DE3039544C2

DE3039544C2 - Eisenkern für elektrische Anlagen sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE3039544C2
Application number: DE3039544A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Sagamihara Kanagawa Ichiyama; Tohru Kawasaki Kanagawa Iuchi; Yoshihiro Kitakyushu Fukuoka Ohya; Shigehiro Fujisawa Kanagawa Yamaguchi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1979-10-19
Filing date: 1980-10-20
Publication date: 1983-10-06
Also published as: US4613842A; FR2468191A1; FR2468191B1; GB2062972A; DE3039544A1; GB2062972B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Eisenkern für elektrische Anlagen sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 14.

Der Ausdruck »elektrische Anlagen« bedeutet in diesem Zusammenhang jedwelche Vorrichtungen und Einrichtungen mit einem Magnetkreis und umfaßt somit Einrichtungen wie Transformatoren, Generatoren und elektrische Motoren.

Für die Herstellung des Eisenkernes elektrischer Anlagen wird gewöhnlich elektromagnetisches Stahlblech verwendet, welches entweder kornorientiert ist oder nicht. Kornorientierte Bleche besitzen dabei ein Kristallkorn mit einer sogenannten Goss-Textur und einer durch den Miller-Index ausgedrücKten Kristallorientierung (11O)[OOl]. Dies bedeutet, daß die Kristallebene (110) des Kornes parallel zur Blechoberfläche verläuft, während die Kristallachse [001], das ist die Richtung der leichten Magnetisierbarkeit, parallel zur Walzrichtung verläuft. Die magnetischen Eigenschaften derartiger kornorientierter Bleche sind somit in Walzrichtung sehr gut, nehmen jedoch bei Abweichung von der Walzrichtung sehr stark ab. Derartige kornorientierte Bleche werden demzufolge derart ausgeschnitten oder ausgestanzt, daß der innerhalb des Eisenkerns zustandekommende Magnetfluß in Walzrichtung verläuft

Der Ausdruck »Stanzstück für eSektrische Anlagen« bedeutet hier ein elektromagnetisches Stahlblech, wie es üblicherweise für eine vorgegebene Form von Eisenkernen in elektrischen Anlagen, wie dem Eisenkern in Transformatoren oder dem Eisenkern in großen oder mittleren Rotationsmaschinen, verwendet wird.

Es ist beim Aufbau eines Eisenkerns von Transformatoren erforderlich, daß die Magnetisierungsrichtung des Eisenkerns mit der Walzrichtung des kornorientierten Bleches zusammenfällt Diese Anforderung kann jedoch bei einem Transformatorkern nicht vollständig erfüllt werden. Für große und mittlere Transformatoren werden meist laminierte Kerne verwendet um Beschränkungen im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit des Herstellungsverfahrens für Transformatorkerne zu vermeiden. In den laminierten Kernen gibt es Bereiche, in denen die Magnetisiemngsrichtung von der Walzrichtung abweicht und diese Bereiche sind nicht vernachlässigbar, insbesondere bei dreiphasigen Transformatoren. Dies wird nachstehend anhand eines Transformators mit dreischenkligem Kern als Beispiel näher erläutert.

In F i g. 1 ist ein Beispiel einer Laminierungsmethode eines bekannten dreischenkligen Kerns illustriert. Die ausgezogenen und strichlierten Linien in F i g. 1 zeigen dabei die oberste Schicht bzw. die nächste darunterliegende Schicht der Stahlblechlaminate. Durch alternierende Wiederholung der in F i g. 1 gezeigten Laminierung wird der laminierte Kern vollständig aufgebaut. Um die drei Schenkel A des Eisenkerns sind die Primärwicklung und die Sekundärwicklung für jede Phase des Drei-Phasenstroms angeordnet. In den Verbindungsbereichen zwischen den beiden äußeren Schenkeln A und den Jochen B, in denen eine sogenannte »45°-Verbindung« ausgebildet ist, verläuft die Magnetisierungsrichtung im wesentlichen gleich wie die Walzrichtung, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist, mit Ausnahme der Bereiche, zwischen der Linie des oberen Schenkels und des Joches und der Verbindungslinie des unteren Schenkels und des Joches, d. h. den Bereichen zwischen den benachbarten durchgezogenen und strichlierten Linien. Die Magnetisierungsrichiung fällt auch mit der Walzrichtung in unmittelbarer Umgebung der Verbindungslinien, d. h. der durchgezogenen und strichlierten Linien, nicht überein. Bei T-Verbindungen (in Fig.2 schraffiert angedeutet) wie sie sich an beiden Enden des mittleren Schenkels A ausbilden, wird ein Drehmagnetfluß erzeugt, so daß der Eisenverlust in den T-Verbindungen erheblich erhöht ist. Der maximal auftretende Eisenverlust in den T-Verbindungen ist dabei zwei- bis dreimal so groß wie der Eisenverlust in den Stanzstücken für elektrische Anlagen, was durch verschiedene Versuche festgestellt werden konnte.

Die Wattverluste in verschiedenen Bereichen eines Versuchstransformators wurden gemessen und ein Beispiel dieser Messungen ist in F i g. 3 gezeigt. Die in F i g. 3 mit Zahlen bezeichneten Kurven umgeben Bereiche mit einem relativen Eisenverlust entsprechend der angegebenen Zahl, wobei 1OO dem maximalen Eii,.:nverlust in den T-Verbindungen entspricht. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, sind die Eisenverluste im mittleren Bereich der T-förmigen Verbindungen am höchsten, wo der Eisenverlust mehr als das Doppelte als in den Schenkeln beträgt.

In der nachstehenden Tabelle I ist der Eisenverlust a in den Schenkeln, der maximale Eisenverlust b bei den T-Verbindungen und das Verhältnis b/a bezüglich drei Versuchstransformatoren angegeben. Diese drei Transformatoren besaßen elektromagnetische Stahlbleche, welche im ersten Fall nicht orientiert, im zweiten und dritten Fall kornorientiert waren, wobei es sich im zweiten Fall um ein konventionelles Magnetblech und im dritten um ein Magnetblech mit hoher Magnetflußdichte handelte. Die Eisenverluste wurden bei einer Frequenz von 60 Hz und einer Magnetflußdichte von 1,5 T im ersten Fall und 1,7 T im zweiten und dritten Fall gemessen.

Tabelle 1

Material

Eisenverlust (α)
in den Schenkeln
(W/kg)

Max. Eisenverlust (6) in den T-formigen Verbindungsber. (W/kg)

b/a

Nichtorientiertes, elektromagnetisches Stahlblech 1,99

Konventionelles kornorientiertes elektromagnetisches Stahlbl. 1,72

Kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech mit hoher 1,45 Magnetflußdichte

3,34
3,44

3,57

1,68
2,00
2,46

Tabelle I zeigt, daß bei höherer Kristallorientierung die Eisenverluste in den T-förmigen Verbindungsbereichen stärker zunehmen.

