DE3844837C2 - Composite body producing impulse voltages for use in security wire - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper zur Erzeugung von Spannungsimpulsen, der aus einem Kern und einer Hülle aus zwei magnetischen Werkstoffen mit unterschiedlicher Koerzitivkraft besteht, bei dem Kern und Hülle durch eine Wärmebehandlung mechanisch gegeneinander verspannt sind und bei dem der weichmagnetische Teil aus einer Fe-Legierung und der hartmagnetische Teil aus einer Co-V-Fe- oder einer Co-Cr-Fe-Legierung besteht.The invention relates to a composite body for production of voltage pulses consisting of a core and a shell made of two magnetic materials with different Coercive force exists in the case of the core and the shell by means of a Heat treatment are mechanically braced against each other and in which the soft magnetic part is made of an Fe alloy and the hard magnetic part from a Co-V-Fe or a Co-Cr-Fe alloy.
Ein derartiger Verbundkörper ist in der DE-PS 31 52 008 beschrieben. Dieser Verbundkörper enthält einen Kern und eine Hülle, deren Werkstoffe aus magnetischen Werkstoffen mit unterschiedlicher Koerzitivfeldstärke bestehen. Für das magnetisch härtere Material wird 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 insbesondere Nickel vorgesehen ist. Als geeignete weichmagnetische Werkstoffe werden weiterhin Texturmaterialien aus Fe-Ni, Fe-Co, Bi-Co oder Fe-Ni-Co-Legierungen angegeben.Such a composite body is in DE-PS 31 52 008 described. This composite body contains a core and an envelope whose materials are made of magnetic materials with different coercive field strength. For the magnetically harder material becomes, for example Alloy in the range of 45 to 55% by weight cobalt, 30 to 50% by weight iron and 4 to 14% by weight (chromium + vanadium) used while as a soft magnetic material in particular nickel is provided. Texture materials continue to be used as suitable soft magnetic materials from Fe-Ni, Fe-Co, Bi-Co or Fe-Ni-Co alloys.
Dieser bekannte Verbundkörper liegt als langgestreckter magnetischer Schaltkern vor.This known composite body lies as an elongated one magnetic switch core.
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-Vanadi um-Eisen-Legierung als magnetisch aktive Schaltkomponente für Alarmsysteme zu verwenden. Wie aus Seite 3 der Be schreibung hervorgeht, wird hier durch die Eisen-Kobalt- Vanadium-Legierung eine hohe Koerzitivfeldstärke der Schaltkomponente angestrebt, um unempfindlich gegenüber Störfeldern zu sein. Dies bedingt in Alarmsystemen eine hohe Abfragefeldstärke und beschränkt damit die möglichen Anwendungen. Außerdem ist dieser bekannte Verbundkörper nicht durch magnetische Beeinflussung deaktivierbar.It is also known from DE-OS 29 33 337, a composite body consisting of nickel or unalloyed Steel as a bracing component and a cobalt vanadi um-iron alloy as a magnetically active switching component to use for alarm systems. As from page 3 of the Be spelling is shown here by the iron-cobalt Vanadium alloy has a high coercive field strength Switching component aimed to be insensitive to Interference fields. This requires one in alarm systems high query field strength and thus limits the possible Applications. In addition, this well-known composite body cannot be deactivated by magnetic interference.
Ein langgestreckter Verbundkörper mit einer niedrigen An sprechfeldstärke von 1,0 Oe (etwa 0,8 A/cm) ist außerdem in der US-PS 46 60 025 (Humphrey) 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.An elongated composite body with a low An Speech field strength of 1.0 Oe (about 0.8 A / cm) is also in U.S. Patent 4,660,025 (Humphrey). For example, an elongated, 7.6 cm long wire made of amorphous material and it is indicated that the length of this wire is between 2.5 and Can be 10 cm.
