EP0557689A2

EP0557689A2 - Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Impulsgebers

Info

Publication number: EP0557689A2
Application number: EP93100179A
Authority: EP
Inventors: Gernot Dr. Hausch; Christian Dr. Radeloff; Gerd Dipl.-Phys. Rauscher
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1993-01-08
Publication date: 1993-09-01
Anticipated expiration: 2013-01-08
Also published as: ES2114960T3; EP0557689B1; FI930149L; EP0557689A3; CA2088207A1; DE4202240A1; FI930149A7; NO930273L; JPH0684630A; US6120617A; JP2528801B2; FI930149A0; ATE164964T1; NO930273D0; DE59308365D1

Abstract

Zur Herstellung eines Impulsgebers, bei dem durch plötzliche Ummagnetisierung (Barkhausensprung) bei angelegtem Magnetfeld sich ein von der Magnetfeldänderung unabhängiger Spannungsimpuls erzielen läßt, verwendet man für einen der Werkstoffe des Verbundkörpers eine Eisenlegierung 2, deren zusätzliche Legierungsbestandteile so gewählt sind, daß bei unterschiedlichen Temperaturen jeweils eine Gefügeumwandlung mit Volumenänderung stattfindet. Zur Herstellung des verspannten Zustandes wird dann eine Wärmebehandlung durchgeführt, die eine Erhitzung über die obere Umwandlungstemperatur und eine Abkühlung unter die untere Umwandlungstemperatur einschließt. Hierdurch ergeben sich wesentlich höhere Spannungen zwischen den Werkstoffen des Verbundkörpers und damit ein gegenüber dem Bekannten wesentlich besseres Impulsverhalten, das zur Erkennung von Gleich- oder Wechselmagnetfeldern ausgenutzt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines durch plötzliche Ummagnetisierung bei angelegtem Magnetfeld wirkenden Impulsgebers, der aus einem langgestreckten Verbundkörper aus mindestens zwei Werkstoffen besteht, die unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten aufweisen und durch eine Wärmebehandlung mechanisch gegeneinander verspannt werden.
Ein derartiger Impulsgeber als Verbundkörper ist in der DE-PS 31 52 008 beschrieben. Dieser Verbundkörper enthält einen Kern und eine Hülle, deren Werkstoffe teilweise oder alle aus magnetischen Werkstoffen mit unterschiedlicher Koerzitivfeldstärke bestehen können. Bei Verwendung zweier magnetischer Werkstoffe mit unterschiedlicher Koerzitivfeldstärke wird für das magnetisch härtere Material beispielsweise eine Legierung im Bereich von 45 bis 55 Gew.-% Kobalt, 30 bis 50 Gew.-% Eisen und 4 bis 14 Gew.-% (Chrom + Vanadium) verwendet, während als weichmagnetischer Werkstoff Nickel vorgesehen ist. Hier wird durch Einbau einer Werkstoffkomponente mit Formerinnerungsvermögen oder durch Verwendung von Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten durch eine Wärmebehandlung ein bestimmter Spannungszustand hergestellt, der in der verspannten weichmagnetischen Komponente des Verbundkörpers bei Einwirkung eines äußeren magnetischen Feldes eine sprunghafte Ummagnetisierung ergibt.
Dieser bekannte Verbundkörper liegt als langgestreckter magnetischer Schaltkern vor.
Es ist außerdem bereits aus der DE-OS 29 33 337 bekannt, einen Verbundkörper, bestehend aus Nickel oder unlegiertem Stahl als verspannende Komponente und einer Kobalt-Vanadium-Eisen-Legierung als magnetisch aktive Schaltkomponente zu verwenden. Bei der Herstellung wird eine Wärmebehandlung durchgeführt. Zunächst wird der Draht, aus dem der Verbundkörper vorzugsweise besteht, so weit erhitzt, daß eine Werkstoffkomponente sich unter den entstehenden Spannungen plastisch verformt, so daß diese Spannungen weitgehend abgebaut werden. Bei darauffolgender Abkühlung bewirken die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wiederum, daß mechanische Spannungen entstehen, die wegen der niedrigeren Temperatur nicht mehr zu einer plastischen Verformung führen und in der magnetisch aktiven Komponente - bedingt durch deren Magnetostriktion - die plötzliche Ummagnetisierung ergeben, wenn ein bestimmtes Magnetfeld angelegt wird.
