WO2001091141A1

WO2001091141A1 - Induktives bauelement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: WO2001091141A1
Application number: PCT/EP2001/003862
Authority: WO
Inventors: Markus Brunner
Original assignee: Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2001-11-29
Also published as: US7265651B2; US8327524B2; EP1282903A1; EP1282903B1; DE50103010D1; DE10024824A1; US20030156000A1; US20080001702A1; JP2003534656A

Abstract

Es wird ein induktives Bauelement (10) vorgestellt, dessen weichmagnetischer Kern (11) durch Einfüllen eines Gießharzes in eine mit einem weichmagnetischen Legierungspulver gefüllte Form (1a) und anschließende Aushärtung des Gießharzes mit dem Legierungspulver zu einem massiven weichmagnetischen Kern hergestellt wird. Durch diese Vorgehensweise wird im Gegensatz zu den herkömmlichen Spritzgussverfahren die Oberflächenisolierung der Legierungspartikel nicht verletzt, so dass die Bildung von Volumenwirbelströmen in den resultierenden weichmagnetischen Kernen weitgehend vermieden werden können. Dadurch lässt sich eine deutliche Absenkung der elektrischen Verluste des induktiven Bauelements erreichen.

Description

Beschreibung

Induktives Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement mit zumindest einer Wicklung und einem weichmagnetischen Kern aus einem ferromagnetisehen Material. Insbesondere betrifft die Erfindung induktive Bauelemente mit einem aus einem Pulververbundwerkstoff bestehenden weichmagnetischen Kern.

Weichmagnetische Pulververbundwerkstoffe als gepresste Magnetkerne sind seit langer Zeit bekannt .

Zum einen sind gepresste Pulververbundwerkstoffe aus Eisen- pulver bekannt. Mit diesen Magnetkernen lässt sich der Permeabilitätsbereich von ca. 10 bis 300 gut abdecken. Die mit diesen Magnetkernen erreichbaren Sättigungsinduktionen liegen bei ca. 1.6 Tesla. Die Anwendungsfrequenzen sind wegen des vergleichsweise niedrigen spezifischen Widerstands und der Größe der Eisenpartikel typischerweise unter 50 kHz.

Des weiteren sind gepresste Pulververbundwerkstoffe aus weichmagnetischen kristallinen Eisen-Aluminium-Silizium- Legierungen bekannt . Mit diesen können Anwendungsfrequenzen aufgrund des vergleichsweise höheren spezifischen Widerstands bis über 100 kHz erreicht werden.

Besonders gute Sättigungsinduktionen und Permeabilitäten können mit Pulververbundwerkstoffen erreicht werden, die auf kristallinen Nickel -Eisen-Legierungen basieren. Über die exakte Einstellung des Nickelgehaltes können Permeabilitäten bis in den Bereich von ca. 500 erreicht werden. Mit diesen sind ebenfalls aufgrund der vergleichsweise geringen Ummagne- tisierungsverluste Anwendungsfrequenzen bis über 100 kHz mög- lieh. Diese drei bekannten Pulververbundwerkstoffe können jedoch nur zu geometrisch sehr einfachen Formen verarbeitet werden, da die zur Verfügung stehenden Presstechnologien nur einen begrenzten Spielraum lassen. Insbesondere lassen sich ledig- lieh Ringkerne und/oder Schalenkerne herstellen.

Um diesen Nachteil zu umgehen, wurde in der DE 198 46 781 AI ein Spritzgussverfahren vorgestellt, bei dem nanokristalline Legierungen in einen spritzgießf higen Kunststoff eingebettet und danach zu weichmagnetischen Kernen über ein Spritzgussverfahren verarbeitet wurden.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die anfangs vielversprechenden Ansätze im Spritzguss Grenzen aufweisen. Ein großer Nach- teil ist, dass die Legierungspartikel des Legierungspulvers aus amorphen oder nanokristallinen Legierungen insbesondere beim Einspritzvorgang in die verwendeten Werkzeuge extremen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Dies führt in der Regel zu einer Beschädigung der Oberflächenisolation der Le- gierungspartikel . Die Beschädigung der Oberflächenisolation der Legierungspartikel führt wiederum zu erhöhten Ummagneti- sierungsverlusten durch Volumenwirbelströme in den hergestellten weichmagnetischen Kernen.

