Ferritkerne mit Luftspalt werden unter anderem bei Applikati- onen mit Gleichstrom-Vormagnetisierung, insbesondere als Lei- tungsdrosseln oder DSL-Splitter eingesetzt. Bei der Entwick- lung solcher Kerne und der dazugehörigen weichmagnetischen Materialien ist es ein Designziel, Kerne mit möglichst konstantem Induktivitätsfaktor AL bei unterschiedlichen Vor- magnetisierungen zu erhalten und insbesondere Materialien zu entwickeln, die den Induktivitätsfaktor bei möglichst hohen Strömen bzw. bei möglichst hoher Vormagnetisierung aufrecht erhalten können. Bezüglich der Materialentwicklung wird die- ses Ziel durch einen möglichst hohen Wert der Sättigungsfluß- dichte eines weichmagnetischen Materials im Anwendungstempe- raturbereich erzielt. Auch technologische Maßnahmen zur Gefü- gegestaltung, welche die Anfangspermeabilität und die Form der Hystereseschleife beeinflussen, sind für diese Optimie- rung geeignet.

Ebenso entscheidend ist die Wahl der Kernform, wobei eine möglichst homogene Querschnittsverteilung angestrebt wird.

Ein Kern mit ungleichmäßigem Querschnitt erreicht in dem Teilbereich, in dem der Kern einen minimalen Querschnitt Amin aufweist, als erstes die Sättigung. Bei weiterer Steigerung der Vormagnetisierung bzw. beim Erreichen der Sättigung in dem genannten Teilbereich wirkt dieser wie ein Luftspalt mit der Folge, daß die gesamte Induktivität einer diesen Kern enthaltenden Spule sinkt. Dies widerspricht dem oben genann-

ten Optimierungsziel und ist für die Kernentwicklung nachtei- lig.

Aus der Druckschrift DE 19843868 AI ist eine Vorrichtung zur Bestimmung dynamischer Kennwerte magnetisierbarer Werkstoffe bekannt, bei der ein Sensor zur Bestimmung der Magnetfeld- stärke H bzw. des magnetischen Flusses B vorgesehen ist. Die Sättigungflußdichte kann aus dem Verlauf der entsprechenden Hysteresenkurve B (H) bestimmt werden. Auch aus den Druck- schriften US 5574363 sind Verfahren zur Bestimmung von Sätti- gungsflußdichte bzw. zum Prüfen magnetischer Eigenschaften eines weichmagnetischen Materials bekannt, die allerdings nicht zu Messungen an Kernen mit Luftspalt geeignet sind.

Eine direkte Messung der Sättigungsflußdichte an Kernen mit beliebiger Form und insbesondere an Kernen mit Luftspalt ist bislang nicht bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah- ren zur Bestimmung der Sättigungsflußdichte anzugeben, wel- ches einfach und exakt für unterschiedliche Kernformen, ins- besondere für Kerne mit Luftspalt durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal- tungen der Erfindung, sowie ein Material, welches mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens spezifiziert ist und vor- teilhafte Verwendungen des Verfahrens sind weiteren Ansprü- chen zu entnehmen.

Bei der Entwicklung neuer Materialien und neuer Kernformen ist es notwendig, sowohl beim erstmaligen Bestimmen als auch zur Qualitätssicherung die Gleichstrom-Vormagnetisierbarkeit und insbesondere die erreichbare Sättigungsflußdichte Bs zu bestimmen. Zu deren Ermittlung wird in einem möglichen Ver- fahren der Abfall der Permeabilität des zu untersuchenden Kerns bzw. der Abfall der Induktivität L (Idc) einer diesen

Kern enthaltenden Spule in Abhängigkeit von der Stromstärke Ide eines Gleichstroms (Bias) bestimmt. Dabei wird bei der Kernherstellung zunächst ein vorgegebener, auch als Indukti- vitätsfaktor AL = L/N2 bezeichneter Sollwert des Induktivi- tätsfaktors eingestellt, insbesondere durch Ein-oder Aus- schleifen eines Luftspalts im Kern. An eine an dem Kern an- liegende Wicklung wird mit einem Gleichstrom ein Magnetfeld eingespeist und der Abfall der realen Induktivität der Spule in Abhängigkeit von dem eingespeisten Gleichstrom gemessen.

Als Spezifikationswert für den zu untersuchenden Kern wird die Stromstärke bzw. das magnetische Feld ermittelt, bei dem die reale Induktivität der Spule einen vorgegebenen Abfall, typischerweise um 10 % oder 20 % vom Nominalwert L (0) einer Anfangsinduktivität erreicht hat.

