Magnetisierungsprozesse in Elektroblech

• Antragsteller: Dr. Ivan Soldatov
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399450968

Da der wesentliche Anteil der aufzuwendenden Verlustenergie in den geblechten Kernmaterialien von Transformatoren, Generatoren und Elektromotoren von der magnetischen Domänenstruktur in den Blechen abhängt, erfordert das Verständnis der Verlustursachen und die Entwicklung von Strategien zu deren Verringerung eine grundlegende Analyse der Domänen und deren Umordnung (Magnetisierungsprozesse) durch mikroskopische Beobachtung. Obwohl kornorientiertes und nicht-orientiertes Elektroblech seit vielen Jahrzehnten im Einsatz ist, sind die relevanten Aspekte der magnetischen Mikrostruktur in Bezug auf die magnetische Flussführung und deren Einfluss auf die Energieverluste weitgehend unerforscht. Das liegt daran, dass die Bleche zur Reduzierung von Wirbelstromeffekten mit elektrisch isolierenden Deckschichten versehen sind, die ein direktes Domänenstudium unter Einsatzbedingungen erschweren. Zur Domänenabbildung mittels Kerr-Mikroskopie muss die Deckschichten entfernt und die Proben poliert werden, wodurch sich aber die magnetische Mikrostruktur signifikant verändert. Mit kürzlich entwickelten magneto-optischen Indikatorschichten mit Senkrechtanisotropie hat sich diese ungünstige Ausgangslage geändert: In kornorientiertem Material können erstmals Domänen in der Gegenwart von Deckschichten mit ausreichender Auflösung abgebildet und sogar zeitaufgelöst mittels Einzelschuss-Aufnahmen bei 50 Hz Anregung studiert werden. Zudem erlauben die Indikatorschichten die Sichtbarmachung magnetischer Pole, die während eines Ummagnetiserungszyklus an Korngrenzen auftreten können. Dadurch wird es erstmals möglich, die Rolle von Korngrenzen für die magnetische Flussführung zu untersuchen. In diesem Projekt soll das Potential der Indikatorschichtmethode genutzt werden, um ein detailiertes Verständnis der quasistatischen und dynamischen Ummagnetisierungsprozesse in Elektroblech unter Einsatzbedingungen zu erlangen. Wir erwarten davon grundlegende Erkenntnisse zur mikroskopischen Ursache von Energieverlusten in Elektroblech, welche die Basis bilden für eine gezielte Energieverlust-Minimierung in elektrischen Bauteilen und Maschinen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Rudolf Schäfer