Ein weiteres Problem bei den Spritzgussverfahren ist die Beständigkeit der Isolation der Wicklungen gegenüber dem weichmagnetischen Kern. Die bei der Herstellung in die mit Wicklungen bestückte Form eingespritzte Spritzgussmasse wirkt durch die darin eingebetteten Legierungspartikel extrem abra- siv, so dass es vermehrt zu Beschädigungen der Isolierungen der Wicklungen kommt . Insbesondere bei der Verwendung von Wicklungen aus lackisolierten Kupferdrähten oder lackisolierten Kupferlitzen kommt es vermehrt zu starken Beschädigungen.

Des weiteren hat es sich als Nachteil bei den Spritzgussverfahren gezeigt, dass diese sehr teure und aufwendig herzustellende Spritzgussformen benötigen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein induktives Bauelement mit zumindest einer Wicklung und einem weichmagnetischen Kern aus einem ferromagnetischen Pulververbundwerkstoff bereitzustellen, welches sehr einfach herzustellen ist, bei dem eine Beschädigung der Isolierungen der Wicklungen beim Herstellungsverfahren weitgehend vermieden wird und bei denen die Legierungspulver während der Verarbeitung keinen oder nur unkritischen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden.

Des Weiteren soll das neue induktive Bauelement und das damit verbundene Herstellungsverfahren nicht auf die Vorteile des Spritzgussverfahrens verzichten. Insbesondere soll es möglich sein, induktive Bauelemente herzustellen, deren weichmagneti- sehe Kerne in ihrer Formgebung nahezu frei sind und bei denen die Volumenausnutzung optimiert werden kann.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch ein induktives Bauelement mit zumindest einer Wicklung und einem weichmagne- tischen Kern aus einem ferromagnetischen Pulververbundwerkstoff gelöst, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass der Pulververbundwerkstoff aus einem Legierungspulver aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung und einem Gießharz besteht .

Typischerweise werden für die Legierungspulver nanokristalli- ne Legierungen verwendet, wie sie beispielsweise eingehend in der EP 0 271 657 A2 oder in der EP 0 455 113 A2 beschrieben sind. Solche Legierungen werden mittels der dort beschriebe- nen Schmelzspinntechnologie typischerweise in Form von dünnen

Legierungsbändern hergestellt, die anfänglich amorph sind, und dann zum Erzielen des nanokristallinen Gefüges einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Es sind jedoch auch amorphe Kobalt-Basislegierungen verwendbar, wie sie beispielsweise in der US ??? und dem darin zitierten Stand der Technik eingehend beschrieben sind. Die Legierungen werden zu Legierungspulvern mit einer durchschnittlichen Partikelgröße < 2 mm vermählen. Optimal sind Dicken von 0,01 bis 0,04 mm und Abmessungen in den beiden anderen Dimensionen von 0,04 bis 1,0 mm.

Zur elektrischen Isolation der Legierungspartikel untereinander werden die Legierungspartikel oberflächenoxidiert . Dies kann einerseits dadurch bewirkt werden, dass die gemahlenen Legierungspartikel in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre o- xidiert werden. Es kann jedoch auch die Oberfläehenoxidation hergestellt werden über eine Oxidation des Legierungsbandes vor dem Vermählen zu einem Legierungspulver.

Zur weiteren Verbesserung der Isolierung der Legierungsparti- kel untereinander können diese mit einem Kunststoff, beispielsweise einem Silan oder einer Metallalkyl-Verbindung beschichtet werden, wobei die Beschichtung bei Temperaturen zwischen 80 °C und 200 °C während einer Dauer von 0,1 bis 3 h vorgenommen wird. Durch diese Vorgehensweise wird die Be- Schichtung in die Legierungspartikel "eingebrannt".

