Verfahren zur Herstellung von permanenten Nagneten. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von permanenten Magneten.
Permanente Magnete werden bisher aus Eisenlegierungen mit hohem Kohlenstoffge halt und mehr oder weniger hohen Zusätzen von Chrom, Kobalt, Kupfer usw. aus einem Stück hergestellt. Diese Legierungen zeich nen sich zwar aus durch grosse Koerzitiv- kraft und Remanenz, jedoch bedingen der hohe Kohlenstoffgehalt, sowie die Zusätze von genannten Metallen bei diesen Magnet stählen eine bedeutende Härte, so dass deren Bearbeitung insbesondere durch spanab hebende Maschinen, sowie eine Formgebung durch Schmieden oder Pressen mit Schwierig keiten verbunden, bezw. nur im ungehärteten Zustande möglich ist.
Diese Schwierigkeiten der Bearbeitung und Formgebung werden aber noch durch den Umstand erhöht, dass die Stähle vor dem Magnetisieren gehärtet wer den müssen, da sie erst durch diese Härtung die Eigenschaft permanenter Magnete er- halten. In diesem gehärteten Zustande ist aber eine Nachbearbeitung, die wegen des Verziehens und der Formänderung der Stähle infolge des Härteprozesses oft erforderlich ist, nur mehr durch Schleifen möglich. Ausserdem entstehen oft Härterisse, durch die der Magnet unbrauchbar wird.
Noch weit grössere Schwierigkeiten hin- sichtlich der Bearbeitung bieten wegen ihrer grossen Härte und ihres kristallinischen Ge füges die Nickel - Aluminium - Stahllegie rungen, deren Koerzitivkraft 240 Gauss (Oer- stedt) übersteigt. Diese Magnetstähle können überhaupt nur in Stabform gegossen werden, so dass für die Verwendung in Apparaten be sondere Weicheisenschenkel bezw. Polschuhe an die Magnetstähle angesetzt werden müs sen.
Der Anwendung dieser hochwertigen Magnetstahllegierungen steht weiterhin der Umstand entgegen, dass diese- Legierungen mit Rücksicht auf den hohen Prozentsatz an Ausschuss, der bei der Herstellung und Bear- beitung notwendig entsteht, teuer werden, zu mal der Ausschuss nicht wieder verwendbar und daher fast wertlos ist.
Die angeführten Nachteile werden bei dem Verfahren gemäss der Erfindung ver mieden. Nach diesem Verfahren ist die Her stellung einer beliebigen Magnetform durch die Härte des zur Verwendung gelangenden magnetischen Stoffes nicht gehemmt. Es können auch Ausschussmagnete aus dem ge nannten bisherigen Verfahren zur Verwen dung gelangen.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeich net, dass ein permanent-magnetisierbarer Stoff zerkleinert, mit einem erhärtenden Bindemittel gemischt, geformt und nach dem Erhärten magnetisiert wird. Die Mischung kann bei gleichzeitiger Erwärmung durch Pressen oder auch durch Giessen nach voran gegangener Verflüssigung des Bindemittels geformt werden.
Als permanent-magnetisierbarer Stoff kann solcher mit einer Koerzitivkraft von mehr als 240 Oerstedt verwendet werden, zum Beispiel infolge Lunkerbildung oder dergleichen anfallender Ausschuss aus sol chem Material.
Als Bindemittel kann jeder Stoff be nutzt werden, welcher der Mischung in er kaltetem oder in gepresstem Zustand eine feste und dauerhafte Gestalt und Form ver leiht, zum Beispiel in flüchtigen Stoffen ge löste Harze, Kunstharze und pressfähige Kunststoffe aller Art.
Vorteilhaft wird die aus permanent-mag-- netisierbaren Teilchen und einem Bindemittel bestehende Mischung unmittelbar in der ge wünschten Form gegossen oder gepresst, so dass jegliche Nachbearbeitung fortfällt.
In vielen Fällen ist es zum Schutze des magnetischen Presslinges vorteilhaft, wenn dieser von einer Hülse aus widerstands fähigem unmagnetischem Material umgeben ist. Zur Herstellung eines gegen mechanische oder Stossbeanspruchung widerstandsfähigen Presslinges ist es daher zweckmässig, die Mischung in eine Hülse aus unmagnetischem Material einzubringen und in dieser zu pres sen bezw. zu schmelzen.