Wie reale Messungen bei unterschiedlichen Kernen zeigen, ist der so bestimmte Spezifikationswert stark von der genauen Einstellung der vorgegebenen Kernform, d. h. des anfänglichen AL-Werts AL (0) abhängig. Beispielsweise wird bei einem bezüg- lich des AL-Nominalwerts wegen Toleranzfehler höheren realen AL-Wert ein-in Bezug auf den Wert der Stromstärke, der bei der realen Kernform der tatsächlichen Sättigungsflußdichte des Kernmaterials entspräche-zu niedriger Spezifikations- wert ermittelt und daher der Wert für die Sättigungsfluß- dichte des Kernmaterials zu niedrig geschätzt. Die mangelnde Genauigkeit bei der tatsächlichen Kernform bzw. bei der Ein- stellgröße AL-Wert führt daher zu einem Spezifikationswert, der niedriger liegt als der eigentliche materialimmanente Wert. Damit kann aber auch dieser Wert nicht mehr die volle Performance des Materials, insbesondere die maximale Sätti- gungsflußdichte widerspiegeln. Da aber gleichzeitig die er- zielte Steigerung bei der Entwicklung neuer weichmagnetischer Materialien sich in den letzten Jahren im Bereich von maximal 10 % bewegt hat, führt die dargelegte Ungenauigkeit bei der Angabe des Spezifikationswertes zu einer nominal nur gering- fügigen Verbesserung der Produkteigenschaften, zumindest aber bezüglich der angegebenen Spezifikation.

Neben dieser indirekten Bestimmung der Sättigungsflußdichte Bs ist auch eine direkte Messung der Sättigung möglich, al- lerdings nur mit Hilfe eines aufwendigen Spezialmeßplatzes (BH-Meter). Nachteilig an dieser direkten Messung ist weiter- hin, daß die Messung aus meßtechnischen Gründen aufgrund der Wechselstrombegrenzung in der Regel nur für geschlossene Kernformen, insbesondere für Ringkerne durchgeführt werden kann. Eine direkte Messung der Sättigungsflußdichte an Kernen mit beliebiger Form und insbesondere an Kernen mit Luftspalt ist nicht möglich. Die indirekte Messung ist aber, wie be- reits erläutert, mit der genannten großen Ungenauigkeit be- haftet.

Mit der Erfindung wird eine Möglichkeit angegeben, eine in herkömmlicher Weise mit Standardvorrichtungen und Standard- verfahren bestimmtes Induktivitätsverhalten einer Testspule mit einem zu untersuchenden Kern über einer Gleichstromvor- magnetisierung des Kerns zu bestimmen und daraus in erfin- dungsgemäßer Weise die Sättigungsflußdichte zu ermitteln. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von der Einstellung eines AL-Wertes bzw. von den Toleranzfehlern bezüglich der Kerngeometrie, und lie- fert einen weitgehend richtigen, materialimmanenten Wert für die Sättigungsflußdichte des Kernmaterials weitgehend unab- hängig von der realen Kernform.

Es wird erstmals die Möglichkeit angegeben, aus dem-durch die Messung der realen Induktivität L'(IdC) einer Testspule in Abhängigkeit von der Stromstärke Id, des an eine Kernwick- lung angelegten Gleichstroms ermittelten-Wert Idc = Is', bei dem die reale Induktivität auf 50 % des ohne Vormagnetisie- rung erhaltenen Wertes L'(0) absinkt, direkt auf die reale Sättigungsflußdichte Bs'des Kernmaterials zu schließen bzw. diese daraus zu berechnen.

Es wird außerdem erstmals die Möglichkeit angegeben, aus der Messung der realen Induktivität einer Testspule bei dem- durch die Messung der Anfangsinduktivität der Testspule für die reale Kernform ermittelten-Sollwert Is der Stromstärke des Gleichstroms, bei dem die Induktivität auf 50% des ohne Vormagnetisierung erhaltenen Wertes absinken soll, auf das Erreichen des Nominalwerts Bs der Sättigungsflußdichte zu schließen.

Unter den aktuellen bzw. realen Parametern (Kernform, Sätti- gungsflußdichte) versteht man im Sinne der Erfindung Parame- ter eines realen Kerns, die aufgrund Toleranzfehler ggf. von den entsprechenden Nominalwerten abweichen.