Bei den bisher vorgeschlagenen Laminierungsmethoden wurden die Stahlblechabschnitte in verschiedener Weise so geformt und angeordnet, daß der Eisenverlust in den T-förmigen Verbindungsbereichen einen möglichst niedrigen Wert hat. Die in F i g. 1 gezeigte Form und Anordnung der Stahlblechausschnitte wird gegenwärtig als die beste Laminierungsmethode angesehen. Aber selbst bei dieser Laminierungsmethode ist ein erheblicher Anstieg des Eisenverlustes in den T-förmigen Verbindungsbereichen feststellbar, wenn die magnetischen Eigenschaften des kornorientierten elektromagnetischen Stahls gegenüber üblichem kornorientiertem elektromagnetischem Stahl verbessert sind.

Die magnetischen Eigenschaften des kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs werden am effektivsten bei Transformationskernen genutzt, wenn die Transformatoren gewickelte Kerne haben. Da ein Wicklungsvorgang jedoch relativ schwierig durchzuführen ist, werden in der Regel geschichtete Kerne vorgezogen. Da Cl-Kerne oder El-Kerne zwei aufeinander senkrecht stehende Seiten haben, liegt die Achse der leichten Magnetisierbarkeit längs einer der beiden Seiten, jedoch nicht längs beider Seiten. Um das so Auftreten der leichten Magnetisierbarkeit nur entlang einer Seite zu vermeiden, müssen die C- bzw. E-förmigen Teile des Eisenkerns ausschließlich aus I-förmigen Teilen zusammengesetzt werden. Dies bedingt jedoch Stoßfugen zwischen den einzelnen I-förmigen Teilen, wobei der nicht zu vermeidende Spalt an den Stoßfugen zur Ausbildung einer hohen magnetischen Reluktanz führt.

Da zweifach orientierte elektromagnetische Stahlbleche zu niedrigen Kosten heutzutage noch nicht massenproduziert werden können, muß kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech, das zur Massenproduktion bei geringen Kosten geeignet ist, für die Cl- oder El-Kerne verwendet werden. Es ist daher wünschenswert, eine Behandlungsmethode für Stanzstücke für elektrische Anlagen zu entwickeln, um die Eigenschaften der Fl- und Cl-Kerne zu verbessern, so daß sie jenen von gewickelten Kernen entsprechen.

Der Stator und Rotor von Rotationsmaschinen umfaßt im allgemeinen einen laminierten Kern, der durch Ausstanzen von kornorientierten elektromagnetischem Stahlblech zu Kernelementen mit vorgegebener Form, Laminieren der Kernelemente bis zu einer vorgegebenen Dicke und anschließendem Bündeln des laminierten Kernes hergestellt wird. Jedes Eisenkern-Element eines Rotors ist ringförmig und weist eine Anzahl von Zähnen längs des äußeren Umfangs auf. Demgegenüber ist das Eisenkern-Element des Stators ringförmig und weist zahlreiche Zähne längs des inneren Umfangs auf. Der magnetische Fluß verläuft radial über die Zähne und kreisförmig um das Joch der Eisenkernelemente. Die Anwendung von kornorientiertem elektromagnetischem Stahl für den Eisenkern von Rotationsmaschinen wirft das Problem auf, daß der Magnetfluß nicht in eine Richtung ausgerichtet ist, sondern über einen Winkelbereich von 360° in beliebiger Richtung verläuft. Bei Eisenkernen für rotierende Anlagen werden demzufolge bisher im allgemeinen nicht ausgerichtete elektromagnetische Stahlbleche verwendet.

Die Abmessungen der einzelnen Elemente eines ringförmigen Statorkerns einer großen Rotationsmaschine sind zu groß, um ein einstückiges Ausstanzen aus dem Metallblech zu erlauben. Aus diesem Grund wird jedes Element in mehrere fächerförmige Elemente unterteilt. Diese fächerförmigen Elemente werden aus dem Stahlblech ausgestanzt und dann in ringförmiger Form zusammengesetzt. Die zusammengesetzten ringförmigen Elemente werden dann bis zur erforderlichen Dicke für den ringförmigen Statorkern übereinandergesetzt. Auf diese Weise ist es möglich, das Joch und die Zähne im wesentlichen in Walzrichtung des Bleches auszurichten, so daß auch bei der Herstellung ringförmiger Statorkerne kornorientierte elektromagnetische Stahlbleche Verwendung finden können.

Die beschriebene Ausrichtung entweder der Zähne oder des Joches in Walzrichtung, führt jedoch zu der Schwierigkeit, daß der Magnetfluß in dem anderen Teil in der [110]-Richtung verläuft. Mit metallurgischen Mitteln können derartige Schwierigkeiten eliminiert werden. Zweifach orientiertes elektromagnetisches Stahlblech, das zur Lösung dieser Schwierigkeiten

entwickelt wurde, kann jedoch, wie vorstehend erläutert wurde, noch nicht zu niedrigen Kosten in Masse produziert werden.

Aus der DE-AS 15 38 227 ist ein Eisenkern und ein Verfahren zu seiner Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 14 bekannt. Durch die Markierungen, die mechanisch an den Enden der Abschnitte des Eisenkerns angebracht werden, soll dabei die durch das Walzen hervorgerufene Kornorientierung des Stahlblechs an diesen Stellen möglichst beseitigt und damit die Quermagnetisierungsverluste im Überlappungsbereich der Abschnitte möglichst gering gehalten werden.

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Eisenkern für elektrische Anlagen zu schaffen, der einen niedrigen Eisenverlust aufweist, und zwar in Fällen, bei denen es aufgrund der Form des Eisenkerns schwieirig ist, die Richtung des magnetischen Flusses mit der Walzrichtung eines kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs zusammenfallen zu lassen, ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Eisenkerns anzugeben, bei dem der Eisenverlust auf physikalische Weise und nicht durch metallurgische Mittel verringert wird, wobei insbesondere der Eisenverlust in jenen Teilen des Eisenkerns verringert wird, wo ein gekrümmter Magnetfluß erzeugt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Eisenkern, bei dem ein kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech verwendet wird, entspricht der Eisenverlust im Kern in Magnetisierungsrichtung im wesentlichen jenem, bei dem ein zweifach orientiertes oder nicht orientiertes elektromagnetisches Stahlblech verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt somit im wesentlichen folgende Stufen: Formen eines kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs zu Blechabschnitten, die eine vorgegebene Form aufweisen als Elemente des Eisenkerns und Bestrahlung eines Teils oder von Teilen der Blechabschnitte, wo ein gekrümmter Magnetfluß ausgebildet wird, mittels Laser.

