochemische Abschei- dung mit Nanopartikeln (25) dotiert sind, die wie die betref¬ fende Schicht, in die sie eingebaut sind, elektrisch leitend oder elektrisch isolierend sind, und deren chemische Elemente so ausgewählt sind, dass ihr Einbau in die Matrix der betref¬ fenden Schicht durch vom Schichtmaterial abweichende Atomra¬ dien mechanische Eigenspannungen in der betreffenden Schicht hervorruft . 9. Transformatorblech oder Transformatorkern nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Startschichten (21) für ein elektrochemisches Beschichten zwischen den Trennschichten (19) und den weichmagnetischen Schichten (22) ein elektrisch leitfähiges Material vorgesehen ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient sich um min- destens 10 % und höchstens 30 % von dem der weichmagnetischen Schichten unterscheidet. 10. Transformatorblech oder Transformatorkern nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die weichmagnetischen Schichten (22) und/oder die zwischen den Trennschichten (19) und den weichmagnetischen Schichten (22) liegenden Startschichten (21) für eine elektrochemische Abscheidung mit hartmagnetischen Partikeln (27) dotiert sind, wobei deren Magnetfeld hinsichtlich seines Feldlinienverlau¬ fes (28) zumindest im Wesentlichen am geplanten Feldlinienverlauf im Transformatorkern oder Transformatorblech ausgerichtet ist. 11. Verfahren zum Erzeugen eines Transformatorbleches oder eines Transformatorkernes, bei dem • auf einem Grundkörper (12) eine weichmagnetische Schicht (22) aus einem elektrisch leitfähigen Kernmaterial mit einer elektrochemisch abgeschieden wird, welche eine amorphe und/oder nanokristalline Gefügestruktur erhält, • auf der weichmagnetischen Schicht (22) eine elektrisch isolierende Trennschicht (19) erzeugt wird und • wiederholt eine Startschicht (21) für das elektrochemi¬ sche Beschichten, eine weitere weichmagnetische Schicht (22) nach dem oben genannten Verfahrensschritt und eine weitere Trennschicht (19) nach dem oben genannten Verfahrensschritt erzeugt werden, bis das Transformator¬ blech die vorgesehene Dicke oder der Transformatorkern die vorgesehene Gestalt erreicht hat. 12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Beschichten mit der weichmagnetischen Schicht (22) durch ein Reverse Pulse Plating erfolgt. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als weichmagnetische Schicht (22) mindestens ein weichmagne- tisches Element, insbesondere eines oder mehrere der Elemente Fe, Ni oder Co, und mindestens ein glasbildendes Element, insbesondere P und/oder B, gemeinsam abgeschieden werden. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jeweils hergestellte Schichten genau dem Längsschnitt des herzustellenden Transformatorkerns mit parallel zum Schicht¬ verlauf ausgerichteter Schnittebene entsprechen. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Abscheiden der Startschicht (21) durch Verdüsen von Pulver, durch thermisches Spritzen oder durch PVD-Beschichten eines elektrisch leitfähigen Materials erfolgt. 16. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass nach dem Verdüsen, dem thermischen Spritzen oder PVD-Beschichten ein stromloses, elektrochemisches Abscheiden des elektrisch leitfähigen Materials erfolgt, bis die Start¬ schicht (21) die erforderliche Dicke erreicht ist. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das elektrisch leitfähige Material nur chemische Elemente der weichmagnetischen Schicht (22) enthält. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Grundkörper aus einem weichmagnetischen, elektrisch leitfähigen Material, insbesondere mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur verwendet wird. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in die weichmagnetischen Schichten (22) und/oder Startschichten (21) weichmagnetische Nanopartikel (23) eingebaut werden. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in die weichmagnetischen Schichten (22) und/oder die Startschichten hartmagnetische Partikel (27) eingebaut werden, wo¬ bei während des Abscheideprozesses die sich ausbildende Schicht einem Magnetfeld ausgesetzt wird, dessen Feldlinien¬ verlauf zumindest im Wesentlichen dem geplanten Feldlinienverlauf im herzustellenden Transformatorkern entspricht. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in die Startschichten (21) und/oder in die Trennschichten (19) Nanopartikel (26) eingebaut werden, die wie die betref¬ fende Schicht, in die sie eingebaut werden, elektrisch lei¬ tend oder elektrisch isolierend sind, und deren chemische Elemente so ausgewählt werden, dass ihr Einbau in die Matrix der betreffenden Schicht durch vom Schichtmaterial abwei¬ chende Atomradien zu mechanischen Eigenspannungen in der betreffenden Schicht führen. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Startschichten (21) ein elektrisch leitfähiges Material abgeschieden wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient sich um mindestens 10 % und höchstens 30 % von dem der weich¬ magnetischen Schichten unterscheidet. |
Transformatorkern oder Transformatorblech mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Transformatorkern, aufweisend weichmagnetische Schichten eines elektrisch leitfähigen Kernmaterials mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefü- gestruktur, die durch Trennschichten eines elektrisch isolierenden Materials voneinander getrennt sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Transformatorblech, aufweisend eine weichmagnetische Schicht eines elektrisch leitfähigen Kernma ¬ terials mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefüge- struktur, die mit einer Trennschicht eines elektrisch isolie ¬ renden Materials beschichtet ist.
Außerdem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Erzeugen eines Transformatorbleches oder eines Transformatorkerns.
Ein Transformatorkern oder auch Transformatorblech der eingangs angegebenen Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung ist beispielsweise in der DE 33 26 556 C2 beschrieben. Danach kann ein Transformatorblech mit einer amorphen Gefügestruktur beispielsweise dadurch gewonnen werden, dass die Metall ¬ schmelze, die ein glasbildendes Element enthält, auf ein ge ¬ kühltes Substrat aufgetropft wird und dabei eine extrem schnelle Abkühlung des aufgetropften Metalls eingeleitet wird. Hierdurch erstarrt das Metall amorph. Anschließend kann die elektrisch isolierende Schicht auf elektrochemischem Wege durch eine kathodische elektrolytische Abscheidung aufge ¬ bracht werden. Die so entstandenen Transformatorbleche können durch Schichten oder Wickeln zu einem Transformatorkern verarbeitet werden, in dem die Schicht aus dem Metall mit der amorphen Kristallstruktur sich mit den Trennschichten abwechseln .