Mit Hilfe eines neu aufgefundenen Anpassungsparameters, der die Kernform berücksichtigt, ist das Verfahren auch univer- sell auf unterschiedlichste Kernformen anwendbar und ermög- licht in eindeutiger und sicherer Weise die genaue Angabe der Sättigungsflußdichte.

Zum Durchführen des hier angegebenen Verfahrens zur Überprüfung der Sättigungsflußdichte werden die folgenden Schritte durchgeführt A) Bereitstellen eines zu untersuchenden Kerns (K) aus dem weichmagnetischen Material, mit vorgegebenen Kernform- Parametern B) Versehen des Kerns mit einer Wicklung (W), wobei eine Testspule gebildet wird, die durch eine, von der Strom- stärke IdC eines Gleichstroms abhängige, reale Induktivität L' (Id, ) charakterisierbar ist C) Messung der realen Anfangsinduktivität Lo'= L (0) der Testspule bei der Stromstärke Idc = 0 D) Berechnen des Sollwerts Is der Sättigungsstromstärke, bei dem eine Abnahme der realen Induktivität L' (Idc) der Test-

spule um 50 % gegenüber dem Wert Lo'erfolgen soll, wobei der Wert Is auf der Basis des gemessenen Werts Lo'unter Annahme der nominalen Kernform-Parameter und des nominalen Wertes Bs berechnet wird E) Anlegen eines Gleichstroms der im Schritt D für die Test- spule ermittelten Sättigungsstromstärke Is an die Wicklung der Testspule F) Messung der realen Induktivität La'der Testspule bei dem Gleichstrom der Sättigungsstromstärke Is G) Vergleichen der realen Induktivität Lao mit dem Wert 0,5 Lo'und H) Treffen einer Aussage über das Erreichen des spezifizier- ten Werts Bs der Sättigungsflußdichte im zu untersuchenden Kernmaterial, wobei dem Kern im Fall La < O, 5 Lo'die Be- wertung"Spezifikation nicht erfüllt"und im Fall La'> 0,5 Lo'die Bewertung"Spezifikation erfüllt"zugeordnet wird.

Die Schritte E und F können in einer Variante des Verfahrens als ein Schritt durchgeführt werden. Die Schritte G und H können ebenfalls in einem einzigen Schritt durchgeführt wer- den.

Unter einer Testspule wird die Drahtwicklung mit dem magneti- schen Kern verstanden.

Unter einer Anfangsinduktivität der Spule versteht man im Sinne der Erfindung die (entweder nominale oder reale, d. h. durch eine Messung ermittelte) Induktivität der Spule mit ei- nem nicht vormagnetisierten Kern, die bei einer Stromstärke IdC = 0 des Gleichstroms bestimmt wird. Die Anfangsinduktivi- tät wird beim Anlegen eines Wechselstroms geringer Amplitude gemessen.

Zum Durchführen des Verfahrens zur Bestimmung der Sätti- gungsflußdichte werden die Schritte A, B und C und danach die folgenden Schritte durchgeführt : D') Berechnen der realen effektiven Permeabilität zendes weichmagnetischen Materials aus dem gemessenen Wert Lo' E') Messung der Abhängigkeit der realen Induktivität La'der Testspule von der Stromstärke Idc eines Gleichstroms und Er- mitteln eines Wertes IS'tür die reale Sättigungsstromstärke, bei dem eine Abnahme der realen Induktivität L der Testspule um 50 % gegenüber dem Wert Lo'erfolgt F) Berechnen einer realen Sättigungsflußdichte Bs'im zu un- tersuchenden Kernmaterial gemäß der Formel 1 mit Hilfe des gewonnenen Wertes Is'für die reale Sättigungsstromstärke wobei go für die Permeabilität des Vakuums, yi für der Nomi- nalwert der Anfangspermeabilität des weichmagnetischen Mate- rials, N der Windungszahl der Wicklung (W), le für den Nomi- nalwert der effektiven Weglänge des Kerns, Ae für den Nomi- nalwert des effektiven Querschnitt des Kerns (K), und Amin für den Nominalwert des minimalen Querschnitt des Kerns (K) ste- hen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also möglich, ent- weder den absoluten Wert der Sättigungsflußdichte exakt zu bestimmen, oder alternativ in einer Einpunktmessung ein gege- benes Material zu überprüfen, ob es eine abgeschätzte oder vorgegebene Spezifikation erfüllt.

