Novel Models for the Prediction of Key-Parameters for Multi-Directional Magnetostriction of Highly Grain Oriented SiFe

Verändert man die Magnetisierung eines weichmagnetischen Materials, so ändert sich auch dessen Gestalt. So schwach diese sogenannte Magnetostriktion auch ist, bei elektrischen Maschinen führt sie zu umweltbelastenden Geräuschentwicklungen. Weltweit erstmals widmete sich das Projekt unter Anwendung eines spezifisch entwickelten "Rotational Single Sheet Testers" (RSST) dem Fall der "Rotierenden Magnetisierung", wie sie in magnetischen Kernen großer Drehstrommaschinen auftritt. Dabei zeigte sich die Magnetostriktion in unerwartet großem Ausmaß, was mittelfristig zu Veränderungen der Kernkonstruktionen führen wird. Das Phänomen der Magnetostriktion ist seit langem bekannt, und Erzeuger von Magnetmaterialien für Maschinenkerne ist es gelungen, sein nominelles Ausmaß im Laufe der Jahrzehnte um eine ganze Größenordnung zu verringern. Erst im Sinne stark erhöhten Umweltbewußtseins haben japanische Forscher im Jahre 1990 einen ersten Bericht auch zum speziellen Fall der Rotierender Magnetisierung geliefert. Beim von ihnen untersuchten Material zeigte sich in interessanter Weise, daß die Formänderung ihrerseits der kreisenden Bewegung folgt, das Ausmaß aber im bekannten Rahmen bleibt. Im vorliegenden Projekt wurde nun zur Simulation der Rotierenden Magnetisierung eine RSST-Anlage entwickelt, die es erstmals erlaubt, sogenannte kornorientierte Materialien zu untersuchen, wie sie für Großmaschinen - insbesondere für Leistungstransformatoren - verwendet werden. Die wesentliche Innovation bestand dabei darin, daß eine sechseckige Materialprobe unter Einsatz von Drehstrom - und damit weitgehender Nachempfindung praktischer Bedingungen - erregt wurde. Das Zeitmuster der Rotierenden Magnetisierung konnte dabei durch am Computer abgelegte Fuzzy-Logik weitgehend beliebig gesteuert werden. Die oft nur ein Tausendstel Promill betragenden magnetostriktiven Veränderungen der Probenausmaße wurden durch drei Richtungen erfassende Laser-Meßstrecken - oder auch nach dem altbekannten Grundprinzip von Dehnungssensoren - erfaßt. Mittels sehr kleiner Wärmedetektoren wurde auch der bei Magnetisierung auftetende Energieverlust bestimmt, der in Zeiten hoher Energiepreise zusätzlich interessiert. Schließlich wurden mit polarisiertem Laserlicht - in Kooperation mit japanischen Partnern - auch die "magnetischen Mikrobereiche" analysiert, welche eine physikalische Deutung der gemessenen Daten erlauben. Anwendungen der Anlage konzentrierten sich vor allem auf hochwertigste japanische Materialtypen, wie sie derzeit weltweit für Spitzenprodukte von Großtransformatoren eingesetzt werden. Dabei zeigte sich, daß die Ausmaße der Magnetostriktion bei Rotierender Magnetisierung die für longitudinale Magnetisierung gut bekannten Werte um bis zum Hundertfachen überschreiten können, wobei die Formveränderung selbst der Rotation aber nicht folgt. Das unerwartet starke Phänomen ist von unmittelbarer praktischer Bedeutung. Und so hat der weltweit größte Maschinenhersteller - der das Projekt sehr wesentlich unterstützte - spontan begonnen, die Resultate in Konstruktionsstrategien einfließen zu lassen. Zur Erleichterung industrieller Anwendungen wurden am Computer ein künstliches Neurales Netz abgelegt, das mit gemessenen Kennwerten der Magnetostriktion trainiert wird und grobe Daten auch für meßtechnisch nicht untersuchte Muster Rotierender Magnetisierung prognostiziert. Zusammenfassend läßt sich resümieren, daß das Projekt wegen zahlreicher Probleme wohl verzögert, andererseits aber äußerst erfolgreich abgeschlossen wurde. Die Resultate wurden in sehr zahlreichen Aufsätzen publiziert und an vielen Tagungen mit großem internationalen Interesse aufgenommen. Schließlich gaben sie Anlaß zur Veranstaltung einer entsprechenden Fachtagung in Österreich (Bad Gastein) mit Beteiligung aus zwanzig Ländern.