Ein langgestreckter Verbundkörper mit einer niedrigen Ansprechfeldstärke von 1,0 Oe (etwa 0,8 A/cm) ist außerdem in der US-PS 46 60 025 beschrieben. Beispielsweise wird hier ein langgestreckter, 7,6 cm langer Draht aus amorphem Material verwendet und es ist angegeben, daß die Länge dieses Drahtes zwischen 2,5 und 10 cm sein kann. Hier sind die durch Abschreckung des Materials bei der Herstellung des amorphen Zustandes sich ergebenden inneren Spannungen Ursache für das magnetische Sprungverhalten.
In der DE-OS 34 11 079 wird zur Herstellung des Verbundkörpers eine Kombination von hart- und weichmagnetischen Legierungen verwendet. Aus DE-PS 31 52 008 ist dazu bekannt, daß die hartmagnetische Komponente gleichzeitig zur Verspannung der weichmagnetischen Komponente dienen kann. Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß man einen Draht mit einem Mantel hoher Festigkeit bekommt und daß man relativ kurze Drähte vorsehen kann.
Durch Aufmagnetisierung des hartmagnetischen Mantels eines Verbundkörpres verschiebt sich die Magnetisierungskennlinie, so daß durch den Fluß in der hartmagnetischen Hülle Entmagnetisierungszonen am Rande des Streifens weitgehend vermieden werden mit der Folge, daß es hier bei der Ummagnetisierung in einer Richtung zu einer sprungartigen Ummagnetisierung (Barkhausensprung) kommt, während dieser bei einer Ummagnetisierung in der anderen Richtung fehlt. Man kann hier wesentlich kürzere Schaltkerne verwenden, da der Dauermagnet Entmagnetisierungszonen an den Enden des Drahtes (Impulsgebers) weitgehend verhindert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Impulsgebers anzugeben, das ohne zusätzliche Verfahrensschritte zwischen den Werkstoffen des Verbundkörpers wesentlich höhere Spannungen und damit erheblich höhere Spannungsimpulse bei der plötzlichen Ummagnetisierung der aktiven Komponente ergibt. Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe, zusätzlich zum verbesserten Impulsverhalten eine Vormagnetisierung des magnetisch aktiven Teils des Verbundkörpers mit ausreichender Koerzitivfeldstärke zu realisieren, ohne daß ein zusätzlicher Streifen aus dauermagnetischem Material vorgesehen werden muß.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für einen der Werkstoffe eine Eisenlegierung verwendet wird, deren zusätzliche Legierungsbestandteile so gewählt sind, daß bei unterschiedlichen Temperaturen jeweils eine Gefügeumwandlung mit Volumenänderung stattfindet, daß ein länglicher Verbundkörper aus den Werkstoffen hergestellt wird und daß als Wärmebehandlung dieser Verbundkörper erst über die obere Umwandlungstemperatur erhitzt und später unter die untere Umwandlungstemperatur abgekühlt wird.
Als Gefügeumwandlung mit Volumenänderung ist beispielsweise eine Änderung der Kristallstruktur durch Phasenumwandlung z.B. von der Alpha-Phase (kubisch raumzentriertes Gitter) in die Gamma-Phase (kubisch flächenzentriertes Gitter) oder in die Epsilon-Phase (hexagonales Gitter) und umgekehrt zu verstehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel ist anhand der Fig. 1 bis 6 einschließlich der Wirkungsweise des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Impulsgebers dargestellt.