Bei diesem bekannten Sicherungsstreifen lassen sich aller dings kurze Längen des Streifens nur bei außerordentlich dünnem Streifenquerschnitt verwirklichen, was wiederum ei nen sehr geringen Ausgangsimpuls zur Folge hat. Der Grund dafür liegt darin, daß die Scherung durch das bei kurzen Streifenlängen im Verhältnis zum Durchmesser relativ große entmagnetisierende Feld dazu führt, daß kein ausreichender Barkhausensprung und damit keine ausreichende plötzliche Ummagnetisierung mehr auftritt. Auch dieser amorphe Sicherungsstreifen ist magnetisch nicht deaktivierbar.With this known security strip, everyone can However, short lengths of the stripe only when extraordinary Realize thin strip cross-section, which in turn ei has a very low output pulse. The reason for this lies in the fact that the shear caused by the short Strip lengths relatively large in relation to the diameter Demagnetizing field causes insufficient Barkhausen jump and therefore not a sufficient sudden Magnetic reversal occurs more. This amorphous too Security strips cannot be deactivated magnetically.
Sehr geringe Durchmesser dieser Drähte haben aber den Nachteil, daß beispielsweise beim Einsatz für Diebstahl sicherungsstreifen auch nur eine sehr geringe Änderung des zur Alarmauslösung angewendeten Wechselfeldes erfolgt, so daß entsprechend empfindliche Meßapparaturen oder größere Längen der Meßstreifen notwendig werden.Very small diameters of these wires have that Disadvantage that, for example, when used for theft security strip even a very slight change in alternating field used to trigger alarm, so that correspondingly sensitive measuring equipment or larger Lengths of the measuring strips become necessary.
Aufgabe demgegenüber ist es, einen deaktivierbaren Ver bundkörper anzugeben, der insbesondere für Diebstahlsiche rungsstreifen geeignet ist und bei relativ großem Aus gangsimpuls mit einer sehr kurzen Streifenlänge auskommt. In contrast, the task is to create a deactivable Ver specify federal body, especially for theft-proof is suitable and with a relatively large out gangsimpuls with a very short stripe length.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Kern des Verbund körpers aus einer weichmagnetischen Legierung mit der Zusammensetzung in Gew.-%: 5-16 Al, Rest Fe einschließlich schmelzbedingter Verunreinigungen und der Mantel aus einer der hartmagnetischen Legierungen besteht, deren Zusammen setzung im Falle der Co-V-Fe-Legierung im Bereich von 48-52 Co, 4-8 V, Rest Fe einschließlich schmelzbedingter Verunreinigungen und im Falle der Co-Cr-Fe-Legierung aus 21-30 Cr, 4-23 Co, 0-3 Mo, 0-1,5 Si, Rest Eisen ein schließlich schmelzbedingter Verunreinigungen liegt, und daß der Draht zur mechanischen Verspannung von Kern und Hülle einer Temperatur von 500 bis 700°C ausgesetzt wird.This is achieved in that the core of the composite body of a soft magnetic alloy with the Composition in% by weight: 5-16 Al, balance including Fe melting-related impurities and the coat from one of hard magnetic alloys, their combination settlement in the case of the Co-V-Fe alloy in the range of 48-52 Co, 4-8 V, balance Fe including melt-related Impurities and in the case of the Co-Cr-Fe alloy 21-30 Cr, 4-23 Co, 0-3 Mo, 0-1.5 Si, balance iron one finally there is contamination from the melt, and that the wire for mechanical tensioning of the core and Shell exposed to a temperature of 500 to 700 ° C becomes.
Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß man einen Draht mit einem Mantel hoher Festigkeit bekommt und daß man relativ kurze Drähte vorsehen kann. Die Abmessungen sind dabei so gewählt, daß bei entmagnetisiertem Dauermagnetwerkstoff, also entmagnetisierter hartmagnetischer Hülle, das relativ große entmagnetisierende Feld trotz der Verspannung des weichmagnetischen Kernes jede plötzliche Ummagnetisierung verhindert.This structure has the advantage that you can use a wire a coat of high strength and that you get relative can provide short wires. The dimensions are like this chosen that with demagnetized permanent magnet material, demagnetized hard magnetic shell, that relative large demagnetizing field despite the tension of the soft magnetic core any sudden magnetic reversal prevented.
