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Verfahren zur Herstellung von Dauermagnetsystemen
Bekanntlich können Dauermagnete auf dem Sinterwege hergestellt werden und diese Erzeu- gungsart eröffnet die Möglichkeit, Systeme, be- stehend aus Dauermagnetwerkstoff und ferro- magnetisch weichem Werkstoff, vorzugsweise
Weicheisen, einstückig herzustellen. Hiebei wird so vorgegangen, dass sowohl die pulverförmigen
Ausgangsstoffe für den Dauermagneten als auch die pulverförmigen Ausgangswerkstoffe für die
Weicheisenteile in eine Pressform gebracht und unter Druck zu Presslingen geformt werden.
Diese Presslinge, die weitgehend der Endform entsprechen, werden gesintert und anschliessend wärmebehandelt, d. h. also der Härtung unterworfen, dessen der Dauermagnetwerkstoff bedarf, um in den magnetisch günstigsten Zustand versetzt zu werden. Einer der Vorzüge dieser Arbeitsweise ist es, dass durch das formgebende Pressen, das für die Sinterung erforderlich ist, bereits praktisch die Endform hergestellt werden kann und infolgedessen ein Bearbeiten durch Schleifen oder mittels spanabhebender Werkzeuge nicht oder nur dort, wo grössere Massgenauigkeit benötigt wird, erforderlich ist. Ausserdem entfällt ein mechanischer Zusammenbau, der bei Systemen durch Giessen oder durch Warmformgebung gewonnener Dauermagnete stets erforderlich ist, um die Verbindung mit den Weicheisenanschlussstücken herzustellen.
Schwierigkeiten bestehen bei dieser Verfahrensweise insofern, als das gesamte einstückige System, d. h. also Dauermagnetwerkstoff einschliesslich des Weicheisens der Wärmebehandlung bedarf, um den magnetisch günstigsten Zustand für den Dauermagnetwerkstoff zu erzielen ; denn sie hat vielfach zur Folge, dass sich der Formkörper verzieht oder gar infolge von Spannungen Risse bekommt. Ein nachträgliches Richten der Körper, gar ein Ausbessern von Rissen, ist nicht möglich, so dass mit einem erheblichen Ausschuss gerechnet werden muss. Ferner ist die nötige sehr massgenaue Zurichtung, beispielsweise der Polbohrung oder des Polschlitzes, in wirtschaftlicher Serienfertigung meist nicht möglich, wenn sie nicht aus dem vollen Material herausgearbeitet werden kann, da sonst der Werkstoff federnd ausweicht.
Diese Nachteile machen sich in besonders hohem Masse bei der Herstellung von gegossenen
Magnetsystemen bemerkbar, die zuerst durch spanabhebende Bearbeitung in die gewünschte
Form gebracht und anschliessend gehärtet werden, da bei der für das Härten notwendigen Wärme- behandlung ein besonders leichtes Verziehen der
Körper, ja in vielen Fällen ein Rissigwerden auftritt.
Die erfinderische Erkenntnis geht nun dahin, dass diese Schwierigkeiten behoben werden können, wenn dem das dauermagnetische System bildenden
Körper eine grössere Stabilität verliehen wird.
Der Mangel an Stabilität rührt offensichtlich von dem Erfordernis her, dass der Systemkörper an einer oder mehreren Stellen offen sein muss, z. B. dort, wo das Interferrikum besteht. Gemäss der Erfindung wird ein mechanisch stabiler geschlossener Formkörper erzeugt, in dem die
Einformung des zu sinternden Presslings derart erfolgt, dass beispielsweise das für das System vorzusehende Interferrikum durch Weicheisen geschlossen wird. Diese an der Stelle des Inter- ferrikums befindliche Weicheisenbrücke wird nach der Sinterung und nach der zur Härtung des Dauermagnetkörpers erfolgten Wärmebehandlung spanabhebend beseitigt.
Hiebei wird gleichzeitig die genaue Formgebung der Polschuhe in bequemer und sicherer Weise vorgenommen, wobei keine Gefahr besteht, dass das Werkzeug (Bohrer usw.) "verläuft" oder der Werkstoff federnd ausweicht.