Fig. 1: zeigt einen drahtförmigen Impulsgeber im Schnitt;
Fig. 2: stellt die Magnetisierungskurve bei kleiner Aussteuerung und nicht magnetisiertem hartmagnetischem Mantel dar;
Fig. 3: zeigt die Magnetisierungskennlinie bei voller Aussteuerung, bei der auch der Mantel des Impulsgebers nach Fig. 1 ummagnetisiert wird;
Fig. 4: zeigt die Magnetisierungskennlinie eines erheblich verkürzten Impulsgebers mit und ohne aufmagnetisiertem Mantel;
Fig. 5: zeigt den damit erzielbaren Spannungsimpuls bei Ummagnetisierung des weichmagnetischen Kerns;
Fig. 6: vergleicht den bei nicht aufmagnetisiertem Mantel erzielten Impuls mit dem bei einem amorphen Draht, der innere Verspannungen aufweist.

Als Verbundkörper ist in Fig. 1 ein Draht dargestellt, dessen Kern aus einem weichmagnetischem Werkstoff 1 und dessen Mantel aus einer Eisenlegierung 2 besteht. Die Koerzitivkraft der Eisenlegierung 2 ist dabei höher als diejenige des weichmagnetischen Werkstoffes 1. Im Ausführungsbeispiel besteht der weichmagnetische Werkstoff 1 aus einer Legierung mit 75,5 Ni 2,9 Mo 3,0 Ti 1,0 Nb Rest Fe. In dieser Legierung dient das Ti und das Nb als härtender Zusatz, um eine zu leichte plastische Verformung des weichmagnetischen Werkstoffs auszuschließen. Dieser weichmagnetische Werkstoff hat eine Magnetostriktion größer Null, d. h. der Werkstoff dehnt sich in Magnetisierungsrichtung aus. Aus diesem Grund wird das angestrebte Sprungverhalten dann erreicht, wenn bei dem fertigen Impulsgeber der weichmagnetische Werkstoff 1 unter Zugspannung steht.
Um diese Zugspannung in wesentlich größerem Maße als bei bekannten Verbundkörpern zu erreichen, wird der Mantel aus einer Eisenlegierung hergestellt, die bei unterschiedlichen Temperaturen jeweils Gefügeumwandlungen erfährt. Im Ausführungsbeispiel wurde ein martensitisch aushärtender Stahl der Zusammensetzung 17Cr 4Ni 4Cu 0,4Nb Rest Eisen gewählt. Hierbei handelt es sich um einen martensitisch aushärtenden handelsüblichen Stahl, wie er beispielsweise unter der Bezeichnung ARMCO 17-4PH bekannt ist. Hierzu wird auf den Prospekt "PRODUCT DATA" der Armco Steel Corporation, Baltimore, Maryland, Nr. S-6c, verwiesen. Diese Eisenlegierung weist - wie viele andere bekannte Stähle auch - Gefügeumwandlungspunkte zwischen dem sogenannten Alpha- und Gammagefüge auf. Das Temperaturverhalten ist auf Seite 11 des genannten Prospektes dargestellt. Man sieht aus diesem Diagramm, daß beim Aufheizen zunächst eine kontinuierliche Volumenvergrößerung bis zu einer Temperatur von etwa 620 °C stattfindet; von da ab beginnt die Gefügeumwandlung, die mit einer Volumenverminderung bis zu einer Temperatur von etwa 660 °C einhergeht. Ab hier vergrößert sich das Volumen - und damit die Länge des Mantels nach Fig. 1 - weiter, ohne daß eine weitere Umwandlung oder sonstige Anomalität vorkommt.
Nach dem Aufheizen dieser Eisenlegierung über die obere Umwandlungstemperatur hinaus kann dann die Legierung wieder abgekühlt werden, was eine kontinuierliche Volumenverminderung entsprechend der gestrichelten Linie bis zu einer Temperatur von unter 200 °C bewirkt. Hier setzt nun eine Rückumwandlung des Gefüges ein, die bei bekannten Stählen ausgenutzt wird, um eine Härtung des Stahles zu erzielen. Der dabei entstehende Martensit (alpha- Phase) bewirkt, daß sich das Volumen bei weiterer Abkühlung nicht im bisherigen Maße weiter vermindert, sondern sich hier im Gegensatz dazu noch ausdehnt, wie die gestrichelte Kurve (Product Data, Armco 17-4 PH, Seite 11) im Bereich von 300 bis 100 °C erkennen läßt.
