DE10065850A1 - An einen Metallträger gebundenes dauermagnetisches Bauteil auf Kunststoffbasis - Google Patents

Abstract

Bei Magneten, die mit einem Metallträger, z. B. einer Welle oder Achse, verbunden sind, kommt es wegen verschieden hoher thermischer Ausdehnungskoeffizienten zu Problemen im Verbundbereich von metallischem Träger und Magnet. DOLLAR A Eventuelle Beschädigungen werden vermieden, indem die magnetisch wirksame Oberfläche des Bauteils von einer Schicht (4) aus hartmagnetischem Kunststoff gebildet ist, unter der sich eine Schicht (3) aus weichmagnetischem Kunststoff befindet, die mittels einer faserverstärkten Kunststoffschicht (2) an dem Metallträger (1) gebunden ist. DOLLAR A Die so aufgebauten Magnete eignen sich insbesondere für den Einsatz in der Sensortechnik, z. B. als Geber in Verbindung mit Hall-Sensoren, sowie in der Antriebstechnik für elektrische Kleinmotoren, Linearantriebe und Aktoren.

Description

Die Erfindung betrifft ein an einen Metallträger gebundenes dauermagnetisches Bauteil auf Kunststoffbasis.

Dauermagnetische Bauteile können im Preß- und Sinterverfahren hergestellt werden. Sie haben den Nachteil, sehr spröde zu sein und unterliegen Einschränkungen hinsichtlich der Geome­ trie der Bauteile wegen der nötigen linearen Hubbewegungen bei der Formgebung im Pressverfahren.

Die geometrische Gestaltungsfreiheit und die Bruchfestigkeit werden erhöht, indem der magnetische Werkstoff in einen Kunststoff eingebunden wird. Kunststoffgebundene Magnete be­ sitzen eine hohe Maßhaltigkeit und darüber hinaus auch eine hohe Korrosionsfestigkeit. Zusätzliche Vorteile entstehen da­ durch, daß sich die Rohlinge mechanisch leicht nachbearbeiten lassen. Die erreichbaren Feldstärken sind allerdings wegen des Kunststoffanteils geringer als die von Sintermagneten.

Für Anwendungen in der Sensor- und Antriebstechnik werden die Magnete mit einem Metallträger, z. B. einer Welle oder Achse, verbunden. Vorteilhaft können sie hierbei durch direktes Um­ spritzen eines metallischen Trägers mit einem magnetischen Kunststoff hergestellt werden. Als Kunststoffmatrix kommen zweckmäßig Thermoplaste sowie thermoplastische Elastomere in Frage.

Insbesondere unter Medien- oder Bewitterungseinfluß kommt es wegen verschieden hoher thermischer Ausdehnungkoeffizienten zu Problemen im Verbundbereich von metallischem Träger und Magnet. Nach längerem Gebrauch bilden sich im Grenzbereich zum Metallinsert kleine Risse im Kunststoffkörper, die zu me­ chanischen Beschädigungen und gegebenenfalls zum Absprengen des gesamten Magneten führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für dauermagnetische Bauteile der eingangs genannten Art anzuge­ ben, mit dem das Problem der Anbindung an einen Metallträger sicher beherrscht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Danach wird die magnetisch wirksame Oberfläche des Bauteils von einer Schicht aus hartmagnetischem Kunststoff gebildet. Unter dieser befindet sich eine Schicht aus weichmagnetischem Kunststoff, die mittels einer faserverstärkten, bevorzugt un­ magnetischen Kunststoffschicht an den Metallträger gebunden ist.

Der Schichtaufbau lässt sich vorteilhaft durch Mehrkomponen­ tenspritzgießen herstellen.

Für die äußere hartmagnetische Schicht, die aus einem magne­ tisch hochwertigen Material bestehen kann, wird nur eine ge­ ringe Materialstärke benötigt. Durch die Kombination mit ei­ nem weichmagnetischen, kostengünstigen Werkstoff mit ausrei­ chend großen Volumenanteilen lassen sich die magnetischen Ei­ genschaften des fertigen Bauteiles in eine für die betreffen­ de Anwendung geeignete Größenordnung bringen. Die Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des magnetischen Kunststoffes und des Metallträgers erfolgt schließlich über eine dritte Komponente aus faserverstärktem Kunststoff gerin­ ger Dicke.