Ein weichmagnetisches Material soll beispielsweise eine vor- gegebene Spezifikation bezüglich BS (Nominalwert der Sätti-

gungsflußdichte) aufweisen. Anhand aus dem Material herge- stellter Kerne soll nun überprüft werden, ob das Herstellver- fahren oder der Verarbeitungsprozeß so ausgestaltet ist, daß die gewünschte bzw. angegebene Spezifikation erfüllt ist. Da- zu werden die Schritte A) bis C) wie angegeben durchgeführt.

Im nächsten Schritt wird ein für die reale Kernform spezifi- scher Sollwert IS der Sättigungsstromstärke gemäß einer er- findungsgemäß gefundenen Formel aus dem realen Wert Lo'der Anfangsinduktivität, den die Kernform definierenden Spezifi- kationswerten wie effektiver Querschnitt Ae, minimaler Quer- schnitt Amin, effektive Weglänge le und dem Spezifikationswert BS berechnet. Ein Gleichstrom dieser berechneten Sättigungs- stromstärke Is wird anschließend im Schritt E) über die Wick- lung an den Kern angelegt. Im Schritt F) wird die reale In- duktivität La'bei der angelegten Sättigungsstromstärke IS gemessen und im Schritt G) mit der realen Anfangsinduktivität Lo'bzw. mit dem entsprechenden, durch die reale Anfangsin- duktivität festgelegten Pegelwert z. B. 0,5 Lo'verglichen.

Liegt die gemessene Induktivität La'unter einem vorgegebe- nen, auf den Wert Lo'bezogenen Pegelwert, vorzugsweise dem 50 %-Wert der Anfangsinduktivität, ist also La'< 0,5 Lo' bzw. kleiner als ein anderer vorgegebener Pegelwert, so er- füllt der gemessene Werkstoff die angegebene Spezifikation nicht, d. h., der Werkstoff weist eine reale Sättigungsfluß- dichte BS'unterhalb der angegebenen Spezifikation Bs auf.

Ergibt die Messung allerdings, daß die bei der Stromstärke Idc = Is gemessene Induktivität Lao der Testspule gleich oder größer 50 % der realen Anfangsinduktivität Lo'ist, also Lao 2 0,5 Lo'beträgt, so erfüllt der Kern die angegebene Spezi- fikation für Mindestwert der Sättigungsflußdichte. Je mehr die gemessene Induktivität der Testspule den genannten 50 %- Wert der Anfangsinduktivität übertrifft, um so stärker über- trifft der gemessene Kern bezüglich der Sättigungsflußdichte auch die angegebene Spezifikation bzw. den spezifizierten Mindestwert.

Zur Berechnung der Sättigungsstromstärke Ig aus der als Spe- zifikation vorgegebenen Sättigungsflußdichte Bs wurde folgen- de Formel 2 gefunden :

wobei go für die Permeabilität des Vakuums, pi für die An- fangspermeabilität des weichmagnetischen Materials, He'für den durch die Messung ermittelten realen Wert der effektiven Permeabilität des weichmagnetischen Materials, N für die Win- dungszahl der Wicklung, le für die effektive Weglänge des Kerns, Ae für den effektiven und Amin für den minimalen Quer- schnitt des Kerns stehen. Bei der Berechnung der Stromstärke Is werden Nominalwerte für die Parameter Ae, Amin, lel Bs, y eingesetzt und der Wert . e' aus dem realen Wert Lo'der An- fangsinduktivität ermittelt.

Die effektive Permeabilität ye = yrev, e (0) ist der Anfangswert einer reversiblen effektiven Permeabilität bt"av, e (Idc) y wel- cher der Gleichstromstärke Id, = 0 entspricht.

Wird ein Material erstmals gemessen, um erstmals die Sätti- gungsflußdichte Bs'exakt zu bestimmen, so werden für das Verfahren weitere Meßpunkte benötigt. Durch Variation der Stromstärke Idc des an die Wicklung angelegten Gleichstroms, insbesondere durch kontinuierliche Steigerung dieses Gleich- stroms wird aus der Messkurve L'dc) z. B. durch Interpola- tion der Punkt Is'ermittelt, an dem ein Induktivitätsabfall (vorzugsweise genau) um 50 % erfolgt. Über diese Stromstärke wird mit Hilfe einer umgewandelten Formel die dazugehörige reale Sättigungsflußdichte Bs'berechnet. Diese berechnet sich gemäß der Formel 1 wie folgt : wobei die Parameter die gleiche Bedeutung wie in der bereits erläuterten Formel 2 haben. In diesem Fall werden Nominalwer- te für Parameter Ae, Ami-", le, iii eingesetzt, der Wert ye aus dem realen Wert Lo'der Anfangsinduktivität und der Wert Is' aus der Messkurve L' (Id,) ermittelt.