Erfindungsgemäß wird dieses Verhalten ausgenutzt, um einen Impulsgeber herzustellen, der eine besonders hohe mechanische Verspannung der Komponente eines Verbundkörpers erreicht, die bei bestimmtem Magnetfeld eine plötzliche Ummagnetisierung (Barkhausensprung) erfahren soll. Dazu wird der Verbundkörper 3 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auf eine Temperatur oberhalb 750 °C erhitzt und anschließend unter 100 °C abgekühlt. Dies hat zur Folge, daß der weichmagnetische Werkstoff 1 und die Eisenlegierung 2 sich zunächst etwa gleichmäßig ausdehnen (abhängig von deren Wärmeausdehnungskoeffizienten). Wenn die obere Umwandlungstemperatur der Eisenlegierung erreicht ist, versucht sich der weichmagnetische Werkstoff weiter auszudehnen, während die Eisenlegierung schrumpft oder sich weniger stark ausdehnt. Hierdurch entsteht eine Druckbeanspruchung im weichmagnetischen Werkstoff 1 und eine Zugbeanspruchung in der Eisenlegierung 2. Bei der hohen Temperatur nach der Umwandlung hat dies jedoch zur Folge, daß sich das mechanisch wesentlich weichere Material des Kerns plastisch verformt bzw. rekristallisiert, während dies bei der Eisenlegierung 2 mindestens nicht im gleichen Maße der Fall ist. Man kann daher davon ausgehen, daß bei der Wärmebehandlung ein Ausgleich der Spannungen erfolgt, so daß zu Beginn des Abkühlens keine Zug- oder Druckspannungen zwischen Kern und Mantel vorhanden sind.
Beim Abkühlen verringert sich sowohl das Volumen des weichmagnetischen Werkstoffs 1 als auch dasjenige der Eisenlegierung 2 zunächst kontinuierlich bis zu einer Temperatur unterhalb 300 °C. Wie bei bekannten Verbundkörpern entstehen - abhängig von den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe für Kern und Mantel - gewisse mechanische Spannungen, die bei vorbekannten Impulsgebern zur Vorspannung des magnetisch aktiven Werkstoffes ausgenutzt werden, hier aber nicht wesentlich sind, obgleich sie unterstützend wirken können.
Wenn der Bereich zwischen 300 und 100 °C beim Abkühlungsvorgang durchlaufen wird, so bewirkt die martensitische Umwandlung der Eisenlegierung 2, daß diese sich plötzlich stark auszudehnen versucht, während der Kern aus weichmagnetischem Werkstoff 1 weiterhin schrumpfen will. Dies hat zur Folge, daß eine erhebliche Zugspannung auf den Kern und eine entsprechende Druckspannung auf den Mantel wirkt. Die mechanische Härte des Kerns aus einem weichmagnetischem Werkstoff 1 ist nun so gewählt, daß bei dieser relativ niedrigen Temperatur keine wesentliche plastische Verformung mehr erfolgt, so daß hohe elastische Zugspannungen im Kern wirken. Diese verursachen in Verbindung mit der positiven Magnetostriktion des weichmagnetischen Werkstoffes 1 eine wesentlich schnellere, plötzlich ablaufende Ummagnetisierung bei bestimmten Magnetfeldwerten, als dies bei weniger vorgespannten Verbundkörpern in bekannten Impulsgebern der Fall ist.
