DE19948897A1 - Schnittstellenmodule für lokale Datennetzwerke - Google Patents

Abstract

Ein Schnittstellenmodul für lokale Datennetzwerke weist eine Reihe von induktiven Bauelementen (7, 8) auf, die dazu dienen, eine Schnittstellenschaltung (3, 4) mit einer Datenleitung (6) zu verbinden. Die induktiven Bauelemente, insbesondere der Übertragen (8), weisen Magnetkerne (9) aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung und zeichnen sich durch ein besonders kleines Bauvolumen aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnittstellenmodul für lokale Datennetzwerke mit wenigstens einem induktiven Bauelement zur Koppelung von Schnittstellenschaltungen an eine der Ver­ bindung von Rechnern dienende Datenleitung.

Derartige Module werden auch als LAN-Module bezeichnet. In LAN-Schnittstellenmodulen wurden bisher Ringkerne aus hoch­ permeablem Ferritmaterial (typisch µ = 5000) für Übertrager und Drosseln eingesetzt. Um die erforderliche Hauptindukti­ vität auch mit I_DC = 8 mA zu erreichen, muß bei Ferriten die Windungszahl hoch ausgelegt werden, typischerweise 20 bis 40 Windungen bei 100 MBit/s-Ethernet-Übertragern. Die hohe Win­ dungszahl führt zum einen zu fertigungstechnischen Nachtei­ len, z. B. bei der Ausführung der Übertrager in Planartech­ nik. Außerdem beanspruchen LAN-Schnittstellenmodule mit Fer­ ritkernen viel Platz.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Schnittstellenmodule mit wenigstens ei­ nem induktiven Bauelement zu schaffen, die sich für den Ein­ satz in lokalen Datennetzwerken eignen und ein kleines Bauvo­ lumen aufweisen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedes induktive Bau­ element einen Magnetkern aus einer amorphen oder nanokristal­ linen Legierung aufweist.

Typischerweise reicht der Hauptfrequenzbereich von lokalen Datennetzwerken bis 10 MHz (10 Mbit/s Ethernet) bzw. bis 125 MHz (100 Mbit/s Ethernet) oder im Fall von Gigabit-Ethernet sogar noch höher. Wie oben erwähnt, sind bei Verwendung von Ferritkernen zum Erreichen der erforderlichen Induktivität bei I_DC bis 8 mA hohe Windungszahlen nötig. Diese führen zu hohen Koppel- und Wicklungskapazitäten sowie zu einer großen Streu­ induktivität. Diese Einflüsse wirken sich nachteilig auf die Impulsform aus, und zwar durch Überschwinger sowie große An­ stiegs- und Abfallzeiten.

Es besteht zwar die Möglichkeit bei amorphen und nanokristal­ linen Legierungen die Permeabilität durch ein entsprechendes Herstellungsverfahren sehr hoch einzustellen, aber dies hätte zur Folge, daß die Magnetkerne leicht in Sättigung gehen. Amorphe und nanokristalline Legierungen lassen sich jedoch auch auf mittlere Permeabilitätswerte im Bereich von 12000 bis 80000 einstellen und verfügen im allgemeinen über eine hohe Sättigungsinduktion. Es ist daher bei nanokristallinen und amorphen Legierungen möglich, die geometrischen Abmessun­ gen eines Magnetkerns, seine Permeabilität und die Windungs­ zahl so aufeinander abzustimmen, daß kleine Bauformen möglich werden. Besonders hervorzuheben ist, daß die Windungszahlen auf optimale Werte eingestellt werden können, so daß sich gleichzeitig eine geringe Streuinduktivität und Wicklungska­ pazität ergibt. Somit lassen sich mit amorphen und nanokri­ stallinen Magnetkernen Schnittstellenmodule schaffen, die die Anforderungen an die Signalform normgerecht erfüllen und sich zusätzlich durch ein besonders kleines Bauvolumen sowie die Möglichkeit zur kostengünstigen Fertigung in Planartechnik auszeichnen.

Für den Einsatz in Schnittstellenmodulen für lokale Daten­ netzwerke besonders geeignete Legierungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung näher anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Übersicht über ein Teil eines lokalen Datennetz­ werks;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung von indukti­ ven Bauelementen in einem Schnittstellenmodul;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Realteils der Permeabilität im seriellen Ersatzschaltbild für eine nanokristalline Legierung und einen Ferrit dar­ stellt;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Induktivität im Parallel-Ersatzschaltbild einer Spule mit einem nanokristallinen Magnetkern und einer Spule mit ei­ nem Ferritkern von der Gleichstrombelastung dar­ stellt;

Fig. 5 die Temperaturabhängigkeit der Permeabilität von amorphen und nanokristallinen Legierungen im Ver­ gleich zu der Temperaturabhängikeit der Permeabili­ tät von Ferriten;

Fig. 6 den Frequenzgang des Realteils der Permeabilität ei­ ner nanokristallinen Legierung im Vergleich zu einem Ferrit;

Fig. 7 den Frequenzgang der Induktivität im Parallelersatz­ schaltbild für eine Spule mit einem Magnetkern aus einer nanokristallinen Legierung und für Spulen von Ferritkernen;

Fig. 8 den Frequenzgang des Ohmschen Widerstands im Paral­ lelersatzschaltbild für einen Magnetkern aus einer nanokristallinen Legierung;

Fig. 9 den Frequenzgang der mit dem nanokristallinen Mag­ netkern aus Fig. 7 und 8 erzielbaren Einführungs­ dämpfung; und

Fig. 10 ein Beispiel für eine flachen Hystereseschleife ei­ nes Magnetkerns aus einer nanokristallinen Legie­ rung.

Lokale Datennetzwerke oder LANs (Local Area Networks) dienen der Verbindung von Rechnern (PCs, Workstations, Mainframes) zur Datenübertragung über kurze Strecken. Man unterscheidet LANs nach Übertragungsstandards (IEEE 802.3, Ethernet, IEEE 802.4 (Token Bus), IEEE 802.5 (Token Ring), Übertragungsraten (z. B. 10 MBit/s, 100 MBit/s für Ethernet) und physikalischem Übertragungsmedium (RG58-Koaxialkabel, Twisted Pair, Glasfa­ ser, usw.). Rechner können über verschiedene Topologien (Stern, Bus, Ring) zusammengeschaltet werden. Dabei werden, wie in Fig. 1 dargestellt, Zentral-Einheiten 1 wie Hubs, Switches, Bridges und Router sowie Netzkarten 2 (NICs = Net­ work Interface Cards) in den Rechnern benötigt. Zur Übertra­ gung der Daten in der physikalischen Schicht wird in diesen Geräten und Karten ein Logik-Baustein 3 (Baustein für die physikalische Schicht) verwendet, der entweder direkt oder über einen Sender-Empfänger-Baustein 4 (Transceiver) an ein LAN-Schnittstellenmodul 5 gekoppelt wird. Dieses LAN- Schnittstellenmodul 5 stellt dann die Verbindung zu einer Da­ tenleitung 6 her.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Schnittstellenmo­ duls 5 dargestellt. Das Schnittstellenmoduls 5 in Fig. 2 um­ faßt einen Übertrager 7, sowie stromkompensierte Drosseln 8, die jeweils Magnetkerne 9 aufweisen. Die Magnetkerne 9 können aus demselben oder aus unterschiedlichen Material sein. Neben den in Fig. 2 dargestellten Bauelementen kann das Schnitt­ stellenmodul weitere induktive Bauelemente wie Übertrager-, Drossel- und Filterbauelemente aufweisen.