In Abhängigkeit von dem verwendeten Meßgerät zur Bestimmung der Induktivität ist es möglich, daß die Stromauflösung im gewünschten Bereich zu grob ist, um die benötigte Sättigungs- stromstärke Is'exakt abzulesen. In diesem Fall werden vor- zugsweise die beiden Werte, die dem gewünschten 50 % Abfall der Induktivität am nächsten kommen, hergenommen, und die ex- akte Stromstärke, die dem 50 % Abfall der Induktivität ent- spricht, durch Interpolation ermittelt.

In Abhängigkeit von dem verwendeten Meßgerät kann es auch er- forderlich sein, die Ströme bzw. Stromstärken in einem engen Bereich einzustellen, da sie nur dort exakt gemessen werden können. Da die Sättigungsstromstärke IS'jedoch das Ergebnis der Messung sein soll, müssen dazu die Rahmenbedingungen, die die Stärke des Sättigungsstroms bestimmen, entsprechend ange- paßt werden. Aus der Formel 2 ergibt sich beispielsweise, daß die Sättigungsstromstärke Ig proportional zur effektiven Weg- länge le des Kerns ist und gleichzeitig reziprok zur Win- dungszahl N der Wicklung. Für kleinere Kerne mit kleinerer effektiver Weglänge kann es daher vorteilhaft sein, die An- zahl N der Windungen zu erhöhen, damit die gemessene Strom- stärke IS in einem meßtechnisch erfaßbaren Bereich zu liegen

kommt. Eine genaue Bestimmung der Sättigungsflußdichte ist auf jeden Fall immer dann möglich, wenn die von der Kernform abhängige effektive Permeabilität ye weniger als 5 % der an- fänglichen Permeabilität pi beträgt, was bei magnetischen Kernen mit einem unterbrochenen Magnetkreis und ausreichend großen durchgehenden Schlitzen der Fall ist. Über die Abhän- gigkeit AL- läßt sich ye durch die variierbaren Größen in obiger Glei- chung in einem gewünschten Bereich einstellen, um die angege- bene Relation zwischen e und i einzustellen. Während die Anfangspermeabilität yi ein bei gegebenem Material unverän- derlicher Materialparameter ist, kann die effektive Permeabi- lität Me durch Vergrößerung des Luftspalts reduziert werden.

Soll ein mit einer Wicklung fest verbundener Kern mit einer in Bezug auf den Wert 0, 05pi zu hohen effektiven Permeabili- tät jedoch zerstörungsfrei gemessen werden, so kann dennoch das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, wobei dann jedoch nur ein Mindestwert für die zu bestimmende Spezifika- tion, also für die Sättigungsflußdichte ermittelt wird, wobei der reale Wert für die Sättigungsflußdichte über dem erhalte- nen Mindestwert liegt.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren an Kernen mit Luftspalt durchgeführt. Ein bevorzugtes Gerät zur Bestim- mung der Induktivität nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine handelsübliche LCR-Brücke.

Da die Erfindung erstmals die exakte Bestimmung der Sätti- gungsflußdichte mit Hilfe eines einfachen und schnell durch- zuführenden Verfahrens erlaubt, können Kerne damit auch bei Massenfertigung trotzdem noch exakt spezifiziert werden. Da- mit ist die Charakterisierung eines weichmagnetischen Kerns mit der erfindungsgemäß bestimmten Spezifikation Bs neu und vorteilhaft. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet sich daher

als Standardverfahren für weichmagnetische Kerne an und hat den weiteren Vorteil, daß über eine Kleinsignalmessung eine Materialgröße, die ansonsten nur im Aussteuerungsbereich be- stimmbar ist, bei beliebigen Kernformen und auch unter stärkster Scherung bestimmt werden kann. Dies steht im Gegen- satz zur bisher allgemein akzeptierten Tatsache, daß Materi- alparameter ausschließlich an querschnittsgleichen, geschlos- senen Kernen (Ringkernen) gemessen werden können. Das erfin- dungsgemäße Verfahren kann nur zur Prozeßsteuerung eingesetzt werden, um das Induktivitätsverhalten über der Gleichstrom- vormagnetisierung zu optimieren. Möglich ist es aber auch, die Sättigung an mit Luftspalt versehenen Kernen exakt zu bestimmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels und der dazugehörigen Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt das Verhalten des AL-Werts mit zunehmender Gleichstromvormagnetisierung Figur 2 zeigt die Magnetisierungskurve eines Kerns mit Luftspalt Figur 3 zeigt das Verhalten der reversiblen Permeabilität über dem Magnetfeld Figur 4 zeigt das Verhalten der reversiblen effektiven Per- meabilität unterschiedlicher Kerne über der Gleichstromvor- magnetisierung Figur 5 zeigt die Darstellung gemäß Figur 4 mit auf den An- fangswert normierter Permeabilität Figur 6 zeigt den gemessenen und berechneten bzw. korri- gierten AL-Wert über der Stromstärke der Gleichstromvormagne- tisierung

