DE10065850B4 - An einen Metallträger gebundenes dauermagnetisches Bauteil auf Kunststoffbasis - Google Patents

Abstract

An einen Metallträger (1) gebundenes dauermagnetisches Bauteil auf Kunststoffbasis, bei dem die magnetisch wirksame Oberfläche von einer Schicht (4) aus hartmagnetischem Kunststoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter dieser Schicht (4) eine Schicht (3) aus weichmagnetischem Kunststoff befindet, die mittels einer faserverstärkten Kunststoffschicht (2) an den Metallträger (1) gebunden ist.

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 Geometrie 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 besitzen eine hohe Maßhaltigkeit und darüber hinaus auch eine hohe Korrosionsfestigkeit. Zusätzliche Vorteile entstehen dadurch, 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 Umspritzen 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 mechanischen Beschädigungen und gegebenenfalls zum Absprengen des gesamten Magneten führen können.
• Gemäß der DE 198 40 914 A1 kann ein dauermagnetisches Bauteil dadurch erzeugt werden, dass ein kunststoffgebundener Ringmagnet, der aus einem hartmagnetischen Kunststoff gebildet ist, mit einem metallischen Grundkörper als Metallträger verbunden wird. Die Übertragbarkeit eines Drehmomentes vom Grundkörper auf den Ringmagnet wird über eine Nutverbindung zwischen diesen Bauteilen gewährleistet.
• In der DE 17 64 012 A1 wird beschrieben, dass ein ringförmiger, hartmagnetischer Magnetkörper mit einer als Metallträger dienenden Welle verbunden werden kann, indem in einen Ringspalt zwischen diesen Bauteilen ein weichmagnetischer Kunststoff eingespritzt wird, der eine mechanische Verbindung zwischen den beiden erstgenannten Bauteilen erzeugt.
• Weiterhin ist es aus der DE 28 35 441 A1 bekannt, Segmente aus einem hartmagnetischen Stoff, wie z. B. Kobalt-Seltenerd-Material, in eine Kunststoffmatrix einzugießen, wodurch ein Magnetkörper entsteht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für dauermagnetische Bauteile der eingangs genannten Art anzugeben, 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 erfindungsgemäß eine Schicht aus weichmagnetischem Kunststoff, die mittels einer faserverstärkten, bevorzugt unmagnetischen Kunststoffschicht an den Metallträger gebunden ist.
• Der Schichtaufbau lässt sich vorteilhaft durch Mehrkomponentenspritzgießen herstellen.
• Für die äußere hartmagnetische Schicht, die aus einem magnetisch hochwertigen Material bestehen kann, wird nur eine geringe Materialstärke benötigt. Durch die Kombination mit einem weichmagnetischen, kostengünstigen Werkstoff mit ausreichend großen Volumenanteilen lassen sich die magnetischen Eigenschaften des fertigen Bauteiles in eine für die betreffende Anwendung geeignete Größenordnung bringen. Die Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des magnetischen Kunststoffes und des Metallträgers erfolgt schließlich über eine dritte Komponente aus faserverstärktem Kunststoff geringer Dicke.
• Die innere weichmagnetische Schicht weist bereits eine geringere 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 verbleibende 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 kostengünstiger zu sein.
• Zur Herstellung wird dauermagnetisches Pulver, z. B. Alnico oder NdFeB für die hartmagnetische Schicht und Ferrit für die weichmagnetische Schicht, mittels Kneter oder Extruder in eine Kunststoffmatrix eincompoundiert. Die Compounds werden anschließend im Mehrkomponentenspritzgießverfahren zu Bauteilen mit der gewünschten Geometrie verarbeitet. Gegebenenfalls erfolgt 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 Ausführungsbeispiel für einen Aufbau und eine Anwendung eines erfin dungsgemäßen Magnetbauteils wird nachstehend anhand der zugehörigen 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 Mehrkomponentenspritzgießverfahren 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 hartmagnetischen Kunststoff mit hoher Koerzitivfeldstärke gebildet, der abschnittweise gegenpolig aufmagnetisiert ist. Bei Drehung der Welle 1 werden in einem Magnetfeldsensor 5 Impulse erzeugt, 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, bei dem die magnetisch wirksame Oberfläche von einer Schicht (4) aus hartmagnetischem Kunststoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter dieser Schicht (4) eine Schicht (3) aus weichmagnetischem Kunststoff befindet, die mittels einer faserverstärkten Kunststoffschicht (2) an den Metallträger (1) gebunden ist.
2. Dauermagnetisches Bauteil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau durch Mehrkomponentenspritzgießen hergestellt ist.
3. Dauermagnetisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die faserverstärkte Kunststoffschicht (2) glasfaserverstärkt ist.
4. Dauermagnetisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die faserverstärkte Kunststoffschicht (2) unmagnetisch ist.