Im folgenden beschränken wir uns bei der Beschreibung auf LAN-Schnittstellenmodule 5 für 10 MBit/s- und 100 MBit/s- Ethernet als für alle diese LAN-Technologien repräsentative Systeme. Der Hauptfrequenzbereich der Signale ist < 10 MHz für 10 MBit/s-Ethernet und < 125 MHz für 100 MBit/s- Ethernet. Mit den hier vorgestellten LAN- Schnittstellenmodulen 5 sind jedoch auch höhere Übertragungs­ raten (z. B. für Gigabit-Ethernet) vorstellbar.

An die im LAN-Schnittstellenmodul 5 eingesetzten induktiven Bauelemente sind die folgenden Anforderungen gestellt:

• a) minimales Bauvolumen
• b) Eignung für die verschiedene Übertragungscodesysteme, z. B.
  • - MLT3 (100 MBit/s)
  • - 4B5B (100 MBit/s)
  • - Manchester-Codierung (10 MBit/s)
• c) Für 100 MBit/s-Ethernet muß nach ANSI X3.263-95 §9.1.7 gelten:
  Hauptinduktivität < 350 µH bei 100 kHz, 100 mVrms und 0 mA < I_DC < 8 mA
• d) Für 100 MBit/s-Ethernet muß nach ANSI X3.263-95 §9.1.7 für die Anstiegszeit t_Anstieg und die Abfallzeit t_Abfall der Im­ pulse gelten: 3 ns < tA_nstieg, t_Abfall < 5ns
• e) geringes Kerngewicht und SMD-Fähigkeit
• f) Ringkernform, dadurch einfachere Sicherheitsanforderungen nach IEC 950
• g) geringe Einfügedämpfung und hohe Reflexionsdämpfung (für 100 MBit/s-Ethernet nach ANSI X3.263-95 §9.1.5) im gesam­ ten Frequenzbereich
• h) geringer und monotoner Temperaturgang der relevanten mag­ netischen Kenngrößen im Bereich -40°C-100°C.

Bei den hier vorgestellten induktiven Bauelementen handelt es sich um induktive Bauelemente für das LAN-Schnittstellenmodul 5, die statt eines Ferritkerns den Magnetkern 9 in der Form eines kleinen Metallbandkerns aus einer amorphen oder nano­ kristallinen Legierung enthalten. Dieser erhält seine normge­ rechten Eigenschaften durch eine optimierte Kombination aus Banddicke, Legierung und Wärmebehandlung im Magnetfeld sowie kerntechnologische Fertigungsschritte.

Eine erste grundlegende Anforderung ist, daß die Induktivität des LAN-Übertragers 7 bei 100 kHz größer ist als 350 µH. Dies muß im gesamten Temperaturbereich von 0 bis 70°C oder sogar von -40°C bis +85°C, eventuell sogar von -40°C bis +120°C, bei einem Gleichstrom von bis zu 8 mA gewährleistet sein. Wie Fig. 3, 4 und 5 zeigen, wurde diese Anforderung bei richtig abgestimmter Legierung, Kerndimension und Bewicklung bei­ spielsweise mit nanokristallinen, aber auch mit amorphen Le­ gierungen erfüllt.

Fig. 3 ist ein Diagramm, in dem der Realteil der Permeabili­ tät im seriellen Ersatzschaltbild gegen die Stärke des Gleichfelds aufgetragen ist. Dabei veranschaulicht die durch­ gezogene Kurve die Abhängigkeit des Realteils der Permeabili­ tät der nanokristallinen Legierung (FeCuNb)_77,5(SiB)_22,5, wäh­ rend die gestrichelte Kurve die Abhängigkeit des Realteils der Permeabilität eines MnZn-Ferrits mit der Handelsbezeich­ nung ("Ferronics B") andeutet.

Fig. 4 zeigt die ideale Induktivität des Übertragers 7 in Abhängigkeit von der Gleichstromvorbelastung. Die durch­ gezogene Kurve stellt die Induktivität des Übertragers 5 mit dem Magnetkern 9 aus der nanokristallinen Legierung (FeCuNb)_77,5(SiB)_22,5 bei einer Anfangspermeabilität µ_i(p) = 40000 und 9 Windungen dar. Die gestrichelte Linie ist die ideale Induktivität eines Übertragers mit einem MnZn- Ferritkern ("Ferronics B") mit einer Anfangspermeabilität von µ_i = 5000 und 20 Windungen. Aus Fig. 4 geht hervor, daß der Übertrager 5 mit dem Magnetkern 9 aus der nanokristallinen Legierung trotz der geringen Windungszahl die Anforderungen wesentlich besser erfüllt als der Übertrager mit dem Ferrit­ kern.

In Fig. 5 ist die relative Permeabilitätsänderung bezogen auf die Permeabilität bei Raumtemperatur in Prozent für ver­ schiedene Materialien aufgetragen. Eine erste steil anstei­ gende Kurve stellt die Temperaturänderung eines MnZn-Ferrits mit dem Handelsnamen "Siferrit N27" dar. Die Permeabilität eines weiteren MnZn-Ferrits ("Ferronics B") schwankt im Tem­ peraturbereich von -40 bis 120°C um mehr als +/- 40%. Die relative Permeabilitätsänderung für das nanokristalline Fe_73,5Cu₁Nb₃Si_15,5B₇ und das amorphe (CuFi)₇₂(MuMnSiB)₂₈ liegt da­ gegen im Bereich von +/- 20%.

Des weiteren kann man an Fig. 6 und 7 ersehen, daß bei LAN- Übertrager 5 mit Metallbandkern anders als bei einem solchen mit Ferritkern keine Resonanzen auftreten (Fig. 6), und daß durch die Wicklungskapazität verursachte Resonanzen wegen der niedrigeren Windungszahl erst am oberen Rand des Signalspek­ trums auftreten (Fig. 7) und damit - im Vergleich zum Ferrit - eine kleinere Phasenverschiebung der Signale zur Folge ha­ ben. Dies kann sich auf die effektive Bitrate auswirken, da weniger Bitfehler durch die verwendeten Übertragungsprotokol­ le korrigiert werden müssen.