Anstelle des in Fig. 1 als Beispiel gewählten Stahls mit martensitischer Umwandlung sind alle anderen Eisenlegierungen, die eine entsprechende Umwandlung erfahren, ebenfalls verwendbar. Beispielsweise ist in der "RADEX-RUNDSCHAU" 1972, H. 3/4 ab Seite 212 "Ein extra fester Maraging-Stahl mit 250 kp/mm² Zugfestigkeit" beschrieben. Hierbei bedeutet das Wort "maraging": "martensitic aging hardening" und weist darauf hin, daß diese Gefügeumwandlungen beim bekannten Stand der Technik zur Aushärtung des Materials verwendet wurden, um besonders feste Stähle für mechanische Anwendungen zu erhalten. Auf Seite 216 in Abbildung 9 dieser Literaturstelle ist der Temperaturverlauf eines der beschriebenen Stähle dargestellt und zeigt, daß auch hier die Gefügeumwandlungen dazu führen, daß nach genügend hoher Erhitzung bei Abkühlung zwischen 200 und 130 °C eine Volumenvergrößerung erfolgt, die zur Verspannung von positiv magnetostriktiven weichmagnetischen Werkstoffen in einem Impulsgeber ausgenutzt werden kann.
Um die Volumenänderung bei Gefügeumwandlung von Eisenlegierungen zur Verspannung eines weichmagnetischen Werkstoffes auszunutzen, ist es nicht unbedingt erforderlich, solche Legierungen zu wählen, die bei Abkühlung und bei relativ niedriger Temperatur keine weitere Abnahme des Volumens, sondern in einem bestimmten Temperaturbereich sogar eine Volumenzunahme aufweisen. Es genügt, wenn die normale Abnahme des Volumens bei Abkühlung sich während der Gefügeumwandlung verändert. Nachdem eine Abkühlung unter die untere Umwandlungstemperatur erfolgt ist, wird eine nachträgliche Erwärmung unterhalb der oberen Umwandlungstemperatur keine Gefügeänderung zur Folge haben, so daß die durch die Gefügeumwandlung erzeugten mechanischen Spannungen erhalten bleiben.
Außerdem kann man Druckspannungen in einem weichmagnetischen Werkstoff erzeugen, wenn man zur Verspannung eine Eisenlegierung verwendet, deren Volumen sich bei Abkühlung unter die untere Umwandlungstemperatur verringert. Dies ist beispielsweise bei austenitischen Mangan-Stählen bekannt, bei denen keine Gamma- Alpha- Umwandlung, sondern eine Gamma- Epsilon- Umwandlung stattfindet. Dieses Umwandlungsverhalten ist beispielsweise in der Zeitschrift für Metallkunde Band 56, 1965 Heft 3, ab Seite 165 beschrieben. Bild 3 auf Seite 167 dieser Zeitschrift zeigt die Längenänderung in einer Eisenlegierung, die im wesentlichen außer Eisen 16,4 % Mn enthält. Die Zusammensetzung ist auf Seite 166, linke Spalte angegeben. Aus Bild 3 ist ersichtlich, daß hier bei Aufheizung (Pfeil nach rechts oben) wiederum eine kontinuierliche Volumen- bzw. Längenzunahme erfolgt, die sich bei der Umwandlung zwischen etwa 220 und 280 °C verstärkt.
Wenn man einen Verbundkörper mit diesem Material zur Herstellung eines Impulsgebers verwendet, würde man bei der Wärmebehandlung wiederum über diese Umwandlungstemperatur den Verbundwerkstoff soweit erhitzen, daß wiederum ein Spannungsausgleich durch plastische Verformung oder durch Rekristallisation erfolgt. Eine Abkühlung würde dann bewirken, daß sich das Material bei der Rückumwandlung zwischen 100 und 20 °C wesentlich stärker zusammenzieht als dies bei dem magnetischen Werkstoff 1 der Fall ist, so daß hier - da die Eisenlegierung stärker schrumpft als der weichmagnetische Werkstoff - dieser weichmagnetische Werkstoff 1 unter Druckspannungen gerät. Die hier beschriebenen Eisenlegierungen können also verwendet werden, wenn man einen weichmagnetischen Werkstoff mit negativer Magnetostriktion verwenden will, um einen Impulsgeber mit plötzlicher Ummagnetisierung bei gegebenem Magnetfeld herzustellen.
Vorteilhaft ist es, wenn die untere Umwandlungstemperatur unterhalb etwa 600 °C liegt, da dann eher gewährleistet ist, daß die eingebrachten Spannungen nicht durch Relaxationsvorgänge oder plastische Verformung abgebaut werden.