Gemäß der WO 2008/092265 AI ist es auch bekannt, dass amorphe selbsttragende Folien auf elektrochemischem Wege erzeugt wer ¬ den können, die eine Dicke zwischen 20 und 250 ym aufweisen. Hierbei wird eine Legierung abgeschieden, die als Hauptanteil Eisen, als Glasbildner Phosphor und ein weiteres Übergangsmetall als Legierungsanteile aufweist.
Aufgrund der relativ geringen Dicke der so hergestellten amorphen Transformatorbleche und deren spröden Verhaltens ist das Schichten solcher Transformatorbleche zu Transformatorkernen mit erheblichem Aufwand verbunden. Die Aufgabe der Er- findung besteht daher darin, Transformatorkerne sowie Trans ¬ formatorbleche sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, mit dem die Herstellung von Transformatorkernen vergleichsweise erleichtert wird. Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Transforma ¬ torkern erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mehrere der be ¬ sagten weichmagnetischen Schichten und zumindest zwischen ihnen liegende Trennschichten einen monolithischen Verbund bilden. Als monolithischer Verbund im Sinne der Erfindung ist damit also eine innig miteinander verbundene Schichtfolge zu verstehen, die zumindest zwei weichmagnetische Schichten auf ¬ weist und dazwischen wenigstens eine Trennschicht. Selbstver ¬ ständlich kann der Verbund auch mehr als diese drei Schichten aufweisen. Bevorzugt werden genauso viele Trennschichten wie weichmagnetische Schichten in dem Verbund angeordnet, so dass mehrere dieser Verbünde gestapelt werden können und jeweils die oberste Trennschicht eines Verbundes mit der untersten weichmagnetischen Schicht des nachfolgenden Verbundes in Kontakt kommt. Hierdurch ist auch am Übergang zwischen zwei Ver- bunden die elektrische Isolierung benachbarter weichmagnetischer Schichten gewährleistet. Die einzelnen Verbünde können erfindungsgemäß auch als Transformatorbleche verarbeitet wer ¬ den, wobei mehrere der besagten weichmagnetischen Schichten zumindest mit den zwischen ihnen liegenden Trennschichten einen monolithischen Verbund bilden. Auch hier ist es besonders günstig, wenn genauso viele weichmagnetische Schichten wie Trennschichten hergestellt werden. Die Herstellung der monolithischen Verbünde erfolgt erfindungsgemäß durch das eingangs genannte Verfahren zum Erzeugen eines Transformatorbleches oder eines Transformatorkernes, bei dem auf einen Grundkörper eine weichmagnetische Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Kernmaterial mit einer amor- phen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur elektrochemisch abgeschieden wird. Auf der weichmagnetischen Schicht wird eine elektrisch isolierende Trennschicht erzeugt. Dann wird wiederholt eine Startschicht für ein erneutes elektrochemi ¬ sches Beschichten dann eine weitere weichmagnetische Schicht nach dem bereits genannten Verfahrensschritt und eine weitere Trennschicht nach dem ebenfalls beschriebenen Verfahrens ¬ schritt hergestellt. Dies wird wiederholt, bis das Transfor ¬ matorblech die vorgesehene Dicke oder der Transformatorkern die vorgesehene Gestalt erreicht hat. Ein Verbund wird also durch die Abfolge elektrochemischer Beschichtungsschritte hergestellt, so dass die Schichten aufeinander aufwachsen und so eine innige Verbindung entsteht. Daher kann bei der geforderten geringen Dicke der einzelnen weichmagnetischen Schichten durch Herstellung des Verbundes ein Transformatorblech hergestellt werden, welches für die weiteren Handhabungs ¬ schritte eine genügende Dicke aufweist. Hierdurch wird die Herstellung von Transformatorkernen selbst erleichtert, da sich das spröde Material leichter handhaben lässt, wenn es in größerer Dicke vorliegt. Außerdem wird das Schichten der als Verbund hergestellten Transformatorbleche vereinfacht, weil weniger dieser dickeren Transformatorbleche zum Transforma ¬ torkern geschichtet werden müssen. Im Extremfall kann sogar der gesamte Transformatorkern elektrochemisch in einem Ver- fahrensablauf hergestellt werden. Hierbei entfällt vorteil ¬ haft ein anschließendes Schichten des Transformatorkerns kom ¬ plett .
Der Vorteil beim Einsatz von amorphen Transformatorkernen oder Transformatorblechen liegt darin, dass diese beim Einsatz im Transformator vorteilhaft nur geringe Verluste erzeu ¬ gen. Dies liegt an der geringen Koerzitiv-Feldstärke H c , so dass Hystereseverluste beim Ummagnetisieren kleingehalten werden können. Bei einer amorphen Struktur der weichmagneti- sehen Schichten ist eine Ausbildung von Gefügekörnern nicht zu erkennen. Dies liegt daran, dass der glasbildende Legie ¬ rungsanteil zu einer glasartigen Struktur führt, so dass die Ordnung der Atome stochastisch wie bei einer Flüssigkeit ist. Bei einer nanokristallinen Gefügestruktur sind einzelne Kör- ner zu erkennen, deren Größe jedoch im Nanometerbereich liegt, d. h. kleiner als 100 nm, bevorzugt sogar kleiner als 10 nm ist. Der Übergang zwischen einer amorphen und nanokristallinen Struktur des Gefüges ist fließend, wobei auch kristalline Bereiche des Gefüges mit Abmessungen im Nanome- terbereich innerhalb einer diese umgebenden amorphen Matrix vorliegen können.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Transformatorkern oder das Transformatorblech (oder die Ble- che in einem geschichteten Transformatorkern) weichmagnetische Schichten aufweisen, deren Dicke zwischen 2 und 100 ym liegt. Hierdurch kann vorteilhaft bewirkt werden, dass die Trennschichten in der Schichtfolge rasch aufeinanderfolgen, wodurch sich vorteilhaft die Wirbelstromverluste im Transfor- matorenblech minimieren lassen. Die Ausbildung von Wirbelströmen wird nämlich durch die elektrisch isolierenden Trennschichten verhindert oder zumindest eingedämmt. Vorteilhaft können die Trennschichten eine Dicke von 0,1 bis 1 ym aufwei- sen. Diese Dicke reicht aus, um eine genügende elektrische
Isolation zwischen den benachbarten weichmagnetischen Schichten zu erreichen. Die erzeugten monolithischen Schichtverbunde können vorteilhaft eine Dicke zwischen 0,2 und 0,6 mm aufweisen. Diese Dicke reicht aus, damit die Verbünde eine genügende Stabilität bei der Handhabung während des Schich ¬ tens des Transformatorkerns aus einzelnen Transformatorble ¬ chen aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese- hen, dass bei dem Transformatorblech oder dem Transformatorkern die Trennschichten und/oder die zwischen den Trennschichten und den weichmagnetischen Schichten liegenden