Die das Interferrikum überspannende Weicheisenbrücke gewährleistet eine hohe Stabilität für den Gesamtkörper, so dass dieser ohne die Gefahr des Verzuges oder des Reissens der erforderlichen Wärmebehandlung unterworfen werden kann. Auch die Abkühlung von Sintertemperatur ist, selbst wenn sie schroff erfolgt, ohne Schaden. Darüber hinaus ergeben sich insofern presstechnische Vorteile, als sich meist eine Vereinfachung der hohen Drücken ausgesetzten und daher stabil zu bauenden Pressformen erzielen lässt gegenüber solchen Pressformen, bei denen das Interferrikum von vornherein in der für den fertigen Körper vorgesehenen Form erzeugt wird.
Das Verfahren ist ganz allgemein auf die Erzeugung von gesinterten Dauermagnetsystemen,
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bestehend aus Dauermagnetwerkstoff und aus magnetisch weichen Rückschluss-und Polstücken, anwendbar. Im Nachfolgenden seien einige be- sonders charakteristische Fälle zur Erläuterung des Verfahrens gemäss der Erfindung beschrieben.
In Fig. 1 ist ein System dargestellt, bestehend aus einem äusseren Weicheisenring 1 mit innen angeordneten Dauermagneten 2. Rechtsseitig von Trennstrich A-A ist das System in seiner
Gebrauchsgestalt gezeichnet, während linksseitig die Form gezeigt wird, in der der Formkörper aus der Sinterung hervorgeht. Die Dauermagnete 2 sind hiebei verbunden durch ein Weicheisen- mittelstück 3. Gegebenenfalls kann dieses Weich- eisenmittelstück mit einer zentralen Bohrung 4 versehen sein. Durch das Mittelstück wird dem
Ringkörper 1 mit den angesetzten polartigen
Dauermagneten 2 eine Stabilität verliehen, die ein solcher Körper sonst vermissen lässt. Ins- besondere ist es möglich, den Körper ohne
Vorsichtsmassnahmen von Sintertemperatur abzu- kühlen und vor allen Dingen auch zu härten.
Ohne das Mittelstück besteht die Gefahr, dass sich der Ring 1 aus der Ebene herausbiegt und ein nachträgliches Richten ist nicht mehr möglich.
Nach der Wärmebehandlung wird das Mittel- stück 3 spanabhebend entfernt. Sofeme eine
Zentralbohrung 4 in diesem Mittelstück vorgesehen ist, kann diese dazu dienen, zunächst das Werkstück aufzuspannen und den äusseren Ring 1 zu überdrehen. Sodann kann der Körper aussen eingespannt und von der Bohrung 4 ausgehend das Mittelstück so entfernt werden, dass lediglich noch die Polschuhansätze 5 stehen bleiben.
Die häufig nötige genaue zentrische Lage der bearbeiteten Flächen ist damit gewährleistet.
An den Stossstellen zwischen Dauermagnetwerkstoff und Eisen sind Bohrungen 6 vorgesehen, die bereits bei der Einformung und Pressung angebracht werden können, ohne dass hiedurch die Stabilität des Formkörpers gefährdet wird.
Diese Bohrungen dienen der Befestigung des Systems in der Apparatur, für die es gebraucht wird. Die Bohrungen können aber auch dazu dienen, eine Reihe solcher Systeme axial schichtweise aufeinander gelegt miteinander zu verbinden, so dass besondere breite Systeme entstehen.
Diese Massnahme ist nur möglich, weil das Verfahren gemäss der Erfindung die Erzeugung vollkommen planer Einzelsysteme gewährleistet.