Durch Aufmagnetisierung des hartmagnetischen Mantels ver schiebt sich jedoch die Magnetisierungskennlinie, so daß durch den Fluß in der hartmagnetischen Hülle Entmagneti sierungszonen am Rande des Streifens weitgehend vermieden werden mit der Folge, daß es hier bei der Ummagnetisierung in einer Richtung zu einem Barkhausensprung kommt, während dieser bei einer Ummagnetisierung in der anderen Richtung fehlt.By magnetizing the hard magnetic jacket ver however, the magnetization characteristic shifts so that due to the flow in the magnetically hard shell Demagneti zones largely avoided at the edge of the strip with the consequence that it is here with the magnetization comes in one direction to a Barkhaus jump while this in the case of magnetic reversal in the other direction is missing.
Diese Eigenschaft, daß der Barkhausensprung nur bei Ände rung des abfragenden Magnetfeldes in einer Richtung auf tritt, hat insbesondere für die Anwendung von Diebstahl sicherungsstreifen zusätzlich den Vorteil, daß eine bes sere Unterscheidung zwischen dem Verbundkörper und anderen magnetischen Werkstoffen getroffen werden kann, die sich in der Abfragezone befinden und ebenfalls das abfragende Magnetfeld beeinflussen könnten.This property that the Barkhausensprung only when changes tion of the interrogating magnetic field in one direction occurs, especially for the use of theft security strips additionally the advantage that a special differentiation between the composite body and others magnetic materials that can be taken are in the query zone and also the query Could influence magnetic field.
Weitere Ausführungen zur Herstellung und Funktionsweise des Verbunddrahtes sind in der Stammanmeldung (DE 38 24 075.0 C1) - auf die hiermit insofern Bezug genommen wird - zu finden für Verbunddrähte mit denselben hart magnetischen Komponenten und einer weichmagnetischen Ni-Fe-Legierung.Further explanations on the manufacture and functioning of the composite wire are in the parent application (DE 38 24 075.0 C1) - to which reference is hereby made becomes hard - to find for composite wires with the same magnetic components and a soft magnetic Ni-Fe alloy.
Eine sehr geringe Ansprechfeldstärke erhält man, wenn man anstelle einer Nickel-Eisen-Legierung eine Aluminium-Eisen-Legierung gemäß der Erfindung wählt. Wenn man hier den Aluminiumgehalt in Gew.-% zwischen 5 und 16% verändert, dann erhält man ein sehr weichmagnetisches und im Ausdehnungsverhalten ebenfalls oberhalb des Ausdehnungs koeffizienten der verwendeten hartmagnetischen Legierungen liegendes Material. Derartige Verbundkörper ergeben sogar noch geringere Ansprechfeldstärken als die in der Stammanmeldung beschriebenen Nickel-Eisen Legierungen.You get a very low response field strength, if instead of a nickel-iron alloy chooses an aluminum-iron alloy according to the invention. If you have the Aluminum content in weight% changed between 5 and 16%, then you get a very soft magnetic and im Expansion behavior also above the expansion coefficients of the hard magnetic alloys used lying material. Such composite bodies even result even lower response field strengths than that in the The parent application described nickel-iron alloys.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Insbesondere ist das Querschnittsverhältnis der hartmagnetischen Hülle zum weichmagnetischen Kern größer als das 0,8fache des Verhältnisses der Remanenz induktion des weichmagnetischen Kernmaterials zur Remanenzinduktion des hartmagnetischen Hüllenmaterials.Advantageous configurations are in the subclaims described. In particular, the cross-sectional ratio the hard magnetic shell to the soft magnetic core greater than 0.8 times the ratio of remanence induction of the soft magnetic core material for Remanent induction of the hard magnetic casing material.
Bei Verwendung als aktivierbarer Diebstahlsicherungs streifen sollte die Länge nicht mehr als 50 mm betragen. Vorteilhafterweise wird die Länge des Verbundkörpers so gewählt, daß die Schaltfeldstärke, an der der Barkhausen sprung stattfindet, im Bereich zwischen der halben Sätti gungsfeldstärke des entmagnetisierenden Feldes bis zum 2fachen der Sättigungsfeldstärke des entmagnetisierenden Feldes liegt. When used as an activated anti-theft device stripes, the length should not be more than 50 mm. The length of the composite body is advantageously such chosen that the panel strength at which the Barkhausen jump takes place in the area between half the saturation strength of the demagnetizing field up to 2 times the saturation field strength of the demagnetizing Field.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist der Verbund draht dadurch gekennzeichnet, daß durch das Querschnitts verhältnis von hartmagnetischem Mantel und weichmagneti schem Kern in Abhängigkeit von deren Remanenz die Schalt feldstärke, bei der der Barkhausensprung stattfindet, maximal 5 A/cm beträgt.According to a special embodiment, the composite is wire characterized in that by the cross section ratio of hard magnetic jacket and soft magnetic the core depending on their remanence the switching field strength at which the Barkhausen jump takes place, is a maximum of 5 A / cm.