Eine zweite grundlegende Anforderung ist, daß die Ein­ fügungsdämpfung a_E des Übertragers 7 über den gesamten Fre­ quenzbereich möglichst gering ist. Mit den hier vorgestellten Magnetkernen 9 sind bei f ≧ 100 kHz a_E-Werte von deutlich un­ ter 1 dB erreichbar. Für einen vorgegebenen Wellenwiderstand (hier: 100 Ω ) nimmt die Einfügungsdämpfung mit zunehmendem Wert für R_p ab. R_p ist dabei der ohmsche Widerstand im Paral­ lelersatzschaltbild für den Übertrager 7, der die Ummagneti­ sierungsverluste im Magnetkern 9 sowie die ohmschen Kupfer­ verluste der Bewicklung repräsentiert. Auf der Grundlage der Elektrodynamik läßt sich mit der Dichte ρ_mech der Zusammenhang

R_p(f) = 2.Π ².N ². (1/ρ_mech).(A_Fe/l_Fe).f ².B ²/P_Fe(f) (1)

herleiten, wobei P_Fe(f) den Frequenzgang der spezifischen Ge­ samtverluste darstellt, die ihrerseits wieder von den Hyste­ rese- und von den Bandeigenschaften abhängen. Bei den hier betrachteten Frequenzen von mehr als 100 kHz und extrem li­ nearen Hystereseschleifen, spielen allerdings nur noch bandabhängige Wirbelstromverluste sowie gyromagnetische Ef­ fekte eine Rolle.

Wie aus Fig. 8 und 9 hervorgeht, lassen sich mit den hier verwendeten, wärmebehandelten Magnetlegierungen ausreichend kleine a_E- bzw. ausreichend große R_p-Werte auch bei den hier angestrebten niedrigen Windungszahlen erreichen. Wie auch leicht anhand von Gleichung (2) nachvollzogen werden kann, lassen sich besonders hohe R_p-Werte bei möglichst niedrigen Banddicken von ≦ 20 µm, besser ≦ 17 µm oder möglichst sogar ≦ 14 µm erreichen. Noch weiter verbessern läßt sich der R_p- Wert durch eine Beschichtung von mindestens einer Bandober­ fläche mit einem elektrisch isolierenden Medium, das eine kleine Dielektrizitätszahl von ε_r < 10 besitzen muß.

Eine dritte grundlegende Anforderung ist, daß die Streuinduk­ tivität L_s sowohl des Übertragers 7 als auch der stromkompen­ sierten Drosseln 8 möglichst klein ist. Dies geht aus den An­ forderungen aus ANSI X3.263 1995 Punkte 9.1.3. (Überschwin­ gen des Signals), 9.1.6. (Anstiegszeiten des Signals) sowie 9.1.5. (Reflexionsdämpfungsanforderungen) hervor. Eine große Streuinduktivität hat ein Überschwingen sowie eine große An­ stiegszeit des Signals zur Folge. Bei höheren Signalfrequen­ zen wird die Reflexionsdämpfung durch eine große Streuinduk­ tivität reduziert. Aufgrund der verwendeten Kerngeometrie (Ringbandkern) und der aufgrund hoher Permeabilität möglichen geringen Windungszahl lassen sich - im Gegensatz zu Ferriten - sehr kleine Streuinduktivitäten erzielen.

Zusammenfassend läßt sich festhalten, daß sich durch die Kom­ bination aus flacher Hystereseschleife sowie verglichen mit Ferritlösungen deutlich höherer Permeabilität µ und Sätti­ gungsinduktion B_s bei Verwendung von dünnen Bändern der hier verwendeten, wärmebehandelten Legierungen mit hohem spezifi­ schen elektrischen Widerstand Induktivitäten für LAN- Schnittstellenmodule mit besonders niedrigen Windungszahlen und kleiner Baugröße herstellen lassen.

In den hier zugrunde liegenden Untersuchungen wurde erkannt, daß sich die normgerechten Eigenschaften der kleinen Magnet­ kerne 9 von in den LAN-Schnittstellenmodulen verwendeten In­ duktivitäten mit amorphen, nahezu magnetostriktionsfreien Ko­ balt-Basis-Legierungen sowie mit praktisch magnetostriktions­ freien feinkristallinen Legierungen erreichen lassen. Letzte­ re werden üblicherweise als "nanokristalline Legierungen" be­ zeichnet und sind durch ein extrem feines Korn mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 100 nm gekennzeichnet, das mehr als 50% des Materialvolumens einnimmt. Eine wichti­ ge Voraussetzung ist, daß die Magnetkerne 9 eine hohe Sätti­ gungsinduktion von B_s < 0,55 T, vorzugsweise < 0,9 T, besser < 1 T und eine lineare Hystereseschleife mit einem Sätti­ gungs- zu Remanenzverhältnis B_r/B_s < 0,2, vorzugsweise < 0,08 besitzen. In diesem Zusammenhang zeichnen sich die ma­ gnetostriktionsfreien nanokristallinen Werkstoffe auf Fe- Basis durch eine besonders hohe Sättigungsinduktion von 1,1 T oder mehr aus. Eine Aufzählung sämtlicher betrachteter und für geeignet befundener Legierungssysteme findet sich weiter unten. Eine typische Schleifenform entnimmt man Fig. 10 Eine solche Hystereseschleife läßt sich beispielsweise durch die nachfolgend beschriebenen Fertigungsgänge erreichen:
Das mittels Rascherstarrungstechnologie hergestellte weichma­ gnetische amorphe Band der Dicke d ≦ 22 µm, vorzugsweise ≦ 17 µm, besser ≦ 14 µm aus einer der unten aufgezählten Legierun­ gen wird auf speziellen Maschinen spannungsfrei zum Magnet­ kern 9 in dessen Endabmessung gewickelt. Alternativ kommen hierbei aber auch Magnetkerne 9 in Frage, die aus einem Sta­ pel gestanzter Scheiben aus besagten Legierungen aufgebaut sind.