Es wurde ferner gefunden, dass die Koer- zitivkraft der auf diese Art und Weise her gestellten Pressmagnete noch höhere Werte annimmt, wenn bereits während des Formens die aus permanent-magnetisierbaren Stoffen und Bindemittel bestehende Mischung der Einwirkung eines magnetischen Gleichfeldes unterworfen wird. Die Erklärung für diese Tatsache ist darin zu suchen, dass die perma- nent-magnetisierbaren Stoffe, insbesondere die mit mehr als 240 Oerstedt,
aus Kristal- liten bestehen, die anisotrop sind, das heisst die Permeabilität ist ganz verschieden in den verschiedenen Achsenrichtungen der Kristal lire.
Findet nun eine Vormagnetisierung der aus Metallkörnern und Bindemittel bestehen den Mischung in einem Zustande statt, in welchem die Körner noch beweglich sind, so wird gewissermassen eine Vororientierung der Kristallite nach der für die spätere Polung günstigsten Achsenrichtung bewirkt.
Im folgenden werden Beispiele des Ver fahrens erläutert: 10'0 .g fein gepulvertes permanent-mag- netisierbares Material wird mit zirka 10 g pulverisiertem Bindemittel gemischt, in eine Form gebracht und bei gleichzeitiger Er hitzung und unter Einwirkung eines Magnet feldes vorgepresst. Hieraus wird der Pressling mit den vororientierten Magnetkristallen ent weder in der gleichen oder in einer andern Form unter so hohem Druck fertig gepresst, dass der überschüssige,
nicht zur Verbindung benötigte Kunststoff ausgeschieden wird. Nach erfolgtem Erhärten des Presslinges wird dieser der Form entnommen und in der üb lichen Weise in einem starken Magnetfeld unter Innehaltung der Richtung der Vormag- netisierung fertig magnetisiert.
Der Prozentsatz des benötigten Binde mittels ist umso geringer, je feiner das Legie rungsmaterial zerkleinert und je höher der zur Verfügung stehende Pressdruck ist.
Als Bindemittel kann ausser Kunstharzen oder leicht verformbaren, plastischen oder pulverförmigen Kunststoffen auch ein Me- tall mit niedrigerem Schmelzpunkt als die magnetische Legierung benutzt werden. Da bei wird die Vormagnetisierung vor der Er starrung des verflüssigten Bindemittels vor genommen. Das Formen der Mischung erfolgt zweckmässig unter Druck, damit das über schüssige Metall abgepresst wird.
Um an den Polen dieser künstlichen Mag nete die Kraftlinien wirksam zu vereinigen und einen guten Übergang derselben zu be wirken, werden vorteilhaft die Magnetkörper an den Polstellen mit Polplatten aus einem Stoff von hoher Permeabilität versehen, zum Beispiel aus einer hoch permeabilen Eisen legierung. Dabei wird die Haftfähigkeit die ser Polplatten an den Polen zweckmässig da durch vergrössert, dass diese Platten mit in den gepressten Magnetkörper hineinragenden Ansätzen oder Vorsprüngen aus nichtmagne tischem Stoff versehen sind.
Die Vorsprünge werden deswegen aus nichtmagnetischem Stoff hergestellt, um die Kristalle, mit wel chem diese Vorsprünge im Innern des gepress ten Magnetkörpers in Berührung kommen, nicht kurz zu schliessen, da dadurch deren magnetische Wirksamkeit erheblich ge schwächt würde.
Die Verformung der Mischung durch Pressen oder Giessen kann unter Erwärmung der Form erfolgen. Die Befestigung der Pol platten an dem Magnetkörper wird vorteil haft in einem einzigen Arbeitsgang bewirkt.
Der permanent - magnetisierbare Stoff wird zweckmässig derart zerkleinert, dass alle Korngrössen von etwa 0,01 bis beispielsweise 1 mm in der Mischung vorhanden sind. Hier bei erwies sich als besonders wirksam eine Kornmischung in den Grenzen von 0,5 bis 1 mm. Das Vorhandensein von Körnern ver schiedener Grössen bedingt eine bessere Aus füllung des Raumes und innigere Berührung der Körner untereinander, so dass im Innern des aus diesen Körnern gepressten permanen ten Magneten eine magnetschlüssige Verbin dung unter den einzelnen Teilchen in weit gehendem Masse erreicht wird. Der Erfolg dieser Massnahmen zeigt sich insbesondere in einer weiteren Steigerung der magnetischen Güteziffer.