Als Gießharze werden typischerweise Polyamide oder Polyacry- late verwendet, wobei die genaue Vorgehensweise weiter unten anhand der Diskussion des erfindungsgemäßen Herstellungsver- fahrens erörtert wird.

Die so hergestellten induktiven Bauelemente können Sättigungsmagnetisierungen B_s > 0,5 und Permeabilitäten μ zwischen 10 und 200 aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements mit zumindest einer Wicklung und einem weichmagnetischen Kern aus einem ferromagnetischen Pulververbundwerkstoff ist in einer ersten Ausführungsform durch die fol- genden Schritte gekennzeichnet: a) Bereitstellen einer Form, eines Legierungspulvers und einer Gießharzformulierung; b) Befüllen der Form mit dem Legierungspulver; c) Einfüllen der Gießharzformulierung in die Form; und d) Aushärten der Gießharzformulierung.

In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements mit zumindest einer Wicklung und einem weichmagneti- sehen Kern aus einem ferromagnetischen Pulververbundwerkstoff durch folgende Schritte gekennzeichnet :

a) Bereitstellen einer Form, eines Legierungspulvers und einer Gießharzformulierung; b) Vermischen des Legierungspulvers und der Gießharzformulierung zu einer Gießharzpulverformulierung; c) Einfüllen der Gießharzpulverformulierung in die Form; und d) Aushärten der Gießharzpulverformulierung.

Durch diese Vorgehensweise wird im Unterschied zum Spritzgussverfahren, das eingangs anhand der DE 198 49 781 AI diskutiert wurde, vermieden, dass die Legierungspartikel einer mechanischen Belastung beim Herstellungsprozess ausgesetzt werden. Des weiteren wird auch insbesondere bei Verwendung einer mit einer vorgefertigten Wicklungen bestückten Form, die auf den Wicklungsdrähten aufgebrachte Isolationsschicht nicht beschädigt, da das Einfüllen der möglichst niedrigviskosen Gießharzformulierung bzw. Gießharzpulver-Formulierung in die Form aufgrund des sanften Einleitens der Formulierun- gen diese nicht beschädigt. Besonders bevorzugt sind Gießharzformulierungen mit Viskositäten von einigen wenigen Mil- lipascalsekunden.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, insbesondere beim Erzielen von großen Füllhöhen in der Form, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass das Legierungspulver bereits vor dem Einfüllen in die Form mit der

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aufwendig und teuer herzustellen ist, notwendig, die niemals als "verlorene Schalung" dienen kann.

Bei den Spritzgussverfahren muss immer das hergestellte Bau- element bzw. der hergestellte weichmagnetische Kern aus Pulververbundwerkstoff aufwendig aus der Form entformt werden, was zu längeren Produktionszeiten führt.

Als Gießharzformulierungen werden typischerweise Polymerbau- steine, die mit einem Polymerisationsinitiator (Starter) vermengt sind, verwendet. Insbesondere kommen als Polymerbausteine Methacrylsäuremethylesther in Betracht. Es sind jedoch auch andere Polymerbausteine denkbar, beispielsweise Lactame. Die Methacrylsäuremethylesther werden beim Aushärten dann zu Polyacryl polymerisiert. Analog werden die Lactame über eine Polyadditionsreaktion zu Polyamiden polymerisiert.

Als Polymerisationsinitiatoren kommen Dibenzoylperoxid in Betracht oder auch beispielsweise 2 , 2 ' -Azo-Isobuttersäure- dinitril.