Es wurde herausgefunden, daß sich die normgerechten Anforde­ rungen an die Frequenzeigenschaften dann noch besser erfüllen lassen, wenn das Band vor dem Wickeln des Magnetkerns 9 oder vor dem Stanzen der Scheiben auf einer oder auf zwei Seiten elektrisch isolierend beschichtet wird. Hierfür wird je nach Legierung, Wärmebehandlung und Anforderungen an die Güte der Isolationsschicht ein Oxidations-, Tauch-, Durchlauf-, Sprüh- oder Elektrolyseverfahren am Band eingesetzt. Dasselbe kann aber auch durch Tauchisolation des gewickelten oder gestapel­ ten Magnetkern 9 erreicht werden. Bei der Auswahl des isolie­ renden Mediums ist darauf zu achten, daß dieses einerseits auf der Bandoberfläche gut haftet, andererseits keine Ober­ flächenreaktionen verursacht, die zu einer Schädigung der Mag­ neteigenschaften führen können. Bei den hier verwendeten Le­ gierungen haben sich Oxide, Acrylate, Phosphate, Silikate und Chromate der Elemente Ca, Mg, Al, Ti, Zr, Hf, Si als wir­ kungsvolle und verträgliche Isolatoren herausgestellt. Beson­ ders effektiv, aber trotzdem schonend, war dabei Mg, welches als flüssiges magnesiumhaltiges Vorprodukt auf die Bandober­ fläche aufgebracht wird, und sich während einer speziellen, die Legierung nicht beeinflussenden Wärmebehandlung in eine Schicht aus MgO umwandelt, deren Dicke zwischen 50 nm und 1 µm liegen kann.

Bei der anschließenden Wärmebehandlung der isolierten oder unisolierten Magnetkerne 9 zur Einstellung der weichmagneti­ schen Eigenschaften ist zu unterscheiden, ob der Magnetkern 9 aus einer Legierung besteht, die sich zur Einstellung einer nanokristallinen Struktur eignet oder nicht.

Magnetkerne 9 aus Legierungen, die sich zur Nanokristallisa­ tion eignen, werden zur Einstellung des nanokristallinen Ge­ füges einer exakt abgestimmten Kristallisationswärmebehand­ lung unterzogen, die je nach Legierungszusammensetzung zwi­ schen 450°C und 690°C liegt. Typische Haltezeiten liegen zwischen 4 Minuten und 8 Stunden. Je nach Legierung ist diese Wärmebehandlung im Vakuum oder im passiven oder reduzierenden Schutzgas durchzuführen. In allen Fällen sind materialspezi­ fische Reinheitsbedingungen zu berücksichtigen, die fallweise durch entsprechende Hilfsmittel wie elementspezifische Absor­ ber- oder Gettermaterialien herbeizuführen sind. Dabei wird durch eine exakt abgeglichene Temperatur- und Zeitkombination ausgenutzt, daß sich bei den hier eingesetzten, weiter unten näher beschriebenen Legierungszusammensetzungen gerade die Magnetostriktionsbeiträge von feinkristallinem Korn und amor­ pher Restphase ausgleichen und die erforderliche Magneto­ striktionsfreiheit (|λ_s| < 2 ppm, vorzugsweise sogar |λ_s| < 0,2 ppm) entsteht. Die hier gewünschten hohen Permeabilitäten setzen diese besonders exakt abgeglichenen Magnetostriktions­ werte und damit eine besonders exakt eingestellte Korngrößen­ verteilung und damit Legierungszusammensetzung voraus. Wich­ tig ist dabei eine genaue Kontrolle der Magnetkerntemperatur im Bereich der Kristallentstehung. Auf keinen Fall darf das Material soweit erhitzt werden, daß durch die Bildung unmag­ netischer Phasen wie z. B. Fe-Boride eine irreversible Schä­ digung der Magneteigenschaften entsteht.

Je nach Legierung und Ausführungsform des Bauelements wird zur Erreichung hoher Permeabilitätswerte entweder feldfrei oder im Magnetfeld längs zur Richtung des gewickelten Bandes ("Längsfeld") oder quer dazu ("Querfeld") getempert. In be­ stimmten Fällen kann auch eine Kombination aus zwei oder so­ gar drei dieser Magnetfeldkonstellationen zeitlich hinterein­ ander oder parallel nötig werden.

Die magnetischen Eigenschaften, d. h. die Linearität und die Steigung der Hystereseschleife, können - falls nötig - weit­ räumig durch eine zusätzliche Wärmebehandlung in einem Mag­ netfeld, das parallel zur Rotationssymmetrieachse des Mag­ netkerns 9 steht - also senkrecht zur Bandrichtung, variiert werden. Je nach Legierung und dimensionsbedingt einzustellen­ dem Permeabilitätsniveau sind dabei Temperaturen zwischen 350°C und 690°C erforderlich. Aufgrund der Kinetik der atomaren Reorientierungsvorgänge sind normalerweise die resultierenden Permeabilitätswerte umso höher, je niedriger die Querfeldtem­ peratur angesetzt wird. Diese Magnetfeld-Wärmebehandlung wird entweder direkt mit der Kristallisationswärmebehandlung kom­ biniert oder separat durchgeführt. Für die Glühatmosphäre gelten dieselben Bedingungen wie bei der Temperung zur Ein­ stellung der nanokristallinen Struktur.

Bei Magnetkernen 9 aus Amorphwerkstoffen erfolgt die Einstel­ lung der magnetischen Eigenschaften, d. h. von Verlauf und Steigung der linearen flachen Hystereseschleife durch eine Wärmebehandlung in einem Magnetfeld, das parallel zur Rotati­ onssymmetrieachse des Magnetkerns 9 verläuft - also senkrecht zur Bandrichtung. Durch eine günstige Führung der Wärmebe­ handlung wird ausgenutzt, daß sich der Wert der Sättigungsma­ gnetostriktion während der Wärmebehandlung um einen von der Legierungszusammensetzung abhängigen Betrag in positive Rich­ tung verändert, bis er in den Bereich |λ_s| < 2 ppm, vorzugs­ weise sogar |λ_s| < 0,05 ppm trifft. Wie Tabelle 2 zeigt, wur­ de dies auch dann erreicht, wenn der Betrag von λ_s im as quenched Zustand des Bandes deutlich über diesem Wert lag. Je nach eingesetzter Legierung kann eine Bespülung des Magnet­ kerns 9 mit einem reduzierenden (z. B. NH₃, H₂, CO), passiven oder sogar schwach oxidierenden Schutzgas (z. B. He, Ne, Ar, N₂, CO₂) nötig werden, so daß an den Bandoberflächen weder Oxidationen noch andere Reaktionen auftreten können. Genauso­ wenig dürfen im Innern des Materials festkörperphysikalische Reaktionen durch eindiffundierendes Schutzgas ablaufen.

Je nach Lage von Curietemperatur und Kristallisations­ temperatur der verwendeten Legierung können die Magnetkerne 9 für die in den LAN-Schnittstellenmodulen 5 verwendeten Induk­ tivitäten unter angelegtem Magnetfeld mit einer Rate von 0,1 bis 10 K/min auf Temperaturen zwischen 180°C und 420°C auf­ geheizt werden, auf diesen Temperaturen im Magnetfeld zwi­ schen 0,25 und 48 Stunden gehalten werden und anschließend mit 0,1-5 K/min wieder auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Aufgrund der allgemeinen Zusammenhänge K_u ∝ M_s (T_a)² und K_u ∝ 1/µ (K_u = Anisotropieenergie, M_s = Sättigungsmagnetisierung, T_a = Anlaßtemperatur im Magnetfeld) sind die erzielten Schleifen bei den hier eingesetzten Amorphlegierungen umso flacher, je höher M_s ist. Demnach befindet man sich in einem Dilemma, in dem sich hohe Permeabilitäten und hohe Sätti­ gungsinduktionen, die bei hohen Unsymmetrieströmen allerdings unverzichtbar sind, gegenseitig ausschließen.