Startschichten für eine elektrochemische Abscheidung mit Na- nopartikeln dotiert sind, die wie die betreffende Schicht, in die sie eingebaut sind, elektrisch leitend oder elektrisch isolierend sind. Die chemischen Elemente, aus denen die Nano- partikel bestehen, sind dabei so ausgewählt, dass ihr Einbau in die Matrix der betreffenden Schicht durch vom Schichtmaterial abweichende Atomradien mechanische Eigenspannungen in der betreffenden Schicht hervorruft. Die mechanischen Spannungen rufen vorteilhaft magnetische Anisotropien hervor. Diese Anisotropien können durch die Lage der Dotierung z. B. in Linien oder Streifenform beeinflusst werden. Die Lage der Dotierung kann dadurch beeinflusst werden, dass die Nanopar- tikel nur partiell in die Schicht eingebracht werden. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass die Nanopartikel nicht zusammen mit dem abzuscheidenden Metall abgeschieden werden (Dispersion mit dem Elektrolyt) , sondern in einem gesonderten Beschichtungsschritt auf das Substrat aufgebracht werden. Dieser Beschichtungsschritt muss vor dem elektroche ¬ mischen Beschichten stattfinden und kann beispielsweise durch Kaltgasspritzen der verwendeten Partikel erfolgen. Die erzeugten mechanischen Spannungen wirken sich positiv auf die Magnetisierungsverluste in dem Transformatorblech aus. Dies kann modellhaft wie folgt beschrieben werden. Die mecha ¬ nischen Spannungen in der magnetisch wirksamen Schicht führen zu einem Festhalten der sogenannten Bloch-Wände (hierbei han- delt es sich um die Trennwände der Weiß-Bezirke) . Durch die Immobilität der Bloch-Wände klappen die magnetischen Momente ganzer Weiß-Bezirke beim Anlegen eines äußeren Magnetfeldes auf einmal um. Dadurch ändert sich bei gleicher Energie der Primärspule eines Transformators das Magnetfeld des Werkstof- fes des Transformatorkerns stärker. Durch die stärkere Ände ¬ rung des Magnetfeldes wird eine größere Energie in der Sekun ¬ därspule des Transformators induziert. Damit verringert sich vorteilhaft der Magnetisierungsverlust und es erhöht sich die relative Permeabilitätszahl.
Gemäß einer anderen besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei dem Transformatorblech oder dem Transformatorkern als Startschicht für ein elektrochemisches Beschichten zwischen den Trennschichten und den weichmagneti- sehen Schichten ein elektrisch leitfähiges Material vorgese ¬ hen ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient sich um mindestens 10% und höchstens 30% von dem der weichmagneti ¬ schen Schicht unterscheidet. Das leitfähige Material ist not ¬ wendig, um auf der elektrisch isolierenden Trennschicht wie- der eine Schicht aus dem weichmagnetischen Material abschei ¬ den zu können. Da die Trennschicht selbst nicht als Elektrode für die Abscheidung von Schichtmaterial dienen kann, muss das Aufbringen der Startschicht beispielsweise mittels thermi- sehen Spritzen oder PVD-Verfahren dem elektrochemischen Be- schichtungsschritt vorgelagert sein.
Durch Vorsehen von Startschichten aus einem Material, dessen thermischer Ausdehungskoeffizient sich von denen der weichmagnetischen Schichten unterscheidet, lässt sich der bereits beschriebene Mechanismus einer Erzeugung von Eigenspannungen erreichen, wenn sich das Material des Transformatorkerns beim Betrieb erwärmt. Dies hängt damit zusammen, dass die Erwär- mung beim Betrieb des Transformatorkerns größer ist, als bei dessen Herstellung beispielsweise mittels elektrochemischer Abscheidung und Kaltgasspritzen. Hierin ist ein weiterer Vorzug der Anwendung des Kaltgasspritzens zu sehen. Dies bedeu ¬ tet, dass das Schichten des Transformatorkerns bzw. Transfor- matorbleches weitgehend ohne Eigenspannungen erfolgen kann und diese dann beim Betrieb des Transformators durch dessen Erwärmung entstehen. Nach dem oben bereits beschriebenen Mechanismus (Verwendung von Partikeln mit abweichenden Atomradien) lassen sich vorteilhaft die Magnetisierungsverluste verringern und die relative Permeabilitätszahl erhöht sich.
Außerdem erhält man eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wenn die weichmagnetischen Schichten und/oder die zwischen den Trennschichten und den weichmagnetischen Schich- ten liegenden Startschichten für eine elektrochemische Abscheidung mit hartmagnetischen Partikeln dotiert sind, wobei deren Magnetfeld hinsichtlich seines Feldlinienverlaufes zu ¬ mindest im Wesentlichen am geplanten Feldlinienverlauf im Transformatorkern oder Transformatorblech ausgerichtet ist. Hierdurch kann vorteilhaft im Betrieb des Transformators der geforderte Feldlinienverlauf des zu erzeugenden Magnetfeldes stabilisiert werden. Außerdem lassen sich die magnetischen Eigenschaften des entstehenden Kompositwerkstoffes zwischen denen einer amorphen Schicht und denen eines nanokristallinen Metalls einstellen. Dies gilt für die elektrochemisch abgeschiedene Matrix, in die die magnetischen Partikel eingela ¬ gert werden. Damit kann eine anschließende Wärmebehandlung des amorphen Materials, mit der normalerweise amorphe Gefüge- Ordnungen in nanokristalline überführt werden können, einge ¬ spart werden. Die Einstellung der Gefügestruktur der Matrix zwischen amorph und nanokristallin ist mittels der eingebauten Partikel vorteilhaft sehr viel genauer möglich. Sie kann anschließend durch eine Wärmebehandlung sogar weiter in Rich- tung nanokristalliner Gefügeordnungen verschoben werden. An sich ist es aber Ziel des erfindungsgemäßen Einbaus der Nano- partikel, dass eine anwendungsspezifisch optimierte Kombina ¬ tion mit dem Matrixwerkstoff zu einem Kompositwerkstoff mit kleinen Hystereseverlusten und hoher Sättigungsmagnetisierung entsteht. Dies führt bei gleicher Größe des Transformator ¬ kerns zur Möglichkeit der Übertragung einer größeren Energie bzw. bei Übertragung der gleichen Energiemenge zu Transforma ¬ torkernen, die eine geringere Baugröße aufweisen. Vorteilhaft ist damit ein effektiverer Materialeinsatz bzw. ein geringe- rer Aufwand an Kühlung erforderlich.