Es sind jedoch auch andere Polymerisationprozesse der bekannten Gießharze möglich, beispielsweise Polymerisationen, die über Licht- oder UN-Strahlung ausgelöst werden, das heißt al- so weitgehend ohne Polymerisationsinitiatoren auskommen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Legierungspartikel während und/oder nach dem Befüllen der Form mit dem Legierungspulver durch Anlegen eines Magnetfeldes ausgerichtet. Dies kann insbesondere bei der Verwendung von Formen, die bereits mit einer Wicklung bestückt sind, durch Durchleiten eines Stroms durch die Wicklung und dem damit einhergehenden Magnetfeld geschehen. Durch dieses Anlegen von Magnetfelder, die zweckmäßigerweise Feldstärken von mehr als 10 A/cm aufweisen, werden die Legierungspartikel ausgerichtet. Insbesondere ist es von Vorteil, die Legierungspartikel die formanisotrop sind, entlang der Magnetfeldlinien, die im später betriebenen induktiven Bauelement vorliegt, auszurichten. Durch die Ausrichtung der Legierungspartikel mit ihrer "lan- gen" Achse parallel zu den Magnetfeldlinien kann eine starke Absenkung der Verluste und eine Erhöhung der Permeabilität des weichmagnetischen Kerns und damit der Induktivität des induktiven Bauelementes erzielt werden.

Im Fall der Verwendung einer Gießharzpulverformulierung ist es zum Erzielen höherer Permalitäten des weichmagnetischen Kerns von Vorteil bereits beim Einfüllen der Gießharzpulverformulierung mit der in der Form liegenden Spule ein Magnetfeld zu erzeugen, welches zu einer Orientierung der Legie- rungspartikel in Richtung des magnetischen Flusses wirkt.

Nachdem die Form vollständig gefüllt ist, wird diese zunächst in Schwingungen versetzt, was wiederum beispielsweise durch den oben erwähnten Pressluftvibrator erfolgen kann und anschließend der Magnetisierungsstrom abgeschaltet. Nach der endgültigen Aushärtung der Gießharzformulierung wird dann das resultierende induktive Bauteil entformt .

Die Erfindung wird im folgenden Anhand von drei Ausführungs- beispielen und der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zei- gen:

Figur 1 ein induktives Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt; Figur 2 ein induktives Bauelement gemäß einer zweiten Aus- führungsform im Querschnitt; und

Figur 3 ein induktives Bauelement gemäß einer dritten Aus- führungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt .

Die Figur 1 zeigt ein induktives Bauelement 10. Das induktive Bauelement 10 besteht aus einem weichmagnetischen Kern 11 und einer Wicklung 12, die aus relativ dickem Kupferdraht mit we- nigen Windungen besteht. Figur 1 zeigt das Bauelement 10 während der Herstellung. Das Bauelement 10 ist in eine Form la, die hier aus Aluminium besteht, eingebracht.

Die Figur 2 zeigt ebenfalls ein induktives Bauelement 20, das aus einem weichmagnetischen Kern aus einem Pulververbundwerkstoff 21 besteht, in welchem ein Lagenwickel-Spulenkörper 22 eingebracht ist. Der Lagenwickel-Spulenkörper 22 ist an seinen Wicklungsenden mit Stiften 23 verbunden, die aus dem weichmagnetischen Kern 21 herausragen und zum Anschluss an eine Bodenplatte, beispielsweise eine Leiterplatte dienen. Das induktive Bauelement 20 in der Figur 2 ist ebenfalls wie in der Figur 1 während seiner Herstellung gezeigt. Das heißt, dass das induktive Bauelement 20 hier in der Form lb gezeigt ist, in der Pulververbundwerkstoff vergossen wird.

Die Figur 3 zeigt ebenfalls wie die Figuren 1 und 2 ein induktives Bauelement. Das hier gezeigte induktive Bauelement 30 besteht aus einem weichmagnetischen Kern 31, aus einem Pulververbundwerkstoff, in den wiederum ein Lagenwickel -

Spulenkörper 32 eingebracht ist. Der Lagenwickel -Spulenkörper 32 ist an seinen Wicklungsenden mit Anschlussstiften 33 verbunden, die aus der Form lc, die gleichzeitig als Gehäuse 34 dient, ragen.