Besonders kleine Magnetkerne 9 für LAN-Übertrager 7 lassen sich dann erreichen, wenn die eingesetzten Amorphlegierungen einerseits niedrige Curietemperaturen von beispielsweise we­ niger als 250°C, andererseits aber eine immer noch hinrei­ chend hohe Sättigungsinduktion von beispielsweise 0,65 Tesla oder mehr besitzen. Solche, im Prinzip widersprüchlichen Kom­ binationen lassen sich dadurch erreichen, daß der Metalloid­ gehalt (z. B. Si, B etc.) der Legierung schrittweise erhöht wird, und/oder gleichzeitig ein antiferromagnetisches Element wie z. B. Mn im Bereich weniger at% der Legierung zugeschlagen wird. Infolge kleiner magnetischer Momente bei gleichzeitig temperaturbedingter Verzögerung der Reorientierungskinetik lassen sich dann unterhalb der Curietemperatur mittels defi­ nierter Abkühlung im Querfeld besonders kleine uniaxiale (Quer-)Anisotropien von nur 1 J/m³ oder noch weniger und da­ mit Permeabilitätswerte von beispielsweise 20000 bis 200000 erreichen.

Eine wichtige Voraussetzung zum Erreichen derartig hoher Per­ meabilitäten ist, daß jegliche Art von Störtermen wie z. B. magnetoelastische Anisotropien gegenüber den gewünschten mag­ netfeldinduzierten Anisotropien vernachlässigbar sind. Zur Erfüllung dieser Voraussetzung muß der gewickelte Magnetkern 9 in der Form eines Metallbandkern auch bei kleinsten Magne­ tostriktionswerten mittels einer Relaxationsglühung entspannt werden. Die hierzu notwendige Temperatur ist so hoch anzuset­ zen, daß die Relaxationskinetik einerseits hinreichend schnell abläuft, andererseits jedoch noch keine Kristallisa­ tion entsteht. Eine besonders hohe Effektivität ist mit die­ sem Vorgehen dann zu erzielen, wenn die Kristallisations- und Curietemperatur um weit mehr als 100°C auseinander liegen, was gerade bei den hier eingesetzten Amorphlegierungen mit hohem Metalloidgehalt der Fall ist.

Fallweise kann zur Erhöhung der uniaxialen Anisotropieenergie zusätzlich zum langsamen Abkühlen der Magnetkerne 9 im Quer­ feld ein Temperaturplateau im Querfeld eingefügt werden. Den bekannten Einflüssen von Temperaturabhängigkeit der Sätti­ gungsmagnetisierung und Reorientierungskinetik folgend, sind hier der optimale Abstand zur Curietemperatur und die Halte­ dauer bis zum asymptotischen Erreichen des Gleichgewichtswer­ tes der uniaxialen Anisotropie die entscheidenden Parameter, die an die jeweilige Legierung anzupassen sind.

Aufgrund der entmagnetisierenden Felder im Inneren eines Mag­ netkernstapels, die zu einer betragsmäßigen Schwächung und einer Divergenz der Feldlinien führen, lassen sich auch bei hohen Permeabilitätswerten hinreichend lineare Schleifen da­ durch erreichen, daß die Magnetkerne 9 während der Querfeld­ behandlung stirnseitig exakt so aufgestapelt sind, daß die Stapelhöhe mindestens das 10-fache, besser wenigstens das 20- fache des Magnetkernaußendurchmessers beträgt. Dies gilt in gleicher Weise bei nanokristallinen wie bei amorphen Magnet­ werkstoffen. Eine typische Magnetisierungskurve, die den li­ nearen Charakter der hier realisierten Schleifen unter­ streicht, ist der Fig. 10 zu entnehmen.

Im Anschluß an die Wärmbehandlung werden die Magnetkerne 9 elektrisch isoliert (z. B. oberflächlich passiviert, beschich­ tet, wirbelgesintert oder in einem Kunststoffgehäuse verkap­ selt), mit den Primär- und Sekundärwicklungen versehen und gegebenenfalls im Bauelementgehäuse verklebt oder vergossen. Hierbei besteht auch die Möglichkeit einen Aufbau in soge­ nannter Planartechnologie zu verwenden. Dieses Verfahren ist unabhängig davon, ob der Magnetkern 9 aus amorphem oder nano­ kristallinem Material besteht. Aufgrund der Sprödigkeit hat allerdings die mechanische Handhabung der ausgetemperten nanokristallinen Magnetkerne 9 mit besonderer Vorsicht zu er­ folgen.

Eine weitere Fertigungsmöglichkeit ist, daß das Band zunächst einer Querfeldtemperung im Durchlauf unterzogen und anschlie­ ßend zum Bandkern gewickelt wird. Der weitere Ablauf verläuft wie oben beschrieben.

Die wesentlichen erfüllten Voraussetzungen für 10/100Base-T- Übertrager sind dabei:

• - Die Hauptinduktivität des Magnetkerns 9 in der Form eines bewickelten Metallbandkerns muß nach ANSI X3.263 1995 die folgende Bedingung erfüllen:
  L_h < 350 µH bei 100 kHz.
• - Für den Widerstand R_p im Parallel-Ersatzschaltbild sind bereits mit geringen Windungszahlen ausreichend hohe Werte von über < 1kΩ erreichbar.
• - Die Hauptinduktivität erfüllt diesen Wert auch bei einer maximalen Gleichstromvorbelastung von 8 mA in einem Tem­ peraturbereich von -40° bis 85°C, bei Verwendung von nanokristallinen Legierungen auch bis 120°C.
• - Der Linearitätsfehler der Hystereseschleife des Magnet­ kerns 9 ist so gering, daß für das Verhältnis von Per­ meabilität µ zur mittleren Permeabilität µ im Bereich B_s/100 bis 0,8 B_s gilt:
  1,2 < µ (B)/µ < 0,8, vorzugsweise 1,1 < µ (B)/µ < 0,9,
  wobei B gleichfalls im Intervall B_s/100 bis 0,8 B_s liegt.
• - Unter Verwendung amorpher und nanokristalliner Magnet­ werkstoffe ergeben sich nach abgeglichener Querfeldtem­ perung für vorgegebene Werte der Hauptinduktivität z. B. die in Tab. 1 dargestellten typischen Abmessungen des Magnetkerns 9, wobei die Abmessungen in der Reihenfolge Außendurchmesser, Innendurchmesser und Höhe des in der Gestalt eines Ringbandkerns vorliegenden Magnetkerns 9 angegeben sind.

