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Verfahren zum Giessen von Gussdauermagneten
Es ist bekannt, dass man die magnetischenKennwerte von Dauermagnetwerkstoffen der Alnico-Legierungsreihe sowohl durch eine Wärmebehandlung in einem magnetischen Feld als auch durch eine zusätzliche Ausrichtung der Kristallite parallel zur Vorzugsrichtung verbessern kann.
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parallel zur magnetischen Vorzugsrichtung und damit auch parallel zur späteren Verwendungsrichtung liegen.
Magnete aus Alnico-Legierungen müssen gegossen werden, da der Werkstoff Alnico weder walzbar noch schmiedbar ist. Es ist daher nicht möglich, eine Vorzugslage der Kristalle, die im folgenden kurz Kristallorientierung genannt wird, durch starkes Kaltwalzen mit anschliessendem Rekristallisationsglühen zu erzeugen. Es wird vielmehr das Wachstum der Kristalle beim Erstarrungsvorgang der Gussrohlinge durch starken einseitigen Wärmeentzug in die gewünschte Richtung gelenkt, was vorzugsweise durch Metallplatten erreicht wird, die man in die Gussform einlegt.
In deriprhxis hat sich herausgestellt, dass die technische Massenherstellung von Magneten der AlnicoLegierungsreihe mit Kristallorientierung auf grosse Schwierigkeiten stösst.
Die Sandteile der Formen aus den üblichen Sanden mit nassen Bindern entziehen den Gussrohlingen an den Mantelflächen zuviel Wärme. Dadurch entsteht ein unerwünscht grosser Wärmefluss in einer nicht beabsichtigten Richtung und dementsprechend ein Kristallwachstum quer zur V01'zugsrichtung. Wegen der quadratischen Beziehung der Fläche zum Durchmesser machen die nicht in der Vorzugsrichtung kristalli- sierten'Eandzonen solcher Magnete einen erheblichen Anteil des gesamten Magnetquerschnittes aus. Diese Randzonen besitzen schlechtere magnetische Kennwerte. Soll daher der gesamte Magnet die erzielbaren Höchstwerte aufweisen, muss der Gussrohling grösser eingeformt und die Randzonen durch Schleifen oder Trennschleifen entfernt werden.
DieseBearbeitungsvorgänge und der Verlust des teuren Werkstoffes Alnico machen solche Magnete unwirtschaftlich, denn die Wirtschaftlichkeit kristallorientierter Magnete ist erst dann gegeben, wenn der Preis für ein gegebenes konstantes Produkt aus Magnetvolumen und magnetischem Gütewert (B. H) max kleiner oder zumindest nicht grösser ist als für eine andere Magnetsorte.
Man hat sich schon seit längerer Zeit bemüht, diese Schwierigkeiten zu überwinden und die Erfordernisse für eine wirtschaftliche Massenherstellung von Alnico-Magneten zu schaffen. So hat man vorgeschlagen, kristallorientierte Magnete aus Alnico-Legierungen anstatt mit normalen Sanden mit nassen Bindern in Formen aus gebrannten Kernsanden zu vergiessen. Man wollte damit die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit der Sandteile herabsetzen und damit den Wärmefluss in den unerwünschten Richtungen kleiner machen.
Diese Arbeitsweise konnte sich jedoch nicht durchsetzen, denn der praktisch erzielbare Gewinn an magnetischer Güte von zirka 10 % ist zu gering, um den Aufwand an teuren Kernformsanden, die Kosten des komplizierten Einformen, des Brennens der Form, sowie das schwierige Zu- sammensetzen der einzelnen Formteile zu rechtfertigen. Nach einem andern Vorschlag sollten Formen verwendet werden, die mittels Elektrowärme oder anders gearteter Wärmezufuhr vorgewärmt wurden. Die Anschaffung solcher Wärmequellen ist jedoch sehr kostspielig. Ausserdem muss ein Bindemittel für die
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Formsande verwendet werden, das bei einer Vorwärmtemperatur von 700 - 8000 C beständig ist, welcher Temperaturbereich zur Vermeidung von Feldkristallisationen notwendig ist.
Das Miteinformen elektrischer Wärmequellen hat sich alsssehr umständlich erwiesen und das Vorwärmen mittels Öfen oder offener Feuer wird arbeitstechnisch unmöglich, wenn grössere Schmelzen als 50 kg vergossen werden sollen. Für eine Massenfertigung verbieten sich diese Verfahren daher von selbst.
Man versuchte auch, die Schwierigkeiten dadurch zu lösen, dass man die Formhöhlungen mit einem Mantel aus exothermen Materialien, beispielsweise auf aluminothermischer Grundlage, umgab und dieses
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Metall, insbesondere mit der Magnetstahllegierung selbst, zündete. Materialien mit exothermer Verbrennung sind jedoch sehr teuer. Die Oberfläche der Magnete wird darüber hinaus so unsauber, dass wiederum teure Schleifarbeit notwendig und der Verlust an teurem Alnico unvermeidlich wird. Dadurch ist auch nach diesem Verfahren eine Massenherstellung wenig wirtschaftlich.