Der Ausdruck »Laserbestrahlungsbereiche« bezeichnet Teile der Stahlblechabschnitte, die mit dem Laser bestrahlt wurden und auf denen lasererzeugte Markierungen ausgebildet sind.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Laminierungsmethode zur Herstellung eines Transformatorkerns, die zur Zeit als beste Methode zur Verringerung des Eisenverlustes angesehen wird, wobei die Pfeile in der Figur die Walzrichtung des Stahlbleches der Stanzstücke anzeigen,

F i g. 2 T-Verbindungen eines TraiiiiufiTiäiörkerns, die durch den schraffierten Bereich angedeutet sind,

F i g. 3 die Verteilung des Eisenverlustes in einem dreiphasigen Versuchstransformator mittels Höhenlinien, wobei der Eisenverlust als relativer Wert unter der Annahme, daß der höchste Eisenverlust 100 beträgt, angegeben ist,

F i g. 4A, 4B und AC Ansichten der Laserbestrahlungen,

Fig.5A und 5B schematische Darstellungen zur Erläuterung der Verringerung der auftretenden Eisenverluste,

Fig.6 eine Spur einer Laserbestrahlung bei einer C-Verbindung eines Transformatorkerns,

Fig. 7A bis 7D schematische Darstellungen von Laserstrahlmarkierungen bei El- oder Cl-förmigen Kernelementen,

Fig.8A bis 8D schematische Darstellungen der Aufbringung von Laserstrahlmarkierungen bei einem Statorkern für eine große Rotationsmaschine, und

Fig.9 eine schematische Darstellung der Aufbringung von Laserstrahlmarkierungen auf fächerförmigen Kernelementen für geschlitzte Statorkerne.

Kornorientierte elektromagnetische Stahlbleche haben eine (110)[001]-Textur und können in Walzrichtung leicht magnetisiert werden. Wie in F i g. 4A gezeigt, wird

ίο das kernorientierte elektromagnetische Stahlblech 10 mit einem Laser im wesentlichen senkrecht zur Walzrichtung Fbestrahlt. Mit 12 sind die Laserbestrahlungsbereiche des Stahlblechs, die in Form von Reihen vorliegen, bezeichnet. Die Verringerung des Eisenverlustes durch die Laserbestrahlung kann folgendermaßen erklärt werden.

Das kornorientierte elektromagnetische Stahlblech 10 besitzt relativ große magnetische Domänen oder Weisssche Bezirke 14, die gemäß F i g. 5A in Walzrichtung ausgerichtet sind. Bei einem hohen Ausmaß der (110)[OOl]-Textur der Kristallkörner, durch die sich die Domänenwände erstrecken, sind deshalb die von den Domänenwänden umgrenzten magnetischen Domänen in kornorientiertem elektromagnetischem Stahl größer.

Da die Eisenverluste proportional zur Größe der magnetischen Domänen sind, ergibt sich eine gewisse Gegenläufigkeit daraus, daß Material mit einem höheren Texturgrad und folglich größeren Körnern nicht den Eisenverlust zeigt, der sich proportional dem höheren Kristalltexturgrad verringert.

Wenn das kornorientierte elektromagnetische Stahlblech mit einem Laser im wesentlichen quer zur Walzrichtung bestrahlt wird, so daß sich die Laserbestrahlungsbereiche 12 im wesentlichen quer zur Walzrichtung erstrecken, dann werden entlang beider Seiten der laserbestrahlten Bereiche 12 kleine Vorsprünge 16 gebildet. Mit einem Rasterelektronenmikroskop können die schmalen Vorsprünge, welche sich längs beider Seiten der laserbestrahlten Bereiche 12 erstrecken, festgestellt werden. Diese sind jedoch in F i g. 5A und 5B nur zum Teil wiedergegeben. Diese schmalen Vorsprünge bilden Kerne für magnetische Domänen mit Domän- oder Blochwänden von 180°, was dazu führt, daß die magnetischen Domänen 14 des kornorientierten elektromagnetischen Stahlbleches 10 unterteilt werden, wenn das Stahlblech 10 magnetisiert wird. Aufgrund der Unterteilung der magnetischen Domänen wird der Eisenverlust verringert. Es wird angenommen, daß wenn das Stahlblech mit einem energiereichen Laser bestrahlt wird, starke elastische und plastische Wellen im Stahlblech erzeugt werden. Es wird ferner angenommen, daß die Wahrscheinlichkeit der Ausbildung der Kerne proportional zur Dichte der durch die plastischen Wellen erzeugten Dislokationen ist.

Gemäß Fig.4B wird das kornorientierte Stahlblech 10 mit einem Laserstrahl in Walzrichtung Fbestrahlt. Die lasererzeugten Markierungen sind folglich in Walzrichtung angeordnet.

In Fig.5B ist eine Gmppe von kleinen Vorsprüngen 16 gezeigt, die durch Laserbestrahlung gebildet sind. Die kleinen Vorsprünge 16 können anscheinend ebenfalls als Kerne für nicht dargestellte Weisssche Bezirke 14 dienen, welche 90° Domänwände haben. Sobald die Stahlbleche 10 einem äußeren Magnetfeld H ausgesetzt werden, werden anscheinend von den kleinen Vorsprüngen 16 aus 90° Blochwände gebildet, wodurch nicht gezeigte, kleine Weisssche Bezirke gebildet werden, die

parallel zur Richtung des äußeren Magnetfeldes ausgerichtet sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Verringerung der Eisenverluste.

Bei dem in Fig.4A gezeigten Beispiel einer Laserbestrahlung war der Eisenverlust Wl (Walzrichtung) von 1,10 W/kg, gemessen bei einer Magnetflußdichte von 1,7 T und einer Frequenz von 50 Hz nach der Laserstrahlung auf 1,00 W/kg verringert. Der Eisenverlust (Wc) in Richtung quer zur Walzrichtung, gemessen bei einer Magnetflußdichte von 1,3 T und einer Frequenz von 50 Hz wurde durch die Laserbestrahlung nicht wesentlich geändert. Dies bedeutet, daß der Eisenverlust (W_L) durch die in Fig.4A illustrierte Laserstrahlung um 10% verringert wurde. Andererseits wurde der Eisenverlust (Wl) bei der in Fig.4B gezeigten Laserbestrahlung nicht wesentlich geändert, jedoch der Eisenverlust (Wc) auf 2,04 W/kg verringert. Der Eisenverlust (Wc) wurde daher drastisch um 28% verringert.

In Fig.4A und 4B ist gezeigt, daß ein Stahlblech mit einem Laser längs einer kurzen oder einer Langen Seite des Blechs in Form von parallelen Reihen oder geraden Linien bestrahlt wird. Die Spuren der Laserstrahlen können jedoch auch in Zickzackform oder Stufenform längs der kurzen oder langen Seite der Stahlbleche geführt werden, wie dies in F i g. 4C gezeigt ist.