Figur 7 zeigt eine Versuchsanordnung zur erfindungsgemäßen Bestimmung der Sättigungsflußdichte Figur 1 zeigt die Problematik, die sich bei der Bestimmung der Sättigung aus der Gleichstromvormagnetisierung nach be- kannten Verfahren ergibt. Dort war es erforderlich, den AL- Wert, auch Induktivitätsfaktor genannt, bei einem Kern auf einen Startwert (z. B. 100 nH) einzustellen und den Wert der Stromstärke des an die Wicklung einer Testspule angelegten Gleichstroms zu bestimmen, bei dem ein Abfall es AL-Werts um einen gegebenen Prozentsatz, in der Figur beispielsweise 20 % gegenüber dem nominalen Anfangswert AL (0), gemessen wird. Die Messung ist abhängig von der Genauigkeit, mit der der reale, ggf. vom nominalen Anfangswert abweichender AL-Startwert ein- gestellt werden kann. Diese Einstellung unterliegt einer Schwankungsbreite, die sich nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand reduzieren läßt.

Figur 1A zeigt den Verlauf des A-Werts über der Stromstärke der Gleichstromvormagnetisierung für zwei Kerne, die unter- schiedliche, innerhalb des Toleranzbereichs bzw. innerhalb der normalen Abweichung liegende Anfangswerte des Induktiv- tätsfaktors AL aufweisen. Es zeigt sich, daß beim Kern mit einem bezüglich des Nominalwerts höheren realen AL-Wert der 20 % Abfall bereits bei einer geringeren Stromstärke erreicht wird, als beim Kern mit dem nominalen AL-Wert. Nimmt man die erhaltene Stromstärke als Maß für die Sättigung des Materials im realen Kern, wie dies bisher notgedrungen der Fall war, erhält man eine Ungenauigkeit in der Spezifikation, die dann um die Schwankungsbreite als Toleranz niedriger angegeben werden muß, um ein sicheres Einhalten der Spezifikation zu gewährleisten.

Figur 1B zeigt dieselbe Messung wie Figur 1A in anderer Dar- stellung, wobei lediglich der A-Wert auf den Anfangswert normiert ist. Trotz Normierung zeigt sich auch hier, daß der 20 % Abfall des AL-Werts vom Anfangswert in Abhängigkeit von

dem realen Startwert bei unterschiedlichen Stromstärken er- reicht wird.

Figur 2 zeigt den Verlauf der Flußdichte B in Abhängigkeit vom angelegten Feld H. Ab einem bestimmten Feld H nähert sich die Flußdichte B einem Sättigungswert Bs an, der mit dem er- findungsgemäßen Verfahren ermittelt werden soll. Die Sche- rungsgerade, die einer Verlängerung des anfänglich annähernd linearen Verlaufs der Sättigungskurve entspricht, erreicht die Sättigungsflußdichte Bs bei einem Feld Hg. Für rein rech- nerisch ergibt sich Aus der dargestellten Magnetisierungskurve entnimmt man, daß bei einem anliegenden Magnetfeld der Stärke HS ein etwas niedrigerer als der maximale Flußdichte Wert erhalten wird.

Der erhaltene Wert liegt für typische Ferritwerkstoffe bei zirka 90 bis 96 % des maximalen Wertes Bs. Die Erfinder haben nun festgestellt, daß beim Wert HS ein 50 %-iger Abfall der reversiblen Permeabilität über das Gleichstromfeld erhalten wird. Weitere Untersuchungen haben ergeben, daß der Abfall der reversiblen Permeabilität um 50 % um so exakter beim Punkt Hg eingehalten wird, je niedriger die effektive Permea- bilität pe ist. Eine ausreichende Sicherheit bei der Bestim- mung des 50 % Abfalls wird erhalten, wenn die effektive Per- meabilität weniger als 5 % der anfänglichen Permeabilität beträgt. Dann kann die Sättigungsflußdichte BS mit hoher Ge- nauigkeit aus dem Strom IS bestimmt werden. Der Strom Is ist die Stromstärke, die zur Erzeugung eines Feldes der Stärke Hg erforderlich ist.

