Welche Arten von Elektroband gibt es?

GNEE Steel Elektrostahlspule

Kornorientiertes Elektroband (GOES)

Das Verfahren zur Herstellung von GOES wurde in den 1930er Jahren vom amerikanischen Forscher Norman P. Goss entwickelt. Ein Stahlblech wird auf eine bestimmte Art und Weise gewalzt (mit sogenannter kritischer Dickenreduzierung), wodurch Kornkeime entstehen, die mit der Walzrichtung ausgerichtet sind. Bei der anschließenden thermischen Behandlung und Rekristallisation wachsen aus den Samenkörner, bis sie das gesamte Volumen ausfüllen.

Dadurch ist jedes Korn ausgerichtet und die magnetischen Eigenschaften werden entlang der Walzrichtung maximiert, die auch als Richtung der „leichten Magnetisierung“ bezeichnet wird. (Die Magnetisierung bei 90° zu dieser Richtung ist „hart“ und bei 60° ist sie „am härtesten“ – eine direkte Folge der Kornorientierung). Das bedeutet, dass GOES sehr nützlich bei Anwendungen ist, bei denen der magnetische Fluss in eine bestimmte Richtung geleitet werden muss, beispielsweise in einem Schenkel eines Transformators.

GOES enthalten normalerweise etwa 96,5 % Eisen, 3 % Silizium und 0,5 % andere Elemente. Das Silizium reduziert die Verluste und hilft bei der Ausrichtung des Kornwachstums. Aus magnetischer Sicht liegt der optimale Siliziumanteil tatsächlich bei 6,5 %, wobei die Verluste sogar noch geringer sind, die Permeabilität ihr Maximum erreicht und der Stahl keine Magnetostriktion aufweist, die die Hauptursache für akustische Geräusche von Transformatoren ist. Allerdings ist Stahl mit einem Siliziumgehalt von 6,5 % so spröde, dass er nicht mechanisch geschnitten oder gestanzt werden kann und daher mit Lasern oder anderen Spezialtechniken geschnitten werden muss. Ein alternativer Ansatz besteht darin, normales Material mit 3 % Silizium zu schneiden und es nach dem Schneiden mit mehr Silizium zu infundieren.

Im Laufe der Jahre gab es viele Modifikationen und Verbesserungen am Herstellungsprozess für GOES, die vor allem zu einer Reduzierung der Verluste um etwa den Faktor zehn führten. Der derzeit verwendete Produktionsprozess umfasst über 20 Schritte, wodurch GOES deutlich teurer ist als Baustahl. Es ist jedoch immer noch weitaus günstiger als andere magnetische Alternativen wie Nickel- und Kobaltlegierungen.

Die magnetische Leistung von GOES wurde unter anderem durch die Hinzufügung einer speziellen Beschichtung verbessert, die eine Zugspannung auf der Oberfläche des Blechs erzeugt. Dies verbessert die Durchlässigkeit des GOES und reduziert Verluste. Das Ergebnis ist, dass auf diese Weise hergestellter Stahl bei höherer Magnetisierung (B) arbeiten kann als die konventionelleren Sorten. Dieses Verfahren wird oft mit dem patentierten Handelsnamen „Hi-B“ bezeichnet.

Es gab auch Laborversuche mit sogenanntem „doppelt orientiertem“ Stahl, der zwei orthogonale „einfache“ Richtungen aufweist, die durch geeignetes Kornwachstum erreicht werden. Allerdings ist der Herstellungsprozess dafür noch aufwändiger und das Material hat noch keine großtechnische Anwendung gefunden.

Die vorherrschenden Dicken für kommerziell genutzte GOES sind {{0}},35 mm (am günstigsten), 0,27 mm und 0,23 mm (am teuersten). Der Preis liegt typischerweise bei einigen US-Dollar pro Kilogramm.

Nichtorientiertes Elektroband (NOES)

Bei NOES sind die Körner viel kleiner, normalerweise kleiner als 0,1 mm. Sie sind nicht in eine bestimmte Richtung ausgerichtet. Ganz im Gegenteil – sie sollten möglichst zufällig verteilt sein, um eine Ladungssymmetrie zu gewährleisten. Dies liegt daran, dass die NOES in Kernen rotierender Maschinen verwendet werden, wo der magnetische Fluss in den „Zähnen“ der Bleche ständig rotiert und seine Position ändert. Der Herstellungsprozess ist einfacher als bei GOES und der Stahl ist daher billiger – normalerweise weniger als die Hälfte des Preises.

Da NOES in dickeren Blechen (0,35 mm und mehr) hergestellt wird, ist das Stanzen schwieriger und es treten beim Schneiden mehr mechanische Verformungen und Spannungen auf. Dies beeinträchtigt die magnetische Leistung und kann nicht immer toleriert werden. In diesen Fällen müssen die Bleche nach dem Schneiden geglüht werden, um ihre magnetischen Eigenschaften zu verbessern. Daher sind die NOES in zwei Haupttypen erhältlich: vollständig verarbeitet, die kein erneutes Glühen erfordern, und halbbearbeitet, für die eine abschließende Wärmebehandlung erforderlich ist.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist auch der Siliziumgehalt. Durch den Zusatz von Silizium wird die Sättigungsmagnetisierung leicht reduziert. Dies ist wichtig bei rotierenden Maschinen, bei denen die Zähne unter gesättigten Bedingungen arbeiten können. Das mechanische Drehmoment einer rotierenden Maschine ist proportional zum Quadrat der Magnetisierung, sodass bereits eine kleine Verbesserung der Magnetisierung für die daraus resultierenden erheblichen Drehmomentsteigerungen gerechtfertigt ist. Aus diesem Grund wird der Siliziumgehalt oft auf viel niedrigere Werte reduziert (manchmal sogar unter 0,5 %), wenn die mechanische Leistung von größter Bedeutung ist. Dies verbessert das Drehmoment, führt aber natürlich zu höheren Wirbelstromverlusten, die nur durch eine Verringerung der Dicke der verwendeten Bleche reduziert werden können.

NOES wird häufig für kleine, günstige Transformatoren für Haushaltsgeräte verwendet, bei denen der Preis des Geräts ein entscheidender Faktor ist.