Die genannten Vorteile treten noch stärker in Erscheinung, wenn vor dem Sortieren der Körnungen die Teilchen mit ge ringerem magnetischen Gütewert ausgeschie den werden.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens besitzt einen zur Aufnahme der magnetischen Mi schung bestimmten, von zwei Stahlstempeln begrenzten Hohlkörper aus unmagnetischem Stoff. Von den beiden Stahlstempeln ist zweckmässig der eine fest und der andere be weglich angeordnet. Beide Stahlstempel kön nen aussen über ein Jochstück aus Weicheisen in magnetschlüssiger Verbindung stehen, auf welchem eine Spule zur Erzeugung des Kraftflusses angeordnet sein kann.
In der Zeichnung sind Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens,. sowie nach dem Verfahren hergestellte Erzeugnisse in verschiedenen Ausführungsbeispielen darge stellt, und zwar zeigen: Fig. 1 eine Press- und Magnetisierungs- vorrichtung in Ansicht und teilweise im Schnitt, bei welcher der zu pressende Magnet von einer Spule umgeben ist, Fig. 2 eine Press- und -Nlagnetisierungs- vorrichtung in Ansicht und teilweise im Schnitt,
bei welcher der zu pressende Magnet über ein Magnetjoch magnetisiert wird, Fig. 3 eine Seitenansicht der Pressvor- richtung, Fig. 4 eine Ansicht eines ringförmigen Pressmagnetes, Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Perssmagneten nach Fig. 4,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen stabf örmigen Pressmagneten mit seitlichen Ausnehmungen für Befestigungsschrauben, Fig. 7 eine Ansicht des Pressmagnetes nach Fig. 6, Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen scheibenförmigen Pressmagneten mit aufge- pressten Polplatten,
Fig. 9 eine Ansicht des Pressmagnetes nach Fig. 8, Fig. 10 eine Vorderansicht, Fig. 11 eine Seitenansicht, und Fig. 12 einen Querschnitt durch einen Pressmagneten, der die Gestalt eines Rotors besitzt.
Die in Fig. 1 dargestellte Pressvorrich- tung besitzt eine hydraulische Presse 1 mit den beiden Pressstempeln 2 und 3, die in eine Hülse 4 aus unmagnetischem Stoff ein tauchen. In diese Hülse 4 wird der perma - nent-magnetisierbare, mit einem Bindemittel gemischte Stoff eingebracht und unter dem Druck der Pressstempel zusammengepresst.
Die Hülse 4 ist von einer Magnetisierungs- spule 5 umgeben, welche über den Wider stand 6 und ein Amperemeter 7 an einer Gleichstromquelle 8 angeschlossen ist. Wenn ein Gleichstrom durch die Spule fliesst, ent steht in dem über die Stahlschrauben 9, die Traversen 10 und 11, und die Pressstempel 2, 3 geschlossenen magnetischen Kreis ein star ker Magnetfluss, durch welchen der Pressling 12 in Richtung der Längsachse der Hülse 4 derart magnetisiert wird,
dass an den Berüh rungsflächen mit den Pressstempeln Nord- und Südpol entstehen. Bei der Ausführung nach Fig. 2 und 3 ist eine Spule 13 auf einem Magnetjoch 14 aus Weicheisen ange ordnet, welches mit dem festen Stempel 15, der Traverse 16 und dem beweglichen Stem pel 17 der Traverse 18 in magnetschlüssiger Verbindung steht.
Der magnetische Kreis wird bei dieser Anordnung durch den Press- ling 19, die Stahlstempel 15, 17 und das Joch 14 gebildet, so dass der Kraftfluss, wel chen der die Spule durchfliessende Gleich strom erzeugt, den Pressmagnet durchdringt und diesen magnetisiert. Der in Fig. 4 und 5 dargestellte ringförmige Pressmagnet 20 be sitzt eine Bohrung 21, die in den Körper ein gepresst ist.
Der stabförmige Pressmagnet 22 nach Fig. 6 und 7 weist seitliche Ausneh- mungen 23 für die Befestigungsschrauben. auf, die ebenfalls eingepresst sind.
Bei dem in Fig. 8 und 9 dargestellten scheibenförmigen Pressmagneten 24 sind die Polplatten 25 aus weichem Eisen mittels der Ansätze 26 aus unmagnetischem Stoff mit der Pressmasse innig verbunden, wodurch ein fester Zusam- menhalt von Platten und Presskörper gewähr leistet ist.
