Kornorientiertes Elektroband

Kornorientierung findet sich nur in polykristallinen Werkstoffen. Darunter versteht man solche Materialien, die aus vielen einzelnen, voneinander getrennten Kristalliten bestehen, wie es etwa bei Stahl, Aluminium, Titan und vielen anderen metallischen Strukturwerkstoffen der Fall ist. Normalerweise ist die Anordnung und Ausrichtung der Einzelkristalle willkürlich, durch bestimmte Bearbeitungsprozesse ist es jedoch möglich, eine nahezu parallele Orientierung aller Körner zu erreichen. Dadurch können die Werkstoffeigenschaften positiv beeinflusst werden.

Kornorientiertes Elektroband zeichnet sich im Vergleich zu seinen nicht-kornorientierten Pendants durch eine merklich höhere magnetische Leitfähigkeit aus. Außerdem sind die Ummagnetisierungsverluste wesentlich geringer, was im Bau von Elektromotoren, ganz besonders aber bei Transformatoren, eine wichtige Rolle spielt. Ganz grundsätzlich kann also gesagt werden, dass der Einsatz von kornorientiertem Elektroband diese elektrischen Geräte und Maschinen effizienter macht.

Elektroblech besteht grundsätzlich aus kaltgewalzten Eisen-Silizium-Legierungen. Über den Siliziumanteil und/oder die Beimengung weiterer Bestandteile können die Hersteller Einfluss auf die Eigenschaften des Materials nehmen. Das Ausgangsmaterial wird zu dünnen Blechen von 0,1 bis 1 mm Dicke ausgewalzt. Je dünner das Blech, desto geringer sind später die Energieverluste und desto besser lassen sich hohe Frequenzen (z. B. in einem Einphasentransformator) übertragen. Mit einer Weltjahresproduktion von insgesamt ca. 10 Millionen Tonnen ist Elektroband der wichtigste weichmagnetische Werkstoff überhaupt.

Kornorientiertes Elektroband erfordert zusätzliche Arbeitsschritte, um die entsprechende Textur zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird das Blech mehrmals ausgewalzt und verschiedenen Glühbehandlungen unterzogen. Dieser zusätzliche Aufwand macht kornorientiertes Elektroblech auf der einen Seite teurer als nicht-kornorientiertes, verleiht ihm andererseits jedoch auch seine positiven Eigenschaften, die für zahlreiche Anwendungen immer wichtiger werden. Entsprechend der Bedeutung des Werkstoffs gibt es für kornorientiertes Elektroband eine eigene DIN-Norm, dabei handelt es sich um die DIN 10107.

Das fertige kornorientierte Elektroband kann anschließend weiterverarbeitet werden. Beispielsweise werden zur Herstellung von Rotoren oder Statoren Lamellen aus dem Band ausgestanzt, die anschließend lackiert und paketiert werden. Dabei werden die Lamellen in der Regel so angeordnet, dass die Kornausrichtung der einzelnen Lagen nicht parallel ist. Ist dies geschehen, folgt am fertigen Erzeugnis der letzte Arbeitsschritt, der noch direkten Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des Elektrobands hat: das Schlussglühen.

Durch die vorangegangenen Arbeitsschritte, wie etwa das Stanzen, wurde in die Textur des Elektrobands eingegriffen. Dadurch haben sich seine magnetischen Eigenschaften in unerwünschter Weise verändert. Um dies zu korrigieren, bedient man sich eines abschließenden Glühvorgangs, der sowohl umgangssprachlich als auch in der DIN 10107 als Schlussglühen bezeichnet wird. Im schlussgeglühten Zustand sind also die magnetischen Eigenschaften des ursprünglichen Halbzeugs wiederhergestellt.

Kornorientiertes Elektroblech kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn elektrische Energie auf eine höhere oder niedrigere Spannungsebene transformiert werden muss. Durch die einheitliche Kornorientierung des Elektrobands können die Schenkel der Transformatoren jeweils in der magnetisch günstigsten Richtung gefertigt werden, wodurch Energieverluste effizient reduziert werden können.

Die Verwendung des Werkstoffs in Transformatoren ist also keineswegs neu, jedoch kommt ihr mit der Entstehung dezentraler Stromnetze eine immer stärkere Bedeutung zu. Hier sind insbesondere die zahlreichen Photovoltaikanlagen zu nennen, denn von diesen Anlagen erzeugter Strom muss zunächst transformiert werden, bevor er in die bestehenden Nieder- oder Mittelspannungsnetze eingespeist werden kann.

Ein weiteres Anwendungsfeld sind die Blechpakete zum Aufbau der Rotoren und Statoren in Elektromotoren. Hier kommt heute noch überwiegend nicht-kornorientiertes Elektroblech zum Einsatz. Mit den steigenden Ansprüchen an die Leistung bei gleichem oder gar reduziertem Verbrauch wird jedoch auch in diesem Bereich kornorientiertes Elektroblech immer wichtiger.

Alle Werkstoffe, die sich besonders leicht magnetisieren lassen, werden als „weichmagnetisch“ bezeichnet. Die Magnetisierung findet in der Regel mittels eines Elektro-Magneten statt. Über die Wahl der Legierung und die einzelnen Bearbeitungsschritte kann bei der Herstellung Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des fertigen Elektrobands genommen werden.