Die Bedingungen zur Erzielung einer Verringerung des Eisenverlustes, wie sie vorstehend erläutert wurde, sind folgende. Die Bestrahlungsbreite (d) des Laserbestrahlungsbereichs 12 sollte zwischen 0,01 und 1 mm liegen, der Abstand (I) zwischen den Laserbestrahlungsbereichen 12 sollte 1 bis 20 mm betragen und die Laserimpulse sollten 1 ns bis 1 ms bei der in Fig.4A gezeigten Bestrahlungsart sein. Bei der in Fig.4B gezeigten Bestrahlungsart sollten folgende Bedingungen eingehalten werden: Bestrahlungsbreite (d)=0,Q\ bis 1 mm; Abstand (I)= 1,0 bis 30 mm, Laserimpulsdauer nicht mehr als 10 ms und Energiedichte (P)=0,5 bis 5 J/cm². Die Energiedichte (P) des Laserstrahls steht in einer Beziehung zur Dislokationsdichte (ρ), die folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

wobei η eine Konstante ist. Wenn Bereiche mit einer hohen Dislokationsdichte durch die Laserbestrahlung gebildet werden, können die magnetischen Domänen dieser Bereiche derart gestört werden, daß der Eisenverlust erhöht ist. Die Verringerung des Eisenverlustes ist folglich bei gewissen optimalen Werten von d. I und P am höchsten. Die Verringerung des Eisenverlustes kommt am stärksten zur Wirkung, wenn der Wert d ■ P²// etwa 0,4 beträgt, während die Eisenverluste bei großen Abweichungen vor. dem Wert 0,4 nach oben oder unten hin relativ stark ansteigen. Bei dem verwendeten Laser handelt es sich vorzugsweise um einen Impulslaser. Ein kontinuierlich arbeitender Laser kann gleichfalls verwendet werden, jedoch ist ein Impulslaser geeigneter. Die in Fig.4A und 4B geneigten Laserbestrahlungsbereiche 12 müssen nicht genau in Richtung senkrecht oder parallel zur Walzrichung F ausgerichtet sein, da keine wesentlichen Unterschiede durch die Laserbestrahlung bei Abweichungen von diesen Richtungen bis zu etwa ±30° C hervorgerufen werden. Die Stahlblechabschnitte können nach der Laserbestrahlung in üblicher Weise mit einer Isolierschicht oder einem Isolierfilm versehen werden.
Bei einem Verfahren, bei dem elektromagnetisches Stahlblech ausgestanzt wird, um einen Transformatorkern aus den ausgestanzten Abschnitten aufzubauen und bei dem während des Ausstanzens oder danach eine Glühbehandlung des Stahlblechs zur Verringerung der Spannung angewandt wird, kann gemäß der Erfindung eine Verbesserung erreicht werden, indem die Teile 2 (F i g. 1 und 2) der Abschnitte des elektromagnetischen Stahlbleches vorsorglich bestrahlt werden, wo ein gekrümmter Magnetfluß bei Wechselanregung erzeugt

ίο wird. Entweder eine oder beide Oberflächen der Blechabschnitte werden dort, wo der gekrümmte Magnetfluß ausgebildet wird, mit einem Laserstrahl im wesentlichen parallel zur Walzrichtung bearbeitet. Die Laserbestrahlung muß nicht notwendigerweise kontinuierlich sondern kann auch intermittierend erfolgen. Ein Rubinlaser, ein YAG-Laser oder ein Stickstofflaser, die zur Zeit im Handel erhältlich sind, können für die Laserbestrahlung verwendet werden. Die Energiedichte (P) der Laser liegt zwischen etwa 0,01 und 1000 J/cm².

Die Pulsbreite (Oszillationszeit) ist vorzugsweise nicht länger als 10 ms, weil sonst auf der Oberfläche der Stahlabschnitte der thermische Schmelzvorgang zu stark wird. Die Bestrahlungsbreite (d) und der Abstand (I) der Laserbestrahlungsbereiche liegen etwa zwischen 0,01 und 1 mm bzw. zwischen etwa 1,0 und 30 mm.

Gemäß der in Fig.6 gezeigten und bevorzugten Ausführungsform ist ein Ende der Abschnitte des kornorientierten elektromagnetischen Stahlbleches in einem Winkel von 45° abgeschrägt. Die abgeschrägten drei Blechabschnitte werden unter Ausbildung einer T-Verbindung in 45° zusammengefügt. Die Reihen der lasererzeugten Markierungen sind im Bereich der T-Verbindung in Streifenform angeordnet, so daß sie sich im wesentlichen parallel zur Walzrichtung erstrekken. Der T-Verbindungsbereich wird mit dem Laser vor dem Abschrägen und der 45°-Verbindung bestrahlt, so daß sich die in der Figur dargestellten streifenförmigen Bestrahlungsbereiche bilden.

In dem Fall, wo die einen Eisenkern bildenden Elemente aus kornorientiertem elektromagnetischem Stahlblech einen ersten Teil, der sich in Walzrichtung erstreckt, und einen zweiten Teil, der sich quer zur Walzrichtung erstreckt, umfassen, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, der erste Teil in einer ersten Richtung, die sich im wesentlichen senkrecht oder parallel zur Walzrichtung erstreckt und der zweite Teil in einer zweiten Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung ist, bestrahlt. Im Hinblick auf El- oder Cl-Transformatorenkerne oder dergleichen, werden die aus kornorientiertem elektromagnetischem Stahlblech hergestellten Elemente mit einem Laser bestrahlt, wie dies in F i g. 7

Die I-förmigen Elemente 20 (Fig. 7A) werden aus dem kornorientierten elektromagnetischen Stahlblech in solcher Weise gestanzt, daß die Längsrichtung dieser Elemente in Walzrichtung des Stahlblechs liegt. Die Laserbestrahlungsbereiche 12 sind längs der kurzen Seiten der I-förmigen Elemente 20 angeordnet Diese Laserbestrahlungsbereiche 12 können ausgebildet werden, indem ein Laserstrahl sukzessive abgelenkt wird. Alternativ kann ein streifenförmiger Laserstrahl einer dem Bereich 12 entsprechenden Konfiguration mit Hilfe eines Schlitzes oder einer Maske für den Laserstrahl gebildet werden. Bei Verwendung einer Maske kann eine Vielzahl von Laserbestrahlungsbereichen gleichzeitig ausgebildet werden. Da der Magnetfluß (Φ) durch die I-förmigen Elemente 20 in der durch die

unterbrochene Linie angegebenen Richtung verläuft kann der Eisenverlust aufgrund der unter Bezugnahme auf F i g. 4A gegebenen Erläuterungen verringert werden.

Die E-förmigen Elemente 22 (Fig. 7A) werden in solcher Weise ausgebildet, daß die Längsrichtungen der drei Schenkel 22a und des Joches 22£> in Walzrichtung (79 bzw. quer zur Walzrichtung liegen, oder umgekehrt. Die Laserbestrahlungsbereiche 12 der drei Schenkel 22a und des Joches sind längs der kurzen Seite der Schenkel bzw. des Joches angeordnet. Durch diese Ausbildung der Laserbestrahlungsbereiche wird der Eisenverlust in den drei Schenkeln 22a aufgrund der bei der Erläuterung der F i g. 4A gegebenen Gründe verringert, während die Verringerung des Eisenverlustes im Joch 22b auf die bezüglich Fig.4B genannten Gründe zurückgeht.

In F i g. 7B ist ein C-förmiges Kernelement 24 gezeigt, wobei die Verringerung des Eisenverlustes in diesem Element in ähnlicher Weise wie bezüglich F i g. 7A beschrieben, erfolgt.

Die Laserbestrahlungsbereiche werden auf den E- oder C-förmigen Elementen mit Ausnahme an deren Ecken ausgebildet. Es können jedoch Laserbestrahlungsbereiche auf gewählten Teilen der Ecken der E- oder C-förmigen Elemente die mit denen auf den Schenkeln und dem Joch ausgerichtet sind, gebildet werden. Obwohl die Ecken 22cund 22c/aus Gründen der Vereinfachung des Verfahrens nicht bestrahlt sind, ist die Verringerung des Eisenverlustes zufriedenstellend. Die Laserbestrahlung der die Schenkel und das Joch unterworfen werden, kann jedoch auch auf die Hälften der Ecken 22c und 22c/, die durch die diagonale Linie 26 (F i g. 7C) unterteilt sind, aufgebracht werden.