Der in Fig. 10 bis 12 dargestellte Pressmagnet 27 hat die Gestalt eines vier- poligen Rotors mit eingepresster Achse 28 aus unmagnetischem Stoff. An den vier Polen 29 sind Polplatten 30 aus weichem Eisen ange bracht, die mittels der eingepressten Vor sprünge 31. aus unmagnetischem Stoff mit dem Presskörper in fester Verbindung stehen.
Process for the production of permanent magnets. The invention relates to a method for manufacturing permanent magnets.
Permanent magnets are so far made of iron alloys with high carbon content and more or less high additions of chromium, cobalt, copper, etc. in one piece. These alloys are characterized by high coercive force and remanence, but the high carbon content and the addition of the metals mentioned make these magnet steels extremely hard, so that they can be machined in particular by cutting machines and shaping by forging or pressing associated with difficulties, respectively. is only possible in the unhardened state.
These difficulties in machining and shaping are increased by the fact that the steels have to be hardened before magnetization, since this hardening gives them the property of permanent magnets. In this hardened state, however, reworking, which is often necessary because of the warping and the change in shape of the steels as a result of the hardening process, is only possible by grinding. In addition, hardening cracks often arise, which make the magnet unusable.
Due to their great hardness and their crystalline structure, the nickel-aluminum steel alloys, whose coercive force exceeds 240 Gauss (Oerstedt), present even greater difficulties with regard to machining. These magnetic steels can only be cast in rod form, so that special soft iron legs BEZW for use in apparatus. Pole shoes must be attached to the magnetic steels.
The use of these high-quality magnetic steel alloys is still hampered by the fact that these alloys are expensive in view of the high percentage of rejects that arise during manufacture and processing, especially since the rejects cannot be reused and are therefore almost worthless .
The stated disadvantages are avoided in the method according to the invention. According to this method, the manufacture of any magnet shape is not inhibited by the hardness of the magnetic material used. Reject magnets from the previous process mentioned can also be used.
The method is characterized in that a permanently magnetizable material is comminuted, mixed with a hardening binder, shaped and magnetized after hardening. The mixture can be shaped with simultaneous heating by pressing or also by pouring after prior liquefaction of the binder.
As a permanently magnetizable material, those with a coercive force of more than 240 Oerstedt can be used, for example rejects made of such material due to the formation of cavities or the like.
Any substance can be used as a binding agent that gives the mixture a firm and permanent shape when cold or in the pressed state, for example resins dissolved in volatile substances, synthetic resins and all kinds of pressable plastics.
Advantageously, the mixture consisting of permanently magnetizable particles and a binding agent is poured or pressed directly into the desired shape, so that no post-processing is required.
In many cases it is advantageous to protect the magnetic compact if it is surrounded by a sleeve made of resilient non-magnetic material. To produce a compact that is resistant to mechanical or shock loads, it is therefore advisable to introduce the mixture into a sleeve made of non-magnetic material and to press it into it. to melt.
It was also found that the coercive force of the press magnets produced in this way assumes even higher values if the mixture consisting of permanently magnetizable substances and binders is subjected to the action of a constant magnetic field during the molding process. The explanation for this fact can be found in the fact that the permanently magnetisable substances, especially those with more than 240 oerstedt,
consist of crystallites which are anisotropic, that is to say the permeability is quite different in the various axial directions of the crystals.
If a premagnetization of the mixture consisting of metal grains and binding agent takes place in a state in which the grains are still mobile, then to a certain extent a pre-orientation of the crystallites according to the most favorable axial direction for the later polarity is effected.
Examples of the process are explained below: 10.0 g of finely powdered permanently magnetizable material is mixed with about 10 g of powdered binding agent, brought into a mold and, with simultaneous heating and the action of a magnetic field, pre-pressed. From this, the pellet with the pre-oriented magnetic crystals is pressed to completion, either in the same form or in a different form under so high pressure that the excess,
Plastic not required for the connection is excreted. After the compact has hardened, it is removed from the mold and completely magnetized in the usual way in a strong magnetic field while maintaining the direction of the pre-magnetization.
The percentage of binding agent required is lower, the finer the alloy material is crushed and the higher the available pressure.
In addition to synthetic resins or easily deformable, plastic or powdered plastics, a metal with a lower melting point than the magnetic alloy can also be used as a binder. Since the pre-magnetization is taken before he solidifies the liquefied binder. The mixture is suitably shaped under pressure so that the excess metal is pressed out.