Insbesondere ist der Querschnitt des hartmagnetischen Mantels in Verbindung mit seiner Remanenz im aufmagneti sierten Zustand so gewählt, daß sich für den Verbundkörper eine Sprungfeldstärke Hs zwischen 1 und 2 A/cm ergibt.In particular, the cross section of the hard magnetic Mantels in connection with its remanence in the magnet Based state chosen so that the composite body a jumping field strength Hs between 1 and 2 A / cm results.
Die Fig. 1 und 2 zeigen im Vergleich die Zusammenhänge zwischen der durch die Länge und den Durchmesser des Streifens im wesentlichen gegebenen Entmagnetisierungs feldstärke im Verhältnis zur Koerzitivfeldstärke. Hier ist die Entmagnetisierungsfeldstärke mit He und die Koerzitiv feldstärke mit H0 bezeichnet, während die Sprungfeldstär ke, bei der der Barkhausensprung stattfindet, mit Hs ange geben ist. Aufgetragen ist in den Fig. 1 und 2 jeweils die Induktion Jw des weichmagnetischen Werkstoffes gegen über der Feldstärke H. Figs. 1 and 2 show in comparison with the relationships between the given by the length and the diameter of the strip substantially demagnetization field strength relative to the coercive force. Here the demagnetization field strength is designated with He and the coercive field strength with H0, while the jump field strength at which the Barkhausen jump takes place is indicated with Hs. Is plotted in Figs. 1 and 2 respectively, the induction of Jw of the soft magnetic material relative to the field strength H.
Die dünn ausgezogenen Kurven stellen die Magnetisierungs schleife bei entmagnetisiertem Dauermagnetwerkstoff, also entmagnetisierter Hülle dar, während die dick ausgezogenen Kurven für den Fall einer aufmagnetisierten Hülle gültig sind. Die dünne, gestrichelte Linie zeigt den Verlauf der Hysteresisschleife, wie er bei aufmagnetisierter Hülle ohne Verspannung des Kerns sich ergeben würde und die dick gestrichelte Linie kennzeichnet die Feldstärke Hs, bei der der Barkhausensprung stattfindet.The thin solid curves represent the magnetization with demagnetized permanent magnet material, so demagnetized shell, while the thickly extended Curves apply in the case of a magnetized shell are. The thin, dashed line shows the course of the Hysteresis loop as it is with a magnetized shell without strain of the core would result and the thick dashed line indicates the field strength Hs at the Barkhausen jump takes place.
In Fig. 1 ist angenommen, daß die Differenz zwischen Schaltfeldstärke Hs und der Koerzitivfeldstärke H0 größer ist als der doppelte Betrag der Entmagnetisierungsfeld stärke He. Die Feldstärken H0 + He bei entmagnetisierter Hülle und H0 + 2 * He bei aufmagnetisierter Hülle sind als strichpunktierte Linien in Fig. 6 eingetragen, wie die entsprechend bezeichneten Pfeile He und 2 * He zeigen. Man sieht, daß die dicke gestrichelte Linie bei der Schalt feldstärke Hs sich rechts von der strichpunktierten Linie 2 * He befindet, so daß das Längen-Durchmesserverhältnis bei dem gegebenen Impulsdraht noch in Richtung eines dickeren Durchmessers oder einer kürzeren Länge verändert werden könnte, ohne daß der entstehende, durch den Bark hausensprung ausgelöste Impuls vermindert wird.In Fig. 1 it is assumed that the difference between switching field strength Hs and the coercive field strength H0 is greater than twice the amount of the demagnetizing field strength He. The field strengths H0 + He in the case of demagnetized sheath and H0 + 2 * He in the case of magnetized sheath are entered as dash-dotted lines in FIG. 6, as the correspondingly designated arrows He and 2 * He show. It can be seen that the thick dashed line at the switching field strength Hs is to the right of the dash-dotted line 2 * He, so that the length-diameter ratio for the given impulse wire could still be changed in the direction of a thicker diameter or a shorter length without the resulting impulse triggered by the Bark jump is reduced.