Die folgenden Ausführungen sind, soweit es nicht ausdrücklich vermerkt wird, für alle drei Ausführungsbeispiele aus den Figuren 1 bis 3 identisch.

Ausgangsmaterial für den Pulververbundwerkstoff ist in allen drei Ausführungsbeispielen eine Legierung der Zusammensetzung Fe₇₃,sCuιNb₃Sii_5#5B₇, welche nach den bekannten Verfahren der Rascherstarrungstechnologie als dünne Metallbändern hergestellt wurden. Es wird noch einmal angemerkt, dass diese Her- stellungsverfahren beispielsweise in der EP 0 241 657 A2 eingehend erläutert sind. Diese Legierungsbänder erfahren dann zur Einstellung des nanokristallinen Gefüges eine Wärmebe- handlung unter Wasserstoff oder im Vakuum bei einer Temperatur von ungefähr 560 °C. Im Anschluss an diese Kristallisationsbehandlung wurden die Legierungsbänder mit einer Mühle bis zur gewünschten Endfeinheit zerkleinert. Die für dieses Ver- fahren typischen resultierenden Legierungspartikelgrößen lagen etwa in der Dicke zwischen 0,01 und 0,04 mm und in den Abmessungen in den beiden anderen Dimensionen zwischen 0,04 und 1 , 0 mm.

Die so hergestellten Legierungspartikel, die manchmal auch Flakes genannten werden, wurden nun zur Verbesserung ihrer dynamischen magnetischen Eigenschaften mit einer Oberflächen- beschichtung versehen. Dazu erfolgte zunächst eine gezielte Oberfläehenoxidation der Legierungspartikel durch eine Wärme- behandlung im Temperaturbereich zwischen 400 und 540 °C für eine Zeitdauer zwischen 0,1 und 5 h. Im Anschluss an diese Behandlung war die Oberfläche der Legierungspartikel mit einer abriebfesten Schicht aus Eisen und Siliziumoxid mit einer typischen Schichtdicke von etwa 150 bis 400 nm bedeckt.

Im Anschluss an diese Oberfläehenoxidation erfolgte die Beschichtung der Legierungspartikel mit einem Silan in einem Wirbelbett-Coater . Danach wurde die Schicht bei Temperaturen zwischen 80 °C und 200 °C während einer Zeit von 0,1 bis 3 h eingebrannt.

Die so vorbereiteten Legierungspartikel wurden dann bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen in die Formen la bzw. lb gefüllt. Die aus Aluminium bestehenden For- men la bzw. lb wiesen an ihren Innenwandungen eine geeignete

Trennbeschichtung auf, so dass es nicht zu einer erschwerten Entformung der induktiven Bauelemente 10 bzw. 20 kommen konnte. Danach wurden durch die Wicklungen 12 bzw. 22 elektrische Ströme geleitet, so dass die Legierungspartikel sich mit ih- rer „langen Achse" parallel zu dem dabei entstehenden Magnetfeld, das ungefähr 12 A/cm betrug, ausrichteten. Danach wurden bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Aus- führungsbeispielen in die mit Legierungspulver befüllten Formen jeweils eine Gießharzformulierung eingefüllt.

Bei der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsform wurde eine thermoplastische Methacrylatformulierung mit einem Silan- Haftvermittler eingefüllt. Diese thermoplastische Methacrylatformulierung hatte folgende Zusammensetzung: 100 g Methacrylsäuremethylester 2 g Methacryltrimethoxysilan 6 g Dibenzoylperoxid und 4,5 g N,N-Dimethyl-p-Toluidin

Bei der in der Figur 2 gezeigten Ausführungsform wurde eben- falls eine thermoplastische Methacrylatformulierung mit Si- lan-Haftvermittler eingefüllt, wobei diese Methacrylatformulierung die folgende Zusammensetzung aufwies: 100 g Methacrylsäuremethylester 2 g Methacryltrimethoxysilan 10 g Diglycoldimethacrylat 6 g Dibenzoylperoxid und 4,5 g N,N-Dimenthyl-p-Toluidin