Tabelle 1

Ähnliche Abmessungen des Magnetkerns 9 ergeben sich auch beim Einsatz der anderen unten aufgezählten Legierungen, die an­ wendungsspezifisch eingesetzt werden.

Bei der Dimensionierung der induktive Bauelemente des Schnittstellenmoduls 5, insbesondere des Übertragers 7, sind eine Reihe von Zusammenhängen zu beachten.

Für die Induktivität des Übertragers 7 gilt der Zusammenhang

L = N²µ_oµ_rA_fe/l_fe (2)

N = Windungszahl
µ_o = universelle Permeabilitätskonstante
µ_r = Permeabilität des Materials
A_fe = Eisenquerschnitt des Magnetkerns
l_fe = Eisenweglänge des Magnetkerns.

Aus Gleichung (2) wird ersichtlich, daß die erforderliche In­ duktivität bei minimalem Bauvolumen nur dann erreichbar ist, wenn Windungszahlen, Permeabilität, Eisenquerschnitt und Ei­ senweglänge aufeinander abgestimmt sind. Die im gesamten Be­ reich der Arbeitsfrequenz gültige Permeabilität µ des Kernma­ terials ist neben der günstigen ringförmigen Geometrie der ausschlaggebende Parameter für eine möglichst kompakte Abmes­ sung des Übertragers 7. Je nachdem welche der nachfolgend aufgezählten Legierungen zum Einsatz kommt, und wie die zuge­ hörige Wärmebehandlung geführt wird, läßt sich in definierter Weise ein Permeabilitätsbereich zwischen 10000 und 100000 ab­ decken. Die mit diesen Magnetkernen 9 realisierten LAN- Schnittstellenmodule 5 besitzen aufgrund ihrer Bauform, der hohen Permeabilität und der hohen Sättigungsinduktion der eingesetzten Metallbandkerne gegenüber den Ferritkernen einen starken Volumenvorteil.

Bei der Auswahl des Kernwerkstoffes für die Induktivitäten des Übertragers 7 entsteht eine Einschränkung dadurch, daß der Magnetkern 9 bei der Gleichstromvorbelastung von 8 mA nicht in Sättigung gehen darf. Ferner muß der Klirrfaktor bei maximaler I_dc-Aussteuerung unter einer normgemäß festgelegten Grenze bleiben. Die mit der I_dc-Vorbelastung verbundene mag­ netische Feldstärke H_DC ist durch

H_dc = N.I_dc/l_fe (3)

gegeben. Die Induktivität und der Klirrfaktor dürfen bei die­ ser Gleichstromvorlastung im gesamten Temperaturbereich nur sehr geringfügig abfallen.

Im Gegensatz zu den induktiven Bauelementen mit Ferriten, bei denen Gleichung (2) die Windungszahlen festlegt, ist für die Dimensionierung von induktiven Bauelementen mit nanokristal­ linen oder amorphen Metallkernen Gleichung (1) maßgebend. Die Windungszahl N darf nämlich nicht zu klein gewählt werden, da sonst die Einfügedämpfung aufgrund des zu geringen R_p- Widerstands des Übertragers 7 zu groß wird. Außerdem haben kleine Windungszahlen hohe Streuinduktivitäten zur Folge, die ein Überschwingen sowie eine große Anstiegszeit des Signals bewirken. Eine Erhöhung der Windungszahl führt ferner zu ei­ ner kleineren Signalaussteuerung B_ac und damit zu einem gerin­ geren Klirrfaktor. Der Übertrager 7 weist daher bevorzugt mittlere Windungszahlen zwischen 5 und 25 Windungen auf.

Diese Situation erfordert bei der Werkstoffauswahl eine Kom­ bination aus hoher Sättigungsinduktion B_s, hoher Permeabili­ tät µ und geringen Kernverlusten (~ 1/R_p).

Eine hohe Permeabilität und damit eine geringe Windungsanzahl sowie die Ringbandform der Magnetkerne 9 führen zu kleinen Übertragern 7 mit kleiner Streuinduktivität und kleinen Kop­ pel- und Wicklungskapazitäten. Dies wiederum führt zu kürze­ ren Anstiegszeiten, besserer Unsymmetriedämpfung sowie ver­ bessertem Übertragungsverhalten im gesamten Frequenzbereich.

Nachfolgend werden mehrere geeignete Legierungssysteme be­ schrieben. Es wurde herausgefunden, daß sich mit den nachfol­ gend beschriebenen Legierungssystemen unter Einhaltung der oben genannten Bedingungen induktive Bauelemente für die Schnittstellenmodule 5 mit besonders linearen Hysterese­ schleifen und kleinen Bauformen herstellen lassen, die alle normgerechten Eigenschaften besitzen.

Es sei angemerkt, daß bei der Angabe der nachfolgend aufge­ führten Legierungssysteme die Kleiner- und Größerzeichen die Grenzen miteinschließen; außerdem sind alle at%-Angaben als ungefähr zu betrachten.

Legierungssystem 1

Ein erstes Legierungssystem weist die Zusammensetzung Co_a(Fe_1-cMn_c)_bNi_dM_eSi_xB_yC_z auf, wobei M ein oder mehrere Elemen­ te aus der Gruppe Nb, Mo, Ta, Cr, W, Ge und/oder P bezeich­ net und a+b+d+e+x+y+z = 100 ist, mit

Co	a = 40-82 at%, vorzugsweise 55 < a < 72 at%
Fe+Mn	b = 3-10 at%
Mn/Fe	c = 0-1, vorzugsweise x < 0.5
Ni	d = 0-30 at%, vorzugsweise d < 20 at%
M	e = 0-5 at%, vorzugsweise e < 3 at%
Si	x = 0-18 at%, vorzugsweise x < 1 at%
B	y = 8-26 at%, vorzugsweise 8-20 at%
C	z = 0-3 at%
15<e+x+y+z<30, vorzugsweise 20<e+x+y+z<30

Legierungen dieses Systems bleiben nach der beschriebenen Wärmebehandlung amorph. Abhängig von der Zusammensetzung und Wärmebehandlung konnten damit extrem lineare Hysterese­ schleifen mit einem sehr weiten Permeabilitätsbereich zwi­ schen 500 und 150000 oder sogar mehr realisiert werden.