Eine andere Ausführungsform, die ebenfalls nach dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellt werden kann, besteht, wie aus Fig. 2 ersichtlich, aus einem Dauermagnetring 7. Dieser Dauermagnetring ist innen mit ausgeprägten Polen 8 versehen. Linksseitig ist das System in seiner Gebrauchsform dargestellt, rechts der Trennlinie A-A ist die Gestalt gezeigt, mit der das System aus der Sinterung hervorgeht. Die einzelnen ausgeprägten Pole sind radial durch ein Weicheisenmittelstück 9 verbunden. Das Mittelstück kann gegebenenfalls mit einer zentralen Bohrung 10 versehen sein.
Nach der Wärmebehandlung wird das Weich- eisenmittelstück 9 durch spanabhebende Be- arbeitung entfernt, so dass lediglich auf den ausgeprägten Polen je eine Auflage 11 aus Weich- eisen als Polschuh verbleibt.
Der äussere Ring braucht aber nicht notwendigerweise vollkommen aus Dauermagnetwerkstoff zu bestehen, es können gewissermassen die ausgeprägten Pole durch Weicheisenstücke ersetzt sein, wie sich dies aus Fig. 3 ergibt. Das dort gezeigte System ist zusammengesetzt aus zwei bogenförmigen Dauermagneten 12, die durch je ein polartiges Zwischenstück 13 miteinander verbunden sind. Rechts der Trennlinie A-A ist die Gebrauchsform, links der Trennlinie die Form des Körpers dargestellt, wie er die Sinterung verlässt. Das Mittelstück 14 ist wieder nach der Wärmebehandlung durch spanabhebende Bearbeitung zu entfernen.
Bei beiden Systemen nach Fig. 2 und 3 sind Bohrungen 15 vorgesehen, die der Befestigung des Systems in der Gebrauchsapparatur dienen sollen. Sie können aber auch zum schichtweisen Zusammensetzen mehrerer Systeme in Achsrichtung benutzt werden, wie dies in Verbindung mit Fig. 1 bereits beschrieben worden ist.
Die Systeme nach Fig. 1 bis 3 sind praktisch kreisringförmig. Es ist selbstverständlich, dass für irgendwelche Gebrauchsformen auch von dieser Gestaltung abgewichen werden kann ; z. B. könnte die äussere Gestalt elliptisch sein. Auch eine Herstellung als Rechteck od. dgl. wäre denkbar. In jedem Falle wird gemäss der Erfindung die erforderliche mechanische Stabilität für die Handhabung des Systems bis zu seiner
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Das Verfahren gemäss der Erfindung ist in seiner Anwendung nicht beschränkt auf solche oder ähnliche Ausführungsformen, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind, sondern ist grundsätzlich überall dort anwendbar, wo ein einstückig gesintertes Magnetsystem erstens zwecks Erzielung auskömmlicher Verzugsfreiheit bei der Wärmebehandlung versteift werden muss, zweitens vor Beginn der massgenauen spanabhebenden Formung, insbesondere des Interferrikums, die formlichen Voraussetzungen dafür bieten muss, dass diese Arbeiten in wirtschaftlicher Serienerzeugung mit sicherem Erfolg durchgeführt werden können, d.
h., dass die Form des zu bearbeitenden Körpers Sicherheit gegen das "Verlaufen"des Werkzeuges oder gegen federndes Ausweichen des Werkstoffes während der Bearbeitung bietet und drittens technische oder wirtschaftliche Gründe erfordern, dass die Form des schwierig herzustellenden und hoch- beanspruchtenPresswerkzeuges nicht aufdie Erzeugung der komplizierten Fertigform des Magnetsystems abgestellt, sondern der fast regelmässig einfacheren Vorform angepasst wird, zu der das Verfahren gemäss der Erfindung führt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einstückig gesinterter, aus Dauermagnetwerkstoff und ferromagnetisch weichem Werkstoff, vorzugsweise Weicheisen, bestehenderDauermagnetsysteme, gekennzeichnet durch ein Einformen des zu sinternden Presslings derart, dass das für das System vorzusehende Interferrikum durch Weicheisen geschlossen ist, aus welchem nach der Sinterung und erfolgter Wärmebehandlung (Härtung des
Dauermagnetkörpers) das Interferrikum span- abhebend herausgearbeitet wird.