Es ist außerdem möglich, Eisenlegierungen zu verwenden, bei denen die untere Umwandlungstemperatur unterhalb der Raumtemperatur liegt. Um mit einem solchen Material einen Verbundkörper mit guter Verspannung herzustellen, muß mindestens kurzzeitig unter diese Umwandlungstemperatur abgekühlt werden. Wenn sich das Material dann wieder auf Raumtemperatur erwärmt, aber die obere Umwandlungstemperatur nicht erreicht, wird die Verspannung beibehalten, da es sich ähnlich wie das Material des verspannten weichmagnetischen Werkstoffes bei Temperaturänderungen verhält.
Solche Legierungen sind in der Zeitschrift "METALLURGICAL REVIEWS" 126 ab Seite 115 beschrieben. Das Diagramm in Abb. 4 auf Seite 118 zeigt, daß die untere Umwandlungstemperatur im Falle einer Eisenlegierung mit 29,7 % Ni und 6 % Al nach einer Alterungsglühung mit 700 °C abhängig von der Zeit dieser Glühung zunächst unterhalb der Raumtempertur liegt. Aus der genannten Abbildung sieht man jedoch, daß bei genügend langer Behandlungsdauer beispielsweise mit 700 °C die untere Umwandlungstemperatur auch über der Raumtemperatur liegt.
Bei dem eingangs genannten Beispiel mit hoher Verspannung des weichmagnetischen Werkstoffs 1 erzielt man dann eine sehr gute, ausgesprochen rechteckförmige Magnetisierungskurve, wie Fig. 2 zeigt. Hier ist auf der Ordinate wie üblich die Induktion und auf der Abszisse die Feldstärke im Bereich von ± 0,8 A/cm dargestellt. In diesem Aussteuerungsbereich bleibt die Magnetisierung der Eisenlegierung 2 im wesentlichen unverändert; und es wird der Magnetisierungssprung des weichmagnetischen Werkstoffs 1 bei etwa ± 0,2 A/cm ausgelöst.
Eine entsprechende Magnetisierungskurve ist in Fig. 3 dargestellt. Hier wurde die Feldstärkenaussteuerung zwischen ±80 A/cm geändert. Eine Feldstärke, die ausreicht, um die hier als Mantel verwendete Eisenlegierung ebenfalls vollständig umzumagnetisieren. Man sieht hier den Induktionssprung bei etwa der Feldstärke 0, der durch die plötzliche Ummagnetisierung des vorgespannten weichmagnetischen Werkstoffes 1 erfolgt und man kann erkennen, daß die zur Verspannung des weichmagnetischen Werkstoffes 1 dienende Eisenlegierung etwa eine Koerzitivkraft von 39 A/cm besitzt, wie dies die gestrichelte Kurve in Fig. 3 zeigt, die die Hystereseschleife der unter Druckspannungen stehenden Eisenlegierung erhält. Diese gestrichelte Kurve wurde durch Parallelverschiebung der gemessenen Kurve des Verbundkörpers ermittelt.
Ein Vergleich mit dem Produktprospekt "PRODUCT DATA ARMCO 17-4 PH" auf Seite 12 zeigt, daß die hier im Beispiel verwendete Eisenlegierung normalerweise eine Koerzitivfeldstärke von ± 20 Oe = ± 16 A/cm besitzt. Diese wesentliche Erhöhung der Koerzitivfeldstärke der Eisenlegierung gegenüber dem an dem Material üblicherweise gemessenen Wert ergibt sich wahrscheinlich durch die kurzzeitig hohe Erhitzung des Materials in Verbindung mit den Druckspannungen, die es als Teil des Verbundkörpers als Reaktion auf die Zugspannung des weichmagnetischen Werkstoffes erfährt. Dies zeigt einen weiteren wesentlichen Vorteil der Verwendung von Eisenlegierungen in Verbindung mit einer Wärmebehandlung, die die Gefügeumwandlungen mit Volumenänderung zur Verspannung des weichmagnetischen Werkstoffs ausnutzt, da jetzt nicht zur Erzeugung einer ausreichenden Vormagnetisierung des Verbundkörpers ein zusätzlicher Dauermagnet vorgesehen werden muß.