In order to effectively unite the lines of force at the poles of these artificial magnets and ensure a good transition of the same, the magnetic bodies at the pole points are advantageously provided with pole plates made of a material of high permeability, for example a highly permeable iron alloy. The ability of these pole plates to adhere to the poles is expediently increased by the fact that these plates are provided with attachments or projections made of non-magnetic material that protrude into the pressed magnet body.
The projections are therefore made of non-magnetic material in order not to short-circuit the crystals with which these projections come into contact inside the pressed magnetic body, as this would considerably weaken their magnetic effectiveness.
The deformation of the mixture by pressing or casting can take place with heating of the mold. The attachment of the pole plates to the magnetic body is advantageously effected in a single operation.
The permanently magnetizable substance is expediently comminuted in such a way that all grain sizes from about 0.01 to, for example, 1 mm are present in the mixture. A grain mixture within the limits of 0.5 to 1 mm proved to be particularly effective here. The presence of grains of different sizes means that the space is better filled and the grains come into closer contact with one another, so that within the permanent magnet pressed from these grains, a magnetic connection among the individual particles is largely achieved. The success of these measures is particularly evident in a further increase in the magnetic figure of merit.
The advantages mentioned become even more apparent if the particles with a lower magnetic quality value are eliminated before the grain sizes are sorted.
The device according to the invention for carrying out the method has a hollow body made of non-magnetic material and which is intended to receive the magnetic mixture and is limited by two steel rams. Of the two steel stamps, one is expediently arranged to be fixed and the other to be movable. Both steel punches can be magnetically connected to the outside via a yoke piece made of soft iron, on which a coil for generating the power flow can be arranged.
In the drawing are devices for performing the method. as well as products manufactured according to the method in different exemplary embodiments, namely show: FIG. 1 a pressing and magnetizing device in view and partially in section, in which the magnet to be pressed is surrounded by a coil, FIG. 2 a press - and -Nlagnetisierungseinrichtung in view and partially in section,
in which the magnet to be pressed is magnetized via a magnet yoke, FIG. 3 a side view of the pressing device, FIG. 4 a view of an annular pressing magnet, FIG. 5 a longitudinal section through the Perssmagnet according to FIG. 4,
6 shows a longitudinal section through a rod-shaped press magnet with lateral recesses for fastening screws, FIG. 7 shows a view of the press magnet according to FIG. 6, FIG. 8 shows a longitudinal section through a disc-shaped press magnet with pole plates pressed on,
9 shows a view of the press magnet according to FIG. 8, FIG. 10 shows a front view, FIG. 11 shows a side view, and FIG. 12 shows a cross section through a press magnet which has the shape of a rotor.
The pressing device shown in FIG. 1 has a hydraulic press 1 with the two pressing punches 2 and 3, which dip into a sleeve 4 made of non-magnetic material. The permanently magnetizable substance mixed with a binding agent is introduced into this sleeve 4 and pressed together under the pressure of the press ram.
The sleeve 4 is surrounded by a magnetizing coil 5, which was connected to a direct current source 8 via the counter 6 and an ammeter 7. When a direct current flows through the coil, there is a strong magnetic flux in the closed magnetic circuit via the steel screws 9, the cross members 10 and 11, and the press rams 2, 3, through which the compact 12 in the direction of the longitudinal axis of the sleeve 4 in this way is magnetized,
that the north and south poles are created on the contact surfaces with the press dies. In the embodiment of FIGS. 2 and 3, a coil 13 is arranged on a magnetic yoke 14 made of soft iron, which is in magnetic connection with the fixed punch 15, the cross member 16 and the movable Stem pel 17 of the cross member 18.
In this arrangement, the magnetic circuit is formed by the compact 19, the steel punches 15, 17 and the yoke 14, so that the flux of force generated by the direct current flowing through the coil penetrates the press magnet and magnetizes it. The illustrated in Fig. 4 and 5 annular press magnet 20 be seated a bore 21 which is pressed into the body.
The rod-shaped press magnet 22 according to FIGS. 6 and 7 has lateral recesses 23 for the fastening screws. which are also pressed in.
In the disk-shaped press magnet 24 shown in FIGS. 8 and 9, the pole plates 25 made of soft iron are intimately connected to the molding compound by means of the attachments 26 made of non-magnetic material, which ensures that the plates and the pressed body are held together firmly.
The press magnet 27 shown in FIGS. 10 to 12 has the shape of a four-pole rotor with a pressed-in axis 28 made of non-magnetic material. On the four poles 29, pole plates 30 made of soft iron are attached, which are firmly connected to the pressed body by means of the pressed-in projections 31 made of non-magnetic material.