Fig. 2 zeigt die gleichen Verhältnisse bei einem Draht mit einer kürzeren Länge oder einem größeren Durchmesser, bei der das Längen-Durchmesserverhältnis soweit optimiert wurde, daß noch ein ausreichend großer Spannungsimpuls bei möglichst kurzer Länge vorhanden ist. Die dicke gestri chelte Linie zur Kennzeichnung der Schaltfeldstärke Hs hat hier von der Koerzitivfeldstärke bei aufmagnetisierter Hülle einen Abstand von der halben Entmagnetisierungs feldstärke, der mit dem Pfeil He/2 bezeichnet ist. Der Barkhausensprung beträgt hier noch etwa 25% des gesamten Induktionshubes und es hat sich gezeigt, daß dies ein ausreichendes Maß für die Anwendung bei Diebstahlsiche rungsanlagen ergibt. Daraus erhält man die Lehre, daß die Länge des Drahtes im Verhältnis zum Durchmesser bei gege benen Werkstoffkomponenten so gewählt werden kann, daß die Schaltfeldstärke mindestens um die halbe Entmagnetisie rungsfeldstärke oberhalb der Koerzitivfeldstärke bei auf magnetisierter Hülle liegt. Fig. 2 shows the same conditions for a wire with a shorter length or a larger diameter, in which the length-diameter ratio has been optimized to such an extent that a sufficiently large voltage pulse is still present with the shortest possible length. The thick dashed line for identifying the switching field strength Hs has a distance from the coercive field strength with a magnetized sleeve a distance from half the demagnetizing field strength, which is indicated by the arrow He / 2. The Barkhausensprung is still about 25% of the total induction stroke and it has been shown that this results in a sufficient measure for use in anti-theft systems. From this one receives the teaching that the length of the wire in relation to the diameter can be chosen in given material components so that the switching field strength is at least half the demagnetization field strength above the coercive force at magnetized sheath.
Alle beschriebenen Verbundkörper besitzen wegen der kurzen Länge im Verhältnis zum Querschnitt keine Sprungfunktion für die Ummagnetisierung, wenn der äußere hartmagnetische Mantel nicht aufmagnetisiert ist. Sie sind daher deakti vierbar durch Entmagnetisieren des hartmagnetischen Man tels. Die Entmagnetisierung kann beispielsweise mit einem einfachen starken Magneten durchgeführt werden, wenn man das Magnetfeld dieses Magneten senkrecht zur Längsrichtung des Verbundkörpers wirken läßt. Durch Anwendung dieser De aktivierungsmethode ist es nicht erforderlich, ein abklin gendes Wechselmagnetfeld in Längsrichtung des Verbundkör pers zu verwenden.All described composite bodies have because of the short Length in relation to the cross section no jump function for remagnetization when the outer hard magnetic Coat is not magnetized. You are therefore inactive fourbar by demagnetizing the hard magnetic man tels. The demagnetization can, for example, with a simple strong magnets can be done when one the magnetic field of this magnet perpendicular to the longitudinal direction of the composite body can act. By applying this De Activation method does not require an abclin alternating magnetic field in the longitudinal direction of the composite body pers to use.
Den erfindungsgemäßen Verbundkörper kann man wegen der gu ten Verformbarkeit der Werkstoffe auch durch Walzen des zunächst in Drahtform vorliegenden Verbundkörpers herstel len. Durch die Bandform ergibt sich der Vorteil, daß der Verbundkörper wesentlich unempfindlicher gegenüber Krüm mungen ist und daher auch für flexible Etiketten von Dieb stahlsicherungsanlagen besonders gut eingesetzt werden kann.The composite body according to the invention can be because of the gu th deformability of the materials also by rolling the first produce the composite body in wire form len. The tape shape has the advantage that the Composite body much less sensitive to crumbs is and therefore also for flexible labels from thief steel security systems can be used particularly well can.
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