Diese zusätzliche Vormagnetisierung ist dann vorteilhaft und erforderlich, wenn man kurze Drähte als Impulsgeber verwenden will. Bei relativ kurzen Drähten macht sich nämlich das eigene entmagnetisierende Feld stark bemerkbar, wie dies im einzelnen in DE-OS 34 11 079 beschrieben ist. Bei dem Verbundkörper nach Fig. 1 wurde daher die bei der Messung der Hystereseschleifen nach Fig. 2 und 3 gewählte Länge von 90 mm auf 20 mm verkürzt und wiederum die Hystereseschleife gemessen. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Man sieht an der gestrichelten Kurve (Messung bei entmagnetisiertem Mantel aus der Eisenlegierung 2), daß sich durch die Randeffekte die in Fig. 2 dargestellte Rechteckkurve etwas geschert ist. Es findet also keine plötzliche Ummagnetisierung des Kerns mehr statt.
Wird jedoch die Eisenlegierung aufmagnetisiert, so erhält man die ausgezogene Kurve in Fig. 4, die einerseits durch den Einfluß des Magnetfeldes der Eisenlegierung 2 horizontal verschoben ist und die andererseits zeigt, daß bei Durchlaufen in einer Richtung wiederum eine plötzliche Ummagnetisierung des gesamten weichmagnetischen Materials 1 stattfindet, da bei Durchlaufen der Hystereseschleifen in dieser Richtung die Drahtenden des weichmagnetischen Werkstoffes ihre Magnetisierungsrichtung unter dem Einfluß des Magnetfeldes der Eisenlegierung 2 solange beibehalten, bis das äußere Magnetfeld die plötzliche Ummagnetisierung des weichmagnetischen Werkstoffes 1 erzwingt.
In Fig. 5 ist nun die Spannung auf der Ordinate und die Zeit in Mikrosekunden auf der Abszisse aufgetragen. Hier wurde ein Verbunddraht mit 20 mm Länge von einer Wicklung mit 1000 Windungen umgeben. Die Ummagnetisierung erfolgte durch einen Wechselstrom mit 50 Hz in einer separaten Erregerspule, die so eingestellt war, daß die Feldstärke längs des Verbunddrahtes 5 A/cm betrug. Man sieht, daß hier ein Spannungsimpuls von etwa 0,95 V erzielbar ist, der allerdings wegen der Unsymmetrie der Hystereseschleife bei aufmagnetisierter Eisenlegierung nur in jeder zweiten Halbwelle auftritt.
Fig. 6 zeigt nun den Spannungsimpuls des Verbundkörpers nach Fig. 1 bei einem Durchmesser von 0,2 mm und einer Länge von 90 mm in einer Spule von 1500 Windungen und ebenfalls 90 mm Länge nach Erhitzung des Verbundkörpers für 6 Sekunden auf 1100 °C und anschließender Abkühlung. In diesem Zustand kann der Verbundkörper mit kleiner Aussteuerung von beispielsweise 0.8 A/cm betrieben werden, da der Kern eine geringe Koerzitivkraft von etwa 0.1 A/cm aufweist. Der hierbei erzielte Impuls bei aufmagnetisierter Eisenlegierung 2 wird in Fig. 6 mit dem amorphen Draht nach der US-PS 46 60 025 verglichen. Die Kurve 4 gibt den Spannungsimpuls des amorphen Drahtes und die Kurve 5 den Spannungsimpuls wieder, der sich bei dem erfindungsgemäß hergestellten Impulsgeber ergibt.
Obgleich im Ausführungsbeispiel die Eisenlegierung als Mantel und der weichmagnetische Werkstoff als Kern eines Drahtes verwendet wird, kann man - wie beim Bekannten - auch andere Werkstoffe durch Plattieren usw. verwenden. Flache, langgestreckte Verbundkörper erhält man besonders vorteilhaft durch Walzen des fertigen Drahtes vor der Wärmebehandlung. Die Eisenlegierung als Mantel zu verwenden, bietet den Vorteil, daß man eine feste Oberfläche erhält. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, die Eisenlegierung als Kern eines Drahtes oder als Mittelschicht eines flachen Verbundkörpers zu verwenden.