Es wurde gefunden, daß sich die Sättigungsflußdichte BS wie folgt aus den Meßdaten errechnen läßt

Die angegebene Formel gilt für Kernformen mit gleichbleiben- dem Querschnitt, in der Regel also ausschließlich für Ring- kerne. Für Kernformen mit einer gegebenen Querschnittsvertei- lung muß diese Unregelmäßigkeit zusätzlich in der Formel be- rücksichtigt werden. Dazu ist es erforderlich, die Stromstär- ke I mit dem Verhältnis des minimalen Kernquerschnitts Amin zum effektiven Querschnitt Ae zu skalieren. Für die Sätti- gungsflußdichte ergibt sich dann eine um den genannten Faktor erweiterte Formel 3 Figur 3 zeigt als äquivalente Darstellung für den gleichen Kern den Verlauf der reversiblen Permeabilität Mrev = yrev, e über dem anliegenden magnetischen Feld H. Man erkennt, daß bei einem Feld der Stärke Hs die reversiblen Permeabilität yreV um 50% abgefallen ist.

Figur 4 zeigt das Verhalten der effektiven Permeabilität rev, e (Idc) < die proportional zum AL-Wert und proportional zur Induktivität L über der angelegten Stromstärke IdC für die Gleichstromvormagnetisierung ist. Aus der Kurvenschar, die sich bei Messung unterschiedlicher Kerne bestimmt wurde, läßt sich noch keine Regelmäßigkeit erkennen.

Normiert man die Meßkurven jedoch auf den Anfangswert ye für rev, es He =/rev, e (0), so ergibt sich das in Figur 5 darge-

stellte Bild. Es zeigt sich, daß alle Kurven mit nur geringen Abweichungen beim 50 % Abfall durch einen gemeinsamen Punkt gehen, welcher im Ergebnis der gesuchten Sättigungsflußdichte Bs entspricht. Bei der in Figur 5 gezeigten Darstellung wurde auch der Stromstärkewert normiert, und zwar mit dem Faktor x N/le (l/lle-1/1£i)- Figur 6 zeigt anhand einer Grafik, daß sich auch für unter- schiedliche Kernformen mit unterschiedlichen anfänglichen AL- Werten und dementsprechend unterschiedlichem Luftspalt sämt- liche Messungen und Berechnungen so ineinander überführen lassen, daß der 50 % Abfall des A-Wertes stets mit der glei- chen Stromstärke der Gleichstromvormagnetisierung erreicht wird. Die Grafik gibt den Verlauf des AL-Werts in Abhängig- keit von der Stromstärke I einer anliegenden Gleichstromvor- magnetisierung an. Die Kurve 1 ist an einem Ringkern mit Luftspalt gemessen. Mit den erhaltenen Werten wird die Kurve auf einen EP13 Kern aus dem gleichem Material mit dem erfin- dungsgemäßen Korrekturfaktor Amin/Ae umgerechnet, wobei die Kurve 2 erhalten wird. Die Kurve 3 zeigt das berechnete Ver- halten eines EP13 Kerns, während die Kurve 4 eine an einem realen EP13 Kern tatsächlich bestimmte Messkurve wiedergibt.

Der übereinstimmende Verlauf der Kurven zeigt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren für alle Kernformen eignet bzw. an allen gleich Kernformen durchgeführt werden kann und dennoch zuverlässig zu einer Materialspezifikation führt, die beim gleichen Material für alle Kernformen das gleiche Ergebnis bringt und dementsprechend zuverlässig die exakte Sätti- gungsflußdichte Bs angibt.

Die einzige Kurve, die nicht durch den genannten Punkt beim 50 % Abfall geht, ist die für den reinen Ringkern gemessene Kurve 1. Dies ist jedoch verständlich, da ein realer Kern mit unregelmäßiger Querschnittsverteilung in jedem Fall eher in Sättigung geht als ein Ringkern mit gleichbleibendem Quer- schnitt. Aus der Figur 6 ergibt sich jedoch ganz klar, daß man aus der Kurve 1, die dem reinen Materialwert entspricht,

mit Hilfe des erfindungsgemäßen vereinfachten Korrekturfak- tors Amin/Ae die Messkurve für einen beliebig geformten Kern mit variierendem Querschnitt errechnen kann, hier die Kurve 2 für einen EP13 Kern. Voraussetzung ist dabei natürlich, daß die Größen Amin und Ae bekannt sind, was für einen realen Kern jedoch stets der Fall ist. Figur 6 bestätigt also in überzeugender Weise die Nützlichkeit der erfindungsgemäßen Ansätze und Berechnung bzw. Meßverfahren zur Bestimmung der Sättigungsflußdichte.