In beiden Ausführungsformen wurden die vorstehenden chemi- sehen Bestandteile nacheinander im Methacrylester gelöst. Die fertige Mischung war in beiden Fällen wasserklar und wurde dann in die Formen la und lb gegossen. Die Gießharzformulierungen härteten in beiden Fällen bei Raumtemperatur innerhalb von ca. 60 min aus. Anschließend wurde eine Nachhärtung bei ca. 150 C für eine weitere Stunde vorgenommen.

Beim Befüllen der Formen la bzw. lb mit dem Legierungspulver hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Formen la bzw. lb während des Befüllens in Schwingungen zu versetzen, um damit das Legierungspulver zu verdichten. Mit diesem Vorgehen konnten in beiden Fällen problemlos Volumenanteile von bis zu 55 Vol% Legierungspulver in dem Pulververbundwerkstoff erzielt werden.

Bei dem in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde eine warmhärtende thermoplastische Methacrylatformulierung verwendet, die die folgende Zusammensetzung hatte: 100 g Methacrylsäuremethylester 0,1 g 2 , 2 ' -Azo-Isobuttersäure-Dinitril

Diese Gießharzformulierung wurde in die Form lc, wie in der

Figur 3 gezeigt wird, eingefüllt und innerhalb von 15 Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 50 °C ausgehärtet. Da die Form lc in der Figur 3 als "verlorene Schalung" verwendet wird, das heißt anschließend nach dem Herstellungsvorgang als Gehäuse 34 für das induktive Bauelement diente, hat es sich hier besonders gut erwiesen, eine warmhärtende Gießharzformulierung zu verwenden, da dadurch eine besonders intensiver und guter Kontakt zwischen der aus Kunststoff bestehenden Form lc und dem Pulververbundwerkstoff gelungen ist.

Anschließend wurde auch diese die Gießharzformulierung bei einer Temperatur von ungefähr 150 °C für ca. eine Stunde nachgehärtet .

Es wird angemerkt, dass die vorstehenden Gießharzformulierungen nur beispielhaften Charakter haben. Es sind eine große Fülle von anderen Gießharzformulierungen möglich, die auch chemisch anders vernetzt werden, als es in den oben aufgeführten Formulierungen der Fall war.

Der Vollständigkeit halber wird angemerkt, dass die oben genannten Formulierungen polymerisiert wurden und als Startersubstanzen Dibenzoylperoxid bzw. 2 , 2 ' -Azo-Isobuttersäur- Dinitril verwendet wurden. Es ist jedoch insbesondere auch möglich, ohne eine spezielle Startersubstanz auszukommen und Monomerbaussteine, das heißt chemische Agentien wie hier den Methacrylsäuremethylester, mit UN-Licht zu polymerisieren. Durch die Beimengungen von Methacrylmethoxisilan bzw. Digly- coldimethacrylat und anderen chemischen Substanzen kann die Zähigkeit bzw. die Schlagfestigkeit des entstehenden Pulververbundwerkstoffes eingestellt, insbesondere erhöht werden.

Bei der Verwendung von thermoplastischen Polyamiden können insbesondere Schmelzen aus ε-Caprolactam und Phenylisocyanat verwendet werden, so hat sich in weiteren Versuchen eine Schmelze aus 100 g ε-Caprolactam und 0,4 g Phenylisocyanat als geeignet erwiesen, welche bei 130 °C miteinander vermischt wurde. Diese Schmelze wurde dann in eine auf 150 °C vorgewärmte Form eingefüllt. Die Aushärtung des Caprolactams zu einem Polyamid erfolgte dann innerhalb von ungefähr 20 min. Eine Nachhärtung bei höheren Temperaturen war bei dieser Vorgehensweise in der Regel nicht erforderlich.