Für den Fall, daß man eine noch höhere Koerzitivfeldstärke der Eisenlegierung bzw. eine weitere Festigkeitsverbesserung wünscht, läßt sich der fertige Verbunddraht nach der Wärmebehandlung entsprechend der Erfindung noch für mindestens 10 Minuten bei einer Temperatur von 360 bis 750 °C glühen. Mit der dadurch erreichten Festigkeitsverbesserung der Eisenlegierung erhält man dann auch eine weiter steigende Koerzitivfeldstärke. Außer den festigkeitssteigernden Zusätzen, die in dem weichmagnetischen Werkstoff 1 des Ausführungsbeispiels enthalten sind, lassen sich zur Festigkeitssteigerung und/oder zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit die Elemente Nb, Ti, Al, Cu, Be, Mo, V, Zr, Si, Cr, Mn vorteilhafterweise der Eisenlegierung zusetzen, ohne daß deren Eigenschaften-reversible Gefügeumwandlungen bei unterschiedlichen Temperaturen mit Volumenänderungwesentlich beeinflußt werden.
Da nur eine kurzzeitige Erhitzung des Verbundkörpers erforderlich ist, muß nicht unbedingt der ganze Draht oder das ganze Band, aus dem die Verbundkörper hergestellt werden, stationär der Wärmebehandlung unterzogen werden, man kann auch eine Erhitzung als Durchlaufglühung oder durch Durchleiten von elektrischem Strom vornehmen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines durch plötzliche Ummagnetisierung bei angelegtem Magnetfeld wirkenden Impulsgebers, der aus einem langgestreckten Verbundkörper aus mindestens zwei Werkstoffen besteht, die unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten aufweisen und durch eine Wärmebehandlung mechanisch gegeneinander verspannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für einen der Werkstoffe eine Eisenlegierung (2) verwendet wird, deren zusätzliche Legierungsbestandteile so gewählt sind, daß bei unterschiedlichen Temperaturen jeweils eine Gefügeumwandlung mit Volumenänderung stattfindet, daß ein länglicher Verbundkörper (3) aus den Werkstoffen hergestellt wird und daß als Wärmebehandlung dieser Verbundkörper erst über die obere Umwandlungstemperatur erhitzt und später unter die untere Umwandlungstemperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eisenbasislegierung verwendet wird, deren untere Umwandlungstemperatur unter 600 °C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Eisenlegierung ein martensitisch aushärtender Stahl verwendet wird, der sich während der Gefügeumwandlung bei Abkühlung ausdehnt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Verbundkörper durch Ziehen eines Drahtkerns mit dem den Kern umgebenden Mantel hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Verbundkörpers durch Ziehen des Drahtkerns aus weichmagnetischem Werkstoff (1) und der Mantel aus der Eisenlegierung (2) besteht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung durch kurzzeitige Erhitzung des Verbundkörpers auf eine Tempertur erfolgt, die soweit über der oberen Umwandlungstemperatur der Eisenlegierung (2) liegt, daß ein Abbau der inneren Spannungen durch Rekristallisation des weichmagnetischen Werkstoffes (1) eintritt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung des Drahtes in Gestalt einer Durchlaufglühung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung des Drahtes durch kurzzeitiges Erhitzen durch Durchleitung elektrischen Stromes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fertig gestellte Verbunddraht zur Festigkeitssteigerung der Eisenlegierung in Verbindung mit einer Erhöhung der Koerzitivfeldstärke bei einer Temperatur zwischen 360 und 750 °C für mindestens 10 Minuten geglüht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eisenlegierung (2) verwendet wird, die zur Steigerung der Festigkeit und/oder der Korrosionsbeständigkeit Zusätze, wie Nb, Ti, Al, Be, Cu, Mo, V, Zr, Si, Cr, Mn enthält.