Die oben angegebene Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Transformatorbleches oder eines Transfor ¬ matorkernes gelöst, bei dem auf einem Grundkörper eine weich- magnetische Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Kernma ¬ terial mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur elektrochemisch abgeschieden wird. Auf dieser weichmagnetischen Schicht wird dann eine elektrisch isolierende Trennschicht erzeugt. Dann wird wiederholt eine Startschicht für das elektrochemische Beschichten, eine weitere weichmag ¬ netische Schicht nach dem bereits erwähnten Verfahrensschritt und eine weitere Trennschicht nach dem bereits erwähnten Ver ¬ fahrensschritt erzeugt. Dies wird wiederholt, bis das Trans ¬ formatorblech die vorgesehen Dicke oder der Transformatorkern die vorgesehene Gestalt erreicht hat. Dieses Verfahren dient vorteilhaft zur Herstellung von Transformatorblechen oder Transformatorkernen in der oben bereits beschriebenen Weise, welche die bereits beschriebenen Vorteile aufweisen. Das elektrochemische Herstellungsverfahren ermöglicht vorteilhaft die Herstellung extrem dünner Schichten, so dass die weichmagnetischen Schichten und die Trennschichten eine wirksame Verhinderung der Wirbelstromverluste gewährleisten. Außerdem sind die erfindungsgemäß hergestellten Transformatorbleche leichter zu verarbeiten, da die erzeugten Dicken der Bleche unabhängig von der geringen Dicke der einzelnen weichmagnetischen Schichten gewählt werden können. Die jeweiligen Startschichten für das elektrochemische Beschichten sind dabei er ¬ forderlich, da die Trennschichten aufgrund ihrer Wirkung im Transformatorblech (Verhinderung von Wirbelstromverlusten) elektrisch isolierend sein müssen. Diese eignen sich daher aber auch nicht für einen weiteren elektrochemischen Abscheideschritt. Dieser kann nur erfolgen, wenn auf den elektrisch isolierenden Trennschichten wieder eine Startschicht für das elektrochemische Beschichten aufgebracht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Beschichten mit der weichmagnetischen Schicht durch ein Reverse Pulse Plating er- folgt. Dieses an sich bekannte elektrochemische Abscheidever ¬ fahren beinhaltet das Einlegen von gepulsten Abscheideströmen für die zu beschichteten Werkstücke. Vorzugsweise wechseln die Strompulse abwechselnd von kathodischen zu anodischen Strömen, wobei die kathodische Abscheidung verglichen mit der anodischen Auflösung an dem Werkstück überwiegen muss, um zu einer Abscheidung zu kommen. Das Reverse Pulse Plating eignet sich insbesondere vorteilhaft zur Abscheidung gleichmäßiger Schichtdicken . Vorteilhaft wird als weichmagnetische Schicht mindestens ein weichmagnetisches Element, insbesondere eines oder mehrere der Elemente Fe, Si, Ni oder Co, und mindestens ein glasbil ¬ dendes Element, insbesondere P und/oder B, gemeinsam abge- schieden. Die weichmagnetischen Elemente dienen dabei vorteilhaft der Erzeugung einer weichmagnetischen Schicht, wobei die Glasbildner dazugegeben werden, um die Ausbildung einer amorphen Gefügestruktur während des elektrochemischen Ab- scheidens zu gewährleisten.
Eine Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass jeweils hergestellte Schichten genau dem Längsschnitt des herzustellenden Transformatorkerns mit parallel zum
Schichtverlauf ausgerichteter Schnittebene entsprechen. Mit anderen Worten verläuft die Ausrichtung der Schichten genau in der Richtung, wie üblicherweise Transformatorenbleche auch geschichtet werden. Die Schichtebenen liegen also derart, dass die beiden Mittelachsen der Transformatorwicklungen in einer dieser Schichtebenen liegen. Dies ist vorteilhaft, weil die Ausdehnung des Transformatorkerns quer zu diesen Schicht ¬ ebenen am geringsten ist und deswegen der Transformatorkern oder entsprechend die Transformatorbleche mit einer minimalen Anzahl von Einzelschichten hergestellt werden können. Vorteilhaft ist es, wenn das Abscheiden der Startschicht durch Verdüsen von Pulver, durch thermisches Spritzen (insbesondere Kaltgasspritzen) oder durch PVD-Beschichten eines elektrisch leitfähigen Materials erfolgt. Das elektrisch leitfähige Material wird mit anderen Worten durch Verdüsen, thermisches Spritzen oder PVD-Beschichten auf die vorher aufgebrachte elektrisch isolierende Trennschicht aufgetragen. Dieser Beschichtungsschritt kann so lange durchgeführt wer ¬ den, bis die Startschicht die erforderliche Dicke für ein an ¬ schließendes elektrochemisches Beschichten aufweist. Dies ist insbesondere durch das thermische Spritzen erreichbar, da dieses Verfahren vergleichsweise hohe Abscheideraten ermög ¬ licht. Bevorzugt kann das Kaltgasspritzen angewendet werden, weil dies weitgehend ohne eine thermische Belastung der abzu- scheidenden Partikel der Startschicht und des Substrates von Statten geht. Eine thermische Belastung des Substrates sollte vermieden werden, wenn die amorphe Gefügestruktur der weichmagnetischen Schichten vollständig erhalten bleiben soll. Thermisches Spritzen wie beispielsweise das Plasmaspritzen kann aber auch eingesetzt werden, um durch die auf diesem
Wege eingebrachte thermische Energie gezielt eine Umwandlung des abgeschiedenen amorphen Gefüges in ein nanokristallines Gefüge zu erreichen. Vorteilhaft kann aber das Abscheiden der Startschicht auch in zwei Schritten erfolgen. Nach dem bereits beschriebenen Ver- düsen, thermischen Spritzen oder PVD-Beschichten mit dem Material der Startschicht und mit einer Menge, die für ein gal ¬ vanisches Abscheiden noch nicht ausreicht, kann als Zwischen- schritt ein elektrochemisches Abscheiden des elektrisch leit ¬ fähigen Materials mit einem stromlosen Verfahren erfolgen, bis die Startschicht die erforderliche Dicke erreicht hat. Für ein stromloses Abscheiden sind nämlich bereits geringe Schichtdicken bzw. noch nicht geschlossene Schichten auf der elektrisch isolierenden Trennschicht ausreichend.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das elektrisch leitfähige Material, mit dem die Startschicht erzeugt wird, nur chemi ¬ sche Elemente der weichmagnetischen Schicht enthält. Dies hat den Vorteil, dass die Startschicht nach Fertigstellung der darüber liegenden weichmagnetischen Schicht sozusagen mit dieser verschmilzt und als gesonderte Schicht nicht mehr in Erscheinung tritt. Hierdurch wird Einfluss auf das herzustel- lende Produkt des Transformatorkerns oder des Transformator ¬ bleches ausgeübt.
Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird erhalten, wenn ein Grundkörper aus einem weichmagnetischen, elektrisch leitfähigen Material, insbesondere mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur verwendet wird. Der Grundkörper, der für ein elektrochemisches Beschichten immer erforderlich ist, um ein Substrat für das Beschichten zur Verfügung zu stellen, kann gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung in gleicher Weise wie die anschließend hergestellten weichmagnetischen Schichten die Funktion des Transformatorbleches oder des Transformatorkernes unterstützen. Insbesondere, wenn der Grundkörper aus einem amorphen und/oder nanokristallinen Gefüge besteht, lässt sich eine mit den weichmagnetischen Schichten vergleichbare Performance erreichen. Ähnliches gilt auch für weichmagnetische Nanopartikel , die in die weichmagnetischen Schichten und/oder Startschichten eingebaut werden können, um dort die Gefügestruktur in der bereits beschriebenen Weise zu beeinflussen. Die Gefügestruktur kann dahingehend beeinflusst werden, dass ein bestimmtes Verhältnis der Anteile an amor ¬ phen und/oder nanokristallinen Gefügestrukturen eingestellt werden kann. Hierdurch entfällt vorteilhaft eine Nachbehand- lung der Schichten zur Einstellung des Gefüges (Wärmebehandlung) , die jedoch zur Korrektur der Eigenschaften der hergestellten Schichten optional durchgeführt werden kann. Der Einbau von weichmagnetischen Nanopartikeln kann vorteilhaft auch dadurch befördert werden, dass diese in einem Magnetfeld abgeschieden werden bzw. das Substrat während der Abscheidung magnetisiert wird. Hierdurch lassen sich die Einbauraten an Nanopartikeln beeinflussen, wobei zusätzlich zur Konzentration der einzubauenden Nanopartikel in dem Elektrolyt ein Parameter zur Einstellung der Partikelkonzentration zur Verfü- gung steht. Dieser kann insbesondere dafür genutzt werden, um eine Einbaurate zu höheren Werten zu verschieben, da die Konzentration an Nanopartikeln, die in dem Elektrolyten disper- giert werden kann, begrenzt ist (ansonsten fallen die Nano- partikel aus der Suspension wieder aus) .
Alternativ kann auch vorteilhaft vorgesehen werden, dass in die weichmagnetischen Schichten und/oder die Startschichten hartmagnetische Partikel eingebaut werden, wobei während des Abscheideprozesses die sich ausbildende Schicht einem Magnet ¬ feld ausgesetzt wird, dessen Feldlinienverlauf zumindest im Wesentlichen dem geplanten Feldlinienverlauf im herzustellenden Transformatorkern entspricht. Die Vorteile einer so hergestellten weichmagnetischen Schicht bzw. so hergestellter Transformatorbleche oder Transformatorkerne ist bereits er ¬ läutert worden. Mittels des Abscheideprozesses werden die hartmagnetischen Partikel, deren Magnetisierung sich beim Betrieb des Transformators nicht ändert, in einer bestimmten Ausrichtung in der sie umgebenden Matrix des Gefüges festge- legt, weswegen das durch sie erzeugte Magnetfeld im Betrieb des Transformators das Magnetfeld aufgrund der im Transforma ¬ tor ablaufenden Prozesse überlagert. Hierdurch wird das Mag ¬ netfeld im Transformator stabilisiert und Abweichungen vom gewünschten Feldlinienverlauf werden abgeschwächt. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, eine gezielte Korrektur des beim Betrieb entstehenden Magnetfeldes im Transformator vorzunehmen. Um dies zu bewerkstelligen, muss für das Magnetfeld, welches während des Abscheideprozesses der sich ausbildenden Schichten eingesetzt wird, gezielt mit Abweichungen versehen werden, die eine Ausrichtung der hartmagnetischen Partikel mit gewollten Abweichungen von dem geplanten Feldlinienverlauf im herzustellenden Transformatorkern erzeugt. Hierdurch wird auch im späteren Betrieb des Transformators durch die eingebauten hartmagnetischen Partikel ein Magnetfeld mit ab- weichenden Feldlinienverlauf im Vergleich zum geplanten Feldlinienverlauf im herzustellenden Transformatorkern erzeugt. Das abweichende Magnetfeld korrigiert dann das im Transforma ¬ torkern tatsächlich entstehende Magnetfeld in der gewünschten Weise, womit vorteilhaft zum Beispiel ungewollte Abweichungen des tatsächlich erzeugten Feldlinienverlaufs eines Transformators vom an sich gewünschten Feldlinienverlauf korrigiert werden können.
Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft vorgesehen werden, dass in die Startschichten und/oder in die Trennschichten Nanopartikel eingebaut werden, die wie die betreffende Schicht, in die sie eingebaut werden, elektrisch leitend oder elektrisch isolierend sind. Die che ¬ mischen Elemente der Nanopartikel werden so ausgewählt, dass ihr Einbau in die Matrix der betreffenden Schicht durch vom Schichtmaterial abweichende Atomradien zu mechanischen Eigen ¬ spannungen in der betreffenden Schicht führen. Mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens lassen sich daher in dem herzustellenden Produkt Eigenspannungen erzeugen, deren positive Auswirkungen (Verringerung des Magnetisierungsverlustes und Erhöhung der Permeabilitätszahl) vorstehend bereits beschrieben wurde. Die positive Wirkung ist auf die Immobilisierung der der Bloch-Wände zurückzuführen. Genauso kann vorteilhaft für die Startschichten ein elektrisch leitfähiges Material abgeschieden werden, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient sich um mindestens 10 und höchstens 30 % von dem der weichmagnetischen Schichten unterscheidet. Auch hierdurch lassen sich im Betrieb wegen der Erwärmung des Transformatorkerns Eigenspannungen erzeugen, die das magnetische Verhalten des Transformators in der bereits beschriebenen Weise positiv beeinflussen . Nachfolgend werden mögliche Parameter für die Herstellung der Transformatorkerne oder Transformatorbleche mittels elektro ¬ chemischen Beschichtens beispielhaft erläutert. Die Herstel ¬ lung eines Transformatorbleches erfolgt danach durch eine Ab- folge der beschriebenen Grundschritte gleichzeitig auf beiden Seiten, um die erforderliche Beschichtungszeit zu halbieren. Der Grundkörper wird zunächst mit einer elektrischen Isolationsschicht durch Phosphatieren hergestellt. Je nach Mate ¬ rial des Grundkörpers entsteht beispielsweise Eisenphosphat oder Zinkphosphat. In einem nächsten Schritt wird auf der elektrisch isolierenden Trennschicht aus Phosphat eine Start ¬ schicht für eine nachfolgende elektrochemische Abscheidung aufgebracht. Dies kann durch einen ersten Zwischenschritt er ¬ folgen, bei dem leitfähiges Eisen oder Nickel in Form von Pulvern durch Verdüsen oder Kaltgasspritzen aufgebracht wird. Alternativ kann das Metall auch durch Sputtern oder Aufdampfen aufgebracht werden, was sich vor allen Dingen bei kleinen Werkstücken lohnt. In einem zweiten Schritt wird Eisen,
Eisenphosphor, Nickel oder eine Eisennickellegierung elektro- chemisch mittels stromloser Abscheidung abgeschieden, bis die so gebildete Schicht eine genügende Dicke für einen nachfol ¬ genden galvanischen Beschichtungsschritt (d. h. unter Anlegen eines Abscheidestromes) erhalten hat. Dann erfolgt die galva ¬ nische Abscheidung einer amorphen Eisenphosphorlegierung oder einer Nickeleisenlegierung, welche die weichmagnetische
Schicht bildet. Hierbei kann im Einzelnen folgendermaßen vorgegangen werden.
Als Grundkörper wird eine entfettete, gereinigte und akti- vierte Metallfolie von beispielsweise 20 ym Dicke verwendet, die aus Eisen, Nickel oder einer Nickeleisenlegierung besteht. Diese wird beidseitig durch Tauchen, Spritzen oder elektrochemisch phosphatiert . Die Phospatierung erfolgt mit einer eisenphosphat- oder zinkphosphathaltigen Lösung und an- schließender Trocknung bei unter 100°C. Die hierzu notwendi ¬ gen Chemikalien können beispielsweise bei der Firma SurTec bezogen werden. Die Phosphatierung kann auch kathodisch unter Verwendung eines Elektrolyten erfolgen, der eine oder mehrere der folgenden Ionenarten enthalten kann: Zn 2+ , Ca + , P0 4 3+ , NC>3 ~ oder C10 3 ~ oder F ~ . Diese elektrochemische Abscheidung kann bei einer Temperatur von 25°C einem pH-Wert zwischen 1 und 4 und einer Stromdichte zwischen 5 und 250 mA/cm 2 erfolgen. Durch
Variation der Stromdichte und der anderen üblichen Abscheideparameter können unterschiedliche Schichtdicken bis zu 100 ym (bevorzugt 1 bis 20 ym) erzeugt werden. Durch ein Pulse Pla- ting kann die Schicht auch mit Poren erzeugt werden, die in einem nächsten Schritt einer Aufnahme von Nickel-, Eisenoder Nickeleisenpartikeln dienen.
Der Schritt der Beschichtung mit den genannten Partikeln wird bevorzugt durch Verdüsen oder durch Kaltgasspritzen bewerk- stelligt. Dies erfolgt ihr Einbau durch eine stromlose Ab ¬ scheidung einer Eisenphosphorlegierung oder Nickel mit einer Schichtdicke von bevorzugt 0,3 ym. Der verwendete Elektrolyt enthält Eisensulfat, Natriumhypophosphit , Kaliumnatrium- tartrat, Borsäure und in geringen Mengen Zuckersäure. Mit 15- prozentiger Natronlauge wird ein pH-Wert von 8 bis 11,5 ein ¬ gestellt, wobei der stromlose Abscheideprozess bei 50 bis 85°C erfolgt. Bei 80°C und einem pH-Wert von 10,5 erhält man eine Eisenphosphorlegierung mit 94,5 Gew.-% Eisen und 5,5 Gew.-% Phosphor.
Für eine Nickelabscheidung kann ein Elektrolyt verwendet werden, der Nickelsulfat, Natriumglykolat und Natriumhy ¬ pophosphit enthält. Mit Natronlauge wird der pH-Wert auf 4 bis 5 eingestellt. Die stromlose Abscheidung wird bei einer Badtemperatur zwischen 90 und 95 °C durchgeführt.