Die innere weichmagnetische Schicht weist bereits eine gerin­ gere Sprödheit auf als ein hartmagnetischer Kunststoff, der nach der bisher bekannten Verfahrensweise direkt auf einen Metallträger gespritzt wurde. Zusätzlich werden eventuell durch Temperaturbelastung während des Betriebes noch verblei­ bende Spannungen im Verbundbereich zum metallischen Träger durch den faserverstärkten Kunststoff aufgenommen.

Ein so aufgebautes dauermagnetisches Bauteil erreicht nahezu die gleichen magnetischen Eigenschaften wie ein Magnet aus dauermagnetischem Vollmaterial. Neben der Beherrschung der thermischen Spannungen hat das Bauteil darüber hinaus den Vorteil, einmal aufgrund des Materialaufbaus und zum anderen aufgrund der günstigen Fertigungsmöglichkeit wesentlich ko­ stengünstiger zu sein.

Zur Herstellung wird dauermagnetisches Pulver, z. B. Alnico oder NdFeß für die hartmagnetische Schicht und Ferrit für die weichmagnetische Schicht, mittels Kneter oder Extruder in ei­ ne Kunststoffmatrix eincompoundiert. Die Compounds werden an­ schließend im Mehrkomponentenspritzgießverfahren zu Bauteilen mit der gewünschten Geometrie verarbeitet. Gegebenenfalls er­ folgt vor der Magnetisierung noch ein Sinterprozeß.

Die Magnete eignen sich für den Einsatz in der Sensortechnik, z. B. als Geber in Verbindung mit Hall-Sensoren, sowie in der Antriebstechnik für elektrische Kleinmotoren, Linearantriebe und Aktoren.

Ein Beispiel für einen Aufbau und eine Anwendung eines erfin­ dungsgemäßen Magnetbauteils wird nachstehend anhand der zuge­ hörigen Zeichnung erläutert. Diese zeigt einen magnetischen Stellungsgeber, z. B. für die Erfassung der Lenkradbewegung eines Automobils, in einer perspektivischen Darstellung.

Auf eine Welle 1 aus Stahl werden im Mehrkomponentenspritz­ gießverfahren drei Schichten aufgebracht. Unmittelbar auf der Welle 1 befindet sich zunächst eine dünne Schicht 2 aus glas­ faserverstärktem, unmagnetischen Kunststoff, darüber eine weichmagnetische Schicht 3 mit entsprechend großem Volumen. Eine magnetisch aktive Schicht 4 wird aus einem hartmagneti­ schen Kunststoff mit hoher Koerzitivfeldstärke gebildet, der abschnittweise gegenpolig aufmagnetisiert ist. Bei Drehung der Welle 1 werden in einem Magnetfeldsensor 5 Impulse er­ zeugt, die gezählt werden und so ein Abbild für die Stellung der Welle 1 und das mit ihr verbundene Lenkrad liefern.

Claims (4)

1. An einen Metallträger (1) gebundenes dauermagnetisches Bauteil auf Kunststoffbasis, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch wirksame Oberfläche des Bauteils von ei­ ner Schicht (4) aus hartmagnetischem Kunststoff gebildet ist, unter der sich eine Schicht (3) aus weichmagnetischem Kunst­ stoff befindet, die mittels einer faserverstärkten Kunst­ stoffschicht (2) an den Metallträger (1) gebunden ist.

2. Dauermagnetisches Bauteil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau durch Mehrkomponentenspritzgießen her­ gestellt ist.

3. Dauermagnetisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die faserverstärkte Kunststoffschicht (2) glasfaserver­ stärkt ist.

4. Dauermagnetisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die faserverstärkte Kunststoffschicht (2) unmagnetisch ist.