Werden E- und I-förmige Kerne für den Eisenkern eines Dreiphasen-Transformators verwendet, verläuft der Magnetfluß durch die T-Verbindung 22e (F i g. 7A) in sechs Richtungen, nämlich a — b, b-*c, c—a und umgekehrt. Demzufolge sollte der T-förmige Verbindungsbereich 22e vorzugsweise nicht orientiert sein. Besteht der T-förmige Verbindungsteil 22e jedoch aus kornorientiertem elektromagnetischem Stahlblech, dann sollte dieser nicht laserbestrahlt werden, wie dies in Fig. 7A gezeigt ist. Alernptiv kann der Laserstrahl der auf das Joch und den mittleren Schenkel geführt wird, anschließend auf den T-förmigen Verbindungsteil 22e geführt werden, wie dies in F i g. 7D gezeigt ist, und zwar in solcher Weise, daß die Laserstreifen in Walzrichtung und quer zur Walzrichtung selektiv gebildet werden.

Der Eisenverlust von Cl- und El-förmigen Kernen aus kornorientiertem elektromagnetischem Stahlblech kann durch Laserbestrahlung verringert werden, wie dies vorstehend beschriebend wurde. Die Laserbestrahlung ist eine einfache Methode. Es ist bekannt, daü ein Teil der elektrischen Leistung kontinuierlich als Eisenverlust während des Betriebs eines Transformators verlorengeht. Selbst eine kleine Verringerung des Eisenverlustes trägt wesentlich zur Energieersparnis über die gesamte Benutzungsdauer eines Transformators bei. Die vorliegende Erfindung führt daher in sehr wirksamer Weise zu einer Energieeinsparung beim Betrieb von Transformatoren.

Wenn ein kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech für den Stator einer großen elektrischen Anlage verwendet wird, kann der Eisenverlust im Statorkern verringert werden, wenn mehrere fächerförmige Elemente, die aus dem kernorientierten elektromagnetischen Stahlblech in solcher Weise ausgestanzt sind, daß die Längsrichtung der fächerförmigen Elemente mit der Walzrichtung oder der Richtung quer zur Walzrichtung zusammenfällt, und die Laserbestrahlungsbereiche des Joches und der Zähne, wobei die Bereiche eine vorgegebene Breite haben, sich im wesentlichen in radialer Richtung der fächerförmigen Form bzw. in einer im wesentlichen umfänglichen Richtung erstrecken, und ferner die Laserbestrahlungsbereiche voneinander in einem vorgegebenen Abstand radial und umfänglich im Hinblick auf solche Bereiche in den Zähnen bzw. dem Joch angeordnet sind. Das Verfahren zur Herstellung der Statorkerne umfaßt das Ausstanzen mit oder ohne Glühbehandlung zur Spannungsminderung und die Laserbestrahlung.

In Fig.8A ist eine Ausstanzmethode für ein kernorientiertes elektromagnetisches Stahlblech 10 zu fächerförmigen Elementen 30 eines Statorkerns illustriert. Jedes fächerförmige Element 30 hat ein Joch 30a und Zähne 30£>. Das kornorientierte elektromagnetische Stahlblech wurde in der Richtung F (Walzrichtung) gewalzt und hat eine Breite (W) von etwa 1 m. Die benachbarten fächerförmigen Elemente 30' und 30" sind aus dem Stahlblech 10 in jeweils entgegengesetzter Richtung geschnitten, um den Ausschuß zu verringern. Die Längsrichtung Fi, d. h. die Richtung senkrecht zur Radialrichtung R\ in der Mitte jedes fächerförmigen Elementes 30 fällt mit der Walzrichtung F des Stahlblechs 10 zusammen.

Aus F i g. 8B ist ersichtlich, daß der Magnetfluß (Φ) sich durch jedes fächerförmige Element 30, wie dies durch die strichlierte Linie angedeutet ist, im Joch in Umfangsrichtung (F2), in den Zähnen in Radialrichtung (Fi) und an der Grenze zwischen Joch und Zähnen in bogenförmigen Richtungen (F*) unter Verbindung der Richtungen F₂ mit F3 erstreckt.

Ob der Magnetfluß links oder rechts entlang der bogenförmigen Richtungen (F*) verläuft, hängt von der Phase des dreiphasigen Erregerstroms zu dem jeweiligen Zeitpunkt ab. Wenn die Richtung des Magnetflusses mit der Walzrichtung in der Mitte jedes fächerförmigen Elementes zusammenfällt, weicht die Richtung des Magnetflusses von der Walzrichtung, d. h. die leicht magnetisierbare [001]-Achse, am rechten und linken Ende des fächerförmigen Elements zum Joch des fächerförmigen Elements ab. Der Winkel der Abweichung hängt von der Anzahl der den Statorkern aufbauenden Elemente ab und liegt im allgemeinen zwischen 20 und 30°. Im Hinblick auf die Zähne 306 ist, wenn die Längsrichtung Fi jedes fächerförmigen Elementes mit der Walzrichtung zusammenfällt, der Magnetfluß durch den mittleren Zahn und den rechten oder linken Zahn zur Richtung quer zur Walzrichtung gerichtet und in einer Richtung, die von der Querwalzrichtung abweicht Der Winkel der Abweichung beträgt zwischen 20 und 30°. Die Abweichung der Magnetflußrichtung von der Kristallorientierung; übt einen großen Einfluß auf den Eisenverlust aus, was aufgrund der Tatsache verständlich ist, daß eine drastische Verringerung des Eisenverlustes erreicht wird, wenn das Ausmaß der (110)[001]-Textur in der Waizrichtung eines kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs erhöht wird. Der Winkel der Abweichung von 20 bis 30° ist deshalb im Hinblick auf den Eisenverlust nicht vernachlässigbar. Noch bedeutender ist die Abweichung bei den Zähnen, wo der Magnetfluß längs der [110] Achse verläuft, die senkrecht zur [001]-Achse angeordnet ist und die schwieris zu magnetisieren ist Es wurden

aus diesem Grund bisher keine kernorientierten elektromagnetischen Stahlbleche für Eisenkerne für große Rotationsmaschinen verwendet

Das in Fig.8B gezeigte und durch Laserbestrahlung gebildete Streifenmuster macht es möglich, kornorientierte elektromagnetische Stahlbleche in Form von fächerförmig gestanzten Elementen für einen Statorkern einer großen Rotationsmaschine zu verwenden. Die Laserbestrahlungsbereiche 12 des Joches 30a jedes fächerförmigen Elements 30 haben eine vorgegebene Breite (b), in radialer Richtung und sind in Umfangsrichtung und in vorgegebenem Abstand (I) voneinander angeordnet Die im Hinblick auf Fig.4A erläuterte Bestrahlungsmethode ist hier modifiziert und wird zur Bildung solcher Laserbestrahlungsbereiche 12 angewandt Andererseits haben die Laserbestrahlungsbereiche 12 auf den Zähnen 30ό eine vorgegebene Breite (d) in Umfaiigsrichtung und sind radial in einem vorgegebenen Abstand (I) voneinander angeordnet Für die Ausbildung der Laserbestrahlungsbereiche auf den Zähnen wird dabei die bezüglich F i g. 4B beschriebene Bestrahlungsmethode modifiziert angewendet.