Sobald eine geschlossene Startschicht vorliegt, kann nun das elektrochemische Abscheiden der amorphen Eisen-Phosphor- oder Nickel-Eisenlegierung erfolgen. Diese elektrochemische Abscheidung der weichmagnetischen Schicht wird mit Abscheidebädern durchgeführt, die aus wässrigen Lösungen von
Eisen (II) Salzen bestehen. Es kann beispielsweise
Eisen ( 11 ) chlorid, Eisen (II) sulfat, Eisen ( 11 ) fluoroborat oder Eisen ( I I ) sulfamat verwendet werden. Als Phosphordonator wird ein Hypophosphit oder Orthophosphit eingesetzt (beispiels ¬ weise Natriumhypophosphit oder Natriumorthophosphit) . Hier ¬ durch entstehen die gewünschten Eisenphosphorlegierungen in der Schicht. Bei dem galvanischen Abscheiden können lösliche Anoden aus Eisen, vorzugsweise aus reinem Eisen, oder unlösliche Anoden, beispielsweise aus platiniertem Titan, verwendet werden. Die Abscheidung erfolgt bei Temperaturen zwischen 40 und 70°C. Die gewählte Stromdichte liegt bei 10 bis 100 A/dm 2 . Der Abscheideprozess kann nach einem Gleichstromverfahren oder besonders vorteilhaft durch ein Reverse Pulse Plating durchgeführt werden.
Soll eine Nickel-Eisen-Abscheidung erfolgen, kann ein
Elektrolyt, bestehend beispielsweise aus Nickelchlorid,
Eisenchlorid, Natriumchlorid, Natriumsacharin, Natriumlauryl- sulfat und Borsäure verwendet werden. Die Abscheidung erfolgt bei 30 °C und einem pH-Wert von 3 mit einer Stromdichte von 0,5 bis 8 A/dm 2 . Als Anoden kommen Nickel- oder Eisenanoden zum Einsatz. Nach Erreichen der erforderlichen Schichtdicken (z. B. 0,23 mm) wird der oben bereits beschriebene Verfah ¬ rensschritt der Phosphatierung wiederholt. Werden mit dem oben beschriebenen Verfahren Transformatorbleche hergestellt, so kann die erforderliche Form auf verschie ¬ dene Weise erreicht werden. Entweder wird das Transformatorblech als Halbzeug großflächig hergestellt, wobei durch Tren- nen des Transformatorbleches (beispielsweise Ausstanzen) die bekannten Formen für die Transformatorbleche in Form eines E und I hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, bereits den Grundkörper in die erforderliche Form des Transformatorbleches zu bringen und anschließend zu beschichten, wobei das Transformatorblech dann gleich in seiner erforderlichen
Gestalt entsteht. Um hierbei die Maßhaltigkeit zu garantie ¬ ren, ist insbesondere eine Beschichtung nach dem Reverse Pulse Plating besonders vorteilhaft. Auf diesem Weg können Transformatorbleche in allen gebräuchlichen Konfigurationen (M, EI, UI und LL) wie auch Blechbänder zur Herstellung von Schnittbandkernen oder auch ringförmige Transformatorbleche zur direkten spaltlosen Herstellung von Ringkernen hergestellt werden. Ausgewählte Zwischenprodukte des oben bei ¬ spielhaft beschriebenen Verfahrens sind in den Figuren 4 bis 7 genauer beschrieben.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen nachfolgend aus der Zeichnung hervor, wobei in den Figuren gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente jeweils mit den gleichen Be- zugszeichen versehen sind und nur insoweit mehrfach erläutert werden, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen
Figur 1 eine Anordnung für das elektrochemische Beschichten eines Transformatorbleches als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 den Stromverlauf eines Reverse Pulse Platings als Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 3 den Prozess der Schichtentstehung bei einem Verfahren gemäß Figur 2 in einem Ausschnitt des Bauteils,
Figur 4 bis 7 verschiedene Zustände bei der Entstehung von
Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Transformatorbleches als Schnitt bei der
Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Figur 8 und 9 die Ausschnitte VIII und IX aus den Figuren 6 und 7.
Figur 1 zeigt ein galvanisches Bad 11, welches für eine Be- schichtung eines Grundkörpers 12 eines Transformatorbleches geeignet ist. Dieser Grundkörper ist ringförmig aufgebaut und besitzt daher bereits die Gestalt des zu verbauenden Trans ¬ formatorbleches. Der Grundkörper 12 soll beidseitig beschich ¬ tet werden, weswegen Gegenelektroden 13 auf beiden Seiten angeordnet sind und in ihrer Ausdehnung dem Grundkörper 12 entsprechen, um ein möglichst gleichmäßiges elektrisches Feld im verwendeten Elektrolyten 14 zu erzeugen. Der Grundkörper 12, der die Arbeitselektrode bildet, und die Gegenelektroden 13 sind über eine Steuerung 15 miteinander verschaltet, wobei über die Steuerung 15 der Abscheidestrom kontrolliert werden kann .
Eine mögliche Steuerung des Abscheidestroms ist in Figur 2 dargestellt. An dem als Arbeitselektrode geschalteten Grund ¬ körper 12 gemäß Figur 1 liegt die Abscheidestromdichte i an. Dieser wird gemäß Figur 2 über die Zeit t betrachtet. Abwech- selnd werden bei dem Reverse Pulse Plating kathodische Strom ¬ impulse mit einer Abscheidestromdichte i c und anodische
Stromimpulse mit einer Abscheidestromdichte i a erzeugt. Unter Berücksichtigung der jeweiligen zugehörigen Impulslängen t c und t a ist bei der Führung des Reverse Pulse Platings zu be ¬ rücksichtigen, dass insgesamt ein Schichtaufbau erfolgen muss. Dies setzt voraus, dass die Integrale der Stromdichte i über die Zeit t Q c des kathodischen Strompulses größer sind als Q a des anodischen Strompulses.
Durch die Stromführung lässt sich ein Schichtwachstum erzeugen, wie es in Figur 3 dargestellt ist. An den Kanten können die Unregelmäßigkeiten 16 beim kathodischen Schichtwachstum, dargestellt durch die Kontur 17, weitgehend korrigiert wer- den, da beim nachfolgenden anodischen Strompuls die Unregelmäßigkeit 16 überproportional abgebaut wird und nach dem ano ¬ dischen Strompuls die Kontur 18 vorliegt. Dabei ist die ano ¬ dische Auflösung des Materials geringer als das kathodische Wachstum, weswegen auf dem Grundkörper 12 abgeschiedenes Ma- terial verbleibt. Der Vorgang ist gemäß Figur 3 stark über ¬ höht dargestellt, um den Verlauf der Konturen 17, 18 zu visu- alisieren .