Statt des Caprolactams kann selbstverständlich auch ein anderes Lactam, beispielsweise Laurinlactam mit einer entsprechenden Binderphase verwendet werden. Bei der Verarbeitung von Laurinlactam sind jedoch Prozeßtemperaturen von über 170 °C erforderlich.

Mit den vorstehend beschriebenen Gießharzformulierungen wurden induktive Bauelemente mit weichmagnetischen Kernen aus ferromagnetisehen Pulververbundwerkstoffen hergestellt, die sehr viel geringere Um agnetisierungsverluste zeigten, als die analog über Spritzgussverfahren hergestellten induktiven Bauelemente. So wurden mit spritzgegossenen Bauelementen beispielsweise bei 100 kHz und 0,1 Tesla Aussteuerung Ummagneti- sierungsverluste im Bereich zwischen 200 und 600 W/kg erreicht .

Mit den erfindungsgemäßen induktiven Bauelementen hingegen und den damit einhergehenden Herstellungsverfahren sind bei den selben Magnetisierungsbedingungen Verluste unter 100 W/kg zu erreichen gewesen, wobei die Füllgrade der spritzgegossenen induktiven Bauelemente und der induktiven Bau- element, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind, nahezu gleich waren.

Claims

Patentansprüche

1. Induktives Bauelement (10; 20; 30) mit zumindest einer Wicklung (12; 22; 32) und einem weichmagnetischen Kern (11; 21; 31) aus einem ferromagnetischen Pulververbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Pulververbundwerkstoff aus einem Legierungspulver aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung und einem Gießharz besteht .

2. Induktives Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungspulver aus Legierungspartikeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße < 2 mm besteht.

3. Induktives Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittlichen Partikeldicken zwischen 0,04 mm und 0,5 mm betragen.

4. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungspartikel oberflächenoxidiert sind.

5. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungspartikel mit einem Kunststoff beschichtet sind.

6. Induktives Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff ein Silan vorgesehen ist.

7. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulververbundwerkstoff eine Sättigungsmagnetisierung B_s > 0,5 Tesla und eine Permeabilität 10 < μ ≤ 200 aufweist.

8. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch geke nzeichnet, dass als Gießharz ein Polyamid oder ein Polyacrylat vorgesehen ist .

9. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch geke nzeichnet, dass das induktive Bauelement (30) ein Gehäuse (34) aufweist.

10. Verfahren zum Herstellen eine induktiven Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bereitstellen einer Form (la; lb; lc) , eines Legierungspulvers und einer Gießharzformulierung; b) Befüllen der Form (la; lb; lc) mit dem Legierungspulver; c) Einfüllen der Gießharzformulierung in die Form (la; lb; lc) ; und d) Aushärten der Gießharzformulierung.

11. Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bereitstellen einer Form(la; lb; lc) , eines Legierungspulvers und einer Gießharzformulierung; b) Vermischen des Legierungspulvers und der Gießharz ormulierung zu einer Gießharzpulverformulierung; c) Einfüllen der Gießharzpulverformulierung in die Form (la; lb; lc) ; und d) Aushärten der Gießharzpulverformulierung.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit zumindest einer mit einer Isolationsschicht versehenen Wicklung (12; 22; 32) bestückte Form (la; lb; lc) bereitgestellt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (lc) als Gehäuse (34) des induktiven Bauelementes (30) verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gießharzformulierung bestehend aus Polymerbausteinen und einem Polymerisationsinitiator verwendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymerbaustein Methacrylsäuremethylesther verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymerisationsinitiator Dibenzoylperoxid verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymerisationsinitiator 2 , 2 ' -Azo-Isobuttersäure- Dinitril verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungspartikel während und/oder nach dem Befüllen der Form mit dem Legierungspulver durch Anlegen eines Magnetfeldes ausgerichtet werden.

19. Verfahren nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld durch Bestromen der Wicklung (12; 22; 32) angelegt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetfeld mit einer Feldstärke > 10 A/cm angelegt wird.