Für die vorliegende Erfindung hat sich als besonders wichtig herausgestellt, daß sich der Wert der Sättigungs­ magnetostriktion mit einer auf die Legierungszusammensetzung abgestimmten Wärmebehandlung sicher auf besonders kleine Wer­ te von |λ_s| < 0,1 ppm einstellen läßt. Dadurch bedingt ist eine besonders lineare Schleifenform, die zu einer besonders hohen Konstanz der Permeabilität über einen weiten Indukti­ onsbereich führt. Außerdem wird hierdurch das Auftreten schädlicher magnetoelastischer Resonanzen des ringbandförmi­ gen Magnetkerns 9 vermieden. Diese würden bei bestimmten Fre­ quenzen des Induktionsverlaufes zu Einbrüchen in der Permea­ bilität und/oder zu erhöhten Ummagnetisierungsverlusten füh­ ren. Bei den Untersuchungen wurde herausgefunden, daß gerade die Kombination aus dieser annähernden Magnetostriktionsfrei­ heit, einer möglichst geringen Banddicke (am besten kleiner 17 µm) und einem vergleichsweise hohen spezifischen elektri­ schen Widerstand von 1,1 bis 1,5 µΩm zu einem extrem guten Frequenzverhalten führt, das für den Übertrager 7 besonders gut geeignet ist.

Legierungssystem 2

Ein zweites Legierungssystem weist die Zusammensetzung Fe_xCu_yM_zSi_vB_w auf, wobei M ein Element aus der Gruppe Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti, Mo oder eine Kombination aus diesen bezeich­ net und x + y + z + v + w = 100 at% ist, mit

Fe	x = 100 at%-y-z-v-w
Cu	y = 0,5-2 at%, vorzugsweise 1 at%
M	z = 1-6 at%, vorzugsweise 2-4 at%
Si	v = 6,5-18 at%, vorzugsweise 14-17 at%
B	w = 5-14 at%, vorzugsweise 6-9 at%
wobei v + w < 18 at%, vorzugsweise v + w = 20 bis 24 at% ist.

Legierungen dieses Systems haben sich wegen ihrer linearen Schleifenform und ihres sehr guten Frequenzverhaltens für den Übertrager 7 als sehr gut geeignet herausgestellt. Besonders gute Eigenschaften werden bei den als "vorzugsweise" hervor­ gehobenen Legierungszusammensetzungen erreicht, da hier, ebenso wie im Legierungssystem 1 ein Nulldurchgang der Sätti­ gungsmagnetostriktion eingestellt werden kann. Dabei wurde auch hier herausgefunden, daß gerade die Kombination aus ei­ nem hohen spezifischen elektrischen Widerstand von 1,1 bis 1,2 µΩm und einer kleinen Banddicke zu einem ausgezeichneten Frequenzverhalten führt, das durch reduzierte Banddicken von 14 µm oder sogar noch darunter weiter gesteigert werden kann. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind bei optimal abgestimmter Wär­ mebehandlung bei 100 kHz Anfangspermeabilitäten von µ_i (100 kHz) < 25000 problemlos einhaltbar, bei den hier durchgeführ­ ten Untersuchungen wurde fallweise sogar µ_i < 50000 beobach­ tet.

Daneben hat sich auch die mit B_s = 1,1 bis 1,3 T gemessene, vergleichsweise hohe Sättigungsinduktion bei extrem linearen Schleifen als sehr vorteilhaft erwiesen, da hierdurch eine hohe Stabilität gegenüber Unsymmetrieströmen entsteht. Außer­ dem werden hohe Werte für die gyromagnetische Grenzfrequenz, die letztlich von B_s/µ_i abhängt, erzielt. Letzteres ist eine wichtige Voraussetzung für hohe Permeabilitäten im MHz- Bereich. Zusätzlich wurde gefunden, daß die Temperaturcharak­ teristik der Magnetkerne 9 über die Wärmebehandlung zur Ein­ stellung der Permeabilität gezielt angepaßt werden kann. Dar­ aus können gerade bei rauhen Umweltbedingungen, wie sie in Telekommunikationseinrichtungen durchaus auftreten können, nicht anders realisierbare anwendungsspezifische Vorteile er­ wachsen.

Legierungssystem 3

Ein drittes Legierungssystem ist zusammengesetzt gemäß Fe_xZr_yNb_zB_vCu_w, wobei x + y + z + v + w = 100 at% ist, mit

Fe	x = 100 at%-y-z-v-w, vorzugsweise 83-86 at%
Zr	y = 2-5 at%, vorzugsweise 3-4 at%
Nb	z = 2-5 at%, vorzugsweise 3-4 at%
B	v = 5-9 at%
Cu	w = 0,5-1,5 at%, vorzugsweise 1 at%
wobei y + z < 5 at%, vorzugsweise 7 at% ist,@	und y + z + v < 11, vorzugsweise 12-16 at% ist.

Mit Legierungen dieses Systems werden durch Querfeld­ wärmebehandlungen, die legierungsspezifisch im Intλervall zwischen 510°C und 680°C durchzuführen sind, ebenfalls li­ neare Hystereseschleifen mit Permeabilitäten zwischen ca. 12.000 und mehr als 30.000 erreicht. Bei Banddicken um 15 µm liegen bei 100 kHz immer noch Anfangspermeabilitäten von na­ hezu 20.000 vor und damit ein gutes, für die induktiven Bau­ elemente im Schnittstellenmodul 5 geeignetes Frequenzverhal­ ten. Besonders günstig wirkt sich auch hier die hohe Sätti­ gungsinduktion von 1,5 bis 1,6 T auf die Größe des induktiven Bauelements und die Lage der gyromagnetischen Grenzfrequenz aus. Hervorzuheben ist hier die sehr kleine Sättigungsmagne­ tostriktion, die bei Anlaßtemperaturen um 600°C deutlich un­ ter |λ_s| = 1 ppm liegt.

Legierungssystem 4

Ein viertes Legierungssystem hat die Zusammensetzung Fe_xM_yB_zCu_w, wobei M ein Element aus der Gruppe Zr, Hf, Nb be­ zeichnet und x + y + z + w = 100 at% ist, mit

Fe	x = 100 at%-y-z-w vorzugsweise 83-91 at%
M	y = 6-8 at%, vorzugsweise 7 at%
B	z = 3-9 at%
Cu	w = 0-1,5 at%.

Mit Legierungen dieses Systems läßt sich die Grund­ voraussetzung |λ_s| < 1 ppm erfüllen. Die mit den durch­ geführten Querfeldbehandlungen zwischen 510°C und 680°C legierungsspezifisch erreichbaren Permeabilitäten liegen zwi­ schen 2000 und 15000. Die hohe Sättigungsinduktion von 1,5 bis 1,6 T erlaubt ebenfalls die Realisierung sehr kleiner Schnittstellenmodule 5.

Legierungssystem 5

Ein fünftes Legierungssystem hat die Zusammensetzung (Fe_0,98Co_0,02)_90-xZr₇B_2+xCu₁ mit x = 0-3, vorzugsweise x = 0, wobei bei entsprechendem Abgleich der restlichen Legierungs­ bestandteile Co durch Ni ersetzbar ist.