Die in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Zwischenprodukte des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich mit dem oben bereits genannten Beispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugen .
In Figur 4 ist der Grundkörper 12 als Folie dargestellt.
Diese ist bereits auf beiden Seiten mit einer elektrisch iso ¬ lierenden Trennschicht 19 durch Phosphatierung versehen. Auf der Trennschicht 19 sind weiterhin Partikel 20 für eine
Startschicht 21 aufgebracht, die sich Figur 5 entnehmen lässt. Die Partikel 20 können beispielsweise durch Verdüsen auf die Trennschicht 19 aufgebracht werden und sind in Figur 5 nicht mehr erkennbar, da die Startschicht 21 aus demselben Material wie die Partikel 20 besteht. In einem nachfolgenden (nicht mehr dargestellten) Verfahrensschritt kann nun ein elektrochemisches Beschichten auf der Startschicht 21 mit dem Material von weichmagnetischen Schichten 22 (siehe Figur 6) erfolgen. Diese gewährleisten die Funktion des Transformatorkerns . In Figur 7 ist dargestellt, wie auf den Grundkörper nach dem Aufbringen der weichmagnetischen Schichten 22 auf beiden Seiten wiederum jeweils eine Trennschicht 19 ausgebildet wurde und auf die so entstehenden Trennschichten 19 jeweils Parti ¬ kel 20 für eine Startschicht abgeschieden wurden. Nachfolgend können die zu Figur 5 beschriebenen Schritte beliebig oft wiederholt werden, bis die gewünschte Dicke des Transforma ¬ torbleches oder die gewünschte Gestalt des Transformatorkerns erreicht ist. Die zum Einsatz kommenden Startschichten 19 können bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise aus Kup- fer gebildet werden. Damit befindet sich zwischen den Trennschichten 19 und den weichmagnetischen Schichten 22 in Richtung der Schichtbildung immer eine Schicht aus Kupfer, was den in Figur 7 dargestellten Schichtaufbau hervorruft. In Figur 6 ist ein Schichtaufbau dargestellt, bei dem die
Partikel 20 aus demselben Material bestehen, wie die weich ¬ magnetische Schicht 22. Nach Aufbringen der Partikel 20 ent ¬ steht dann ein Schichtaufbau, der dem in Figur 5 abgebildeten ähnlich ist. Allerdings sind die Trennschichten 21 im
Schichtverbund gemäß Figur 6 nicht mehr zu erkennen, da diese zusammen mit den weichmagnetischen Schichten 22 ein einziges Gefüge ergeben. Den Figuren 8 und 9 lässt sich schematisch entnehmen, wie der Einbau von Partikeln in verschiedene Schichten des erfindungsgemäßen Schichtverbundes für Transformatorbleche erfol ¬ gen kann. Gemäß Figur 8 sind in der weichmagnetischen Schicht 22, die aus Nickeleisen besteht, Nanopartikel 23 ebenfalls aus Nickeleisen vorgesehen. Die weichmagnetische Schicht 22, die beim elektrochemischen Beschichten amorph aufwächst, kann so gezielt mit einem nanokristallinen Gefüge versehen werden. Gestrichelt eingezeichnet sind Korngrenzen 24, die durch den Einbau der Nanopartikel 23 entstehen und so in der amorphen Matrix der Schicht 22 Gefügekörner mit nanokristallinen Abmessungen entstehen lassen. Weiterhin können die Nanopartikel 23 selbst ebenfalls amorph oder kristallin ausgebildet sein. Für den Fall, dass die Nanopartikel 23 selbst kristallin aus- gebildet sind (wie in Figur 8 dargestellt) , entstehen durch die Nanopartikel weitere Körner in der amorphen Matrix der Schicht 22, so dass die in Figur 8 dargestellten Konturen der Partikel 23 auch Korngrenzen darstellen. Wären die Partikel 23 selbst amorph, so würden diese mit der amorphen Matrix der weichmagnetischen Schicht 22 verschmelzen und würden quasi unsichtbar sein.
Zur Induzierung einer Anisotropie und daraus folgend zur In ¬ duzierung von Eigenspannungen können in die Startschicht 21 aus Metall, die beispielsweise aus Kobalt bestehen kann, na- nokristalline Partikel 25 einer FeCuNbSiB-Legierung oder aus amorphen Eisenlegierungen (z. B. FeSiB-Legierung) eingebracht werden. Diese Partikel werden in das chemische Abscheidebad zur stromlosen Abscheidung dispergiert und dann mit der
Startschicht 21 zusammen abgeschieden. Die Konzentration der Partikel 25 kann über die Temperatur, die Bewegungsgeschwindigkeit des Elektrolyten (aufrühren) und Zusammensetzung des Elektrolyten eingestellt werden. Weiterhin können in die Trennschicht 19 Nanopartikel 26 aus AI 2 O 3 oder Cr03 eingebracht werden (vgl. auch Figur 9) . Diese Nanopartikel 26 führen ebenfalls zu Eigenspannungen und verbessern daher das hergestellte Transformatorblech in der oben bereits erwähnten Weise. Die Nanopartikel 26 können ent ¬ weder dem Elektrolyten bei einer elektrochemischen Phosphatierung oder einem Precusor bei der Phosphatierung durch Tauchen oder Spritzen zugemischt werden und werden dann in die aufgetragene Schicht automatisch mit eingebaut.
Eine Anisotropie des Gefüges aufgrund unterschiedlicher Aus ¬ dehnungskoeffizienten lässt sich auch durch die Verwendung eines geeigneten Materials wie Gold, Silber, Kupfer oder Alu- mium als Startschicht 21 erzeugen. Diese Metalle erzeugen die Eigenspannungen bei Erwärmung des Transformatorbleches durch ihre von den benachbarten Schichten abweichenden Ausdehnungskoeffizienten.
In Figur 9 auch dargestellt ist die Einbringung von magneti- sehen Partikeln 27, welche auch als Nanopatikel ausgeführt sein können. Schematisch dargestellt ist ein Magnetfeld 28, welches das magnetische Partikel 27 aufweist und welches in Richtung des gewünschten Feldlinienverlaufes in der weichmag ¬ netischen Schicht 22 ausgerichtet ist. Für die magnetischen Partikel 27 können alle bekannten hartmagnetischen Legierungen verwendet werden.
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