Figur 7 zeigt beispielhaft eine für das erfindungsgemäße Ver- fahren einsetzbare Meßanordnung. Vermessen wird ein Kern K, dessen magnetischer Kreis bis auf einen Luftspalt S geschlos- sen ist. Mit Hilfe einer um den Kern geschlungenen Wicklung W läßt sich über einen eingespeisten Gleichstrom der Stärke Idc ein zur Stromstärke IdC proportionales Feld H anlegen. In ei- nem Meßgerät M, beispielsweise einer digitalen LCR-Brücke, wird nun die Induktivität L der Testspule in Abhängigkeit von der anliegenden Stromstärke Id, bestimmt. Das Meßgerät M weist vorzugsweise eine zweite Gleichstromquelle auf, mit der eine Gleichstromvorspannung (Bias) an die Wicklung W angelegt werden kann. Möglich ist es jedoch auch, eine Gleichstromvor- magnetisierung des Kerns mit Hilfe einer zweiten Wicklung und einer Konstantstromquelle zu erzeugen. Das Ergebnis kann in einer Anzeige A angezeigt werden oder mit Hilfe eines Prozes- sors P durch die aufgefundenen Formeln in den gewünschten Ausgabewert überführt werden, beispielsweise in die gesuchte Sättigungsflußdichte BS.

Das Meßgerät M weist in der Regel eine endliche Stromauflö- sung auf. D. h., zur genauen Bestimmung des Stromes muß in der Regel eine Interpolation erfolgen. Dazu werden jedoch die beiden benachbarten Meßpunkte beiderseits des 50 % Abfalls möglichst eng eingestellt. Dies ist über die Wahl der Win- dungszahl N und der effektiven Permeabilität ye des Kerns in erster Linie vom verwendeten Instrument abhängig. Windungs- zahl, effektive magnetische Weglänge le und effektive Permea-

bilität ye werden dann so eingestellt, daß der für den 50 % Abfall erforderliche Gleichstrom Is in einem Bereich liegt, der im Bereich höchster Meßgenauigkeit des verwendeten Meßge- räts liegt. Ein weiterer Punkt, der zu fehlerhaften Messung führt, sind Temperaturänderungen, die aufgrund der Eigener- wärmung der Spule bzw. der Kerne durch den Gleichstrom erfol- gen kann. Die Messung wird also vorzugsweise auf kurze Meß- zeiten beschränkt. Ist es erforderlich, mehrere Meßpunkte zur Ermittlung des 50 % Abfalls durchzuführen, werden bei zu starker Erwärmung die Abstände zwischen den Einzelmessungen verlängert oder der Kern gekühlt.

Die Messung kann, wie bereits erwähnt, zur absoluten Bestim- mung der Sättigungsflußdichte BS durchgeführt werden. Dazu wird eine Meßreihe aufgestellt, um den möglichst exakten 50 % Abfall zu ermitteln. Möglich ist es jedoch auch, das erfin- dungsgemäße Verfahren zur Qualitätssicherung zu verwenden. Um zu überprüfen, ob ein gegebenes magnetisches Material bzw. ein daraus gefertigter Kern beliebigen Querschnitts und be- liebiger Querschnittsverteilung einer vorgegebenen Material- spezifikation entspricht, wird über die vorgegebene Material- spezifikation bzw. die vorgegebene Sättigungsflußdichte der Strom IS errechnet, der theoretisch dem 50 % Abfall entspre- chen müßte. Mit der in Figur 7 dargestellten Versuchsanord- nung wird anschließend dieser berechnete Strom Ig in die Wicklung W eingespeist und der Induktivitätsabfall bestimmt.

Wird ein Abfall beobachtet, der höher ist als 50%, so erfüllt das vermessene Material die vorgegebenen Spezifikation nicht.

Gegebenenfalls ist dann das Sinterverfahren oder die Kernher- stellung zu korrigieren, um ein verbessertes Materialgefüge zu erhalten.