Werden die bei Fig.4A und 4B beschriebenen Bestrahlungsmethoden ohne Änderung zur Bildung der Laserbestrahlungsbereiche auf den fächerförmigen Elementen angewandt, erstrecken sich die ganzen Laserbestrahlungsbereiche 12 parallel zur Richtung R\, d. h. in Radialrichtung der fächerförmigen Elemente in der Mitte, mit dem Ergebnis, daß die Richtungen der Laserbestrahlungsbereiche am linken und rechten Ende der fächerförmigen Elemente von dieser Richtung abweicht, wie dies in F i g. 8B gezeigt ist. Der Winkel der Abweichung kann zwischen 20 und 30° betragen. In ähnlicher Weise erstrecken sich alle Laserbestrahlungsbereiche auf den Zähnen senkrecht zur Richtung Rt,d. h. parallel zur Längsrichtung F\, mit dem Ergebnis, daß die Richtung der Laserbestrahlungsbereiche auf der linken und rechten Seite von der in F i g. 8 gezeigten Richtung in einem Winkel zwischen 20 und 30° abweicht.

Der Abweichungswinkel von der Walzrichtung von 20 bis 30° ist jedoch aufgrund der geringen Abweichung in den fächerförmigen Elementen zulässig. Ein solcher Abweichungswinkel von 20 bis 30° ist auch zweckmäßig, denn aufgrund dieser Winkelabweichung wird die Magnetflußabweichung von der Walzrichtung geringer.

Der Übergangsbereich zwischen den Zähnen 20b und dem Joch 20a kann mit einer der folgenden Methoden bestrahlt werden. Gemäß F i g. 8B ist das Laserbestrahlungsmuster im Übergangsbereich konisch in bezug auf das Muster auf den Zähnen ausgebildet, was dazu führt, daß der Magnetfluß wie durch die strichlierte Linie Fs (der Grenze zwischen Joch und linkem Zahn) abgelenkt wird. Die Verringerung des Eisenverlustes kann aufgrund der bei der Erläuterung der F i g. 3 und 4 angegebenen Gründe erfolgen. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 8C wird die Laserstrahlung bis zur Übergangsstelle zwischen Joch und Zähnen in gleicher Weise wie am Joch vorgesehen. Hingegen ist bei der in Fig.8D gezeigten Ausführungsform die Laserbestrahlung nicht bis zum Übergangsbereich zwischen Joch und Zähnen vorgesehen. Diese Art der Bestrahlung ist zulässig, da der Übergangsbereich verhältnismäßig klein ist und ferner der Magnetfluß im Übergangsbereich in verschiedene Richtungen gerichtet ist. Wie vorstehend bezüglich Fig. 8B, SC und 8D erläutert wurde, ist es gemäß der Erfindung möglich, eine Verringerung des Eisenverlustes sowohl im Jochbereich als auch in den Zahnbereichen eines Statorkernelements für Rotationsmaschinen zu erreichen, bei denen dei Kern in Abschnitte unterteilt ist die aus kernorientier· tem elektromagnetischem Stahlblech bestehen.

Die Laserbestrahlungsbereiche 12 sind in den Figui als durchgehende Linien gezeigt Der Eisenverlust eine: kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs kam durch Laserbestrahlung, bei der linienförmige Markie rungen auf dem Stahlblech erhalten werden, verringer werden. Eine Verringerung des Eisenverlustes ka:«·

ίο jedoch auch mit lasererzeugten Markierungen in Fom von unterbrochenen Linien oder Punkten erreich: werden. Wenn die lasererzeugten Markierungen Punkte und/oder unterbrochene, in Reihen angeordnete Linier sind, wird der Laserstrahl auf die Stanzstücke füi elektrische Anlagen vorzugsweise unter folgender Bedingungen angewandt: Energiedichte zwischen 0,001 und 1000 J/cm² und Fläche jeder Laserstrahlmarkierung nicht weniger als 10-⁵ mm².

Ausführungsformen gemäß der Erfindung untei Anwendung derselben auf Statorkernelemente be denen intermittierende Punkte ausgebildet werden, sind nachstehend näher erläutert.

In F i g. 9 ist ein Statorkemelement ähnlich jenem dei Fig.8 gezeigt, wobei punktförmige Markierungen 31, 32 und 33 dtch Laserbestrahlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildet sind, um zu erreichen, daß ein kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech für Rotationsmaschinen verwendet werden kann. In F i g. 9 werden die gleichen Bezugszeichen und Symbole wie in Fig.8 mit gleicher Bedeutung verwendet. Ein Beispiel für Strahlungsbedingungen ist folgendes:

Fläche jeder Markierung (s): nicht weniger als 10-⁵mm²

Markierungsdurchmesser (d):0,004 bis 1 mm
Abstand (sm) der Markierungen quer zur Walzrichtung: 0,004 bis 2 mm
Abstand (I) der Markierungen in Walzrichtung: 1 bis 30 mm

Energiedichte des Laserstrahls (P): 0,01 bis lOOO J/cm².

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Markierungen 41, 42 und 43 in Form von unterbrochenen Linien durch Laserbestrahlung ausgebildet. Ein Beispiel der Bestrahlungsbedingungen ist folgendes:

Markierungsbreite (d):0,03 bis 1 mm
Markierungslänge (biu): nicht weniger als 1 mm
Abstand (au): 0,01 bis 2 mm
Abstand (I): 1 bis 30 mm
Energiedichte (P):0,0\ bis 1000 J/cm²
Impulsdauer (Oszillationszeit): 1 ns bis 100 ms.

Bei den beiden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind entweder punktförmige Markierungen oder strichförmige Markierungen, die durch Bestrahlung gebildet werden, auf einem Teil der Oberfläche eines Stanzstückes für elektrische Anlagen vorgesehen. Es kommt jedoch auch in Betracht, beide Arten der Markierungen in Kombination auf der Oberfläche eines Stanzstückes vorzusehen. Die Erfindung umfaßt auch Ausführungsformen, bei denen eine optimale Kombination der Markierungen auf beiden Oberflächen eines Stanzstückes für elektrische Anlagen vorgesehen sind. Die Laserbestrahlung wird Vorzugs-

weise ausgeführt, nachdem das Stanzstück erforderlichenfalls einer üblichen Entspannungsglühbehandlung unterworfen wurde, um vor dem Ausstanzen eines Stahlstreif'jns die durch den Wickelvorgang bedingte Spannung zu entfernen.

Die nachfolgenden Beispiele illustrierten erfindungsgemäße Verfahren unter Angabe von bevorzugten Bestrahlungsbedingungen, die zu einer erheblichen Verringerung des Eisen verlustes führen.