Schliesslich ist in jüngster Zeit noch ein Vorschlag bekannt geworden, nach welchem ein einseitiger Wärmeentzug in derGiessform dadurch erzielt wird, dass man eine Wand der Form als Abschreckplatte und die übrigen Wandteile doppelmantelig ausbildet, wobei der Einguss in den Mantelzwischenraum erfolgt. Ausserdem ist die Form durch einen eingelegten dünnwandigen Raster unterteilt, so dass beim Eingiessen alle Wandteile ausser der Abschreckplatte vorgeheizt werden und der Wärmeentzug im wesentlichen nur durch die Abschreckplatte erfolgt.
Obwohl nach dieser Arbeitsweise im wesentlichen zufriedenstellende Resultate erreicht werden konnten, erweist sich eine Verbesserung in der Hinsicht doch als wünschenswert, dass Verluste an Alnico, die durch Zurückbleiben der gegossenen Legierung im Mantelzwischenraum und durch neuerliches Einschmelzen derselben bedingt sind, vermieden und auf diese Weise die Wirtschaftlichkeit weiter erhöht wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren, mit dem diese Aufgabe gelöst wird, besteht nun darin, dass beim Giessen von Gussdauermagneten der Alnico-Legierungsreihe in einer Giessform, deren Formhöhlung auf einerseite von einerAbschreckplatte begrenzt und an ihren übrigen Seiten von einem Doppelmantel umgeben ist, in den für sich geschlossenen, d. h. mit der Formhöhlung nicht in Verbindung stehenden Mantelzwischenraum vor dem Ausgiessen der Formhöhlung mit der Alnico-Legierung Gusseisen dder Roheisen eingegossen und auf diese Weise die Formwände ausser der Abschreckplatte vorgeheizt werden.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die Giessform für die Magnete dünnwandig auszubilden und nach dem Maskenformverfahren herzustellen. Dieses an sich bekannte Verfahren gestattet es, mit geringem Aufwand an Kosten für Arbeit und Material sehr dünnwandige und haltbare Giessformen herzustellen.
Es ist aber auch möglich, die dünnwandigen Teile aus gebrannten Kernsanden zu fertigen.
In der Zeichnung ist das Verfahren gemäss der Erfindung näher erläutert. Die Fig. l und 2 zeigen zwei Ausführungsformen von geeigneten Giessformen im Schnitt, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet sind.
Mit 1 ist in Fig. 1 der dünnwandige Formteil, mit 2 die Abschreckplatte und mit 3 und 4 die äusse-'- ren dickwandigen Teile der ForirLbezeichnet. Alle Formteile, insbesondere die dünnwandigen, können nach dem Maskenformverfahren hergestellt sein. 5 ist der Anguss für die Alnico-Legierung und 6 der Anguss für das Hilfsmetall, z. B. Gusseisen.
Das Verfahren wird folgendermassen durchgeführt ; Zuerst wird durch den Einguss 6 Gusseisen in den Hohlraum 7 um die dünnwandige Form gegossen. Das Metall wärmt in kurzer Zeit die dünnen Wände intensiv vor. Anschliessend wird die Magnetlegierung durch den Anguss 5 in die Formhöhlung für den Magneten 8 gegossen. Der Wärmeentzug erfolgt jetzt im wesentlichen nur in vertikaler Richtung durch die Abschreckplatte 2. Ein Wärmeentzug in horizontaler Richtung findet praktisch nicht mehr statt. Dadurch wachsen die Kristalle des Magneten in vertikaler Richtung, die der späteren Vorzugsrichtung des Magneten entspricht, weil das Kristallwachstum entgegen der Richtung des Wärmeflusses stattfindet.
Nach dem Vergiessen werden die Formen zerstört und die Magnete für die Weiterverarbeitung entnommen. Die Abschreckplatte 2 kann wiederholt verwendet werden. Es ist darauf zu achten, dass die Abschreckplatte und die Formwände in ihren Abmessungen derart gewählt werden, dass die sich. ohnebe- sondere Abkühlungsmassnahmen einstellende Endtemperatur des Systems nach dem Vergiessen 100-150 C unterhalb des Schmelzpunktes des Abschreckplatten- und Formwandwerkstoffes liegt.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Giessform zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt, wobei der dünnwandige Formteil l für den Magneten mit dem schalenförmigen dickwandigen Formteil 3 aus einem Stück gefertigt ist. Mit 7 ist wieder der Hohlraum zur Aufnahme des Hilfs- bzw. Vorwärmmetalles und mit 8 die Formhöhlung zur Aufnahme der Alnicolegierung, die durch den Anguss 5 eingegossen wird, bezeichnet.