Mit diesem System ist bei legierungsspezifisch abgestimmter Querfeldwärmebehandlung ebenfalls ein Nulldurchgang in der Sättigungmagnetostriktion zu erreichen, der bei Anfangsper­ meabilitäten von µ_i < 10000 besonders lineare Hysteresever­ läufe erlaubt. Dadurch werden die Frequenzgänge der komplexen Permeabilität so gut, daß sie denen der Legierungssysteme 1 und 2 sehr nahe kommen. Herausragender Vorteil dieses Systems ist die hohe Sättigungsinduktion, die mit Werten um B_s = 1,70 T liegt.

Aufgrund der besonders günstigen Kombination aus annäherender Magnetostriktionsfreiheit und hoher Sättigungsinduktion las­ sen sich wieder Schnittstellenmodule 5 mit besonders kleinen Bauformen realisieren.

Die Legierungssysteme 2 bis 5 erhalten nach der Wärmebehand­ lung eine feinkristalline Struktur mit Korndurchmessern unter 100 nm. Diese Körner sind von einer amorphen Phase umgeben die allerdings weniger als 50% des Materialvolumens ein­ nimmt.

Sämtliche Legierungssysteme 1 bis 5 zeichnen sich durch die folgenden Eigenschaften aus:

• - sehr lineare Hystereseschleife.
• - Betrag der Sättigungsmagnetostriktion |λ_s| < 2 ppm, vorzugs­ weise < 0,1 ppm nach der Wärmebehandlung. Bei den Kobalt- Basis-Amorphwerkstoffen dadurch einzustellen, daß der Fe und Mn-Gehalt entsprechend feinangepaßt wird. Bei den nanokri­ stallinen Legierungen über die Größe des feinkristallinen Korns, zu erreichen durch eine gezielte Abstimmung der Wärme­ behandlung, des Metalloidgehaltes und des Gehaltes an Re­ fraktärmetallen.
• - Sättigungsinduktion von 0.56 T-1.7 T. Die Sättigungsin­ duktion kann durch die Wahl des Gehaltes an Ni, Co, M, Si, B und C feinabgestimmt werden.
• - Bänder, deren Dicken weniger als 17 µm betragen können
• - Hoher spezifischer elektrischer Widerstand, der bis zu 1,5 µΩm betragen kann.

Beispiele

Die oben genannten Anforderungen und Legierungsbereiche wer­ den nach Durchführung der beschriebenen Wärmebehandlung z. B. durch die in Tabelle 2 aufgeführten Legierungsbeispiele ein­ gehalten bzw. erfüllt.

Tabelle 2

Die in Tabelle 2 amorphen, fein- oder nanokristallinen Legie­ rungen zeichnen sich durch besonders hohe Werte der Sätti­ gungsinduktion von bis zu 1,7 Tesla aus. Diese lassen ver­ gleichsweise hohe Permeabilitätswerte zu, wodurch gegenüber Ferritübertragern Vorteile hinsichtlich Baugröße und Bewick­ lung entstehen.

Claims (13)

1. Schnittstellenmodul für lokale Datennetzwerke mit einem als Übertrager dienenden induktiven Bauelement (7) zur Koppe­ lung von Schnittstellenschaltungen an eine der Verbindung von Rechnern dienende Datenleitung, wobei das induktive Bauele­ ment einen Magnetkern (9) und eine Vielzahl von darauf aufge­ brachten Wicklungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das als Übertrager dienende induktive Bauelement (7) ei­ nen Magnetkern (9) aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung mit einer Permeabilität µ < 15000 aufweist und die Windungszahlen der Wicklungen zwischen 5 und 25 liegen.

2. Schnittstellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe oder nanokristalline Legierung eine Permeabi­ lität µ < 30000 aufweist.

3. Schnittstellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung die Zusammensetzung Co_a(Fe_1-cMn_c)_bNi_dM_eSi_xB_yC_z aufweist, wobei M ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe Nb, Mo, Ta, Cr, W, Ge und/oder P bezeichnet und a+b+d+e+x+y+z = 100 at% ist, mit
Co a = 40-82 at% Fe+Mn b = 3-10 at% Mn/Fe c = 0-1 Ni d = 0-30 at% M e = 0-5 at% Si x = 0-18 at% B y = 8-26 at% C z = 0-3 at% und 15 at% < e+x+y+z < 30 at%

4. Schnittstellenmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehungen gelten:
Co a = 55-72 at% Mn/Fe c = 0-0,5 Ni d = 0-20 at% M e = 0-3 at% B y = 8-20 at% Si x = 1-18 at% und 20 at% < e+x+y+z < 30 at%

5. Schnittstellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung die Zusammensetzung Fe_xCu_yM_zSi_vB_w aufweist, wobei M ein Element aus der Gruppe Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti, Mo oder eine Kombination aus diesen bezeichnet und x + y + z + v + w = 100 at% ist, mit
Fe x = 100 at%-y-z-v-w Cu y = 0,5-2 at% M z = 1-6 at% Si v = 6,5-18 at% B w = 5-14 at%, wobei v + w < 18 at% ist.

6. Schnittstellenmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehungen gelten:
Cu y = 1 at% M z = 2-4 at% Si v = 14-17 at% wobei v + w = 20 bis 24 at% ist.

7. Schnittstellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung die Zusammensetzung Fe_xZr_yNb_zB_vCu_w auf­ weist, wobei x + y + z + v + w = 100 at% ist, mit

Fe x = 100 at%-y-z-v-w Zr y = 2-5 at% Nb z = 2-5 at% B v = 5-9 at% Cu w = 0,5-1,5 at% wobei y + z < 5 at% und y + z + v < 11 at% ist.

8. Schnittstellenmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehungen gelten:
Fe x = 83-86 at% Zr y = 3-4 at% Nb z = 3-4 at% Cu w = 1 at% wobei y + z < 7 at% und y + z + v < 12 bis 16 at% ist.

9. Schnittstellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung die Zusammensetzung Fe_xM_yB_zCu_w aufweist, wo­ bei M ein Element aus der Gruppe Zr, Hf, Nb bezeichnet und x + y + z + w = 100 at% ist, mit
Fe x = 100 at%-y-z-w M y = 6-8 at% B z = 3-9 at% Cu w = 0-1,5 at%.

10. Schnittstellenmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehungen gelten:
Fe x = 83-91 at% M y = 7 at%.

11. Schnittstellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung die Zusammensetzung (Fe_0,98Co_0,02)_90-XZr₇B_2+XCu₁ aufweist mit x = 0-3 at%, wobei bei entsprechendem Abgleich der restlichen Legierungsbestandteile Co durch Ni ersetzbar ist.

12. Schnittstellenmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß x = 0 gilt.