Beispiel 1

Ein konorientiertes elektromagnetisches Stahlblech mit den magnetischen Eigenschaften £fe=l,92 T und 1^:7/60=136 W/kg wurde unter Bildung von Stahlblechabschnitten für einen Transformatorkern ausgestanzt, die dann einer Entspannungsglühbehandlung unterworfen wurden.

Auf die Stahlblechabschnitte wurde ein YAG-Laserstrahl in solcher Weise aufgebracht, daß dieser im wesentlichen parallel zur Walzrichtung jedes Stahlblechabschnittes geführt wurde, die eine T-förmige Verbindung bildeten, und zwar unter Ausbildung von Laserstrahlenbereichen in Streifenform. F i g. 6 zeigt schematisch wie der Laserstrahl auf der T-förmigen Verbindung der Stahlblechabschnitte geführt wurde. Der Laserstrahl wurde nur auf eine Oberfläche der Stahlblechabschnitte geführt, wobei folgende Bestrahlungsbedingungen eingehalten wurden:

Impulsdauer(Oszillationszeit): 150 ns

Bestrahlungsbreite d gemäß Fig.4A und 4B:

0,16 mm

Bestrahlungsabstand / gemäß Fig.4A und 4B:

5 mm

Bestrahlungsenergiedichte P: 1,3 J/cm²

10

Der Eisenverlust wurde vor und nach der Bestrahlung gemessen und es wurden folgende Werte ermittelt:

Vorder Bestrahlung: VVi₇Z₆₀= 1,57 W/kg,
nach der Bestrahlung: W_U/bo= 1,52 W/kg

Das Symbol W^/m bezeichnet dabei den Eisenverlust bei einem Magnetfluß von 1,7 T und einer Frequenz von 60Hz.

Die Verringerung des Eisenverlustes bei einem Transformatorkern betrug daher aufgrund der Laserbestrahlung

20

1,57 - 1,52
1,57

x 100% = 3,2%.

Im T-förmigen Verbindungsbereich, der 9,5 Gewichtsprozent des Eisenkernes ausmacht, betrug die Verringerung des Eisenverlustes

30

X 100 (%) = 33,7%.

Beispiel 2

Elemente eines Statorkerns wurden aus einem kornorientierten elektromagnetischen Stahlblech gestanzt, das einer Endglühbehandlung unterworfen wurde, wobei Stanzwerkzeuge verwendet wurden. Die Elemente wurden einer Laserbestrahlung unter folgenden Bedingungen unterworfen: Energiedichte (P) 5,1 J/cm², Markierungsdurchmesser («#0,1 mm.

Die punktförmigen in Fig.9 illustrierten Markierungen mit einem Markierungsdurchmesser (d)von 0,1 mm wurden bei Bestrahlung unter den in Tabelle II angegebenen Parametern fürawund /gebildet.

Tabelle	II	/ (mm)	Eisenverlust vor Bestrahlung »Ί7/5Ο Längs- Quer richtung richtung	4,18 4,20	Eisenverlust nach Bestrahlung Wp/so Längs- Quer richtung richtung	Magnetfluß vor Bestrahlung *10 Längs- Quer richtung richtung	1,36 1,36	Magnetfluß nach Bestrahlung ^B\o Längs- Quer richtung richtung	1,37 1,36
Proben	*a\i* (mm)	1,0 0,5	1,65 1,53		1,58 4,17 1,61 3,98	1,80 1,82		1,80 1,81
A B	0,5 5

Die Ausdrücke »Längsrichtung« und »Querrichtung« Wie aus Tabelle Il zu ersehen ist, wurde der

beziehen sich dabei auf die Meßrichtungen der Eisenverlust der Probe A in Längsrichtung um 0,07

magnetischen Eigenschaften in Walzrichtung und in W/kg und bei der Probe B in Querrichtung um 0,22

Richtung quer zur Walzrichtung. Die Führungsrichtun- W/kg aufgrund der Laserbestrahlung in Form von

gen des Lasers bei den Proben A und B waren die 60 Punkten verringert.
Querrichtung bzw.die Längsrichtung.

Beispiel 3

Eine lineare Bestrahlung, wie sie in Fig. 9 illustriert ist (Markierungen 43) wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Energiedichte (P) 1,1 J/cm², Bestrahlungsbreite (d) 0,05 mm und Bestrahlungslänge (bin) 0,3 mm. Die durch die Bestrahlung erzielten Ergebnisse sowie die Bestrahlungsparameter a_M und / sind in der b5 nachstehenden Tabelle III wiedergegeben. Die Führungsrichtung des Lasers bei den Proben C und D waren dabei die Querrichtung bzw. die Längsrichtung.

Tabelle III

17

18

Proben α« (mm)

C
D

0,5 5,0

/ (mm)

7,5 0,8

Eisenverlust vor Bestrahlung

Eisenverlust
nach Bestrahlung

^17/50

Magnetfluß
vor Bestrahlung

βίο

Magnetfluß nach Bestranlung

Längs- Quer- Längs- Quei- Längs- Quer- Längs- Quer

richtung richtung richtung richtung richtung richtung richtung richtung

1,69 1,65

4,10 4,15

4,10
3,92

1,79
1,81

1,38 1,36

1,78 1,80

1,38 1,35

Aus Tabelle III ist ersichtlich, daß der Eisenverlust der W/kg aufgrund der linearen Laserbestrahlung verrin-Probe C in Längsrichtung um 0,08 W/kg und der gert wurden.
Eisenverlust in der Probe D in Querrichtung um 0,22 15

Beispiel 4

Auf beiden Oberflächen von Stahlblechabschnitten J/cm², Markierungsaurchmesser (d) 0,1 mm und den in wurden unter folgenden Bedingungen punktförmige 20 Tabelle IV angegebenen Bestrahlungsparametern Sm Lasermarkierungen aufgebracht: Energiediclite (P) 1,1 und I.

Tabelle IV

Proben

(mm)

Eisenverlust vor Bestrahlung

Eisenverlust
nach Bestrahlung

**Ί 7/50

Magnetfluß vor Bestrahlung

Magnetfluß nach Bestrahlung

Längs- Quer- Längs- Quer Längs- Quer- Längs- Querrichtung richtung richtung ichtung richtung richtung richtung richtung

(Vorderseite) 0,5 (Rückseite)

10 1,66 4,16 1,59 3,95 1,80 1,37 1,80 1,36

0,5

Die Parameter a« und / auf beiden Oberflächen der Parameter au und /auf einer Oberfläche von jenen der

Stahlblechabschnitte sind voneinander unterschiedlich, anderen unterscheiden, wurden die Eisenverlusts: in

wie dies aus Tabelle IV hervorgeht. Aufgrund der 40 Längsrichtung um 0.07 W/kg und in Querrichtung um

punktförmigen Markierungen, bei denen sich die 0,21 W/kg verringert.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Eisenkern für elektrische Anlagen mit wenigstens einem Abschnitt vorgegebener Form als Element des Eisenkerns, welcher aus einem kornorientierten elektromagnetischen Stahlblech besteht, wobei die Abschnitte zur Vermeidung der Quermagnetisierungsverluste Markierungen auf Teilen der Oberflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen mit Laserstrahlung erzeugt und derart geometrisch angeordnet sind, daß die magnetischen Domänen unterteilt sind.

2. Eisenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die laserstrahlerzeugten Markierungen in Reihen angeordnete kontinuierliche Linien sind, die einen vorgegebenen Abstand voneinander haben.

3. Eisenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die laserstrahlerzeugten Markierungen in Reihe angeordnete Punkte bzw. unterbrochene Linien sind, wobei die Fläche jeder laserstrahlerzeugten Markierung nicht weniger als 10~⁵ mm² ist und die Energiedichte des verwendeten Laserstrahls im Bereich von 0,01 und 1000 Joule pro cm² beträgt.

4. Eisenkern nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen der laserstrahlerzeugten Markierungen im wesentlichen parallel zu der Walzrichtung des Stahlblechs verlaufen.

5. Eisenkern nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen der laserstrahlerzeugten Markierungen im wesentlichen senkrecht zu der Walzrichtung des Stahlbleches verlaufen.

6. Eisenkern nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Reihen der laserstrahlerzeugten Markierungen im wesentlichen parallel und der andere Teil im wesentlichen senkrecht zu der Walzrichtung des Stahlbleches verlaufen.

7. Eisenkern nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die laserstrahlerzeugten Markierungen wenigstens in jenen Abschnitten angeordnet sind, an welchen ein gekrümmter Magnetflußverlauf auftritt.

8. Eisenkern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Stahlblechabschnitte in einem Winkel von 45° abgeschrägt ist, drei abgeschrägte Abschnitte in einer 45° Verbindung zusammengesetzt werden, so daß sich eine T-Verbindung bildet, und die Reihen der laserstrahlerzeugten Markierungen auf der T-Verbindung streifenförmig in Walzrichtung angeordnet sind.

9. Eisenkern nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Eisenkern aufbauenden aus kornorientiertem elektromagnetischen Stahlblech bestehenden Elemente einen ersten Teil aufweisen, der sich in Walzrichtung erstreckt, und einen zweiten Teil, der sich quer zur Walzrichtung erstreckt, wobei sich ein Teil der laserstrahlerzeugten Markierungen auf dem ersten Teil in einer ersten Richtung erstreckt, die im wesentlichen senkrecht oder parallel zur Walzrichtung ist, und der andere Teil der laserstrahlerzeugten Markierungen, die auf dem zweiten Teil ausgebildet sind, sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung ist.

10. Eisenkern nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern aus El- oder Cl-Elementen aus kornorientiertem elektromagnetischem Stahlblech besteht, die I-förmigen Elemente aus dem kornorientierten elektromagnetischen Stahlblech in solcher Weise ausgestanzt werden, daß die Längsrichtung dieser Elemente :n Walzrichtung liegt, die C- oder E-förmigen Elemente in solcher Weise ausgebildet sind, daß die Längsrichtungen der Schenkel in Walzrichtung oder quer zur Walzrichtung liegen, die laserbestrahlten Bereiche, in denen die lasererzeugten Markierungen ausgebildet sind, längs der kurzen Seiten der I-förmigen Elemente und längs der kurzen Seiten der Schenkel und des Jochs der C- oder E-förmigen Elemente ausgerichtet sind und die laserbestrahlten Bereiche, die eine vorgegebene Breite aufweisen, voneinander durch einen Spalt getrennt sind, der in einer Richtung senkrecht zur jeweiligen Richtung längs der kurzen Seiten verläuft

11. Eisenkern nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die laserstrahlerzeugten Markierungen an den E- oder C-förmigen Elementen außer an deren Ecken ausgebildet sind.

12. Eisenkern nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die laserstrahlerzeugten Markierungen, die gleich wie jene auf den Schenkeln ausgerichtet sind, in den Ecken der E- oder C-förmigen Elemente ausgebildet sind.

13. Eisenkern nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung in Verbindung mit großen Rotationsmaschinen mehrere fächerartige Elemente des Statorkerns vorgesehen sind, die aus einem kernorientierten elektromagnetischen Stahlblech in solcher Weise ausgestanzt sind, daß die Längsrichtung der fächerförmigen Elemente mit der Walzrichtung oder der Richtung quer zur Walzrichtung zusammenfällt und die laserbestrahlten Bereiche des Joches und der Zähne, die eine vorgegebene Breite haben, und die darauf befindlichen Markierungen sich im wesentlichen in radialer Richtung auf den fächerförmigen Elementen bzw. im wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken, und die laserbestrahlten Bereiche voneinander durch einen vorgegebenen Spalt getrennt sind, und zwar radial bzw. umfänglich in bezug auf solche Bereiche der Zähne und des Joches.

14. Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns für elektrische Anlagen, bei dem ein kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech in Abschnitte mit vorgegebener Form als Elemente des Eisenkerns geformt wird, mit oder ohne Ausglühen zur Spannungsfreimachung, dadurch gekennzeichnet, daß (a) die Teile der Abschnitte, in denen der Magnetfluß nahezu parallel zur Walzrichtung verlaufen muß, zur Unterteilung der magnetischen Domänen in solcher Weise mit einem Laser bestrahlt werden, daß das Laserabtasten im wesentlichen in der Richtung quer zur Walzrichtung erfolgt, und (b) die Teile der Abschnitte, in denen der Magnetfluß im wesentlichen senkrecht zur Walzrichtung verlaufen muß, zur Unterteilung der magnetischen Domänen in solcher Weise mit einem Laser bestrahlt werden, daß die Laserabtastung im wesentlichen in Walzrichtung liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte mit einer Winkelabweichung von der Walzrichtung oder der Richtung quer zur Walzrichtung von maximal 30°

bestrahlt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein Impulslaser verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Laserbestrahlung kontinuierliche Linien ausgebildet werden, die in einem streifenförmigen Muster mit vorgegebenen Abständen angeordnet sind, und zwar unter folgenden Bedingungen: Bestrahlung^breite (d)=0,01 bis lmm; Abstand ft>=l,0 bis 30 mm; Laserimpulsdauer = nicht mehr als 10 ms und Energiedichte (P)=O₁Ol bis 1000 J/cm².

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß durch Laserbestrahlung Markierungen in Form von unterbrochenen Linien oder Punkten ausgebildet werden, die in vorgegebener Richtung und in einem streifenförmigen Muster angeordnet sind, die Fläche jeder Markierung nicht weniger als 10~⁵ mm² und die Energi jdichte (P) im Bereich von 0,01 bis 1000 ]/cm² betragen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a_M) zwischen den Bestrahlungsmarkierungen in Richtung quer zur Walzrichtung zwischen 0,004 und 2 mm und der Abstand ^zwischen den Markierungen in Walzrichtung zwischen 1 und 30 mm betragen.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß jede Linie der Bestrahlungsmarkierungen eine Breite (d) zwischen 0,003 und 1 mm und eine Länge (öm) von nicht weniger als 0,01 mm aufweist, der Abstand (a\i) zwischen den Bestrahlungsmarkierungen quer zur Walzrichtung zwischen 0,01 und 2 mm und der Abstand (I) zwischen den Markierungen in Walzrichtung zwisehen 1 und 30 mm liegen.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Laser bestrahlten Blechabschnitte mit einer Isolierschicht versehen werden.